Đề tài Thiết kế cung cấp điện cho một chung cư thuộc khu vực nội thành của một thành phố lớn Chung cư có N tầng

lựa chọn sơ đồ cung cấp điện cho chung cư các phụ tải thang máy,chiếu sáng sự cố, cứu hỏa v.v. được coi là phụ tải loại I có độ tin cậy cung cấp điện cao. Sơ đồ cuối cùng được chấp nhận trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật giữa các phương án. Dưới đây ta so sánh hai sơ đồ đơn giản để lựa chọn sơ đồ mạng điện bên ngoài cho chung cư. + Phương án 1 Dùng sơ đồ đường trục mạch vòng cải tiến có mạch dự phòng là phương án đơn giản có sơ đồ như hình sau : Hình1. Sơ đồ mạch vòng cung cấp điện cho tòa nhà với nguồn dự phòng qua các bộ chuyển mạch 1, 2 – đường dây cung cấp; 3 – tủ phân phối với cơ cấu chuyển mạch 3 N02 2 1 3 N01 3 N03 3 N04 + Phương án 2 Dùng sơ đồ loại hình tia có tự động đóng dự phòng ở tủ phân phối đầu vào 2 3 1 5 6 4 4 7 8 9 TĐDP Hình 2. Sơ đồ mạng điện cung cấp cho tòa nhà 1, 2 – đường dây cung cấp chính; 3 – cơ cấu chuyển mạch; 4, 5 – cầu dao; thanh cái phân phối điện cho các căn hộ, chiếu sáng chung); 7 – thanh cái phân phối điện cho các thang máy, chiếu sáng sự cố, cơ cấu cứu hỏa; 8,9 – tiếp điểm động lực của côntactơ tự động đóng dự phòng. Ở chế độ bình thường phụ tải mắc trên thanh cái 6 được cung cấp bởi đường dây 1. Khi xẩy ra sự cố trên đường dây 1, các phụ tải này sẽ cung cấp từ nguồn dự phòng đường dây 2 với sự trợ giúp của cơ cấu chuyển mạch 3. Khi xẩy ra sự cố trên đường dây 2, thì phụ tải mắc trên thanh cái 7 sẽ được phục hồi nguồn cung cấp tự động do cơ cấu tự động đóng dự phòng (TĐDP) thực hiện. + So sánh hai phương án Ta thấy phương án 2 thoả mãn về mặt kỹ thuật,có tính linh hoạt cao.Phương án 1 tuy đơn giản nhưng lại có nhược điểm cơ bản là làm phức tạp cho tủ phân phối đầu vào của các tòa nhà. Mỗi tủ phân phối phải có tới bốn đầu ra, mà đôi khi các đoạn cáp này cũng có chiều dài đáng kể, nên làm tăng vốn đầu tư của mạng điện. Vì những lý do trên nên phương án 2 được chọn làm phương án tối ưu. 2.Sơ đồ mạng điện bên trong chung cư Ta so sánh hai phương án về kinh tế và kỹ thuật để cấp điện cho mạng lưới điện bên trong chung cư. Ta dự kiến phân bố thành 3 đoạn (với tổng số tổn hao điện áp cho phép là 4,5%): Đoạn từ trạm biến áp đến tủ phân phối tổng ∆Ucf1 = 2%, từ tủ phân phối tổng đến tủ phân phối các tầng và từ tủ phân phối tầng đến các hộ gia đình đều bằng 1,25%.Dự định chọn cáp lõi đồng có độ dẫn điện = 54 mm2/Ω. Chọn sơ bộ x0 = 0,1 Ω/km. 2. Chọn dây dẫn đến các tầng. Có thể thực hiện theo 2 phương án : Phương án 1: mỗi tầng đi một tuyến dây độc lập Phương án 2: chọn một tuyến dây dọc chung cho các tầng. a. Phương án 1: Tính toán cho tầng cao nhất là tầng 16 Hình 2.1: Sơ đồ mạng điện trong tòa nhà 22 tầng 1 - Cáp vào nhà, dự phòng tương hỗ cho nhau; 2 – cơ cấu chuyển mạch; 3 – aptomat tổng; 4 -đường dây cung cấp điện cho các căn hộ; 5 – điểm đấu của các thiết bị dịch vụ chung; 6 – đường dây cung cấp cho các thiết bị tự động và chiếu sáng cầu thang; 7 – đường dây cung cấp cho mạng chiếu sáng bên ngoài; 8 – đường dây cung cấp cho mạng chiếu sáng kỹ thuật tầng hầm, nhà kho; 9 – đường dây cung cấp cho các thiết bị động lực, thang máy; 10 – công tơ điện năng tác dụng; 11 – cung cấp điện cho mạng chiếu sáng sự cố ; 12 – tủ phân phối tầng; 13 – đường trục đứng; 14 – cầu dao (hoặc aptomat); 15 – công tơ; 16 – aptomat mạch điện căn hộ; 17 – aptomat đường trục đứng; 18 – đèn hiệu; 19 – cơ cấu chuyển mạch; 20 – tụ chống nhiều; 21 - mạng điện điều khiển ánh sáng cầu thang; 22 – tế bào quang điện; 23 – rơle thời gian; 24 – bảng điện chiếu sáng. Tầng 2 ¸24 Tầng 1 1 2 3 3 4 6 TPPĐN 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 20 21 5 22 23 1P 1P 1P 2P 3P 24 Chiều dài từ tủ phân phối tổng đến tủ phân phối tầng là : l2 = 3,9.16 =62,4 m . Thành phần phản kháng của hao tổn điện áp: ∆Ux2% = 0,01 % Thành phần hao tổn điện áp tác dụng: ∆Ur2% = ∆Ucf2% - ∆Ux2% = 1,25 – 0,01 = 1,24 Tiết diện dây dẫn của đường từ tủ phân phối tổng đến tủ phân phối tầng: F2 = 5,93 mm2 Ta chọn cáp hạ áp XLPE-6 có tiết diện 6 mm2 với r0=3,33 và x0=0,09 Hao tổn điện áp thực tế: ∆U2 % = 1,33% < 1,5% Vậy dây dẫn đã chọn thỏa mãn. b. Phương án 2. Sơ đồ đường dây lên các tầng : Hình 2.2 L Coi đường dây dọc lên các tầng có phụ tải phân bố đều ∆Ux1% =.100 =.100 = 0,03 % DUr2’% = DUcp2% - DUx2’% = 1,25 – 0,03= 1,22 % Tiết diện dây dẫn được xác định theo biểu thức F1’ == = 15,97 mm2. Ta chọn cáp đồng XLPE – 16 có tiết diện 16 mm2, r0 = 1,15 và x0 = 0,068 Ω/km. Hao tổn điện áp thực tế ∆Ux1% =.62,4.100 = 1,23% < 1,25% c. So sánh 2 phương án. Phương án 1: Tổng chiều dài của tất cả các nhánh dây lên các tầng là: ål1 = 3,8 + 7,8+11,7 ++ 58,5+ 62,4 = 530,4 m Tổn thất điện năng trên các đoạn dây theo phương pháp 1 ∆A1 = r0.ål1..10-3 = 2987,65.10-6 =3353,56 kWh Với h Chi phí do tổn thất: C∆A=c∆.∆A1= 1500. 3353,56 = 5,03.106 đ Suất vốn đầu tư của cáp XLPE – 6 là v01 = 245.106 đ/km (bảng 32.pl) Hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn đầu tư: Với Th – tuổi thọ công trình. Lấy Th = 15 năm. Tra bảng 31.pl với đường dây hạ áp akh% = 3,6% Chi phí quy đổi theo phương án 1 Z1 = p.v0.lå + CDA = 0,167.245.106.0,5304 + 5,03.106 = 26,73.106 đ. Tính toán tương tự cho phương án 2, kết quả được ghi trong bảng 2.1 sau đây: Phương án L ,m V0.106 đ DA, kWh C.106 đ Z.106 đ 1 530,4 245 3353,56 5,03 26,73 2 62,4 312 3820,68 5,73 8,98 So sánh kết quả tính toán ta thấy về kỹ thuật cả 2 phương án đều đảm bảo yêu cầu về chất lượng điện. Về kinh tế : tổng chi phí quy đổi của phương án 2 nhỏ hơn phương án 1, do đó dây dẫn sẽ được chọn theo phương án 2. Kết luận: Ta chọn phương án một tuyến dây dọc chugn cho tất cả các tầng. III.Chọn tiết diện dây dẫn 1.Lý luận chung Việc tính toán mạng điện trong nhà là để xác định tiết diện các đoạn dây, chọn các thiết bị bảo vệ và các tham số của chúng. Việc lựa chọn tiết diện dây dẫn và thiết bị nhất thiết phải tuân theo quy trình quy phạm hiện hành. Các dây dẫn cung cấp điện cho các thiết bị một pha (dây pha và dây trung tính) phải có tiết diện bằng nhau. Tiết diện dây bảo vệ PE không được nhỏ hơn tiết dây dây trung tính. Các số liệu trên sơ đồ cho biết tiết diện dây dẫn và dòng điện bảo vệ của các đoạn dây và thiết bị tương ứng. Chọn dây cáp và bảo vệ phải thỏa mãn một số điều kiện đảm bảo an toàn cho thiết bị và người sử dụng. Dây dẫn phải: - Có khả năng làm việc bình thường với phụ tải cực đại và có khả năng chịu quá tải trong khoảng thời gian xác định; - Không gây ảnh hưởng xấu đến chế độ làm việc bình thường của các thiết bị khi có sự dao động điện ngắn hạn, ví dụ khi mở máy động cơ, sự đóng cắt các mạch điện v.v. Ứng với tiết diện xác định, dòng cho phép cực đại phụ thuộc vào một số tham số sau: - Kết cấu của cáp và đường dẫn (lõi Cu hoặc Al; cách điện PVC hoặc EPR v.v.; số dây dẫn hoạt động); - Nhiệt độ môi trường xung quanh; - Phương thức lắp đặt dây dẫn; - Ảnh hưởng của các mạch điện lân cận. Dây dẫn của mạng điện trong nhà được sử dụng là dây cáp hoặc dây cách điện.Tiết diện dây dẫn được lựa chọn theo dòng điện cho phép: IM £ Icp; Trong đó: IM – giá trị dòng điện làm việc cực đại chạy trên dây dẫn, được xác định theo biểu thức: Trong đó: Ilv.i – dòng điện làm việc của thiết bị thứ i; kđt – hệ số đồng thời, phụ thuộc vào công suất và số lượng thiết bị điện được cung cấp; ntbi – số lượng thiết bị được cung cấp bởi đoạn dây xét. Icp – giá trị dòng điện cho phép cực đại của dây dẫn chọn. Giá trị dòng phụ tải cho phép của dây dẫn được xác định theo biểu thức: Icp = khc. Icp.n Trong đó: Icp - dòng điện cho phép ứng với từng loại dây dẫn, phụ thuộc vào nhiệt độ đốt nóng cho phép của chúng; Icp.n – dòng điện cho phép lâu dài của dây dẫn trong điều kiện bình thường; khc – hệ số hiệu chỉnh theo điều kiện thực tế: khc= k1k2.k3 k1 – hệ số phụ thuộc vào phương thức lắp đặt dây dẫn (xem bảng 15.pl) k2 – hệ số phụ thuộc vào số lượng dây cáp đặt chung trong hào cáp (bảng 16.pl). k3 - hệ số hiệu chỉnh, phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình thực tế tại nơi lắp đặt, có thể xác định theo bảng 17.pl. Giá trị dòng điện làm việc được xác định phụ thuộc vào loại mạng điện như sau: Mạng điện một pha Mạng điện 2 pha mắc theo đIện áp pha mạng điện 3 pha , A , A , A S – công suất truyền tải trên đường dây, kVA; Un, Uph – điện áp dây và điện áp pha, kV. Cáp sau khi chọn được kiểm tra: * Theo điều kiện hao tổn điện áp: Hao tổn điện áp thực tế trên đường dây không được vượt quá giá trị cho phép: ; P, Q - công suất tác dụng và phản kháng chạy trên đoạn cáp, kW và kVAr; r0 , x0 - suất điện trở tác dụng và phản kháng của đoạn cáp, W/km; l - chiều dài đoạn cáp, km; Un – điện áp định mức của đường dây, kV; DUcp – hao tổn điện áp cho phép trên đoạn cáp, giá trị hao tổn điện áp cho phép trong mạng hạ áp từ thanh cái trạm biến áp phân phối đến đầu vào thiết bị là DUcp = 5% đối với phụ tải chiếu sáng và DUcp=7,5% đối với các phụ tải khác. *Kiểm tra chế độ ổn định nhiệt: Để đảm bảo chế độ ổn định nhiệt khi có dòng ngắn mạch chạy qua tiết diện của cáp phải lớn hơn giá trị tối thiểu xác định theo biểu thức: ; Trong đó: Ik – giá trị dòng điện ngắn mạch ba pha chạy qua thiết bị, A; tk – thời gian tồn tại của dòng ngắn mạch, s; Ct – hệ số đặc trưng của dây cách điện, phụ thuộc vào vật liệu dẫn điện cho trong 25.pl. 2.Chọn dây dẫn 2.1.Chọn dây dẫn từ nguồn đấu điện đến trạm biến áp Tiết diện dây dẫn cao áp được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế.Căn cứ vào số liệu ban đầu ứng với dây nhôm theo bảng 9.pl.BT sách bài tập cung cấp điện-Trần Quang Khánh chọn jkt = 1,1A/mm2 ( TM = 4600h/năm). Dòng điện chạy trên dây dẫn được xác định I == = 3,65 A. Tiết diện dây dẫn cần thiết F = = = 3,32 mm2 Đối với đường dây cao áp tiết diện tối thiểu không nhỏ hơn 35 mm2 do đó ta chọn dây AC-35 nối từ nguồn đấu điện vào trạm biến áp. 2.2.Chọn dây dẫn từ trạm biến áp đến tủ phân phối tổng Tủ phân phối tổng đặt tại trung tâm tải của tầng 1(đặt tại lồng thang máy) với chiều dài từ trạm biến áp đến tủ phân phối là 12m ,trong đó hao tổn điện áp cho phép đoạn từ trạm biến áp đến tủ phân phối tổng là 2%.Dự kiến chọn dây cáp lõi đồng có độ dẫn điện =54mm2/Ω và chọn sơ bộ x0 = 0,1Ω/km. Thành phần hao tổn điện áp phản kháng ∆Ux3% = .100 = .100 = 0,06 % Thành phần hao tổn điện áp tác dụng ∆Ur3% =∆Ucf3%- ∆Ux3% = 2- 0,06 = 1,94 % Tiết diện dây dẫn của đường dây cung cấp cho tủ phân phối tổng được xác định theo biểu thức F3 = = = 9,38 mm2 Ta chọn cáp vặn xoắn có tiết diện 10 mm2 cách điện XLPE vỏ PVC của hãng FURUKAWA (Nhật Bản) chế tạo có r03 = 1,84 Ω và x03 = 0,073 Ω/km. Hao tổn điện áp thực tế ∆U3 = .l3.100 =.12.100 = 1,85 % <2% Như vậy cáp đã chọn đảm bảo yêu cầu về chất lượng điện áp. 2.3.Chọn dây dẫn từ tủ phân phối tổng đến các tủ phân phối tầng Việc lựa chọn tiết diện dây dẫn từ tủ phân phối tổng đến các tủ phân phối tầng đã được thực hiện ở trên khi ta chọn phương án tối ưu cho mạng điện (chọn đường dây cáp) trong nhà. Kết quả chọn dây dẫn được ghi lại trong bảng 2.2 Đường trục Tiết diện,mm2 chiều dài,m ∆U thực tế, % r0 ,Ω x0,Ω/km 1 16 62,4 1,23 1,15 0,068 2.4.Chọn dây dẫn cho mạch điện thang máy Chiều dài đến thang máy xa nhất là 45 m,theo đề bài các thang máy có hệ số công suất trung bình là 0,65 do đó công suất phản kháng của thang máy sẽ là: Qtm = Ptm.tgφ = (4,26 +12,39 ). = 19,47 kVAr Xác định thành phần hao tổn điện áp phản kháng ∆Ux4% = .100 = .100 = 0,06 % Thành phần hao tổn điện áp tác dụng ∆Ur4 % = ∆Ucf4%- ∆Ux4% = 1,25- 0,06 = 1,19% Tiết diện dây dẫn F4 == = 8,07 mm2 Chọn cáp hạ áp có tiết diện 10 mm2 có r0 = 1,84 Ω , x0 = 0,073 Ω/km. Hao tổn điện áp thực tế ∆U3 = .l4.100 =.45.100 = 1,24% < 1,25 % Như vậy cáp đã chọn đảm bảo yêu cầu về chất lượng điện áp. 2.5.Chọn dây dẫn cho đường dây đến trạm bơm Chiều dài từ tủ phân phối tổng đến trạm bơm là l5 = 40 m . Công suất phản kháng của trạm bơm là: Qb = Pb.tgφ = 67,18. = 50,385 kVAr Xác định thành phần hao tổn điện áp phản kháng ∆Ux5% =.100 = .100 = 0,14 % Thành phần hao tổn điện áp tác dụng : ∆Ur5 % = ∆Ucf5%- ∆Ux5% = 2 - 0,14 = 1,86 % Tiết diện dây dẫn F5 == 18,52 mm2 Chọn cáp hạ áp có tiết diện 25 mm2 có r0 = 0,74 Ω , x0 = 0,066 Ω/km. Hao tổn điện áp thực tế ∆U3 = .l5.100 =.40.100 = 1,46 % <2% Như vậy cáp đã chọn đảm bảo yêu cầu về chất lượng điện áp. 2.6.Chọn tiết diện dây dẫn cho mạng điện chiếu sáng *Chiếu sáng trong nhà Do không có số liệu cụ thể nên tạm coi chiều dài của mạng điện chiếu sáng trong nhà bằng 4,5 lần chiều cao của chung cư, tức là: Lcs.tr = 4,5.3,9.16 = 280,8 m. Công suất chiếu sáng trong nhà bằng 1,05 lần chiếu sáng ngoài trời Pcs = 1,05.9,36= 9,83 kW Chọn hệ thống chiếu sáng trong nhà là mạng điện 1 pha 220 V ( hình vẽ) ; hao tổn điện áp cho phép là DUcp% = 2,5%.Tra bảng 4.pl.BT ta tìm được hệ số C=14. Mô men tải M = Pcs.Lcs/2 = 9,83.280,8/2 = 1380,13 kW.m Tiết diện dây dẫn Fcs1 = = = 39,43mm2 Ta chọn cáp đồng 2 lõi loại PVC- 50 , tiết diện 50 mm2 . Hao tổn điện áp thực tế: DUcs.t % = = = 1,97% < 2,5%. Vậy dây dẫn đã chọn thỏa mãn điều kiện kỹ thuật. *Chiếu sáng ngoài trời Ta có tổng chiều dài chiếu sáng ngoài trời là 312m .Mạng điện chiếu sáng ngoài trời được bố trí như hình 3.4. Chiều dài đoạn OA là 30m, đoạn AB có l2 =200 m và đoạn AC có l3 = 112m.Suất phụ tải trên một đơn vị chiều dài là p0 = 0,03 kW/m, hao tổn điện áp cho phép là ∆Ucp =1,5%.Các đoạn dây trên đường trục từ nguồn O đến điểm B được xây dựng với 4 dây dẫn,các nhánh rẽ AC thuộc loại 2 pha có dây trung tính. Công suất tính toán chạy trên các đoạn dây PAB = po.l2 = 0,03.200 = 6 kW PAC = po.l3 = 0,03.112 = 3,36 kW Sơ đồ mạng điện chiếu sáng ngoài trời Hình 3 POA = PAB + PAC =6+3,36= 9,36 kW Mômen tải của các đoạn dây MOA = POA.l1 = 9,36.30 = 280,8 kWm MAB = PAB.lAB/2 = 6.200/2 =600 kWm MAC = PAC.lAC/2 = 3,36.112/2 = 188,16 kWm Tra bảng 4.pl.BT ta tìm được hệ số C =83 và bảng 5.pl.BT cho α =1,39 Xác định mômen quy đổi Mqđ = MOA + α(MAB + MAC) = 280,8 + 1,39(600 +188,16) = 1376,34 kWm Tiết diện dây dẫn trên đoạn dây đầu: FOA == = 11,05 mm2 ta chọn cáp đồng loại PVC-16 Hao tổn điện áp thực tế trên đoạn OA ∆UOA = = 1,3 % Hao tổn điện áp trên các đoạn còn lại ∆UBA = ∆UAC = ∆Ucp - ∆UOA = 2,5-1,3= 1,2 % Tra bảng 4.pl.BT ta tìm được hệ số C =37 và bảng 5.pl.BT cho α =1,39 Tiết diện dây dẫn các đoạn Fab == 13,51 mm2, ta chọn cáp PVC-16 Fac == 4,23mm2 , ta chọn cáp PVC-6 Hao tổn điện áp thực tế trên đoạn AB và AC ∆Uab = = 1,01% ∆Uac = = 0,85 % Tổng hao tổn điện áp thực tế trong mạch chiếu sáng ∆Ucs = ∆UOA + ∆UAC = 1,2+1,01 = 2,21 % < 2,5%. Vậy dây dẫn được chọn đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Bảng 2.3: Kết quả chọn dây dẫn Đoạn l,m P,kW Q, kVAr ∆Ucf% ∆Ux% ∆Ur% Ftt,mm2 Fc ∆Utt% Dây chính 12 118,34 73,34 2 0,06 1,94 9,38 10 1,85 Đường trục 62,4 48,7 14,2 1,25 0,03 1,22 15,97 16 1,23 Thang máy 45 16,65 19,47 1,25 0,06 1,19 8,07 10 1,24 Trạm bơm 40 67,18 50,385 2 0,14 1,86 18,52 25 1,46 Cs trong nhà 280,8 9,83 2,5 39,43 50 1,97 Cs.n.trời OA 30 9,36 1,5 11,05 16 1,3 AB 200 6 1,5 13,51 16 1,01 AC 112 3,36 1,5 4,23 6 0,85 NĐ đếnTBA 110 Chọn theo jkt,ta chọn được dây AC-35 3,32 35 CHƯƠNG III TÍNH TOÁN CHẾ ĐỘ MẠNG ĐIỆN 1.Lý luận chung a.Tổn thất điện áp Tổn thất điện áp của một mạng điện được tính như sau: ∆U% = .l.100 Trong đó: ∆U% là tổn thất điện áp tính theo đơn vị % P∑ công suất mạng đơn vị kW Q∑ công suất phản kháng của mạng đơn vị kVAr ro và xo là điện trở và điện kháng đơn vị có đơn vị là Ω/km U là điện áp định mức của mạng đơn vị kV l chiều dài có đơn vị là km. b.Tổn thất công suất và điện năng Hao tổn công suất tác dụng trên mạng tính theo công thức: .r0.l Hao tổn công suất tác dụng trên mạng tính theo công thức: .x0.l Tổn thất điện năng ∆A = ∆P. Với là thời gian tổn hao cực đại =(0,124+TM.10-4)2.8760 Tổng tổn thất điện năng ∆A∑ = ∆A∑d + ∆A∑BA Trong đó ∆A∑d là tổng tổn thất điện năng trên đường dây ∆A∑BA là tổn thất điện năng trong máy biến áp. Tổng điện năng tiêu thụ trong năm A = P∑.TM ,kWh. Tỷ lệ tổn thất điện năng ∆A% = .100 2.Tổn thất điện áp Hao tổn điện áp trên các đoạn dây chính của tòa nhà được tính như sau : Tổn thất từ trạm biến áp đến tủ phân phối tổng Dây cáp có r0 = 1,84Ω/km, x0 = 0,073Ω/km. Chiều dài từ trạm biến áp đến tủ phân phối tổng là l =12m. Vậy tổn thất là ∆U% =100.12=.100.12 =1,85% Tính toán tương tự cho các đoạn khác kết quả ghi trong bảng sau Bảng 3.1 kết quả tính tổn thất điện áp TT Đoạn cần tính Hao tổn điện áp ,% 1 Từ trạm biến áp đến tủ phân phối tổng 1,85 2 Đường trục 1 1,23 3 Mạch điện thang máy 1,24 4 Từ tủ phân phối tổng đến trạm bơm 1,46 5 Chiếu sáng ngoài trời OA 1,3 6 Đoạn AB 1,01 7 Đoạn AC 0,85 3,Tổn thất công suất và điện năng Hao tổn công suất trên đoạn dây tính từ trạm biến áp đến tủ phân phối tổng .r0.l1.10-6 = .1,84.12.10-6 = 2,96kW .x0.l1.10-6 = .0,073.12.10-6 = 0,12 kVAr Thời gian tổn hao cực đại =(0,124+TM.10-4)2.8760 =(0,124+4600.10-4)2.8760 = 2987,65 h Tổn thất điện năng trên các đoạn dây từ trạm biến áp đến tủ phân phối tổng ∆A1 = ∆P1. = 2,96. 2836,15 = 8843,45 kWh. Tổn thất mạng điện được tính tương tự,kết quả ghi trong bảng 3.2 Bảng 3.2: Tính toán tổn thất công suất và điện năng của mạng. TT Đoạn dây l,m P,kW Q,kVAr r0 x0 ∆P,kW ∆Q,kVAr ∆A,kWh 1 Dây chính 12 118.34 73.34 1.84 0.073 2.9638 0.1176 8854.9290 2 Đường trục 62.4 48.7 14.2 1.15 0.068 1.2788 0.0756 3820.6780 3 Thang máy 45 16.65 19.47 1.84 0.073 0.3763 0.0149 1124.3396 4 Trạm bơm 40 67.18 50.385 0.74 0.066 1.4455 0.1289 4318.7122 5 CS.ngoài OA 30 9.36 0 1.25 0.07 0.0228 0.0013 67.9744 6 CS.ngoài AB 200 6 0 1.25 0.07 0.0623 0.0035 186.2109 7 CS.ngoài AC 112 3.36 0 3.33 0.09 0.0292 0.0008 87.1171 8 Tầng 1 3.9 9.2 2.67 1.15 0.068 0.0029 0.0002 8.5157 9 Tầng 2 7.8 9.2 2.67 1.15 0.068 0.0057 0.0003 17.0314 10 Tầng 3 11.7 9.2 2.67 1.15 0.068 0.0086 0.0005 25.5471 11 Tầng 4 15.6 9.2 2.67 1.15 0.068 0.0114 0.0007 34.0628 12 Tầng 5 19.5 9.2 2.67 1.15 0.068 0.0143 0.0008 42.5785 13 Tầng 6 23.4 9.2 2.67 1.15 0.068 0.0171 0.0010 51.0942 14 Tầng 7 27.3 9.2 2.67 1.15 0.068 0.0200 0.0012 59.6099 15 Tầng 8 31.2 9.2 2.67 1.15 0.068 0.0228 0.0013 68.1256 16 Tầng 9 35.1 9.2 2.67 1.15 0.068 0.0257 0.0015 76.6413 17 Tầng 10 39 9.2 2.67 1.15 0.068 0.0285 0.0017 85.1570 18 Tầng 11 42.9 9.2 2.67 1.15 0.068 0.0314 0.0019 93.6727 19 Tầng 12 46.8 9.2 2.67 1.15 0.068 0.0342 0.0020 102.1884 20 Tầng 13 50.7 9.2 2.67 1.15 0.068 0.0371 0.0022 110.7041 21 Tầng 14 54.6 9.2 2.67 1.15 0.068 0.0399 0.0024 119.2198 22 Tầng 15 58.5 9.2 2.67 1.15 0.068 0.0428 0.0025 127.7355 23 Tầng 16 62.4 9.2 2.67 1.15 0.068 0.0456 0.0027 136.2512 CHƯƠNG IV CHỌN MÁY BIẾN ÁP 1.Chọn máy biến áp Phụ tải của chung cư cao tầng được coi là loại II,suất thiệt hại do mất điện là gth = 6500đ/kWh. Tổng công suất tính toán của toàn chung cư có kể đến tổn thất là: Stt = S + DS = P + DPå + j( Q+ DQå) = 118,34 + 0,388 + j( 73,34+ 0,023) = 139,56 kVA Căn cứ vào kết quả tính toán phụ tải Stt ta chọn công suất suất máy biến áp 22/0,4kV như sau : PA1: dùng 2 máy biến áp 2x75 kVA PA2: dùng 1 máy biến áp 160 kVA Các tham số của máy biến áp do ABB sản xuất tra sổ tay thiết kế, được thể hiện trong bảng sau: Bảng 4.1 SBA ,kVA ∆P0,kW ∆Pk ,kW Vốn đầu tư, 106 VNĐ 2x75 0,28 1,4 86 160 0,5 2,95 59 Dưới góc độ kỹ thuật,các phương án không ngang nhau về độ tin cậy cung cấp điện : Đối với phương án 1,khi có sự cố ở một trong hai máy biến áp,máy còn lại sẽ phải gánh một phần phụ tải ,còn ở phương án 2 và 3 sẽ phải ngừng cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ khi có sự cố trong máy biến áp. Để đảm bảo sự tương đồng về kỹ thuật của các phương án cần phải xét đến thành phần thiệt hại do mất điện khi có sự cố xảy ra ở 1 trong các máy biến áp. a.phương án 1 Trước hết ta cần kiểm tra khả năng làm việc quá tải của máy biến áp Hệ số điền kín đồ thị có thể xác định theo biểu thức Kdk ==== 0,525 < 0,75 Vậy máy biến áp có khả năng chịu được quá tải 40% trong thời gian xảy ra sự cố. Ta xác định phụ tải tính toán của toàn chung cư qua các năm theo biểu thức: Si = (Pdli + ∆Psh&cs)/cosφ = (Pdli.t + ∆Psh&cs)/ cosφ Phụ tải của các năm xác định theo biểu thức St =[ Pdli (1+αt) + ∆Psh&cs] /cosφ Năm thứ nhất : S1 = [80,75(1 + 0,045.1) + 54,46]/0,85 = 163,35 kVA Để đảm bảo máy biến áp không quá tải 40% so với giá trị định mức khi có sự cố 1 trong hai máy biến áp cần phải cắt bớt 1 lượng công suất là: Sth1 = St1 -1,4.SBA = 163,35 -1,4.75= 58,35 kVA Thiệt hại do mất điện Y1 = Sth.cosφ.tf.gth = 58,35.0,85.24.6500 = 7,737.106 đ Thời gian tổn hao cực đại =(0,124+TM.10-4)2.8760 =(0,124+4450.10-4)2.8760 = 2987,65 h Xác định tổn thất điện năng trong các máy biến áp ∆AI-1 = n BA. ∆P0.t + ..()2 = 2.0,28.8760+ .2987,65.()2 = 14826,32 kWh Chi phí tổn thất ở năm thứ nhất C1 =c∆.∆AI-1 = 1500. 14826,32 = 22,238.106 đ/năm Tổng chi phí năm thứ nhất = Y1 + C1 = 7,737.106 + 22,238.106 = 29,975.106 đ Giá trị tổng chi phí quy về hiện tại PVC được xác định theo biểu thức PVC =→ min Với = 0,91 = 29,975.106.0,91= 27,25.106 đ Tính toán tương tự cho các năm và các phương án,kết quả ghi trong bảng 4.2 Phương án I : 2 máy biến áp 2x75kVA Bảng 4.2 TT S, kVA Sth,kVA ∆A,kWh Y.106 đ C.106 . 1 163.346 58.35 14826.32 7,737 22,238 29,975 0.909 27,250 2 167.621 62.62 15351.84 8,303 23,027 31,331 0.826 25,893 3 171.896 66.89 15891.48 8,87 23,837 32,707 0.751 24,573 4 176.171 71.17 16444.7 9,437 24,667 34,104 0.683 23,293 5 180.446 75.44 17011.52 10,004 25,517 35,521 0.621 22,055 6 184.721 79.72 17591.93 10,571 26,387 36,958 0.564 20,862 7 188.996 83.99 18185.92 11,138 27,278 38,416 0.513 19,713 115303,2 66,06 172,59 239,015 163,64 Phương án II : một máy biến áp 1x 160kVA TT S, kVA Ssc ,kVA ∆A,kWh Y.106 đ C.106 . 1 163.34 163.34 8142.586 21,65 12,213 33,873 0.909 30,794 2 167.62 167.62 8342.109 22,22 12,513 34,739 0.826 28,710 3 171.89 171.89 8546.78 22,79 12,820 35,613 0.751 26,756 4 176.17 176.17 8756.616 23,36 13,134 36,495 0.683 24,926 5 180.44 180.44 8971.602 23,92 13,457 37,384 0.620 23,212 6 184.72 184.72 9191.741 24,49 13,787 38,281 0.564 21,608 7 188.99 188.99 9417.035 25,06 14,125 39,186 0.513 20,108 61368,478 163,52 92,052 255,574 176,119 Kết quả tổng hợp của các phương án chọn máy biến áp Bảng 4.3 Tham số Phương án 1 Phương án 2 Vốn đầu tư V,106 đ 86 59 ∆A ,kWh 115303,2 61368,478 Thiệt hại Y,106 đ 66,06 25,06 PVC ,106 đ 163,64 176,119 Từ kết quả tính toán ở bảng ta thấy phương án 1 có PVC nhỏ nhất ,nên đó chính là phương án tối ưu cần xác định .Tóm lại ta chọn trạm biến áp gồm 2 máy loại TM.75/22. Sơ đồ mặt bằng và mặt cắt trạm biến áp tiêu thụ như sau: CHƯƠNG V CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN 1.Tính toán ngắn mạch Coi hệ thống có công suất vô cùng lớn (Xht = 0);Bỏ qua điện trở của các thiết bị phụ. Máy biến áp có các thông số Sba =75 kVA; ∆Pk = 1,4 kW;Uk% = 4 %. Chọn Ucb = 0,4 kV Xác định điện trở của các phần tử ZBA === 0,085Ω RBA === 0,04 Ω XBA= == 0,075 Ω Rd1 = r03.l3 = 1,84.0,012 = 0,022 Ω Xd1= x03.l3 = 0,073. 0,012 = 0,0009 Ω Rd2= r021.l21 = 0,0624.1,15 = 0,072 Ω Xd2 = x021.l21 = 0,0624.0,068 = 0,0004 Ω Điện trở ngắn mạch tại điểm N1 Zk3 =ZBA/2 = 0,085/2 = 0,0425 Ω Dòng ngắn mạch 3 pha == = 5,43 kA Dòng xung kích : ixk3 =kxk.. = 1,2. .5,43 = 9,22 kA Giá trị hiệu dụng của dòng xung kích Ixk3 =1,09.5,43 =5,92 kA Công suất ngắn mạch Sk=.0,4.5,92 =4,1 MVA Tính toán tương tự cho các điểm N2 và N3 ,kết quả ghi trong bảng Bảng 5.1 Kết quả tính ngắn mạch Điểm ngắn mạch Zk ,kA Ick ;kA Ixk;kA Sk ;MVA N1 0,0425 5,43 9,22 5,92 4,1 N2 0,0645 3,58 6,076 3,9 2,7 N3 0,1365 1,692 2,871 1,84 1,28 Tính toán ngắn mạch một pha tại điểm N3 Điện trở dây trung tính lấy bằng điện trở dây pha. Điện trở thứ tự không của máy biến áp : X0BA =0,65.=0,65.= 1,387 Ω Tổng trở ngắn mạch một pha được xác định như sau: Tại điểm N1 = = = 0,77Ω = = = 0,997 Ω Dòng ngắn mạch một pha tại các điểm N1 và N3 == = 0,857kA = == 0,629kA 2.Chọn thiết bị phân phối cao áp Để chọn và kiểm tra thiết bị điện ta giả thiết thời gian cắt bảo vệ là tk =0,5s. a . Chọn thiết bị bảo vệ Điều kiện để các thiết bị bảo vệ tác động chính xác là: - Dòng định mức của thiết bị In bảo vệ lớn hơn dòng làm việc cực đại, nhưng nhỏ hơn dòng cho phép của dây dẫn, tức là: IM £ In £ Icp, - Dòng khởi động của bảo vệ Ikđ phải nhỏ hơn 1,45 lần dòng cho phép: Ikđ < 1,45 Icp, - Dòng cắt cho phép lớn nhất của thiết bị phải lớn hơn dòng sự cố (dòng ngắn mạch ba pha) lớn nhất tại điểm đặt thiết bị bảo vệ: Icắt > ISC. Chọn cầu chảy Yêu cầu khi chọn dây chảy là: - Ở điều kiện làm việc bình thường phải đảm bảo dẫn điện liên tục và an toàn. - Lúc sự cố phải lập tức cắt điện và chỉ cắt mạch nơi có sự cố. - Bảo đảm tính chọn lọc: khi sự cố, đường dây nhánh phía sau phải được cắt trước đường dây chính. * Đối với phụ tải không có dòng điện nhảy vọt Điều kiện chọn cầu chảy: - Dòng định mức của cầu chảy được xác định trong khoảng: và dòng cắt: Icắt ³ ISC; Trong đó: kc – hệ số phụ thuộc vào loại cầu chảy, Dòng khởi động của dây chảy Idc có thể được xác định theo biểu thức: Idc = k2c.In; Trong đó: k2c – hệ số phụ thuộc vào loại cầu chảy, có giá trị trong khoảng 1,6¸1,9. * Đối với phụ tải có dòng điện nhảy vọt dây chảy phải được chọn sao cho không bị chảy trong thời gian khởi động (khoảng 10 s). Điều kiện chọn dây chảy phụ thuộc vào chế độ khởi động động cơ: Imm – dòng mở máy động cơ: Imm= kmmIn.đc; kmm – hệ số mở máy động cơ; In.đc – dòng định mức của động cơ. am - là hệ số phụ thuộc vào điều kiện khởi động. * Đối với cầu chảy bảo vệ đường dây chính, trên đó có các động cơ điện dây chảy chọn giá trị lớn nhất của một trong 2 điều kiện sau: ; kđt - hệ số đồng thời; - tổng các dòng điện định mức của cả nhóm; ImmMax - dòng điện khởi động lớn nhất của một động cơ; - tổng các dòng điện định mức trừ động cơ lớn nhất. Giá trị lớn trong 2 điều kiện trên sẽ được chọn làm dòng khởi động của dây chảy theo giá trị gần nhất về phía trên của thang dây chảy. * Cầu chảy bảo vệ nhánh dây các thiết bị làm việc theo chế độ ngắn hạn lặp lại như máy biến áp hàn: Dòng khởi động của dây chảy được xác định theo điều kiện: Idc ³ 1,2 In.tb , In.tb - dòng điện định mức của thiết bị; en - hệ số tiếp điện định mức. Các tham số kỹ thuật của cầu chảy được biểu thị trong bảng 19.pl. Chọn Aptomat Aptomat có hai phần tử bảo vệ là cuộn điện từ và rơle nhiệt. Cuộn điện từ dùng để bảo vệ chống dòng điện ngắn mạch, còn rơle nhiệt dùng để bảo vệ chống quá tải. Đặc tính bảo vệ của aptomat cũng tương tự như đặc tính bảo vệ của cầu chảy. Dòng khởi động của phần tử nhiệt aptomat cũng được chọn giống như đối với cầu chảy.Dòng định mức của áptômát phải thoả mãn điều kiện Dòng khởi động cắt nhanh của cuộn điện từ của áptômát phải thoả mản điều kiện: IkđCN ³ (1,25 ¸ 1,5) Imm Sự phù hợp giữa dòng khởi động của thiết bị bảo vệ và dòng cho phép của dây dẫn cũng có thể được kiểm tra theo điều kiện sau: khcIcp ³ kbvIkđ Icp - dòng điện cho phép lâu dài của dây dẫn ở điều kiện lắp đặt bình thường; khc - hệ số hiệu chỉnh tính đến sự thay đổi của điều kiện lắp đặt, (khc=k1.k2.k3); b.Chọn cầu chảy cao áp Dòng điện làm việc bình thường phía cao áp Ilv == = 3,65 A Ta chọn cầu chảy cao áp do hãng SIEMENS(hoặc loại tương đương ПK do Liêng Bang Nga chế tạo )có Un = 24 kV,dòng định mức In =10A, dòng khởi động của dây chảy là 10 A . c.Dao cách ly Căn cứ vào dòng điện làm việc ta chọn dao cách ly PB-10/400( bảng 26.pl)[1] (hoặc loại 3DC do siemens chế tạo) d.Chống sét Chọn chống sét van loại RA10 do Pháp sản xuất (bảng 35.pl)[1],hoặc loại AZLP501.12 do hãng Cooper Mỹ chế tạo). 3.Chọn thiết bị phân phối phía hạ áp a.Chọn thanh cái Thanh cái là một khí cụ điện dùng để phân bố điện từ trạm biến áp đến chung cư.Nhờ có thanh cái mà ta có thể phân bố điện một cách dễ dàng và thuận tiện.Thanh cái làm việc như một dây dẫn điện nhưng vì thanh cái là điểm chính của tất cả các dòng điện từ máy biến áp đến chung cư nên thanh cái phải có tiết diện lớn.Thông thường thanh cái có tiết diện hình chữ nhât và điều kiện chọn thanh cái cũng giống như chọn dây dẫn.Các phương pháp chọn là: Chọn theo mật độ dòng kinh tế. Chọn theo điều kiện phát nóng Chọn theo điều kiện ổn định nhiệt Ta chọn thanh cái theo điều kiện mật độ dòng kinh tế. Dòng làm việc chạy qua thanh cái === 200,947 A Tra bảng 9.pl.BT sách bài tập cung cấp điện-Trần Quang Khánh chọn jkt = 2,1A/mm2 ( TM = 4600 h/năm). Thanh cái dẹt bằng đồng có tiết diện Ftc === 95,689 mm2 Ta chọn thanh cái 50x5 = 250mm2 Thanh cái được kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt theo điều kiện Fmin.tc == 103 = 24,148 mm2 < Fc =250 mm2 Thanh cái đạt yêu cầu về ổn định nhiệt. Kiểm tra ổn định động: Chọn khoảng vượt của thanh cái là l =130 cm, khoảng cách giữa các pha là a = 60cm; Mômen uốn M=1,76.10-2.l2= 1,76.10-2.1302. = 42,14 kG.cm. Mômen chống uốn: W= 0,167b2h = 0,167.0,52.5 = 0,21 cm3 Ứng suất : == = 200,673 kG/cm2 < =1400 kG/cm2. Vậy điều kiện ổn định động đảm bảo. b.Chọn sứ cách điện Ta chọn sứ OΦ-10-375 có U =10 kV; lực phá huỷ Fph =375 kG Lực cho phép trên đầu sứ là:Fcp =0,6Fph = 0,6.375 = 225 kG Lực tính toán Fu = 1,76.10-2.l. = 1,76.10-2.130. = 3,22 kG Hệ số hiệu chỉnh k = H’/H = 17,5/15 = 1,17 Lực tính toán hiệu chỉnh kFu = 1,17. 3,22 = 3,79 < Fcp =225 kG Vậy sứ chọn đảm bảo. c.Cáp điện lực Cáp được chọn theo điều kiện hao tổn điện áp cho phép như đã trình bày ở phần trên . Kiểm tra ổn định nhiệt của cáp đã chọn Fmin1 ==103 = 15,92 mm2 < Fc = 16 mm2 Coi thời gian tồn tại ngắn mạch tk = 0,5s ứng với cáp đồng Ct =159(bảng 8.pl.BT) Vậy cáp đã chọn đảm bảo yêu cầu điều kiện ổn định nhiệt Fmin2 ==.103 = 7,52 mm2 < Fc = 16 mm2 Vậy cáp đã chọn đảm bảo yêu cầu về điều kiện ổn định nhiệt. d.Chọn aptômat Dự định bố trí các aptômat bảo vệ cho các mạch (trên sơ đồ nguyên lý mạng điện cung cấp cho chung cư): Aptômat A0 bảo vệ lộ tổng Aptômat A1 bảo vệ mạch điện sinh hoạt Aptômat A2 bảo vệ mạch động lực Aptômat A3 bảo vệ trạm bơm. Aptômat A4 bảo vệ cho mỗi mạch gồm 5 thang máy. Aptômat A5 bảo vệ cho đường trục chính. Aptômat A6 bảo vệ cho mạch điện mỗi tầng. Aptômat A7 bảo vệ cho mỗi mạch chiếu sáng. -Bảo vệ lộ tổng :căn cứ vào dòng làm việc lớn nhất đã xác định ở trên I∑= 200,947A ta chọn aptômat loại SA603-H của Nhật với dòng điện định mức là 500A(bảng 31.pl)[1]. -Bảo vệ mạch điện sinh hoạt Dòng điện làm việc lớn nhất của mạng điện sinh hoạt Ish === 77,07 A Ta chọn aptômat EA103G của Nhật với dòng điện định mức là 160 A(bảng 31.pl)[1]. Bảo vệ mạch động lực: Mạch động lực gồm 3 thang máy và 10 động cơ trạm bơm.Trước hết ta xác định dòng định mức của các máy: -Thang máy : It.m == = 75,96 A Dòng định mức quy về chế độ làm việc dài hạn I’tm == = 37,89 A -Máy bơm: Bơm cấp nước sinh hoạt Ib === 84,74 A. Bơm thoát nước Ib === 21,42 A Bể bơi Ib === 18,23 A Cứu hỏa Ib === 40,52 A Dòng khởi động của aptômat được xác định theo biểu thức Ikđ = +=+(3.+2.Ib) =+ (3.37,89+2. 87,74) = 442,965 A Dòng mở máy của động cơ lớn nhất ImmMax = kmm.In.Max = 3,5.87,74 = 307,09 A =2 (làm việc ngắn hạn,bảng 12.pl.BT); Dòng khởi động cắt nhanh của aptômat phải thoả mãn điều kiện Ikđ.cn1,25Imm = 1,25.307,09 =383,86 A Ta chọn aptômat loại SA403-H có dòng định mức 400 A Trạm bơm Ikđ b + Ib =+ Ib = = 210,576 A. Dòng khởi động cắt nhanh Ikđ.cn1,25Immb = 1,25.136,72 = 263,22A. Ta chọn aptômat loại SA403-H có dòng định mức 300 A Chọn khởi động từ cho thang máy và trạm bơm theo dòng điện làm việc tương tự như đối với aptômat,ta chọn khởi động từ loại ПME -211 do Nga sản xuất. Tính toán tương tự cho các mạch khác ,kết quả ghi trong bảng 5.2 Bảng 5.2 mạch bảo vệ Ký hiệu Số lượng Loại aptômat Dòng điện khởi động, A Tính toán Định mức (1) (2) (3) (4) (5) (6) Lộ tổng A0 1 SA603-H 200,947 500 Sinh hoạt A1 1 EA103G 77,07 100 Động lực A2 1 SA403-H 383,86 400 Trạm bơm A3 1 SA403-H 263,22 300 Thang máy A4 2 EA103G 119,38 160 Đường trục A5 1 EA103G 87,05 100 Tầng A6 12 EA52G 14,55 20 Chiếu sáng A7 2 EA52G 12,47 15 Khởi động từ thang máy 3 ПME -211 28,96 25 Khởi động từ máy bơm 23 ПME -211 84,74 25 e.Chọn máy biến dòng -Biến dòng cho công tơ tổng Căn cứ vào giá trị dòng điện chạy trên đoạn dây tổng I∑= 200,947 A ta chọn máy biến dòng loại TKM-0,5(bảng 27.pl)[1] có điện áp định mức là 0,5kV,dòng định mức phía sơ cấp là 300A,hệ số biến dòng ki = 300/5 = 60,cấp chính xác 10 %,công suất định mức phía nhị thứ là 5 VA.kiểm tra chế độ làm việc của động cơ khi phụ tải cực tiểu.Công tơ làm việc bình thường nếu dòng nhị thứ khi phụ tải cực tiểu lớn hơn dòng sai số 10%(I10%=0,1.5 = 0,5 A) Dòng điện khi phụ tải nhỏ nhất(bằng 25% phụ tải tính toán) Imin =0,25 I∑= 0,25. 200,947 = 50,32 A. Dòng điện nhị thứ khi phụ tải cực tiểu I2min === 0,84 A > I10%= 0,5 A Vậy biến dòng làm việc bình thường khi phụ tải cực tiểu. f.Kiểm tra chế độ khởi động của các động cơ BA l 1 = 12 m l 2' = 45 m ÐC Kiểm tra ảnh hưởng của chế độ làm việc của thang máy đối với chất lượng điện. Độ lệch điện áp khi khởi động động cơ được xác định theo biểu thức ∆Ukd =.100 Từ kết quả tính toán ở trên ta có RBA = 0,04 Ω ; XBA = 0,075 Ω Rd1 = r03.l3 = 1,84.0,012 = 0,022 Ω Xd1= x03.l3 = 0,073. 0,012 = 0,0009 Ω Rd2’ = r02.l2 = 1,84.0,045 = 0,0828 Ω Xd2’ = x01.l2=0,073.0,045 = 0,0033 Ω Tổng trở của động cơ lúc mở máy Zdc =Xdc === 0,825 Ω ZBA + Zdd = =0,165 Ω ZBA + Zdd +Zdc = =0,856 Ω ∆Ukd ==.100 = 19,27 % < 40% Vậy chế độ khởi động động là ổn định CHƯƠNG VI TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT 1.Lý luận chung Trình tự tính toán nối đất được thể hiện qua các bước sau: a.Xác định điện trở yêu cầu của hệ thống nối đất Giá trị của điện trở nối đất phụ thuộc vào giới hạn cho phép của điện áp tiếp xúc.Trong mạng điện cao áp nếu dòng ngắn mạch chạm đất lớn hơn 500A thì điện trở của hệ thống nối đất không lớn hơn 0,5 Ω.Điều kiện an toàn tối thiểu là: Id.Rd 250 V. Trong đó: Id –Dòng điện chạy vào đất;A. Rd Điện trở tối thiểu của hệ thống nối đất,Ω. Trong trường hợp hệ thống nối đất được xây dựng chung cho cả mạng cao áp và hạ áp thì: Id.Rd 125 V. Đối với các trạm biến áp tiêu thụ giá trị tối thiểu của hệ thống nối đất phụ thuộc công suất cho trong bảng sau: SBA,kVA Rd, Ω. 100 4 <100 10 b.Xác định điện trở nối đất nhân tạo Để tiết kiệm kim loại người ta thường tận dụng các công trình ngầm có sẵn để làm hệ thống nối đất tự nhiên như hệ thống ống dẫn nước,vỏ cáp,kết cấu thép của nền móng vv..Điện trở nối đất của hệ thống này được đo bằng thiết bị đo điện trở tiếp địa Rtn.Nếu Rtn<Rd thì xác định điện trở yêu cầu của hệ thống tiếp địa nhân tạo: Rn.tao = c.Chọn điện cực tiếp địa và xác định điện trở của chúng. Điện cực tiếp địa có thể được làm bằng thép tròn hoặc thép dài trên 2m và được chon sâu trên 0,5 m so với mặt đất.Các cực tiếp địa được nối với nhau bởi thanh nối dẹp nằm ngang.Điện trở tiếp địa của các điên cực được xác định phụ thuộc vào kích thước của chúng,biểu thị trong bảng sau: Hình dạng điện cực Biểu thức tính điên trở tiếp địa Thép tròn đường kính d,dài 1cm,chôn đứng cách mặt đất Hcm h = H+ l/2 Rdc = Thép dẹt ngang Rnga = Đối với thép góc bản rộng b cm cũng được áp dụng công thức như thép tròn nhưng thay giá trị d= ddt= 0,95b; Trong đó : -điện trở suất của đất: =k điện trở suất của đất được cho tuơng ứng với các loại đất. ki hệ số phụ thuộc vào điều kiện đo. d.Sơ bộ chọn số lượng và phân bố vị trí chôn các điện cực n1 = Các điện cực có thể đóng thành từng dãy hoặc bố trí theo chu vi của trạm biến áp. e.Xác định điện trở cần thiết của hệ thống tiếp địa có tính đến thanh nối: = Trong đó -điện trở của thanh nối ngang có tính đến hệ số sử dụng: = Rnga-điện trở của thanh nối ngang. -hệ số sử dụng của thanh ngang phụ thuộc vào tỷ số la/l và số lượng điện cực n. f.Xác định số điện cực chính thức nct = Trong đó: -hệ số sử dụng của các điện cực phụ thuộc vào la/l và n. la –khoảng cách giữa các điện cực g.Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt của hệ thống nối đất Tiết diện tối thiểu của thanh nối được xác định theo biểu thức: Fmin = Trong đó: -dòng điện ngắn mạch một pha chạm đất,A. tk –Thời gian tồn tại của dòng ngắn mạch,s; C-hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm tiếp địa. Điều kiện đảm bảo ổn định nhiệt là: FminFng =a.b ,mm2; a,b:bề dày và rộng của thanh nối. 2.Tính toán nối đất Như đã biết,điện trở nối đất cho phép đối với trạm biến áp có công suất lớn hơn 100 kVA là Rtđ = 4Ω ,điện trở suất của vùng đất đo trong điều kiện độ ẩm trung bình kcoc = 1,5 là =0,75.104Ω cm.(với thanh nối ngang knga = 2). Do không có hệ thống tiếp địa tự nhiên nên điện trở của hệ thống tiếp địa nhân tạo: Rnt =Rtđ =4 Ω.Chọn cọc tiếp địa bằng thép tròn dài l =2,5 m,đường kính d = 6cm đóng sâu cách mặt đất h = 0,85 m. Chiều sâu trung bình của cọc htb = h += 85 + 250/2 =210cm Điện trở tiếp xúc của cọc tiếp địa được xác định theo biểu thức Rcoc =) = = 32,5Ω Sơ bộ chọn số lượng cọc n === 8,125 chọn 8 cọc( n =8) Số cọc này được đóng xung quanh trạm biến áp theo chu vi L =2(5+6) =22m Khoảng cách trung bình giữa các cọc là la =L/n = 22/8 =2,75 m; tỷ lệ la/l =2,75/2,5 =1,1 Tra đường cong ứng với tỷ lệ la/l =1,1 và số lượng cọc là 8 ta xác định được hệ số lợi dụng của các cọc tiếp địa là = 0,58 và số thanh nối là=0,36 (bảng 49.pl) [1] Chọn thanh nối tiếp địa bằng thép có kích thước bxc = 50x6. Điện trở tiếp xúc của thanh nối ngang Rnga == = 11,65 Ω Điện trở thực tế của thanh nối có có xét đến hệ số lợi dụng là ===32,36 Ω Điện trở cần thiết của hệ thống tiếp địa nhân tạo có tính đến điện trở của thanh nối ngang là == Số lượng cọc chính thức là: nct ===12,27 vậy số cọc chọn nct =12 cọc Kiểm tra độ ổn định nhiệt của hệ thống tiếp địa Fmin == 857.= 8,19< Stn = 50.3 =150 mm2 Vậy hệ thống tiếp địa thoả mãn về điều kiện ổn định nhiệt. Hình 7.1.Bản vẽ nối đất. CHƯƠNG VII THIẾT KẾ MẠNG ĐIỆN CĂN HỘ 1,Sơ đồ bố trí thiết bị căn hộ Thiết kế cho một tầng điển hình của chung cư,phương án bố trí điện như sau: -Đặt một cầu dao tổng vào căn hộ -Mỗi phòng ngủ đặt một bảng điện cung cấp điện cho đèn,quạt,đài,tivi. -Tại bếp đặt một bảng điện dung để đun nấu,cấp điện cho đèn nhà bếp,nhà WC.Sơ đồ mặt bằng điển hình cho tầng như sau: Hình 6.1.Mặt bằng điển hình căn hộ 2,Sơ đồ mạng điện cho căn hộ Sơ đồ mạng điện căn hộ được thể hiện trên hình 6.2. Một aptomat tổng hai cực được lắp đặt tại bảng điện đầu vào, công tơ điện có thể lắp ở tủ phân phối tầng hoặc ở bảng điện căn hộ. Các mạch điện cho chiếu sáng, ổ cắm, bếp điện và nhà tắm được thiết kế độc lập với nhau. Mỗi mạch điện được bảo vệ bởi aptomat nhánh và aptomat chống dòng rò (RCD – Residual Current Device). Ổ cắm Ổ cắm Hình 6.2 Sơ đồ mạng điện căn hộ M giặt R bát Ap tổng Đầu n đất Ap nhánh Ap C dòng rò C sét 10 mm2 Công tơ điện N PE Đ hòa N nóng Tủ lạnh T B truyền thông C sáng Đ hòa Quạt Sơ đồ này làm việc theo nguyên lý nối vỏ của thiết bị với dây trung tính qua dây bảo vệ PE.Ở sơ đồ này các mạch điện cung cấp cho chiếu sáng, ổ cắm, nhà bếp, buồng tắm đều phải xây dựng với ba dây dẫn, tức là ngoài dây pha L, dây trung tính làm việc N, còn phải có dây bảo vệ PE. Các dây trung tính và dây bảo vệ không được phép nối chung vào cực tiếp điểm. Dòng điện đặt của RCD cho các mạch ổ cắm, bếp là ID = 30 mA, còn đối với mạch điện của buồng tắm – là 10 m. CHƯƠNG VIII HẠCH TOÁN CÔNG TRÌNH Các thiết bị chính xét đến trong hạch toán công trình được liệt kê trong bảng *Tổng giá thành công trình là ∑V = 406,76 triệu đồng. *Tổng giá thành có tính đến công lắp đặt. V∑ =kld. ∑V = 1,1.406,76= 447,44 triệu đồng. *Giá thành một đơn vị công suất đặt gd = =.106 = 2,23.106 đ/kVA. Chi phí vận hành hàng năm Cvh =ko&M.V∑ = 0,02. 447,44.106 = 8,95.106 đ. Ta có: Tổng tổn thất điện năng trong tất cả các đoạn dây là ∆A∑d = 26310,45 kWh. Tổn thất trong máy biến áp ∆A∑BA = 18185 (kết quả tính ở năm cuối chu kỳ tính toán của phương án 1 bảng 4.2 ) Vậy ∆A∑ = ∆A∑d + ∆A∑BA = 26310,45 + 18185 = 44495,45 kWh. Tổng điện năng tiêu thụ trong năm A = P∑.TM = 118,34.4600 = 554364 kWh. Tỷ lệ tổn thất điện năng ∆A% = .100 = .100 = 8,17% Hệ số sử dụng vốn đầu tư và khấu hao thiết bị Chi phí hao tổn điện năng Cht = ggt.∆A∑ = 1000. 44495,45 = 44,5.106 đ p =+ kkh =+ 0,036 = 0,136 (các giá trị k0&M và kkh lấy theo bảng 5.pl[1]). *Tổng chi phí quy đổi Z∑ =p. V∑ + Cht+ Cvh = (0,136. 447,44 + 44,5+ 8,95).106 = 114,3.106 đ *Tổng chi phí trên một đơn vị điện năng g ==.106 = 206,19 đ/kWh.` Ta có bảng liệt kê các thiết bị chính và hạch toán giá thành các thiết bị: Bảng8.1 liệt kê các thiết bị chính và hạch toán giá thành TT Tên thiết bị Quy cách Đơn vị số lượng Đơn giá 103 đ V ,106 đ (1) (2) (3) (4) (5) (6) 1 Trạm biến áp 2.TM 75/10 Cái 2 43 86 2 Cầu chảy cao áp ПK Bộ 1 2500 2,5 3 Chống sét van RA10 Bộ 1 2000 2 4 Dao cách ly PB-10/400 Bộ 1 1600 1,6 5 Vỏ tủ điện cái 1 1000 1 6 Cáp hạ áp XLPE-10 m 45 271 12,19 7 -nt- XLPE-10 m 12 271 2,6 8 -nt- XLPE-16 m 46,8 312 14,6 9 -nt- XLPE-50 m 280,8 571 160,3 10 -nt- XLPE-25 m 40 377 15,08 11 -nt-(2pha) PVC-6 m 112 44,28 4,96 12 -nt-(2pha) PVC-16 m 200 63 12,6 13 -nt-(1pha) PVC-16 m 30 63 1,89 14 Cầu dao Bộ 1 850 0,85 15 Aptômat tổng SA603-H Cái 1 6500 6,5 16 Aptômat tổng EA103G Cái 1 3500 3,5 17 Aptômat nhánh SA403-H Cái 1 5500 5,5 18 -nt- SA403-H Cái 1 5500 3,5 19 -nt- EA103G Cái 2 3500 7 20 -nt- EA103G Cái 1 3500 3,5 21 -nt- EA52G Cái 16 2400 28,8 22 -nt- EA52G Cái 2 2400 4,8 24 Biến dòng TKM-0,5 Bộ 3 100 0,3 25 Ampekế 0-200 A Cái 8 100 0,8 26 Vônkế 0-500 V Cái 13 110 1,43 27 Công tơ 3 pha cái 13 600 7,8 28 Đồng thanh cái M,50x5 kg 13 50 0,65 29 Sứ thanh cái OΦ-10-375 Cái 12 50 0,6 30 Bộ giàn địa Bộ 1 3500 3,5 31 Cọc tiếp địa Φ5,6 Cọc 12 100 1,2 32 Thanh nối 50x5 m 22 15 0,33 33 Dây cao áp AC-35 m 110 80,75 8,88 Tổng 406,76 CHƯƠNG IX PHÂN TÍCH KINH TẾ-TÀI CHÍNH 1.Lý luận chung Dòng tiền của dự án a. Trường hợp không vay vốn * Dòng tiền trước thuế T1 bằng hiệu giữa doanh thu và chi phí (không kể chi phí khấu hao) T1 = B - C; Doanh thu là số tiền thu được từ việc bán sản phẩm, đối với lưới điện nó được xác định như sau: B = A.gb; Trong đó: B - doanh thu, đồng; A - sản lượng điện năng, kWh ; A = PM.TM gb - giá bán điện, đồng/kWh; PM- công suất tính toán của mạng điện, kW; TM - thời gian sử dụng công suất cực đại, h/năm. Chi phí bao gồm tất cả các khoản đầu tư trang thiết bị, khảo sát thiết kế, xây lắp công trình, chi phí vận hành, chi phí tổn thất (không kể chi phí khấu hao) và các chi phí khác. Lợi tức chịu thuế bằng hiệu giữa dòng tiền trước thuế T1 và chi phí khấu hao Llt = T1 - Ckh; Thuế lợi tức Tlt xác định theo thuế suất s: Tlt = Llt .s ; * Dòng tiền sau thuế T2 bằng hiệu giữa dòng tiền trước thuế và thuế lợi tức T2 = T1 -Tlt; b. Trường hợp có vay vốn Lợi tức chịu thuế sẽ là Lt = T1 - Ckh - Vtrl; Dòng tiền sau thuế: T2 = T1 - Tlt - VV+l; Trong đó VV+L = Trả vốn + trả lãi c.Các chỉ tiêu cơ bản của dự án + Giá trị thuần lãi suất ; Trong đó: b - hệ số quy đổi, xác định theo biểu thức: b = 1/(1+i); i – hệ số chiết khấu. Nếu dự án có NPV < 0 thì có nghĩa là nó sẽ không thể mang lại hiệu quả kinh tế. d.Tỷ số giữa doanh thu và chi phí Khi các dự án có doanh thu và chi phí khác nhau, thì ta có thể dựa vào hiệu quả của một đồng vốn chi phí cho dự án để đánh giá và lựa chọn phương án: ; Nếu R 1 thì dự án sẽ được chấp nhận. Trong số các phương án so sánh phương án nào có giá trị R lớn nhất sẽ là phương án tối ưu. Tuy nhiên có những dự án có doanh thu không lớn nhưng chi phí cũng nhỏ nên có thể cho ta giá trị R lớn hơn các phương án khác. Bởi vậy xét một cách toàn diện, chỉ tiêu này không cho kết quả xếp hạng chính xác, nếu mức đầu tư của các dự án khác nhau. Hệ số hoàn vốn nội tại Hệ số hoàn vốn nội tại ký hiệu là IRR chính là hệ số chiết khấu ứng với giá trị tổng lãi suất hiện tại NPV = 0 . ; Phương trình này có thể giải theo phương pháp gần đúng theo biểu thức: ; i1, i2- các giá trị chiết khấu gần nhau nhất mà giá trị NPV bắt đầu đổi dấu. NPV1 , NPV2 - các giá trị tổng lãi suất ứng với i1 và i2. Nếu giá trị IRR lớn hơn giá trị chiết khấu mong muốn i0 thì phương án có thể được chấp nhận, trường hợp ngược lại thì sẽ bị loại bỏ. Trong số các dự án nếu dự án nào có IRR max thì sẽ là dự án tối ưu. e. Thời gian hoàn vốn T. Thời gian hoàn vốn (Pay back period), là thời gian mà tổng doanh thu bằng tổng chi phí, hay nói cách khác đó là thời gian mà tổng lãi suất bù đắp được chi phí của dự án. ; Phương án có thời gian thu hồi vốn đầu tư nhỏ nhất sẽ là phương án tối ưu. Phương trình trên có thể giải gần đúng theo biểu thức: ; tn - số năm tròn ngay trước khi đạt được giá trị NPV=0; NPV1,NPV2 – các giá trị ứng với thời gian tn và năm sau đó, tức là năm tn + 1. Như vậy phương pháp phân tích kinh tế - tài chính không chỉ cho phép ta lựa chọn được phương án đầu tư thích hợp mà còn cho phép đánh giá được hiệu quả kinh tế của từng phương án. 2.Tính toán tính kinh tế - tài chính Phụ tải của các năm xác định theo biểu thức St =[ Pdli (1+αt) + ∆Psh&cs] /cosφ Năm thứ nhất S1 = [80,75(1 + 0,045.1) + 54,46]/0,85 = 163,35 kVA Trước hết ta xác định sản lượng điện bán ra ở năm đầu Ab1 = S1.TM =4600. 163,35 = 751389,8 kWh; Lượng điện năng tổn thất: ∆A1 = ∆A%.A1 = 751389,8 .0,062 = 46586 kWh; Điện năng mua vào: Am1 = Ab1 + ∆A1 = 751389,8 + 46586 = 797976 kWh Chi phí mua điện Cm1 = Am1.gm = 797976.560 = 446,87.106 đ hay 446,87 triệu đồng. Để đơn giản ta lấy đơn vị tính là triệu đồng (tr.đ) Doanh thu: B1 = Ab1.cb1 = 751389,8 .960 = 721,334 tr.đ. Chi phí vận hành hàng năm : Cvh =k0&M.V∑ = 0,02. 447,44 .106=8,95 tr.đ; Chi phí khấu hao Năm thứ nhất Ckh.1 =kkh. V∑ = 0,036. 447,44 = 16,11 tr.đ. Tổng chi phí không kể khấu hao năm thứ nhất Cm&vh1 = Cm1 + Cvh1 = 446,87 + 8,95 = 455,82 tr.đ; Dòng tiền trước thuế T1.1= B1 – Cm&vh1 = 721,334 - 455,82 = 265,52 tr.đ; Lãi chịu thuế Năm thứ nhất Llt1 = T1- Ckh = 265,52 – 16,11 = 249,41 tr.đ; Thuế lợi tức tlt1 = Llt.s = 0,15. 249,41 = 37,41 tr.đ; Tổng chi phí toàn bộ C∑1 = Cm1 + Cvh + Ckh.1+ tlt1 = 446,87 + 8,95 + 16,11 + 37,41 = 510,1 tr.đ; Dòng tiền sau thuế T2 = T1- tlt = 265,52 – 37,41 = 228,11 tr.đ; Hệ số quy đổi = = 0,91 Giá trị lợi nhuận quy về hiện tại Lht = T2.= 228,11 . 0,91 = 207,58 tr.đ;T2 Tổng chi phí quy về hiện tại = 510,1. 0,91 = 463,73 tr.đ; Tổng doanh thu quy về hiện tại. B1. = 721,334 . 0,91 = 655,8 tr.đ; Tính toán tương tự cho các năm khác ,kết quả ghi trong bảng Bảng 9.1 kết quả tính toán phân tích kinh tế tài chính công trình điện St kVA Điện năng ,103 kWh Năm Ab.103 Am.103 ∆A.103 B Cm Cm&vh T1 Lht (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) 0 0 0 0 0 0 0 406,76 -406,76 1 163.34 751389 797975 46586.1 721.3 446.8 455.8 265.5 249.4 2 167.62 771054 818860 47805.3 740.2 458.5 467.5 272.7 256.5 3 171.89 790719 839744 49024.6 759.0 470.2 479.2 279.8 263.7 4 176.17 810384 860628 50243.8 777.9 481.9 490.9 287.0 270.9 5 180.44 830049 881512 51463.0 796.8 493.6 502.5 294.2 278.1 6 184.72 849714 902397 52682.3 815.7 505.3 514.2 301.4 285.3 7 188.99 869379 923281 53901.5 834.6 517.0 525.9 308.6 292.5 (Tiếp theo bảng 9.1) t tlt C∑ T2 ßt C∑*ßt ßt* B T2* ßt i =55 i =56 (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) 0 -406,76 1,00 0,00 0,00 -406,76 -406.76 -406.76 1 37.4 510.0 228.1 0.9 463.7 655.7 207.3 147.16 146.22 2 38.4 522.8 234.2 0.8 432.1 611.7 193.5 97.48 96.24 3 39.5 535.6 240.3 0.7 402.4 570.3 180.5 64.53 63.30 4 40.6 548.4 246.4 0.6 374.5 531.3 168.3 42.69 41.60 5 41.7 561.1 252.5 0.6 348.4 494.7 156.8 28.22 27.33 6 42.7 573.9 258.6 0.5 323.9 460.4 145.9 18.652 17.94 7 43.8 586.73 264.7 0.5 301.0 428.2 135.8 12.31 11.77 ∑ 2646 3752,3 781,34 4.31 -2.33 NPV =T2. ßt =781,34 tr.đ Tỉ số R== = 1,42 IRR = i1+(i2-i1)=55 + = 55,65 %. Với tn = 2 thì NPV = -5,96và với tn =3 thì NPV = 174,54 Vậy thời gian thu hồi vốn là T = = = 2,03 năm Bảng 9.2.Các chỉ tiêu kinh tế tài chính cơ bản của công trình điện. NPV IRR T R 781,34 55,65%. 2,03 năm 1,62 Kết luận: Tất cả các chỉ tiêu kỹ thuật của mạng điện đều đảm bảo yêu cầu thiết kế.Dự án có mục đích chủ yếu là phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt của nhân dân.Bên cạnh đó có thể nhận thấy là dự án mang lại hiệu quả kinh tế với tổng vốn đầu tư là 406,67 triệu đồng sẽ được thu hồi vốn trong khoảng thời gian 2,03năm.Các chỉ tiêu kinh tế tài chính cơ bản được biểu thị trong bảng 9.2 cho thấy dự án hoàn toàn có thể chấp nhận được. Tµi liÖu tham kh¶o TS. TrÇn Quang Kh¸nh. Bµi tËp cung cÊp ®iÖn. Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt hµ néi, 2005. TS. TrÇn Quang Kh¸nh. HÖ thèng cung cÊp ®iÖn. Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt hµ néi, 2006. Ng« Hång Quang – Vò V¨n TÈm. ThiÕt kÕ cÊp ®iÖn. Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ kü thuËt hµ néi, 2008. Ng« Hång Quang. Sæ tay lùa chän vµ tra cøu thiÕt bÞ ®iÖn. Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ kü thuËt hµ néi, 2005 CÁC BẢN VẼ : -Sơ đồ trạm biến áp - Sơ đồ nguyên lý cấp điện cho chung cư -Sơ đồ nguyên lý đi dây một phòng