Báo cáo Thiết kế cung cấp điện cho khu đô thị Việt Hưng 302 ha

, Tra đồ thị với 2 giá trị 0.3 và 1,8 ta có E1= E2 = 148 lx. Tính toán tương tự với các dãy khác ta có độ rọi tương đối tại A từ các dãy đèn khác cho trong bảng sau. Bảng2.5: Kiểm tra độ rọi. Dãy P/h L/h Độ rọi 3 4 5 6 0,8 1,7 2,3 2,8 1,8 5,1 5,1 5,1 52 40 10 5 Tổng độ rọi tương đối tại A , lx Độ rọi tại A theo công thức ( ) , lx Gía trị độ rọi trên có thể chấp nhận được vì nó gần sát với độ rọi yêu cầu, mặt khác cách bố trí đèn trên là hợp lý. Do vậy chọn cách bố trí đèn trên với tổng số bộ đèn cần dùng là 59 bộ. *Chiếu sáng khu gửi xe. Khu gửi xe yêu cầu cần có độ rọi đồng đều và ánh sáng phải tương ứng với khu siêu thị. Khu gửi xe có diện tích 360 m2, lấy công suất chiếu sáng trên một m2 là 4 W. Xác định công suất chiếu sáng tương tự khu siêu thị bằng cách sử dụng phương pháp gần đúng. Pcs =Po.S =4.360= 1440 (W). Giải pháp chiếu sáng dùng bộ đèn cùng loại với khu siêu thị số lượng đèn sơ bộ tính được là 18 bộ. * Chọn cách bố trí đèn. Khoảng cách giữa các đèn theo chiều là 3,8 m, giữa hai đèn gần cột là 4,4 m. Khoảng cách đèn theo chiều rộng là 3,2 m. Với cách bố trí trên số bộ đèn cần dùng là 23 bộ đèn + Kiểm tra độ rọi. Tính toán tương tự như đối khu siêu thị ta có quang thông trên một đơn vị diện tích nhỏ nhất là. lm/m Độ rọi tương đối từ điểm kiểm tra từ các dãy đèn cho dưới bảng sau. Bảng 2.6: Kiểm tra độ rọi Dãy P/H L/H Độ rọi 1 2 3 4 0,45 0,45 1,3 1,8 5 5 2,4 1,4 120 120 50 7,5 Tổng độ rọi tương đối tại A. lx Độ rọi tại A = 104,4 lx Từ kết quả trên ta thấy rằng với độ rọi 104,4 lx chiếu sáng khu vực gửi xe đảm bảo được yêu cầu về chiếu sáng chung và độ rọi tương xứng với khu siêu thị. Vì vậy chọn cách bố trí đèn trên với tổng số bộ đèn cần dùng là 23 bộ đèn. 2.4. TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT PHỤ TẢI ĐẶC BIỆT 2.4.1.Tính toán công suất thang máy. Công suất tính toán của thang máy được tính theo công thức. PTM = kc, kW Trong đó: PTM phụ tải tính toán của thnag máy, kW. Pni - công suất đặt của các động cơ điện của thang máy. Pgi - Hệ số gián đoạn của các động cơ điện ( theo lý lịch thnag máy). Kanamycin - Hệ số nhu cầu với nhà ở được trang bị thang máy Hệ số này được cho trong bảng sau. Bảng 2.7: Hệ số nhu cầu với nhà có thang máy. Số tầng Hệ số nhu cầu khi số thang máy là 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 6-7 1 0,85 0,7 0,55 0,55 0,45 0,45 0,42 0,4 0,38 8-9 1 0,9 0,75 0,65 0,6 0,5 0,45 0,45 0,42 0,4 10-11 - 0,95 0,8 0,7 0,63 0,52 0,48 0,48 0,45 0,42 12-13 - 1 0,85 0,73 0,65 0,58 0,5 0,5 0,47 0,44 14-15 - 1 0,97 0,85 0,75 0,66 0,6 0,6 0,58 0,56 Căn cứ vào hồ sơ kỹ thuật thang máy mã hiệu CTR4933 ta có thông số các động cơ điện của thang máy cho trong bảng sau. Bảng 2.8: Thông số các động cơ điện của thang máy Thông số Động cơ điện công tác Động cơ điện để di chuyển chậm loại 380/220V 380/220V Công suất (kW) 10 10 Tần số quay v/ph 1430 1430 cosj 0.6 0.6 Nhà máy chế tạo ELEX ELEX Theo hồ sơ kỹ thuật và lý lịch của thang máy ta có tổng công suất của các hãm điện từ và các khí cụ điều khiển thang máy là: 335W. Hệ số gián đoạn thang máy PV = 0,2. Số lượng thang máy được trang bị là 2. Dựa vào bảng 2.7 ta có kc = 0,9 Vậy công suất tính toán của thang máy là. PTM = 0,9.( 20., kW. 2.4.2. Tính toán công suất các động cơ bơm nước. Công suất tính toán của nhóm động cơ này có thể được tính theo công thức. Ptt = PM = Kmax. Ptb. = Kmax. Ksd. , kW Trong đó: Kmax là hệ số cực đại. Kmax= 1+ 1,3 Trong đó: PM là công suất cực đại, kW Ptb công suất trung bình, kW Pni công suất định mức của thiết bị thứ i nhd số lượng hiệu dụng Ta thấy rằng trong bảng tra Kmax chỉ bắt đầu từ nhd = 4 khi nhd < 4 thì phụ tải được xác định theo công thức. Ptt = ,kW Trong đó Kti là hệ số tải Nếu không biết chính xác về hệ số tải thì có thể lấy gần đúng như sau. Kt = 0,9 với thiết bị làm việc dai hạn. Kt = 0,75 với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. Nếu trong nhóm có thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại thì phải quy đổi về chế độ làm việc dài hạn theo công thức Pqđ = Pn .,kW Trong đó: K% là hệ số đóng điện phần trăm. Phụ tải tính toán của nhóm. Ptt = Kđt.,kW Trong đó: Ptti là phụ tải tính toán của nhóm thiết bị thứ i. Kđt hệ số đồng thời Giá trị Kđt có thể lấy theo: Kđt = 0,9 ¸ 0,95 khi số nhóm n = 2¸ 4 Kđt = 0,8 ¸ 0,9 khi số nhóm n = 5 ¸ 10 Từ cơ sở lý thuyết trên ta tính công suất tính toán cho nhóm phụ tải động lực này như sau. Bảng 2.9: Thông số kỹ thuật các động cơ bơm nước. Pđm (kW) Số lượng K% cosj Iđm (A) Bơm nước sinh hoạt 15 2 25 0,66 34,5 Bơm nước cứu hoả 15 2 25 0,66 34,5 Phụ tải tính toán của mỗi động cơ lấy bằng công suất đặt và được quy đổi về chế độ làm việc dài hạn. Ptt = Pđặt » 15,kW Phụ tải tính toán của nhóm động cơ này tính theo công thức () 2.4.TỔNG HỢP PHỤ TẢI - PHƯƠNG ÁN CẤP ĐIỆN 2.4.1.Tổng hợp phụ tải Bảng 3.1 Phụ tải tủ điện TĐ-1 BST BĐ-1 BCT-5A,5B Dự phòng Phụ tải Ptt(W) Phụ tải Ptt(W) Ptt(W) Ptt(W) Đèn, ổ cắm Dự phòng điều hoà Đèn, ổ cắm kho, vệ sinh 4720 3600 22500 1200 Đèn, ổ cắm bảo vệ,kt-nước ổ cắm nhà xe, đèn sảnh căn hộ, để xe 1400 1200 2060 68 5000 Bảng 3.2. Phụ tải tủ điện TĐ-2 Đèn h.lang, cầu thang, sản đèn sự cố TM 1 TM2 BơmSH Bơm CC Dự phòng 3280 912 10.000 11100 30.000 30.000 3000 Phụ tải tính toán ở điểm nút của hệ thống cung cấp điện được xác định bằng tổng phụ tải tính toán của các nhóm thiết bị nối đến nút này có kể đến hệ số đồng thời KĐT . Hệ số đồng thời được lấy trong giới hạn 0,8 - 1 Lấy Kđt = 0,81 ta có ,kW , kW PĐ-1 = 0,81.( 1400 + 1200 + 2060) = 3,8, kW Vậy PTĐ-1 = PBĐ-1+ 8.PBCT + Pd.phòng = 30,2 + 3,8 + 8.55,08 + 5 = 479,64,kW Công suất tủ điện TĐ-2 PTĐ-2 = Kđt= 0,81.( 3280 + 912 + 10.000 + 11100 + 60.000)+3000 = 72,5 (KW). Lấy gần bằng 72 kW * Công suất toàn nhà Pt.nhà = 479,64 + 72 = 551,64 ,kW. Khu nhà ở cao tầng CT-14C có số lượng phụ tải khá lớn và đa dạng, do vậy việc đưa ra phương án cấp điện hợp lý là rất quan trọng. Căn cứ vào bảng phụ lục 20 TCN 27-91 ( cung cấp điện) phân loại các hộ và thiết bị theo độ tin cậy cung cấp điện và sự phân bố, tính chất, đặc trưng của từng loại tải có thể đưa ra phương án cấp điện như sau. 2.4.1. Nguồn điện. Lưới điện trung áp khu vực là 10 KV. Dự tính nguồn cung cấp từ MBA có cấp điện áp 10/0,4 KV, ngoài ra nguồn dự phòng cung cấp cấp điện cho nhóm phụ tải có độ tin cậy cung cấp điện loaị 1 từ trạm máy phát điện áp 380/220 V. + Các tủ điện phân phối. Các phụ tải được cung cấp điện từ hai tủ điện chính là TĐ-1 và TĐ-2 được đặt trong phòng KT-ĐIện để thuận tiện chp việc thao tác và kiểm tra TĐ-1 cung cấp điện cho các bảng điện khu siêu thị BST, bảng điện công tơ các tầng BCT , BĐ-1 và lộ dự phòng. TĐ-2 cung cấp điện cho hệ thống thang máy, máy bơm, nhánh đèn hành lang và cầu thang, đèn sự cố. Với khu nhà ở cao tầng, do tập chung rất nhiều người vì vậy mà các nguy cơ cháy nổ, sự cố điện nặng nề là hoàn toàn có thể xảy ra, để đề phòng sự cố mất điện nguồn từ MBA mà vẫn đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các nhóm phụ tải điện ở tủ điện TĐ-2, khu nhà ở cao tầng được trang bị thêm máy phát điện. Công suất tính toán tủ điện TĐ-2 là 72 kW lấy cosj = 0,8. Ta có Stt=, kVA Tham khảo bản calalog chào hàng của công ty thiết bị phụ tùng điện Hoà Phát, chào hàng máy phát điện do Italy và Nhật sản xuất các thông số kỹ thuật cho trong bảng phụ lục tôi chọn loại máy phát điện DIESEL GENERATOR sản xuất tại Nhận có các thông số kỹ thuật sau: + Model: SDG125S +Công suất phát điện liên tục: 100kVA. + Điện áp: 220/440V + Công suất thực % : 80%. +Dòng điện: 3 pha 4 dây. + Nhãn hiệ va Model: NissanA-NE6T. + Số xylanh: 6. + Tổng thể tích: 7,412. + Nhiên liệu: Diesel Fuel Oil. + Thể tích bình nhiên liệu lít: 250. + Lượng dầu bôi trơn lít: 25 + Kích thước: dài ´ rộng ´ cao ( 3,07 ´ 1,1 ´ 1,5) + Trọng lượng tĩnh: 2,18 kG CHƯƠNG IIITÍNH TOÁN LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG 3.1. CHỌN CÔNG SUẤT MÁY BIẾN ÁP (MBA) Lựa chọn MBA bao gồm lựa chọn số lượng, công suất , chủng loại, kiểu cách và các tính năng khác của MBA. Số lượng MBA đặt trong một trạm phụ thuộc vào độ tin cậy cung cấp điện của phị tải trạm đó. +với phụ tải loại 1 là phụ tải quan trọng không được phép mất điện thì phải đặt hai MBA. + Với phụ tải loại 2 thì phải so sánh hai phươgn án cấp điện bằng 1 đường dây , một MBA và phương án cấp điện bằng 2 đường dây lộ kép và trạm hai máy. + Với phụ tải loại 3 như ánh sáng sinh hoạt, thôn xóm, kh chung cư, trường học… thường đặt 1 MBA. + Với trạm 1 máy . SđmBStt (3.1) + Với trạm 2 máy SđmB (3.2) Trong đó: SđmB - Công suất định mức của MBA Stt- Công suất tính toán, là công suất của phụ tải mà người thiết kế cần tính toán, xác định nhằm lựa chọn MBA và các thiết bị khác. 1,4- Là hệ số quá tải. Cần chú ý rằng hệ số quá tải phụ thuộc vào thời gian quá tải. Lấy hệ số quá tải bằng 1,4 chỉ đúng trong trường hợp trạm đặt hai máy bị sự cố 1, máy còn lại cho phép quá tải 1,4 trong 5 ngày 5 đêm, mỗi ngày quá tải không quá 6 giờ và hệ số tải trước khi quá tải không quá 0,75. Nếu không thoả mãn điều kiện trên thì phải tra đồ thị để xác định hệ số quá tải hoặc không cho phép MBA quá tải. Các công thức chỉ đúng cho MBA sản xuất tại nội địa hoăc MBA đã được nhiệt đới hoá. Với MBA ngoại nhập phải đưavào công thức hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ kể đến nhiệt độ môi trường cé tạo và môi trường sử dụng máy (3.3) Trong đó:T0- Nhiệt độ môi trường chế tạo, 0C T1- Nhiệt độ môi trường sử dụng, 0C Ngoài ra số lượng và công suất, khi chọ dùng M BA cần quan tâm đến các thông số kỹ thuật khác như: Biến áp dầu hay biến áp khô, làm mát tự nhiên hay làm mát nhân tạo, một pha hay ba pha, ba cuộn dây hay tự ngẫu, điều chỉnh điện máp thường hay điều chỉnh điện áp dưới tải… Trong lựa chọn công suất MBA thì việc xác định đúng công suất của phụ tải là quan trọng và cũng rất khó khăn, khó khăn ở chỗ là điện bao giờ cũng phải có trước, trạm biến áp bao giờ cũng phải xây dựng trong thời gian xây dựng cơ sở hạ tầng, khi mà chưa có hoặc đang xây dựng các hộ tiêu thụ điện. Vì vậy chưa thể biết thật chính xác mức tiêu thụ điện của các phụ tải , để chọn được công suất MBA phù hợp cần căn cứ vào thông tin thu được tại thời điểm thiết kế để xác định phụ tải tính toán. Từ các phần tính toán trước ta có công suất tính toán toàn nhà là: Ptt = 551,64(KW) Lấy cos= 0,8 Vậy công suất toàn phần Stt= 589,55, KVA Chọn dùng một MBA phân phối hai cấp điện áp do công ty thiết bị điện Đông anh sản xuất có các thông số kỹ thuật loại máy đặt trong nhà . + Điện áp 10/0,4 kV + Phạm vi điều chỉnh điện áp 2 2,5 % + Tổ đấu dây Y/Yo - O + Công suất máy 750 kV Bảng 3.1 : Thông số kỹ thuật MBA CS. định mức UĐM (V) Tổn hao d.đ.k.tải đ.áp ngắn mạch Kích thước bao Po PK Dài Rộng Cao 750 10/0,4 1200 6590 1,4 4,5 1820 1040 2030 Trạm biến áp kiểu hợp bộ KIOSK kín đặt ngoài trời được phân làm 3 buồng. + Buồng cao thế có kích thước: 1400 ´ 900 ´ 2300 ( dài ´ cao ´ rộng) + Buồng máy biến áp : 2000 ´ 1400 ´ 2300. + Buồng hạ thế : 1400 ´ 600 ´ 2300. 3.2. CHỌN CÁC THIẾT BỊ PHÂN PHỐI PHÍA CAO ÁP. 3.2.1. Lựa chọn và kiểm tra cầu dao phụ tải. Cầu dao phụ tải là dụng cụ đóng cắt đơn giản. vì bộ phận dập hồ quang có cấu tạo đơn giản nên chỉ đóng cắt được dòng điện phụ tải chứ không đóng cắt được dòng ngắn mạch, cầu dao phụ tải có thể được chịn theo các điều kiện sau. + Chọn cầu dao phụ tải theo điện áp định mức, KV UđmCD Uđm.m (3.4) + Dòng điện định mức, A IđmCD Ilvmax ( 3.5) + Dòng điện ổn định lực điện động, KA. imax ixk (3.6) + Dòng điện ổn định ứng với thời gian ổn định nhiệt tôđn, A, Iôđn Iôđn I (3.7) Trong đó: Uđmcd : Điện áp định mức của cầu dao phị tải, KV. Uđm.m : Điện áp định mức mạng điện, KV IđmCD, Ilvmax : Dòng điện mức và dòng điện làm việc lớn nhất của cầu dao phụ tải. Iôđm : Dòng ổn định động ixk : Dòng xung kích, KA Iôđt : Dòng ổn định nhiệt, KA Dòng làm việc lâu dài xác định theo biểu thức Ilvmax= (3.8) n: số cáp cung cấp cho thanh cái SđmB - Công suất định mức của MBA. 3.2.2. Lựa chọn và kiểm tra cầu chì. Cầu chì là khí cụ điện để bảo vệ mạch điện khi ngắn mạch, thời gian cắt mạch phụ thuộc vào vật liệu làm dây chảy. Điều kiện kiểm tra cầu chì UđmCC Uđm.m (3.9) Dòng điện định mức của cầu chì IđmCC I lvmax (3.10) Công suất cắt định mức SđmcắtCC S'' (3.11) 3.2.3. Chọn và kiểm tra thanh dẫn. Dựa vào trị số của dòng điện tải mà lựa chọn vật liệu làm thanh dẫn và kiểu đặt. Khi dòng nhỏ thì dùng thanh dẫn cứng hình chữ nhật khi dòng điện lớn thì dùng thanh dẫn ghép ,từ hai đến ba thanh dẫn cứng. Thanh dẫn có thể bố trí nằm ngang hoặc đặt đứng. Chọn thanh dẫn theo dòng phát nóng lâu dài có hiệu chỉnh theo nhiệt độ và kiểu đặt . ICP = K1.K2. I CP ICB (3.12) Với thanh vái nằm ngang K1= 0,95 K2 - là hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường + Theo khả năng ổn định động (3.13) - ứng suất cho phép của vật liệu làm thanh dẫn với thanh dẫn nhôm AT có = 700, KG/ cm2 Với thanh dẫn đồng có = 1400,KG/cm2 : ứng suất tính toán KG/cm2 = , KG/cm2 (3.14) M- Mô men uốn tính toán, KG cm W - Mô men chống uốn của các loại thanh dẫn + Theo khả năng ổn định nhiệt ,(mm2 ) (3.15) Khi thanh dẫn có 3 nhịp trở lên ,KGcm (3.16) Ftt - Lực tính toán do tác động ngắn mạch , KG (3.17) Trong đó: l - khonảg cách giữa các sứ các pha, cm a- Khoảng cách giữa các pha, cm W- Mô men chống uốn , cm3 thanh dẫn nằm ngang thanh dẫn đặt đứng 3.2.4 Chọn máy biến dòng. Chức năng cua máy biến dòng ( MBD) là biến đổi dòng điện sơ cấp có trị số bất kỳ xuống 5 A ( Đôi khi là 1A và 10A) nhằm cấp cho các mạch đo lường, bảo vệ, tín hiệu, điều khiển… Riêng biến dòng hạ áp làm nhiệm vụ cung cấp cho các mạch đo đếm. MBD được chọn theo các điều kiện sau. + Sơ đồ và kiểu máy + Điện áp định mức UđmI Uđmlđ (3.18) + Dòng điện định mức IđmBI Ilvmax (3.19) + Cấp chính xác Cấp chính xác của MBA phải phù hợp với cấp chính xác của các dụng cụ đo nối vào phía thứ cấp. + Phụ tải thứ cấp ZđnBI Z2= Zđc + Zđ đ (3.20) Zđc - Tổng trở của các dụng cụ đo Zđ đ - Tổng trở của các dây dẫn nối vào dụng cụ đo. Trường hợp giới hạn ZđmBI - Zdc = Zdd Rdd = (3.21) Từ đây ta có: (3.22) j- Điện trở suất của vật liệu làm dây ltt- Chiều dài tính toán của dây dẫn phụ thuộc vào sơ đồ nối dây của biến dòng và chiều dài thực từ BI đến dụng cụ đo * Sơ đồ dùng BI trên 3 pha đấu hình sao ltt= l * Sơ đồ dùng hai BI trên hai pha đấu hình sao ltt= * Sơ đồ dùng một BI trên một pha đấu hình sao ltt=2l Để đảm bảo độ bền cơ học và độ chính xác, tiết diện ,không được nhỏ hơn 1,5mm2 với dây đồng, 2,5mm2 với dây nhôm. *ổn định động. KđIđmBIixk (3.23) Kđ - Bội số ổn định đọng của BI. IđmBI - Dòng sơ cấp định mức của BI * ổn định nhiệt. ( IđmBI.Knh)2tnhđmBN (3.24) Knh- Bội số ổn định nhiệt định mức củ BI. Tnh- Thời gian ổn định nhiệt định mức. *Với các BI đặt trong tủ phân phối hạ áp của trạm biến áp phân phối có phụ tải rất nhỏ (vài VA) và dây dẫn từ BI đến các đồng hồ là rất nhỏ, để đảm bảo độ chính xác chọn dây đồng 2,5mm2, không nhất thiết phải kiểm tra theo điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt. 3.2.5. Chọn tủ phân phối. Tủ phân phối có thể cấp điện từ một nguồn, hai nguồn hoặc một nguồn dự phòng. Trong tủ thường đặt áptômáttổng hoặc cầu dao và các áptômát nhánh. Ngoài ra các thiết bị điện lực trong tủ còn đặt các thiết bị phục vụ đo đếm, các đồng hồ ampemét, vônmét, biền dòng, công tơ tác dụng, công tơ phản kháng. - Chọn tủ động lực bao gồm các nội dung: Chọn loại tủ, sơ đồ tủ, chọn áptômát, cầu dao, thanh cái, chọn các thiết bị đon đếm bảo vệ, chông sét… Các áp tômát được chọn theo điều kiện làm việc lâu dài. IđmA Ilv (3.25) UđmA Uđmm (3.26) Với áptômát sau MBA để dự trữ có thể chọn the dòng định mức của MBA IđmAIđmB= (3.27) + Chọn dây dẫn và cáp. Dây dẫn điện được chế tạo thành 3 loại: Dây dẫn bọc cach điện, dây trần và dây cáp. Dây bọc cách điện dùng cho lưới điện hạ áp, chủ yếu là dây nội thất. Có hai loại dây bọc là dây bọc ruột đông và dây bọc ruột nhôm, dây đơn hoặc dây đôi, một sợ hoặc nhiều sợi. Dây dẫn trần bao gồm : Dây đồng trần (M), dây nhôm trần (A) và dây nhôm lõi thép (AC), trong đó với dây AC phần nhôm làm nhiệm vụ dẫn điện, phần lõi thép làm tăng độ bền cơ. Dây đồng trần có nhược điểm là đắt và dẫn điện tốt hơn nhưng lại năng, vì vậy dây nhôm vẫn được sử dụng trong một số trường hợp đặc biệt. Dây nhôm trần có khả năng chịu lực kém nên chỉ dùng trong lưới hạ áp, dây nhôm lõi thép dùng trong mọi cấp điện áp. Cáp là loại dây đặc biệt. Người ta chế tạo cáp 1 lõi, 2lõi, 3 lõi, 4 lõi. Lõi có thể làm bằng đồng hoặc bằng nhôm. cáp được cách điện băng PVC hoặc XLPE. Tên gọi của cáp được gọi theo chất cách điện và vật liệu làm lõi. + Lựa chọn tiết diện cáp theo mật độ dòng kinh tế Jkt Phương pháp này sử dụng cho mang có cấp điện áp U 110 kV, bởi vì trên lưới điện này không có thiết bị sử dụng điện trực tiếp đầu vào, vấn đề điện áp không cấp bách, nếu chọn theo Jkt sẽ có lợi về mặt kinh tế, nghĩa là chi phí tính toán hàng năm thấp nhất. Lưới trung áp đối với đô thị và xí nghiệp, nói chung khoảng cách tải điện ngắn, thời gian sử dụng công suất lớn, cũng lựa chọn theo Jkt. Chọn loại dây ( dây dẫn, dây cáp) và vật liệu làm dây căn cứ vao trị số Tmax tra bảng tìm Jkt. Nếu đường dây cấp điện cho các phụ tải có Tmax khác nhau phai tính trị số trung bình của Tmax theo công thức. Tmaxtb = (3.28) Trị số Jkt ( A/mm2) theo Tmax và loại dây cho trong bảng sau. Bảng 3.2: Xác định Jkt Loại dây Tmax ( h) 3000 3000 – 5000 5000 Dây đồng 2,5 2,1 1,8 Dây A và AC 1,3 1,1 1 Cáp đồng 3,5 3,1 2,7 Cáp nhôm 1,6 1,4 1,2 + Chọn tiết diện theo tổn thất điện áp cho phép DUcp. Lưới trung áp nông thôn, hạ áp nông thôn, đường dây đến các trạm bơm nông nghiệp, do khoảng cách tải điện xa tổn thất điện áp lớn chỉ tiêu chất lượng điện năng dễ bị vi phạm nên tiết diện dây dẫn được chon theo phương pháp này. + Chọn tiết diện dây dẫn theo dòng điện phát nóng cho phép Icp. Phương pháp này dùng chọn tiết diện dây dẫn và cáp cho lưới hạ áp và đô thị, hạ áp công nghiệp và ánh sáng sinh hoạt. Phạm vi áp dụng các phương pháp chọn tiết diện dây dẫn và cáp. Lưới điện Jkt DUcp ICP Cao áp mọi đối tượng - - Trung áp đô thị, công nghiệp nông thôn - Hạ áp - nông thôn Đô thị, công nghiệp Trong giới hạn của đề tài là thiết kế cấp điện cho khu chung cư nhà các tầng. Vì vậy phương pháp chọn tiết diện dây dẫn và cáp được chọn theo phương pháp dòng đốt nóng co phép. Trình tự xác định tiết diện như sau. + Xác định dòng điện tính toán của đối tượng mà đường dây cần cấp điện Itt, A. + Lựa chọn loại dây và tiết diện theo biêu thức k1.k2 Itt. (3.29) Trong đó: k1- Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, ứng với môi trường đặt dây, cáp. k2- Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, kể đến số lượng dây hoặc cáp đi chung một rãnh. ICp- Dòng điện lâu dài cho phép ứng với tiết diện dây hoặc cáp định lựa chọn, tra trong cẩm nang. + Thử lại các điều kiện kết hợp với thiết bị bảo vệ Khi bảo vệ bằng áptômát. Icp (3.30) Hoặc. Icp (3.31) Ikđnhiệt, Ikđtừ- Dòng khởi động của các bộ phận cắt mạch điện bằng nhiệt hoặc bằng từ của áptômát. 3.3. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH. 3.3.1. Tính dòng ngắn mạch phía cao áp. Ta tính gần đúng điện kháng hệ thốngqua công suất cắt ngắn mạch của máy cắt đầu nguồn. ,W (3.32) Utb- Điện áp trung bình mạng, kV SN- Công suất cắt ngắn mạch, MVA SN=UtbIN (3.33) IN=I''=Iµ= (3.34) Zå- Tổng trở từ hệ thống đénn điểm ngắn mạch, W RC=ro.l , W (3.35) XC=xo.l, W (3.36) Zå= (3.37) Trị số dòng ngắn mạch xung kích. Ixk=Kxk (3.38) Kxk- Hệ số xung kích. 3.3.2. Ngắn mạch phía hạ áp. Khi tính ngắn mạch phía hạ áp cần phải xét đến điện trở của tất cả các phần tử trong mạch ngắn mạch, như điện trở MBA, dây dẫn, máy biến dòng đo lường, cuộn dòng của áptômát và điện trở tiếp xúc của ca s tiếp điểm… Tính điện kháng hệ thống Xhệthống= (3.39) Utb- Điện áp trung bình của mạng. Sdmc, Idmc- Công suất và dòng cắt định mức cắt điện đặt ở phía cao áp MBA tính bằng kVA và kA. Nếu không có số liệu về Xh.thồng, nghĩa là coi điện áp bên cao áp MBA là những hằng số như trên giả thiết, điều này khá chính xác khi tổng trở MBA là khá lớn. Điện trở và điện kháng MBA. RB=,mW (3.40) XB=, mW (3.41) RB,XB, điện trở và điện kháng MBA DPk- Tổn thất ngắn mạch của MBA, W Uđm- Điện áp định mức lưới điện, kV Sđm- Công suất định mức MBA, kVA UN%- Điện áp nắn mạch tính % * Điện trở và điện kháng của đường dây hạ áp. Với đường dây hạ áp có thể lấy một cách gần đúng như sau. Đường dây cáp xo=0,07 (W/km) n hay(mW/m) Điện trở ro=, (mW/m) j- Điện trở suất của vật liệu làm dây dẫn. jcu= 18,8Wmm2Km jAl =31,5Wmm2Km + Dòng điện xung kích. ixk= (3.42) ở đây Kxk = 1+ e. Hệ số này có thể được tra theo đường cong trên hình ( H- 21 tài liệu cung cấp điện), khi đó Ta= (3.43) 3.4. ÁP DỤNG TÍNH TOÁN 3.4.1. Chọn cầu dao phụ tải- Cầu chì. Dòng điện lớn nhất qua cầu dao phụ tải chính là dòng quá tải của MBA, thường trong giờ cao điểm cho phép MBA quá tải 25 %. Vậy dòng điện cưỡng bức là. Ilvmax = IqtBA= 1,25. IđmBA = ,A Với lưới điện 10 kV, điện áp trung bình Utb = 1,05. Uđm = 10,5 kV, lấy trị số máy cắt 10 kV, do liên xô chế tạo là 250 MVA, khi đó điện kháng hệ thống. XH = Đường cáp từ thanh cái hạ áp trạm trung gian đến MBA là cáp XPLE (3120) có tổng chiều dài là 3 km. Cáp có r0 = 0,96 W/km, x0 ta có thể lấy gần đúng trong khoảng ( 0,08 - 0,1). Lấy x0 = 0,1 W/km ta có. ZC= 0,196.3 + j 0,1.3, W Trị số dòng ngắn mạch qua cầu chì. IN=,kA ixk= ,kA Chọn loại dao cách ly 3DC điện áp 12kV và cầu chì ống 3GD do Siemens chế tạo có các thông số cho trong bảng sau. Bảng 3.3 : Thông số kỹ thuật dao cách ly. Loại DCL Uđm(kV) Iđm(A) Icđm(kA) Inhđm(kA) 3DC 12 400 40 16 Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật cầu chì ống. Loại cầu chì Uđm(kV) Iđm(A) Icđm(kA) Icmin(A) 3GD 12 100 80 400 3.4.2.Chọn các thiết bị tủ hạ áp. + Chọn cáp nối từ phía hạ áp MBA đến tủ hạ áp. Dòng hạ áp tổng của MBA 750 kVA. Itt = IđmBA = ,A Ta thấy rằng dòng hạ áp là rất lớn vì vậy chọn phương án đi 3 cáp cách điện PVC do LENS chế tạo cáp PVC ( 3´ 185+ 70) có dòng điện lớn nhất cho phép ICP =434 A, r0= 0,991 W/km lấy x0 = 0,1W/km. Chiều dài cáp là 12m. Do đường cáp ngắn nên không cần kiểm tra cáp theo điều kiện hao tổn điện áp cho phép. Để kiểm tra cáp theo điều kiện ổn định nhiệt ta tính toán ngắn mạch phía hạ áp tại điểm N1. Sơ đồ thay thế. H N1 N1 XC RC XB RB 3 PVC ( 3´ 185+ 70) Tổng trở của máy biến áp quy về phía hạ áp. Từ bảng thông số kỹ thuật của MBA ta có: DPN = 6,59 kW , UN = 4,5 % ,mW XB =mW Tổng trở của đoạn cáp. ZC=,mW Dòng điện ngắn mạch có trị số. IN = ,kA Muốn ổn định dòng ngắn mạch tiết diện cáp phải thoả mãn F a. IN . Với cáp đồng a = 6 lấy t = 0,5 Vậy F 6.21,16.= 89,7. Vậy cáp chọn là hợp lý. Từ phần tính toán trên ta chọn áptômat tổng có thông số cho trong bảng sau. Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật áptômát. Loại Iđm (A) Uđm Inmax (kA) Kích thước rộng cao sâu CM1250 1250 690 50 210 374 172 Trong vận hành MBA trong trạm có một máy thường chỉ cho phép quá tải thường xuyên 25%, khi đó dòng quá tải MBA 750 kVA là: IqtBA = 1,25.1082,5=1353,125,A Khi dòng quá tải vượt quá trị số này thì các bộ phận tác động nhiệt phải khởi động để cắt attomat. Vì vậy phải chỉnh định attomat với hệ số khởi động nhiệt là: Ikđnh = + Chọn thanh dẫn. Thanh dẫn được chọn theo điều kiện. ICP K1.K2 Ilvmax Dòng điện Ilvmax chính là dòng định mức MBA. Ilvmax =1082,5, A Dự định đặt 3 thanh dẫn nằm ngang mỗi pha một thanh cách nhau 15 cm, mỗi pha đặt trên hai khung tủ cách nhau 70 cm, nhiệt độ trong buồng hạ áp là 250C. Từ đó ta có K1 = 0,95, K2 = 1. Vậy Icp ,A Chọn thanh dẫn đồng có Icp = 1320, A mỗi pha đặt một thanh. Kiểm tra thanh dẫn theo điễu kiện ổn định động và ổn định nhiệt. Từ phần tính toán trên ta đã có IN = 21,16, kA. Trị số dòng ngắn mạch xung kích. ixk = 1,8..IN =53,86, kA Ftt = ,KG M=KGcm Mô men chống uốn của thanh đồng W = ,cm3 stt = KG/cm2 Với a = 6, t =0,5s ta có kết quả kiểm tra thanh góp cho trong bảng sau. Bảng 3.6 : Kết quả kiểm tra thanh góp. Điều kiện kiểm tra Kết quả Dòng phát nóng lâu dài Icp (A) K1. K2 = 0,95.1320 > 1082,5 A Khả năng ổn định động stt = 1400 > 4,5 KG/cm2 Khả năng ổn định nhiệt F = 60.8=4800 > 6.21,16.=89,7 + Chọn máy biến dòng (BI). Dòng điện cưỡng bức qua máy biến dòng Ilvmax bằng dòng định mức máy biến áp. Ilvmax = 1082,5, A Phụ tải thứ cấp BI gồm + 01 công tơ hữu công 2,5 VA + 01 công tơ vô công 2,5 VA + 03 ampekế 3 VA + 01 vônmét 0,1 VA Căn cứ vào số liệu trên chọn BI như sau. 1. Đặt B trên cả 3 pha đấu hình sao. 2. Các công tơ có cấp chính xác 0,5 nêm chọn BI cũng có cấp chính xác 0,5. Tổng trở phụ tải S = 8 VA, chọn BI có dung lượng 10 VA. Chọn BI hạ áp do công ty đo điện Hà Nội chế tạo có các thông số kỹ thuật cho trong bảng sau. Bảng 3.7 : Thông số BI tủ hạ áp . Loại Uđm (V) Iđm (A) I2đm (A) sv.sơ cấp sv.thứ cấp D.lượng Cấp chính xác BD/23 600 1500 5 5 1 10 0,5 Dây dẫn từ BI đến các dụng cụ đo dùng dây dẫn đồng tiết diện 2,5 mm2. ở đây không cần kiểm tra điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt. 3.4.3. Chọn cáp từ tủ hạ áp đến TĐ-1 và TĐ-2. + Chọn cáp tới tủ hạ áp TĐ-1 Từ bảng 3.2 ta có công suất tủ điện TĐ - 1 là 479,64 kW Ta có. Ilvmax = Khi tính đến các hệ số K1, K2 ta nhận thấy rằng dòng làm việc lâu dài của cáp là rất lớn vì vậy để đảm bảo điều kiện dòng phát nóng cho phép tôi chọn phương án đi 3 cáp. Dự định chôn cáp đi cùng một rãnh với cáp tủ điện TĐ-2, như vậy số cáp đi cùng một rãnh là 4 cáp, khoảng cách giữa các cáp là 100mm. Vậy K2 = 0,85. Nhiệt độ trung bình trong đất lấy trung bình bằng 15oC K1 = 1. Cáp cấp điện cho tủ TĐ-1 phải thoả mãn điễu kiện K1.K2.Icp Ilvmax Vậy Icp Để thoả mãn điều kiện dòng phát nóng cho phép chọn 3 cáp PVC( 3x 185 + 70). + Chọn cáp đến tủ TĐ-2. Tính toán tương tự ta có. Ilvmax = Icp Chọn cáp 4 lõi đồng cách điện PVC do LENS sản xuất cáp PVC ( 3x 70 +35), cáp có r0 = 0,268 W/km, Icp = 254, A Để kiểm tra điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt ta tính ngắn mạch tại N2, N3. Tính toán ngắn mạch tại N2. Bỏ qua điện trở của áptômat và thanh dẫn ta có sơ đồ thay thế. RB XB RC1 XC1 RC2 XC2 N2 H Từ phần tính toán trước ta có ZB = 1,87 + j 9,6, mW ZC1 = 3,964 + j 0,4, mW Chiều dài từ tủ điện hạ áp đến phòng KT- Điện là 35m vậy ta có. ZC2 = , mW ZC = ZC1+ ZC2 = 15,524 + j 1,56, mW Trị số dòng điện ngắn mạch. IN2 = ,kA Ta thấy rằng IN1IN2 nên cáp chọn là thoả mãn. Tính ngắn mạch tại N3. RB XB RC1 XC1 RC3 XC3 N3 Sơ đồ thay thế. H Ta có ZC3 = r0.l + j x0.l = 9,38 + j 3,5, mW Trị số dòng ngắn mạch. IN3 = ,kA Đệ thoả mãn điều kiện ổn định động tiết diện cáp phải thoả mãn. F a.IN.= 6.11,36.= 48,19 Vậy cáp chọn thoả mãn. 3.4.4.Chọn các thiết bị tủ điện TĐ-1. + Chọn áptômat tổng và các áptômat nhánh. Từ phần tính toán trên ta đã có Ilvmax = 865,37,A ; IN2 = 11,17, kA Trị số dòng điện tính toán từ các nhánh ra cho trong bảng sau: Bảng 3.8: Dòng điện tính toán các nhánh tủ điện TĐ-1 Phụ tải Ptt (kW) Itt (A) BCT 55,08 99,37 BST 30,2 54,48 BĐ-1 3,8 6,8 Dự phòng 5 9,02 Từ bảng trên ta có thông số của áptômat tổng và các áptômat nhánh cho trong bảng. Bảng 3.9 :Thông số áp tô mát tủ TĐ-1 Kí hiệu trên bản vẽ loại Uđm (V) Iđm(A) ICđm (kA) AT1# C1001N 690 1000 25 T1-4¸11 NS400H 690 160 20 T1-3 NS100L 690 100 50 T1-2 NS100L 690 16 50 T1- 1 NS100L 690 16 50 + Chọn hệ thống thanh dẫn. Tính toán tương tự như chọn thanh dẫn tủ hạ áp ta có kết quả lựa chọn thanh dẫn cho trong bảng sau. Bảng 3.10 : Kết quả kiểm tra thanh dẫn tủ điện TĐ-1. Điều kiện kiểm tra Kết quả kiểm tra Dòng phát nóng cho phép K1.K2..Icp=0,95.1125> 865,37 Khả năng ổn định động scp = 1400 > 5,1 kG/cm2+ Khả năng ổn định nhiệt F = 60 x 6 = 360 > 6.11,17.= 47,3 + Chọn máy biến dòng. Tính toán tương tự ta có bảng thông số máy biến dòng. Bảng 3.11: Thông số máy biến dòng. Loại Uđm (V) I1đm(A) I2đm(A) S.vòng sơ cấp D.lượng C.chính xác BD19 600 1000 5 1 15 0,5 3.4.5. Chọn các thiết bị tủ điện TĐ-2. Bảng 3.12 : Phụ tải và dòng điện tính toán tủ điện TĐ-2 Phụ tải Ptt (W) Itt (A) Đèn h.lang, cầu thang, sản 3280 5,91 đèn sự cố 912 1.64 TM 1 10.000 18,04 TM2 + áp mái 11.100 20,02 BơmSH 30.000 54,12 Bơm CC 30.000 54,12 Dự phòng 3000 5,41 Bảng 3.13: Thông số áptômat tổng và áptômát nhánh tủ điện TĐ-2 Ký hiệu Loại Uđm (V) Iđm (A) Icđm (kA) T2-7 NS100L 690 16 50 T2-6 NS100L 690 16 50 T2- 5 NS100L 690 25 50 T2- 4 NS100L 690 25 50 T2 - 3 NS100L 690 100 50 T2 - 2 NS100L 690 100 50 T2 - 1 NS100L 690 16 50 Bảng 3.14: Thông số máy biến dòng. Loại Uđm (V) I1đm (A) I2đm (A) S.vòng sơ cấp Dung lượng C.chính xác BD5/1 600 150 5 1 10 0,5 Bảng 3.15:Bảng kiểm tra thanh dẫn: Điều kiện kiểm tra Kết quả kiểm tra Dòng phát nóng cho phép K1.K2..Icp=0,95.340> 129,9 Khả năng ổn định động scp = 1400 > 5,1 kG/cm2 Khả năng ổn định nhiệt F = 60 x 6 = 360 > 6.11,17.= 47,3 3.4.6.Chọn dây dẫn các nhánh ra từ tủ TĐ-1. Dây dẫn chọn theo điều kiện dòng phát nóng lâu dài va kiểm tra theo điều kiện kết hợp với áptômát bảo vệ theo công thức (3.30). + Chọn dây dẫn đến tủ điện các tầng. Ta có: Ilvmax = Chọn dây dẫn PVC ( 4x 25) có Icp = 124, A. Kiểm tra kết hợp với cầu chì bảo vệ. Icp Vậy dây dẫn chọn thoả mãn. ở đây ta không cần kiểm tra điều kiện ổn định động điều kiện hao tổn điện áp cho phép. Tính toán tương tự cho các nhánh khác ta có kết quả chọn dây dẫn cho trong bang sau. Bảng 3.16 : Kết quả chọn dây dẫn các nhánh từ tủ TĐ - 1. Phụ tải Ptt (kW) Itt ( A) Dây dẫn Icp ( A) Bct 55,08 99,37 PVC(4x25) 124 BĐ-1 3,8 6,8 PVC(4x4) 45 BST 30,2 54,48 PVC(4x16) 96 Chọn dây dẫn các nhánh lấy điện từ tủ TĐ-2 Bảng 3.17 : Kết quả chọn dây dẫn các nhánh từ tủ TĐ - 2. Phụ tải Ptt (kW) Itt ( A) Dây dẫn Icp ( A) BCH 30 54,1 PVC( 4 x 16) 96 BSH 30 54,1 PVC( 4 x 16) 96 TM1 10 18,04 PVC( 4 x 16) 75 TM2 + áp mái 11,1 20,04 PVC( 4 x 16) 75 Đèn sự cố 0,912 1,6 PVC( 4 x 16) 34 Đèn hành lang, sản chính 3,28 5,9 PVC( 4 x 16) 45 + Các áp tô mát, dây dẫn các nhánh phụ tải lấy điện từ các bảng điện trên được chọn và ghi trên sơ đồ cấp điện. CHƯƠNGIV:BẢO VỆ NỐI ĐẤT 4.1. MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA VIỆC NỐI ĐẤT Mục đích của việc nối đất là để bảo đảm na toàn lúc chạm vào các bộ phận mang điện áp. Khi cách điện bị hư hỏng những bộ phận của các thiết bị hay máy móc thường trước kia không có điện, bây giờ có thể mang hoàn toàn điện áp ;am việc. Khi chạm vào chúng người có thể bị tổ thương do dòng điện gây nên. Nối đất là giảm điện áp với đất của những bộ phận kim loại của thiết bị điện đến một trị số an toàn đối với người. Những bộ phận này nhưng do cách điện bị chọc thủng nên có điện áp xuất hiện trên chúng. Như vậy nối đất chính là sự chủ định nối các bộ phận của thiết bị điện với hệ thống nối đất. Hệ thống nối đất bao gồm các thanh nối đất và dây dẫn để nối đất. Ngoài nối đất đảm bảo cho người còn có nối đất với mục đích với chế độ làm việc của thiết bị. Loại nối đất này gọi là nối đất làm việc. Ví dụ như: Nối đất trung tính máy biến áp, nối đất thu lôi để bảo vệ chống sét, nối đất chống sét để bảo vệ chống quá điện áp. Nối đất riêng rẽ cho từng thiết bị là không hợp lývà nguy hiểm vì khi có chạm đất tại hai điểm taọ nên hiệu điện thế nguy hiểm tại điểm nối đất của thiết bị trong trường hợp này hay co dòng điện bé xuất hiện, trị số của dòng điện nay chưa đủ để cho bảo vệ chạm đất làm việc. Khi hệ thống nối đất có chạm đất tại hai điểm sẽ biến thành ngắn mạch hai pha đưa đến tự động cắt chỗ bị hư hỏng. 4.2. CÁC HÌNH THỨC NỐI ĐẤT. + Nối đất tập trung. ý nghĩa của nỗi đất tập trung có thể xét trên hình vẽ dưới đây Id g1 gng gđ g2 g' = g1t.gng +gx Ung 2 1 Bảo vệ nối đất mạng 2 dây Giả thiết thiết bị được nối vào mạng một pha hay mạng một chiều. Vỏ thiết bị được nối, nghĩa là được nối với ống kim loại hay kim loại có trong đất. Muốn giảm được dòng điện qua người có thể hoặc giảm điện dẫn của người gng hoặc giảm điện dẫn cách điện của dây dẫn g2, hoặc tăng điện dẫn của vật nối đất gđ. Việc tăng điện dẫn của vật nối đất ở đây tạo nên giữa vỏ thiết bị và đất một mach điện có mật độ điện dẫn lớn có dòng điện đi qua người khi chạm vào vỏ thiết bị có cách điện bị chọc thủng trở nên không nguy hiểm đối với người. Bảo vệ nối đất tập trung chỉ đảm bảo yêu cầu khi. Ung= Utxcp: Điện áp tiếp xúc cho phép có thể xem bằng 1. Nếu trị số gđ nhỏ, hệ thống nối đất chỉ đem lại nguy hiểm khi một trong các thiết bị có cách điện bị chọc thủng qua vỏ, toàn bộ nguy hiểm sẽ đặt vào hệ thống nối đất. Điều kiện an toàn của hệ thống nối đất tập trung có thể thực hiện bằng hai cách. + Giảm dòng Iđ bằng cách tăng cách điện của mạng điện. + Giảm điện trở nối đất rđ bằng cách dùng nhiều vật nối đất cắm trong bùn có điện dẫn lớn. Tuy nhiên trongthực tế điều này là rất khó thực hiện do điện trở suất của đất là khá lớn, để khắc phục nhược điểm trên ta dùng hình thức nối đất hình lưới ( hình vòng). + Hình thức nối đất hình lưới ( hình vòng). Điều kiện an toàn khi cách điện bị chạm bỏ và có dòng điện đi qua vật nối đất vào đất được xác định bằng điện áp tiếp xúc và điện áp bước. Những điện áp này không vượt quá trị số giới hạn nào đấy để đảm bảo an toàn cho người. Ta có thể thấy rằng càng gần vật nối đất thì điện áp tiếp xúc càng giảm còn điện áp bước thì ngược lại. Dùng một thanh hay nhiều thanh tập trung vào một chỗ thì lúc có dòng điện chạm đất Iđ đi qua điện áp phân bố trên mặt đất rất không có lợi. Muốn đồng thời giảm điện áp tiếp xúc và điện áp bước chỉ bằng cách nối đất hình lưới ( hình vòng). 4.2. LĨNH VỰC BẢO VỆ NỐI ĐẤT. 4.2.1. Thiết bị điện có điện áp dưới 1000 V. Khi dùng bảo vệ nối đất trong thiết bị điện áp dưới 1000V cần xác định chế độ làm việc của dây trung tính. Khi trung tính cách điện với đất thì ở mạng điện náy dùng bảo vệ nối đất mới thuận lợi. Nếu trung tính trực tiếp nối bảo vệ nối đất được thay thế bằng bảo vệ nối dây trung tính. Bảo vệ nối dây trung tính là thực hiện nối các bộ phận không mang điện với dây trung tính, dây trung tính này được nối đất ở nhiều chỗ. Bảo vệ nối dây trung tính thay cho bảo vệ nối đất trong các mạng 4 dây điện áp thấp 380/220V và 220/110V. Nếu trung tính của các mạng điện có trung tính trực tiếp nối đất. ý nghĩa của việc thay thế này xuất phát từ việc bảo vệ nối đất trong các mạng điện áp dưới 1000V khi trung tính nối đất không đan\mr bảo an toàn. Khi dùng bảo vệ nối dây trung tính, dây trung tính này được nối với đầu nguồn và nối đất lặp lại tring từng đoạn của mạng của mạng điện ( nối đất lặp lại). Bảo vệ nối dây trung tính không thể dùng được nếu dây trung tính không nối đất vì nếu xảy ra chạm đất tại chỗ nào đấy sẽ làm cho vỏ nối thiết bị với dây trung tính có điện áp gần bằng điện áp pha. Điện trở nối đất làm việc cần thực hiện nhỏ hơn 4W sẽ hạn chế điện áp với dây trung tính với đất khi có xâm nhập của điện áp cao sang điện áp thấp cũng như lúc xảy ra chạm đất của một pha nào đấy ở phía hạ áp. Phải nối đất lặp lại trong mạng điện vì các lý do sau. Giảm điện áp của dây trung tính đối với đất nếu xảy ra chạm vỏ thiết bị. Giảm nhẹ chế độ sự cố trong trường hợp dây trung tính bị đứt. Nếu không dùng nối đất lặp lại và xảy ra hiện tượng chạm vỏ thiết bị ở sâu chỗ đứt, mạch khép kín của dòng điện sự cố đã xét không còn nữa và bây giờ điện áp của tất cả thiết bị sau chỗ đứt bằng điện áp pha. Quy trình cho phép lấy tiết diện dây trung tính bằng 50% dây pha, còn tiết diện dây dùng nối thiết bị điện đến dây trung tính bằng 1/3 dây pha cung cấp cho thiết bị. 4.2.2.Tính toán trang bị nối đất. Có hai loại nối đấat là nối đất tự nhiên và nối đất nhân tạo + Nối đất tự nhiên là sử dụng các ống dẫn nước hay các ống bằng kim loại khác đặt trong đất( trừ các ống nhiên liệu lỏng và khí dễ cháy), các kết cấu của công trình nhà cửa có nối đất, các vỏ bọc kim loại của cáp đặt trong đất… làm trang bị nối đất. Khi xây dựng trang bị nối đất cần tận dụng các vật liệu tự nhiên có sẵn. Điện trở nối đất này được xác định bằng cách đo thực tế tại chỗ hay dựa vào các tài liệu để tính gần đúng. Nối đất nhân tạo thường được thực hiện bằng các cọc thép, thanh thép dẹt hình chữ nhật, hay thép góc dài 2-3m đóng sâu xuống đất sao cho đầu trên của chúng cách mặt đất khoảng 0,5- 0,8m. Để chống ăn mòn kim loại, các ống thép và thanh thép dẹt hay thép góc có chiều dày không nên nhỏ hơn 4mm. Dây nối đất có tiết diện thoả mãn độ bền cơ khí và độ ổn định nhiệt, chịu được dòng điện cho phép lâu dài. Điện trở của trang bị nối đất không được bé hơn các giá trị đã quy định trong các quy phạm. Điện trở nối đất chủ yếu được xác định bằng điện trở suất của đất, hình dạng kích thước của điện cực và độ chôn sâu trong đất. Điện trở suất của đất phụ thuộc vào thành phần, mật độ, độ ẩm và nhiệt độ của đất và chỉ có thể xác định chính xác bằng cách đo lường. Các trị số gần đúng của điện trở suất của đất jđất tính bằng Wcm như sau: Bảng 4.1: Điện trở suất của đất Đất sét, đất sét lẫn sỏi 104 Đất vườn, đất ruộng 0,4104 Đất bùn 0,2104 Cát (7-10)104 Đất lẫn cát (3-5)104 Điện trở suất của đất không luôn cố định trong năm và thay đổi do ảnh hưởng của độ ẩm và nhiệt độ của đất. Do vậy điện trở của trang bị nối đất cũng thay đổi. Vì vậy trong tính toán nối đất như dùng điện trở suất tính toán là trị số lớn nhất trong năm. jtt=Kjđocủađất (4.1) Trong đó: K- là hệ số tăng cao, phụ thuộc vào điều kiện khí hậu ở nơi xây dựng trang bị nối đất. Bảng 4.2: Hệ số K hiệu chỉnh tăng cao điện trở suất của đất. Loại cọc nối đất Loại đất Đất rất ướt Đất ướt trung bình Đất khô Các thanh dẹt nằm ngang trong đất 6,5 5 4,5 Thanh dẹt chôn nằm ngang ở độ sâu 0,5-0,8m. 3 2 1,6 Cọc đóng thang đứng ở độ sâu ³ 0,8m 2 1,5 1,4 Tính toán nối đất nhân tạo. Điện trở nối đất nhân tạo thực hiện khi nối đất tự nhiên đo được không thoả mãn với điện trở nối đất cho phép lớn nhất cho phép [R]maxcủa trang bị nối đất. Khi đó điện trở nối đất nhân tạo được tính theo công thức. Rnhântạo = (4.2) Điện trở nối đất nhân tạo gồm hệ thống cọc thẳng đứng ( điện cực thẳng đứng) và thanh nằm ngang (điện cực nằm ngang) được xác định theo công thức. Rnhântạo = (4.3) Trong đó: Rd- điện trở khuyếch tán của hệ thống cọc thẳng đứng Rng- điện trở khuyếch tán của hệ thống cọc nằm ngang. Các công thức tính điện trở khuyếch tán của các cọc khác nhau cho trong bảng 10-2 ( Cung cấp điện). Khi xác định điện trở nối đất tổng của toàn bộ mạch vòng, cần xét đến ảnh hưởng của màn che giữa các cọc. Trong trường hợp này, ta có hệ số sử dụng của điện cực thẳng đứng hđ và điện cực ngang hng. Các hệ số sử dụng của các cọc thẳng đứng và của điện cực ngang cho trong bảng 10-3 ( Cung cấp điện). Điện trở khuếch tán của n cọc có xét đến ảnh hưởng của màn che tính theo công thức sau. (W) (4.4) Trong đó: R1d- điện trở của 1 cọc hay 1 điện cực thẳng đứng. hđ - hệ số sử dụng của các điện cực thẳng đứng. Điện trở khuếch tán của thanh ngang nối giữa các điện cực đứng. Rng= (W) (4.5) Trong đó: R'ng- điện trở khuyếch tán của thanh nối chưa xét đến ảnh hưởng của màn che. hng- hệ số sử dụng của thanh nối nằm ngang. 4.3. ÁP DỤNG TÍNH TOÁN Hệ thống nối đất trung tính trạm- nối đất an toàn. Theo quy phạm điện trở nối đất không vượt quá 4 W. Theo khảo sát thực tế đất là loại đất ruộng vì vậy điện trở suất của đất là jđ= 0,4.104, Wcm Cọc tiếp địa dùng loại cọc thép bọc đồng đường kính D16 dài 2,5m. Ước lượng sơ bộ số cọc đóng thẳng đứng ( điện cực thẳng đứng) cần dùng là 8 cọc, cọc được đóng sâu cách mặt đất 0,8m. Ta có điện trở khuyếch tán của một cọc: (lglg) Lấy K = 1,5 với điện cực thẳng đứng, K=2 đối với điện cực ngang. T= 0,8+,m (lglg W Các cọc được đóng thành mạch vòng cách nhau 3m, ta có a/l =1,2 tra trong bảng 10-3 ( tài liệu cung cấp điện) ta có hđ= 0,606 Vậy điện trở khuếch tán của 8 coc là: Rd = W Thanh nối dùng thép đồng dẹt L253 mm, chôn sâu cách mặt đất 0,8m, tổng chiều dài thanh nối là 30m. Vậy ta có điện trở khuếch tán của thanh nối khi chưa xét đến ảnh hưởng của màn che là. R'ng=.lg R'ng=lg4,8 W Tra bảng 10-3 ( tài liệu cung cấp điện) với a/l = 1,2 ta có hng = 0,374. Vậy. W Điện trở nối đất nhân tạo của hệ thống. Rnhântạo= W Ta thấy rằng R= 3,4 W < 4 W. Vậy chọn 8 cọc là phù hợp. Tính toán tương tự cho hệ thống nối đất chống sét, theo quy phạm điện trở nối đất không được lớn hơn 10 W, hệ thống nối đất này ta vẫn sử dụng loại cọc D16 dài 2,5m, vậy R1d= 22,4 W. Sơ bộ chọn số cọc là 6 cọc ( 6 điện cực thẳng đứng) tỷ số a/l = 1,2, tra bảng ta có hđ= 0,658. Điện trở của 6 cọc là: Rđ= W Thanh nối ( điện cực ngang) loại L253mm có tổng chiều dài là 15m. Vậy điện trở của thanh ngang chưa xét đến ảnh hưởng của màn che là. R'ng=lg8,49 W Tra bảng ta có hng= 0,742 Vậy. W Điện trở nối đất nhân tạo của hệ thống. Rnhântạo= W Ta có Rnhântạo =3,79 W < 10 W. Vậy chọn hệ thống cọc nối đất chống sét là 6 cọc. Dây dẫn dòng điện sét từ hệ thống đón bắt sét đến hệ thống nối đất chọn loại dây đồng bện tiết diện 70mm2. CHƯƠNGV:BẢO VỆ CHỐNG SÉT 5.1. QUÁ ĐIỆN ÁP THIÊN NHIÊN VÀ ĐẶC TÍNH CỦA SÉT. Sét là sự phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và đất, hay giữa các đám mây mang điện trái dấu. Trước khi có sự phóng điện của sét đã có sự phân chia va tích luỹ rất mạnh điện tích giữa các đám mây giông do tác dụng của các luồng không khí nóng bốc lên và hơi nước ngưng tụ trong các đám mây. Các đám mây mang điện tích là do kết quả của sự phân tích các điện tích trái và tập trung chúng trong các phần khác nhau của đám mây. Phần dưới của các đám mây giông thường mang điện âm. Các đám mây và mặt đất hình thành các tụ điện mây- đất. ở phần trên của các đám mây thường tích điện dương. Cường độ điện trường của tụ điện mây - đất tăng dần lên và nếu tại chỗ nào đó đạt tới trị số giới hạn 25-30kV/cm thì không khí bị ion hoá và bắt đầu dẫn điện. Sự phóng điện của sét chia làm 3 giai đoạn. Phóng điện giữa các đám mây và đất bắt đầu bằng một dòng sáng phát triển xuống đất, chuyển động từng đợt với tốc độ 100 - 1000km/gy. Dòng này mang phần lớn điện tích của đám mây, tạo nên đầu cực của nó một điện tích rất cao đến hang triệu vôn, giai đoạn này gọi là giai đoạn phóng điện từng bậc. Khi dòng tiên đạo mới phát triển xuống đất hay vật dẫn điện nối với đất thì giai đoạn thứ hai bắt đầu, đó là giai đoạn phóng điện chủ yếu của sét. Trong giai đoạn này các điện tích dương của đất di chuyển có hướng theo dòng tiên đạo với tốc độ lơn ( 6.104 - 105km/gy) chạy lên và trung hoà với điện tích âm của dòng tiên đạo. Sự phóng điện chủ yếu được đặc trưng bởi dòng điện lớn chạy qua chỗ sét đánh gọi là dòng điện sét và sự loé mãnh liệt của dòng phóng điện. Không khí trong dòng phóng điện được nung nóng đến nhiệt độ khoảng 10.000 oC và dãn nở rất nhanh tạo thành sóng âm thanh. Ở giai đoạn thứ ba của sét đánh sẽ kết thúc sự di chuyển các điện tích của mây mà từ đó bắt đầu phóng điện, và sự loé sáng dần dần biến mất. Thường phóng điện sét gồm một loạt phóng điện kế tiếp nhau do sự dịch chuyển điện tích từ các phần tử khác nhau của đám mây. Tiên đạo của những lần phóng điện sau đi theo đã bị ion hoá ban đầu, vì vậy chúng phát triển liện tục và gọi là tiên đạo hình mũi tên. 5.2. GIỚI THIỆU MỘT SỐ KỸ THUẬT CHỐNG SÉT HIỆN NAY. 5.2.1. Những vấn đề hiện nay. Sự cảm ứng quá điện áp, quá trình quá độ do bởi sét đánh, các hậu quả của đóng cắt mạch điện, của sự cố lưới điện… và nhiều hiện tượng khác do người ta tạo nên có thể là một trong nhiều nguyên nhân làm hư hỏng các trang bị động lực, các máy tính các trang thiết bị trong mạng lưới thông tin viễn thông… mà trong quá trình vận hành rất khó phát hiện. Sơ bộ, qua thống kê cho thấy rằng khoảng 70% các sự cố là do bởi quá điện áp, quá trình quá độ tữ các đường dây điện lực, các đường dây dữ liệu đi vào các thiết bị động lực và các thiết bị thông tin viễn thông… Nhiều vấn đề đã được đề cập đến một cách cấp bách trong những năm gần đây vì các trang thiết bị điện tử đã trở thành các trang thiết bị sử dụng ngày càng nhiều và rất phổ biến, mạng lưới vi tính đã phát triển rộng khắp trong nhiều ngành công nghiệp. Hậu quả không mong muốn do sét đánh hoặc do quá điện áp thường gây thảm hoạ rất lớn cho các công trình. Điều này không chỉ dẫn đến các trang thiết bị có giá trị buộc phải thay thế mà còn gây tổn thất rất lớn về mặt kinh tế. Tháng 5 năm 1997, hai doanh nghiệp kỹ thuật lớnlà: Doanh nghiệp kỹ thuật chống sét trên toàn thế giới gọi tắt là GLT (Global Light Technologies) và doanh nghiệp Hợp tác quốc tế gọi tắt là ERICO (ERICO- Internationnal Corporaion) đã tuyên bố liên kết nhau để trở thnàh doanh nghiệp lớn chuyên sản xuất các sản phẩm bảo vệ thuộc ngành điện. Liên doanh kỹ thuật chống sét ERICO được thành lập gần đây, bây giời đã trở thành: " Trung tâm chuyên ngành bảo vệ chống sét, bảo vệ quá điện áp quá trình quá độ và quá trình chuyển đổi năng lượng". Liên doanh này có các tiềm năng sau: + Bảo vệ chống sét trên phạm vi toàn thế giới. + Sản xuất những sản phẩm thi công trog lĩnh vực nối đất + Bảo vệ quá điện áp và trang bị điều phối năng lượng. + Cung cấp ácc chuyên viên chuyên lắp đặt các sản phẩm trên Theo các thông tin được biết, cho đến nay, những kết quả đạt được trong các lĩnh vực trên, chứng tỏ liên doanh kỹ thuật chống sét ERICCO có nhiều thiết bị tốt và đáng tin cậy. 5.2.2. Các hệ thống bảo vệ chống sét hiện nay. Hệ thống bảo vệ chống sét cơ bản gồm: Một bộ phận thu bắt sét đặt trong không trung, được nối với một dây dẫn đưa xuống, đầu kia của dây này được nối với mạng lưới nằm trong đất gọi là hệ thống nối đất. Nhà khoa học Franklin đã có công khám phá ra những nguyên tắc cơ bản của việc bảo vệ sét đánh từ những năm 1750. Mặc dù có nhiều tiến bộ khổng lồ trong nhiều lĩnh vực của kỹ thuật chống sét trong hơn 240 năm qua. Song mới chỉ qua 3 thập kỷ sau này, trong lĩnh vực chống sét, mới xuất hiện sự phát triển của nhiều đầu thu sét đặt tron không trung. Nhìn chung chúng được xếp vào hai loại chính. + Loại theo tập quán kinh điển, đó là dạng đầu thu của cột thu lôi thông thường đặt trên cơ sở trên những thành tựu nghiên cứu của tiến sĩ A.J.Eriksson. Những thông số thiết kế được sử dụng bao gồm: chiều cao cấu trúc công trình, sự tăng cường trường của hình dáng và hình ciếu của cấu trúc, chiều cao địa điểm và vận tốc lan truyền tương đối của dòng sét đánh tiên đạo. Dòng tiên đạo đi xuống và đến gần một điểm trên mặt đất, một bán cầu khoảng cách đánh được thiết lập kể từ điểm này. Bán kính của nó phụ thuộc vào điện tích ở đầu dòng tiên đạo và tương ứng với khoảng cách mà ở đấy sự tăng cường trường điện sẽ vượt quá giá trị tới hạn. Giá trị này đánh dấu sự tăng cường của trường điện đã trở nên khá đầy đủ để phóng một dòng đón bắt lên phía trên về dòng tiên đạo. Khi những điều kiện tới hạn đã được, nếu mức độ điện tích càng lớn thì khoảng cách giữa dòng tiên đạo và điểm bắt càng lớn. Bán kính cầu khoảng cách đánh để lộ ra rằng những dòng điện tiên đạo của sét với điện tích điện yếu sẽ tiến gần đến điểm đất trước khi những điều kiện tới hạn bắt đầu xuất phát phóng dòng tiên đạo lên phía trên dòng tiên đạo. Bán kính cầu có liên quan đến mức độ yêu cầu bảo vệ. Phương pháp thiết kế theo " thể tích hợp" đưa vào trong tính toán tốc độ tương đối của dòng hướng lên và dòng tiên đạo hướng xuống dưới. Không phải tất cả những dòng tiên đạo đi đến một bán cầu khoảng cách đánh đều được đón bắt. Những dòng tiên đạo nào đi vào phía ngoài chu vi của các bán cầu đều có thể tiếp tục chuyển động để đi xuống phía dưới và đến gần sát điểm đất thì bắt gặp một dòng di chuyển khác đi lên phía trên. Do vậy, từ điểm này dẫn sự phát triển của mmột hình parabol giới hạn. Nếu có một dòng tiên đạo của sét tiến dần xuống phía dưới và đi thẳng vào thể tích hợp này thì sẽ đảm bảo chắc chắn được đón bắt. Thiết kế với phương pháp thể tích hợp sử dụng một chách thống kê các thông số được đúc kết thông qua sự kiện sét đánh cho trong bảng sau. Bảng 5.1 : Các thông số được đúc kết thông qua sự kiện sét đánh. Điện ích dòng tiên đạo Dòng điện đỉnh Iđỉnh GT.vợt quá tính theo % Mức độ bảo vệ 0,5 C 6,5 kA 98% Cao 0,9C 10kA 93% Trung bình 1,5 C 16kA 85% Theo tiêu chuẩn Bảng 5.1 cung cấp cho người thiết kế con số phân tích các trường hợp rủi ro nhất. Các mức độ của thể tích hợp đã được xác định tuỳ thuộc vào dòng điện đỉnh Iđỉnh. Thật vậy nếu người thiết kế mong muốn ở mức cao của bảo vệ ( dòng điện đỉnh Iđỉnh = 6,5 kA) thì 98% của toàn bộ sự kiện sét đánh sẽ vượt quágiá trị này. Sự phóng điện của dòng điện sét đánh ở cường độ cao hơn sẽ có những thể tích hợp lớn hơn và nó sẽ tạo thành sự phủ chồng lớn hơn trong khu vực đón bắt của những đầu tu đặt trong không trung. Thiết kế mà hiệu quả được 98% không có nghĩa là tất cả các sét có dòng điện đỉnh nhỏ hơn giá trị này sẽ trượt khỏi đầu thu sét. Chúng ta có thể dễ dàng hiểu rằng do sự ngẫu nhiên của thống kê, thì một số lần sét đánh sẽ không được đón bắt vì dòng tiên đạo hướng lên phá trên và bị loại trừ ra khỏi phạm vi của thể tích hợp. Hiện nay c ó một ố đầu thu đã được chế tạo rất thành đạt. Những đầu thu nay chứng tỏ có thể tạo nên " thể tích hợp" rất rộng và lớn hơn hẳn những thu lôi kiểu tập quán thu lôi kiểu Franklin. Một hoặc nhiều đầu thu sét như thế đã được đặt lên phía trên cấu trúc công trình để các " thể tích hợp" của chúng phủ chồng lên những thể tích bé nhỏ tự nhiên của thể hình cấu trúc. Phương pháp này rõ ràng là hấp dẫn hơn và rất thuận lợi cho việc áp dụng để thiết kế bảo vệ chống sét. Để bảo vệ chống sét cho công trình nhà cao tầng, hiện nay thiết bị đầu thu sét tia tiên đạo ngày càng được áp dụng rộng rãi. Với nhà cao tầng CT 14- T được trang bị thiết bị đón bắt sét đầu thu sét tia tiên đạo PULSAR18 có bán kính bảo vệ cấp IỉIP bằng 55 m. Các kết cấu chính của hệ thống thu sét này thể hiện chi tiết trên bản chi tiết đầu thu sét PULSAR18. MỤC LỤC