Hướng dẫn Đồ án Thiết kế cung cấp điện cho chung cư cao tầng

HƯỚNG DẪN LÀM ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ 3: THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CHO CHUNG CƯ CAO TẦNG TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN Phụ tải sinh hoạt Phụ tải sinh hoạt từng tầng p0 – công suất tiêu thụ của mỗi căn hộ ứng với chu kỳ tính toán kcc – hệ số tính đến phụ tải dịch vụ và chiếu sáng chung ( kcc = 1,05) kđtTi – hệ số đồng thời theo số căn hộ của tầng thứ i (nếu n <5, thì lấy kdt với số hộ là 5). ni – số căn hộ có diện tích Fi . Ftc – diện tích căn hộ tiêu chuẩn. khi – hệ số hiệu chỉnh công suất đối với căn hộ loại i. Theo bảng tra 10.pl [1], thành phố rất lớn có Ftc = 70 mm2, p0 = 1,83 kW/hộ. Phụ tải dự báo gia tăng theo hàm tuyến tính với suất tăng trưởng trung bình hàng năm là α = 4,5 %. Vậy Phụ tải sinh hoạt toàn chung cư, tương tự như trên ta có Với m là tổng số nhóm căn hộ của toàn nhà (m = N . n) N là số tầng tòa nhà, ni và ki vẫn là số liệu tính cho từng tầng như trên. Ghi chú: cách tính hệ số đồng thời theo số hộ gia đình, nội suy theo bảng 1.pl. Nếu tầng có 8 hộ --> n = 8. Theo bảng 1.pl n=8 nằm giữa n1=5 (kđt1 = 0,55) và n2=10 (kđt2 = 0,47) thì khi đó kđt ứng với n = 8 tính như sau: Phụ tải động lực Thang máy Trong đó knctm = hệ số nhu cầu của nhóm động cơ thang máy (tra bảng 2.pl); - công suất qui đổi sang chế độ dài hạn của đc thứ i; - công suất định mức của thang máy thứ i (ghi trên nhãn máy); - hệ số đóng điện của động cơ thang máy thứ i; n – số thang máy trong công trình. Bơm vệ sinh kỹ thuật Trong đó kncvskt = hệ số nhu cầu của nhóm động cơ vệ sinh kỹ thuật (tra bảng 33, nếu không có nội suy giống kđt trong phần 1.1) - công suất định mức của động cơ vskt thứ i m – số bơm trong công trình ( =Bơm cấp nước sinh hoạt + bơm thoát nước + bơm cứu hỏa). Tổng hợp nhóm động lực Trong đó kncđl = hệ số nhu cầu của nhóm động lực ( = 0,9). Phụ tải chiếu sáng Chiếu sáng trong nhà: đã được tính vào phụ tải sinh hoạt chung (hệ số kcc = 1,05) Chiếu sáng ngoài nhà Xác định theo suất chiếu sáng p0cs = 0,03 W/m, tổng chiều dài mạch chiếu sáng Lcs=5.H.N (m) (H – chiều cao tầng, N – số tầng). Như vậy phụ tải chiếu sáng là PcsN = p0cs.Lcs = 0,15.H.N [W] Chiếu sáng và ổ cắm tầng hầm: tính sơ bộ 30 W/m2 , PH = 30.AH, A là diện tích sàn. Công suất chiếu sáng Pcs = PcsN + PH Tổng hợp phụ tải Tổng hợp theo phương pháp số gia: ghép nhóm từng cặp từ nhỏ nhất tới lớn dần giữa Psh, Pcs, Pđl rồi tính ra Pttcc. Hệ số công suất trung bình toàn nhà: Chiếu sáng trong tòa nhà chung cư sử dụng các đèn đã có bù cosφcs =0,85; hệ số công suất của nhóm phụ tải sinh hoạt cosφsh = 0,96. Xét thêm tổn thất trong mạng điện (10%), ta sẽ có số liệu tính toán phụ tải toàn nhà cho cả chu kỳ thiết kế 7 năm là: ; Xác định sơ đồ cấp điện Vị trí đặt trạm biến áp Vị trí đặt trạm biến áp phải gần tâm phụ tải, thuận tiện cho hướng nguồn tới, cho việc lắp đặt các tuyến dây, vận hành, sửa chữa máy biến áp, an toàn và kinh tế. Đối với tòa nhà chung cư được xây dựng trong một thành phố lớn, vấn đề mỹ quan của khu nhà cần được quan tâm. Trạm biến áp sẽ được đặt trong tầm hầm của tòa nhà, sử dụng các máy biến áp khô để đảm bảo an toàn và thuận tiện trong quá trình vận hành. Chọn cáp từ nguồn tới trạm biến áp (tính theo phương pháp Icp) Trong đó: Ilvmax – là dòng điện cực đại lâu dài chạy trong dây dẫn, A; Icp – là dòng điện cho phép của dây dẫn tiêu chuẩn, A; k1 – là hệ số tính đến môi trường đặt dây; k2 – là hệ số xét tới điều kiện ảnh hưởng của các dây dẫn đặt gần nhau; Lấy k1 = 1, k2 = 1. , Chọn loại cáp 24kV – Cu/XLPE/PVC/DSTA/PVC – 3x...... mm2 có Icp = .... A. Chọn công suất và số lượng máy biến áp Trạm biến áp được cấp từ nguồn cách khu nhà L m, sử dụng một mạch cáp trung thế. Vì phụ tải tòa nhà chung cư cao tầng thuộc hộ loại II và III nên các phương án sử dụng máy biến áp như sau (có thể có phương án khác theo người thiết kế), đảm bảo khi chọn cấu hình và công suất của MBA thì trong suốt chu kỳ thiết kế, không phải tiến hành thay thế hay nâng cấp trạm biến áp (tức là MBA và các phần tử trong trạm được chọn theo công suất toàn phần ở năm thứ 7 của chu kỳ thiết kế): + Phương án 1: 2 MBA, công suất một máy được chọn theo công thức: + Phương án 2: 1 MBA và 1 máy phát dự phòng (cấp điện cho phụ tải ưu tiên là bơm, thang máy và chiếu sáng sự cố trong nhà). (Ssc bao gồm thang máy, bơm nước, chiếu sáng và thoát hiểm) + Phương án 3: 1 MBA Vì chu kỳ thiết kế là 7 năm, để so sánh các phương án, chi phí qui dẫn của từng phương án phải được qui đổi về năm đầu tiên t0. Phương án 1 Vốn đầu tư của phương án 1: Chi phí thường xuyên hàng năm của phương án 1: - Trong đó, tổn thất công xuất trong MBA ở năm thứ t của chu kì thiết kế: - Thiệt hại do mất điện khi sự cố ở năm thứ t, chính là phụ tải sinh hoạt: Vì việc đầu tư được thực hiện ở năm đầu tiên, nên các phương án được so sánh dựa trên giá trị qui đổi về hiện tại của chi phí thường xuyên hàng năm: (Tính toán và lập bảng tương tự như bảng 3.7 (trang 427 sách BTCCĐ)) Phương án 2 Tính toán tương tự như phương án 1 với: Vốn đầu tư Chi phí thường xuyên hàng năm của phương án 2: - Trong đó, tổn thất công xuất trong MBA ở năm thứ t của chu kì thiết kế: (bỏ qua tổn thất trong Máy phát điện và coi MPĐ như một phần tử của trạm biến áp) Phương án 3 Tính toán tương tự như phương án 1 với: Vốn đầu tư Chi phí thường xuyên hàng năm của phương án 3: - Trong đó, tổn thất công xuất trong MBA ở năm thứ t của chu kì thiết kế: - Thiệt hại do mất điện khi sự cố ở năm thứ t: Pttcc.t – công suất tính toán toàn chung cư năm thứ t (kWh) So sánh các phương án để lựa chọn phương án có PVCmin. Chọn cáp từ MBA sang tủ hạ thế tổng Trong đó: Ilvmax – là dòng điện cực đại lâu dài chạy trong dây dẫn, A; Icp – là dòng điện cho phép của dây dẫn tiêu chuẩn, A; k1 – là hệ số tính đến môi trường đặt dây; k2 – là hệ số xét tới điều kiện ảnh hưởng của các dây dẫn đặt gần nhau; , Chọn loại cáp 0,6/1kV – Cu/XLPE/PVC – 4x...... mm2 có Icp = .... A. Lựa chọn phương án đi dây mạng điện tòa nhà Các phương án đi dây chỉ tính toán cấp cho phụ tải sinh hoạt tại các tầng làm căn cứ so sánh. Cấp điện cho các phụ tải ưu tiên bao gồm: thang máy, bơm và chiếu sáng sự cố và thoát hiểm là giống nhau ở mọi phương án nên không tính trong bước này. Có thể vạch ra nhiều phương án như: Phương án 1: thiết kế hai đường cáp trục, 1 đường cấp cho các tầng lẻ và một đường cấp cho các tầng chẵn. Phương án 2: hai đường trục, 1 đường cấp cho nửa trên tòa nhà và 1 đường cấp cho nửa dưới tòa nhà. Phương án 3: Mỗi tầng được cấp từ một đường riêng. Phương án 4: Một nhóm các tầng được cấp từ một đường riêng. Cơ sở lý thuyết chọn dây dẫn Chọn dây dẫn cho đường trục chính theo phương pháp tổn thất điện áp cho phép. Tổn thất điện áp cho phép toàn mạng, từ đầu cực hạ thế MBA đến đầu hộ gia đình là 4,5%, được phân bố như sau: Từ MBA đến tủ hạ thế tổng là 1%, từ tủ hạ thế tổng tới tủ tầng cuối nhánh là 2,25%, từ tủ tầng cuối cùng đến hộ gia đình xa nhất là 1,25% . Tầng thứ 1 PshT, QshT Tầng thứ 2 PshT, QshT Tầng thứ n PshT, QshT Tầng thứ n-1 PshT, QshT L01 l12 1 0 2 ln-1.n n-1 n Đối với phụ tải phân bố đều, Tổn thất điện áp và tổn thất công suất được tính như sau: và Trong đó P, Q là tổng công suất của đoạn đường dây. a) Khi đường trục cùng một tiết diện Ứng với trường hợp các mạch cấp điện cho các tầng ta có: P, Q là tổng công suất của các tầng được cấp điện trong mạch. và với Bước 1: Cho trước 1 trị số của x0 = 0,33 ÷ 0,4 Ω/km Trong đó lij là khoảng cách giữa các điểm tải trên đường dây trục (tính từ tầng đầu tiên được cấp điện từ mạch); l01 là khoảng cách từ vị trí đặt tủ hạ thế (tầng hầm) đến điểm tải đầu tiên trên đường trục (tính từ tầng đầu tiên được cấp điện từ mạch đó). Bước 2: Tính Trong đó: lấy , đối với dây đồng lấy Bước 3: Chọn dây cụ thể, có r0 và x0 sau đó tính tổn thất điện áp cho phép: b) Khi đường trục khác tiết diện Để tổn thất công suất và điện năng trong mạng nhỏ nhất, các đoạn đường dây được chọn có mật độ dòng điện là bằng nhau. Mật độ dòng điện là với và là chiều dài đoạn ij (là chiều cao của tầng) và hệ số công suất của phụ tải trên đoạn ij (từ tầng i đến tầng j). Tiết diện dây các đoạn được chọn là Tính toán cho phương án 1 Cho mạch cấp điện cho các tầng lẻ Chọn dây như trong phần 2.3.1; Tính tổn thất công suất Tính tổn thất điện năng Vốn đầu tư cho dây Tính hàm chi phí qui dẫn Cho mạch cấp điện cho các tầng chẵn Tính toán như trường hợp mạch chẵn, ta tính ra được Cuối cùng ta được chi phí qui dẫn của phương án 1 Tính toán cho phương án 2 Làm tương tự như phương án 1 Cuối cùng ta được chi phí qui dẫn của phương án 2 Tính toán cho phương án 3 Tính cho mạch xa nhất (tầng cao nhất), chọn dây theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép. Tính toán cho phương án 4 Giả sử số tầng là 15, có thể bố trí 3 tầng được cấp từ 1 mạch. Mỗi mạch đường trục có thể chọn cùng tiết diện hoặc khác tiết diện, với cách tính toán giống như 2.3.1. So sánh giữa các phương án Lập bảng so sánh Phương án V, 106 đồng C, 106 đồng Z, 106 đồng Phương án chọn 1 … Ô Phương án chọn: ghi chữ CHỌN) vào ô tương ứng với phương án có Zmin Chọn dây cấp cho mạch thang máy Chọn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép. Tham khảo trang 420 – sách Bài tập (tủ thang máy đặt trên tầng cao nhất của tòa nhà --> chiều dài cáp tính tương ứng) Chọn dây cấp cho mạch bơm Chọn dây theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép. Tham khảo trang 421 – sách Bài tập Bơm cấp nước cho bể bơi đặt trên tầng thượng --> chiều dài cáp tính tương ứng; Bơm cấp nước sinh hoạt, thoát nước và cứu hỏa đặt ở tầng hầm, tạm tính là chiều dài cáp = 20 m. Chọn dây cấp cho mạch chiếu sáng Tham khảo trang 421-422 – sách Bài tập Tính toán chế độ mạng điện Hao tổn điện áp trên đường dây và trong máy biến áp Tổn thất điện áp trong máy biến áp: Trong đó ; nếu có hai máy, . Tổn thất điện áp từ MBA về tủ hạ thế tổng; Tổn thất điện áp từ tủ hạ thế tổng tới các phụ tải. Tham khảo sách Bài tập Tổn thất công suất và điện năng trong mạng Tổn thất công suất và điện năng trong mạng tính bằng tổng tổn thất trên các phần từ gồm: MBA, các đoạn cáp từ MBA tới hộ tiêu thụ Đối với trạm có n máy biến áp (n = 1,2): Với ; S (kVA) công suất phụ tải lớn nhất của trạm biến áp; SB (kVA) công suất định mức của máy biến áp. Tổn thất điện năng trong toàn mạng: Tham khảo tính toán và lập bảng số liệu trang 423-424 sách Bài tập Chọn và kiểm tra thiết bị điện Tính toán ngắn mạch Sơ đồ tính toán ngắn mạch MBA THT Tủ tầng RC1 XC1 N3 RC2 XC2 RB XB N2 N1 N1 N2 N3 Ghi chú: điểm N1 tại thanh cái hạ áp MBA, N2 tại thanh cái tủ hạ thế tổng, N3 tại thanh cái tủ tầng. Tổng trở của các đoạn dây AC và cáp được tính như sau Rc = ro .L [mW, Ω/km, m] Xc = xo .L[mW, Ω/km, m] Điện trở và điện kháng MBA qui về cấp điện áp phía hạ áp Uđm : ; Tính ngắn mạch N1: Tổng trở ngắn mạch tại điểm N1: [mW] Dòng điện ngắn mạch ba pha: Dòng điện xung kích: ixk1 = 1,8 . kA Tính ngắn mạch N2: Tổng trở ngắn mạch tại điểm N2: [mW] Dòng điện ngắn mạch ba pha: Dòng điện xung kích: ixk2 = 1,8 . kA Tính ngắn mạch N3: Tổng trở ngắn mạch tại điểm N3: [mW] Dòng điện ngắn mạch ba pha: Dòng điện xung kích: ixk3 = 1,8 . kA Bảng (ví dụ) - Tính toán ngắn mạch đối với các “điểm” N2: Điểm ngắn mạch RN [mW] XN [mW] IN [kA] ixkN [kA] N1 N2 N3 Chọn và kiểm tra thiết bị trạm biến áp Tham khảo phần Chọn thiết bị phân phối cao áp Chọn dao cách ly cao áp Chọn cầu chì cao áp Chọn chống sét van cao áp Sách Bài tập – trang 431. Chọn và kiểm tra thiết bị của tủ phân phối Tham khảo phần Chọn thiết bị phân phối hạ áp, sách Bài tập từ trang 431.. Chọn dây dẫn sau MBA Chọn át-tô-mát tổng Chọn Át-tô-mát nhánh Chọn thanh cái Chọn sứ đỡ Chọn TI Kiểm tra chế độ khởi động của các động cơ Tham khảo phần 6, trang 436 – sách Bài tập Thiết kế mạng điện của một căn hộ Tham khảo nội dung phần 5.3.3. Sơ đồ mạng điện căn hộ và phần 5.4 Tính toán mạng điện trong nhà , sách Cung cấp điện theo IEC_từ trang 136 [Trần Quang Khánh] Tính toán nối đất trạm biến áp Nối đất là biện pháp an toàn trong hệ thống cung cấp điện. Đối với trạm biến áp phân phối hệ thống nối đất có điện trở nối đất Rnd 4Ω. Để nối đất cho trạm biến áp, ta sử dụng các điện cực nối đất chôn trực tiếp trong đất, các dây nối đất dùng để nối liền các bộ phận được nối đất với các điện cực nối đất. Cụ thể ở đây ta dự định nối đất với hệ thống nối đất bao gồm các cọc nối đất làm bằng thép góc L 60 x 60 x 6mm, dài 2,5m chôn sâu 0,8m. Các cọc chôn cách nhau 5m và được nối với nhau bằng các thanh thép nối có bề rộng 4cm tạo thành mạch vòng nối đất. Các thanh nối được chôn sâu 0,8m. - Xác định điện trở nối đất của một cọc. Điện trở suất (tra theo loại đất) của đất biến đổi trong phạm vi rộng. Trị số mùa mưa và mùa khô khác xa nhau nên trong tính toán phải chỉnh theo hệ số mùa. Loại đất Loại đất Cát 7 Đất vườn 0,4 Cát lẫn đất 3 Đất đen 2 Đất sét 0,6 Tra bảng 2- 1 Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp của tác giả Nguyễn Minh Chước, với nối đất an toàn và làm việc ta có: Hệ số mùa của cọc 2÷3m, chôn sâu 0,5÷0,8m: kmuaC = 1,2÷2,0 (lấy =2,0) . Hệ số mùa của thanh khi đặt ngang sâu 0,8m: kmuaT = 1,5÷7 (lấy =3,0). Điện trở nối đất của 1 cọc: W - Xác định sơ bộ số cọc: Số cọc được xác định theo công thức sau: Trong đó: Rtc: Điện trở nối đất của 1 cọc, Ω. Rd: Điện trở nối đất của thiết bị nối đất theo quy định,Ω. ηc: Hệ số sử dụng của cọc, tra bảng ηc = 0,6 Xác định điện trở của thanh nối Điện trở của thanh nối được xác định theo công thức: Trong đó: Ρmax: Điện trở suất của đất ở độ chôn sâu thanh nằm ngang, Ω/km. l: Chiều dài mạch vòng tạo bởi các thanh nối, cm. b: Bề rộng thanh nối, cm. Lấy b = 4cm. t: Chiều sâu chôn thanh nối, t = 0,8m Tra bảng tìm được ηt = 0,45. Điện trở thực tế của thanh nối đất: W. Điện trở của toàn bộ số cọc W. Số cọc thực tế phải đóng Kiểm tra lại: Điện trở của hệ thống nối đất W. < Ryc = 4W ? Cọc Thanh nối TBA 2,5m 0,7m 0,8m Hình vẽ: Sơ đồ mặt bằng và mặt cắt của hệ thống nối đất. Hạch toán công trình Tham khảo phần 8, trang 438 sách bài tập TT Thiết bị Qui cách Đơn vị Số lượng Đơn giá,103đ V,106đ 1 ... ... .. .. .. ... ... Phân tích kinh tế tài chính Tham khảo phần 9, trang 440 sách bài tập Các bản vẽ Sơ đồ nguyên lý mạng điện cung cấp điện cho tòa nhà chung cư; Sơ đồ trạm biến áp nguồn: nguyên lý, mặt bằng, mặt cắt, nối đất Sơ đồ mạng điện căn hộ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]- Trần Quang Khánh, Bài tập cung cấp điện (phần 2) [2]-Trần Quang Khánh, Giáo trình cung cấp điện theo tiêu chuẩn IEC.