Đang tải... (xem toàn văn)
bài giảng cấp điện
Bài giảng: Cấp Điện công trình CẤP ĐIỆN CÔNG TRÌNH Chuyên ngành: Kiến trúc công trình Số tiết: 30 tiết Giảng viên: Ths. Ks Trần Thị Mỹ Hạnh I. MỤC ĐÍCH MÔN HỌC Điện đóng một vai trò rất quan trọng trong đời sống và các hoạt động kinh tế của con người. Điện không có thì sản xuất sẽ đình trệ, kinh tế chậm phát triển, đời sống tinh thần không thể nâng cao… Có thể khẳng định tất cả các nhà máy, xí nghiệp, các khu dân cư đều phải dùng đến điện năng. Một khu dân cư, một khu đô thị đã xây dựng đầy đủ các hạng mục: giao thông, cấp nước, thoát nước… nhưng nếu không có điện thì người dân cũng không bao giờ đến ở và giá trị chuyển nhượng bất động sản này cũng sẽ giảm… Môn học Cấp điện công trình xây dựng sẽ giúp sinh viên năm được những kiến thức cơ bản về hệ thống điện bên trong công trình bao gồm các nội dung: xác định phụ tải điện, lựa chọn nguồn điện, lựa chọn thiết bị và bố trí chúng sao trong công trình sao cho hợp lý, an toàn, tiết kiệm và thẩm mỹ. Sinh viên sẽ được thực hành nêu ý tưởng thiết kế hệ thống cấp điện công trình, tìm hiểu điều kiện thực tế về các thiết bị hiện có phù hợp với từng loại chức năng công trình. Đồng thời thông qua môn học sẽ giúp sinh viên có thể giải quyết hài hòa giữa các giải pháp kỹ thuật về cấp điện trong nhà và giải pháp kiến trúc, đảm bảo mỹ quan cho công trình. II. NỘI DUNG MÔN HỌC Môn học nhằm giới thiệu một số khái niệm cơ bản về hệ thống cung cấp điện cho các công trình kiến trúc. Các kiến thức chuyên sâu về hệ thống cấp điện trong nhà sẽ được trình bày theo hệ thống từ sơ đồ đến cấu tạo, thiết kế. Trong đó có đề cập đến mối quan hệ giữa hệ thống cấp điện và kiến trúc bên trong công trình. III. CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Giáo trình Chiếu sáng tự nhiên và chiếu sáng nhân tạo các công trình kiến trúc, PGS.TS Phạm Đức Nguyên; 2. Chiếu sáng trong kiến trúc: thiết kế tạo môi trường ánh sáng & sử dụng năng lượng có hiệu quá, PGS.TS Phạm Đức Nguyên, NXB Khoa học & Kỹ thuật (2011) 3. Giáo trình điện công trình, Trần Thị Mỹ Hạnh, NXB Xây dựng (2011); 4. Giáo trình kỹ thuật điện, Vương Song Hỷ; 5. Kỹ thuật chiếu sáng – Patrica VanDeplanque. Người dịch Lê Văn Doanh - Đặng Văn Đào; Trang 1 Bài giảng: Cấp Điện công trình 6. Chiếu sáng nhân tạo, Vương Song Hỷ; 7. Quy chuẩn hệ thống chiếu sáng công trình; 8. Các tạp chí kiến trúc chuyên ngành. Trang 2 Bài giảng: Cấp Điện công trình CHƯƠNG 1: PHỤ TẢI ĐIỆN TRONG CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG 1.1. Khái quát về hệ thống điện *) Hệ thống điện bao gồm nguồn điện+ mạng lưới truyền tải + phụ tải điện - Nguồn điện: là nơi phát ra điện năng (máy phát điện, bộ lưu điện…) - Mạng lưới điện: có nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng, bao gồm dây dẫn điện, máy biến áp,… - Phụ tải điện: là nơi tiêu thụ điện như các nhà máy, xí nghiệp, nhà ở, cơ quan… *) Cấp điện áp của hệ thống điện Quốc gia - Hệ thống điện Quốc gia có nhiều cấp khác nhau phù hợp với bán kính cấp điện và khả năng truyền tải điện: 500; 220; 110; 66; 35; 22; 15; 6; 0.4 kV + Cấp truyền tải điện áp 500; 220 kV có nhiệm vụ dẫn năng lượng từ nơi sản xuất điện năng đến nơi tiêu thụ điện năng + Cấp điện áp phân phối: là cấp điện áp từ 110 kV trở xuống, có nhiệm vụ cung cấp điện năng trực tiếp cho các thiết bị tiêu thụ điện hoặc các phụ tải điện - Nhà máy phát điện: Nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử, phong điện - Đường dây dẫn điện: + Đường dây trần: đi trên không, được dẫn bằng hệ thống sứ xà, cột. Đường dây này có chi phí rẻ nhất nhưng độ an toàn kém nhất, thường dùng cho các vùng nông thôn có đất đai rộng, mật độ dân cư thưa thớt Trang 3 Bài giảng: Cấp Điện công trình + Đường dây cáp bọc: dây dẫn được bọc cách điện (cao su, nhựa PVC,XLPE) đi trên không, được dẫn bằng hệ thống sứ xà, cột. Đường dây này có chi phí đầu tư đắt hơn nhưng độ an toàn cao hơn, chiếm ít đất và thường dùng cho các đô thị + Đường cáp ngầm: chi phí đầu tư đắt nhất, an toàn nhất, mỹ quan nhất vì nó hoàn toàn nằm dưới mặt đất, chỉ dùng cho các tuyến phố chính đô thị - Tần số: 50 Hz *) Hành lang an toàn điện - Đươc quy định trong Luật Điện lực và Nghị định số 106/2005/NĐ-CP - Đường dây tải điện và trạm biến áp là những nguồn nguy hiểm cao độ nhất là khi đi qua khu dân cư - Bề rộng hành lang =2b+D - Không được xây dựng công trình trong hành lang đường dây 500kV - Với đường dây 220kV trở xuống công trình được phép xây dựng trong hành lang nếu đảm bảo an toàn điện và khoảng cách sau: 1.2. Khái quát về hệ thống điện công trình - Hệ thống điện công trình là một bô phận của hệ thống điện quốc gia - Hệ thống điện của 1 công trình bất kỳ đều có các bộ phận sau: + Nguồn điện: máy biến áp, máy phát điện diezen, bộ lưu điện UPS + Đường dây truyền tải điện Trang 4 Bài giảng: Cấp Điện công trình + Các thiết bị đóng cắt và điều khiển mạch điện + Thiết bị bảo vệ mạch điện + Thiết bị tiêu thụ điện: thiết bị tiêu thụ điện (đèn điện, tủ lạnh, máy giặt…) có điện áp <1000V - Cấp điện áp: hệ thống cấp điện công trình chỉ có duy nhất một cấp 0.4/0.2 kV, được nhân điện từ mạng lưới điện quốc gia ở cấp 22, 35 kV hoặc từ máy phát điện diezen 0.4kV đặt trong công trình - Yêu cầu đối với hệ thống cấp điện công trình + Chất lượng cung cấp điện: Điện áp (±5%), Tần số (±0.2Hz) + An toàn cung cấp điện: người và thiết bị + Cấp điện liên tục: phụ tải ưu tiên, không ưu tiên… + Kinh tế: chi phí đầu tư ít nhất + Mỹ quan: phù hợp với đặc điểm kiến trúc mỗi công trình 1.3 Khái niệm phụ tải điện công trình a) Khái niệm - Phụ tải điện là nơi tiêu thụ điện năng. Trong công trình xây dựng phụ tải điện thường đồng nhất với thiết bị tiêu thụ điện - Việc xác định độ lớn của phụ tải điện có ý nghĩa quan trọng về mặt kinh tế-kỹ thuật, nếu xác định phụ tải thiếu thì hệ thống đường dây điện sẽ bị quá tải, ngược lại nếu xác định phụ tải thừa dẫn đến thiết kế hệ thống điện thừa ( dây to, cột, móng to) gây lãng phí vốn đầu tư. - Tuy nhiên việc xác định độ lớn phụ tải điện rất phức tạp vì thiết bị điện rất đa dạng, thời gian hoạt động của từng thiết bị lại khác nhau, khó dự báo quy luật hoạt động nên công cụ hiệu quả để xác định phụ tải điện là xác suất thống kê. b) Phân loại *) Theo quy mô sử dụng - Phụ tải nhỏ: phụ tải có công suất P<100 kW; nguồn điện cung cấp cho các phụ tải này là các đường dây hạ áp 0.4kV - Phụ tải trung bình: có công suất 100 kW≤P≤2000 kW; nguồn cung cấp cho các phụ tải này là trạm biến áp hạ áp 22/0.4kV, 35/0.4kV… - Phụ tải lớn: có công suất P≥2000 kW hoặc P nhỏ hơn nhưng nằm ở rất xa lưới điện; nguồn điện cấp cho các phụ tải này là đường dây trung áp+ trạm biến áp hạ áp 22/0.4kV, 35/0.4kV… *) Theo chức năng sử dụng điện - Phụ tải điện chiếu sáng + Thiết kế phần quang: Tiêu chuẩn độ rọi, trang trí, tiện nghi, phù hợp công việc Trang 5 Bài giảng: Cấp Điện công trình + Thiết kế phần điện: bố trí đèn, tủ điều khiển đèn, công tắc… - Phụ tải điện sinh hoạt: + Là phụ tải của các thiết bị điện phục vụ sinh hoạt của con người (điều hòa, tivi, máy giặt…) chủ yếu là động cơ không đồng bộ và các thiết bị điện tử + Thiết kế điện: xác định vị trí thiết bị, ổ cắm điện - Phụ tải điện sản xuất + Phụ tải cung cấp cho các máy sản xuất: máy tiện, máy may, băng tải… + Chủ yếu là động cơ 1 pha và 3 pha, có điển trở lớn… + Thiết kế điện: lập mặt bằng cung cấp điện cho các thiết bị 1.4 Các đại lượng dùng để xác định nhu cầu phụ tải điện 1.4.1 Công suất định mức của thiết bị (P đm ) - P đm là công suất tác dụng đầu ra của thiết bị (chưa kể đến tổn hao) - Với động cơ: P đm là công suất trên trục cơ - Với lò sấy, lò nung…: P đm là công suất trên điện trở - Đơn vị W hoặc HP (sức ngựa); theo quy định của Nhà nước về hệ thống đo lường Việt Nam, 1 Hp = 745.7W 1.4.2 Công suất đặt của thiết bị a) Công suất đặt tác dụng - Ký hiệu P đ , đơn vị W, kW - Là công suất thực tế mà phụ tải tiêu thụ, đây là phần năng lượng được công tơ đo đếm để tính tiền điện - Trên nhãn mác của máy thường ghi P đm do đó muốn có P đ phải tra lý lịch của thiết bị kèm theo - Hiệu suất của thiết bị điện η=P đm /P đ Hiệu suất của thiết bị được ghi trên nhãn máy. Trường hợp không có thì tạm thời chọn η=0.8÷0.95 - Công thức tính P đ của thiết bị + Thiết bị điện 1 pha P d = U p .I p. cosϕ Trang 6 Bài giảng: Cấp Điện công trình + Thiết bị điện 3 phaP đ = √ 3 U d. I d . cosϕ Trong đó: U p, U d là điện áp pha, điện áp dây I p, I d là dòng điện pha, dòng điện dây cosϕ là hệ số công suất, thường có giá trị 0,8-0,9 b) Công suất đặt phản kháng - Ký hiệu Q đ , đơn vị Var, kVar - Là công suất vô công mà phụ tải điện trao đổi với lưới điện. Thiết bị điện không tiêu thụ công suất này mà chỉ nhận từ lưới điện để làm nhiễm từ cho các lõi thép của động cơ, sau đó lại trả lại cho lưới điện - Công thức tính + Thiết bị điện 1 pha Q d = U p .I p. sinϕ + Thiết bị điện 3 phaQ đ = √ 3 U d. I d . sinϕ c) Công suất đặt biểu kiến - Ký hiệu S, đơn vị VA, kVA - Là công suất lớn nhất mà phụ tải điện có thể tiếp nhận từ nguồn điện, là căn cứ để xác định dung lượng của nguồn điện cung cấp - Công thức tính: S đ = √ P đ 2 +Q đ 2 + Phụ tải điện 1 pha: S d = U p .I p + Phụ tải điện 3 pha: S đ = √ 3 U d. I d 1.4.3 Suất phụ tải điện - Trong thực tế một số trường hợp thiết kế cung cấp điện cho công trình xây dựng, ở giai đoạn ban đầu chưa có thiết kế chi tiết, không thể có số liệu về số lượng, chủng loại, cách bố trí của từng loại thiết bị điện sử dụng cho công trình. Trong trường hợp đó người ta phải tính gần đúng phụ tải điện dựa vào suất phụ tải điện P 0 Trang 7 Bài giảng: Cấp Điện công trình - Suất phụ tải điện là đại lượng thống kê dùng để xác định công suất tác dụng phân bố trên một đơn vị sản phẩm - Đơn vị P o (W/m 2 , W/sản phẩm, W/giường bệnh, W/chỗ ngồi…) - P 0 thường cho trong tiêu chuẩn hoặc trong các sổ tay thiết kế tùy nhóm công trình - Khi biết suất phụ tải điện thì việc xác định phụ tải điện sẽ đơn giản hơn rất nhiều P tt = P 0 . S P tt = P 0 . Số sản phẩm P tt = P 0 . Số giường bệnh 1.4.4 Cường độ dòng điện định mức - Cường độ dòng điện định mức là dòng điện do nguồn cung cấp đến thiết bị ở chế độ vận hành định mức - Loại phụ tải 1 pha: I đm = P đ U pcosφ = P đ m U pcosφ η = S đ m U p η = √ P đ m 2 +Q đ m 2 U p η - Loại phụ tải 3 pha: I đm = P đ √ 3U pcosφ = P đ m √ 3U pcosφ η = S đ m √ 3U p η = √ P đ m 2 +Q đ m 2 √ 3U p η - Với các phụ tải điện dạng nhiệt (lò nung, lò sấy…) do Q=0 và cosϕ=1 nên Phụ tải điện 1 pha I đm = P đ U p Phụ tải điện 3 pha I đm = P đ √ 3U p - Cần lưu ý: phụ tải điện hoạt động ở chế độ định mức là chế độ lý tưởng 1.4.5 Phụ tải tính toán - Công suất phụ tải xác định theo công suất định mức chưa phải là nhu cầu thực tế của phụ tải, đó mới chỉ là tổng hợp công suất định mức theo trị số cho trên nhãn hiệu thiết bị điện. Trên thực tế các thiết bị điện thường có lượng thời gian làm việc khác nhau, thời điểm bắt đầu làm việc cũng khác nhau và có tính ngẫu nhiên. - Qua nghiên cứu người ta đưa ra thông số: công suất tác dụng tính toán, ký hiệu P tt, đơn vị W, kW Trang 8 Bài giảng: Cấp Điện công trình - Công suất tính toán được xác định dựa trên công suất định mức nhưng có xét đến hệ số cần dùng K c , hệ số đồng thời K s - Tổng công suất tác dụng tính toán P tt=¿ ∑ (K c K s P đ m ) ∑ ¿ Đối với các phụ tải chung nguồn cung cấp nhưng khác nhau K c , K s P tt=¿ K c K s ∑ P đ m ∑ ¿ - Tổng công suất phản kháng ∑ Q tt = ∑ P tt xtg - Công suất biểu kiến tính toán S tt = ∑ P tt cos❑ hoặc S tt = ∑ P tt cos❑ (nếu các phụ tải khác cos❑ ) - Công suất biểu kiến tính toán là căn cứ để chọn công suất của nguồn điện S đm trong đó S đm ≥ S tt 1.4.6 Các khái niệm cơ bản khác a) Ngắn mạch - Là hiện tượng dòng điện tăng rất cao so với bình thường do chập giữa các pha, do dây dẫn chạm đất… - Đây là tình trạng nghiệm trọng của lưới điện cần phải loại trừ - Các dạng ngắn mạch: chạm đất, chập các dây pha, 2 pha chạm đất… b) Quá tải - Là hiện tượng dòng điện tăng lên vượt quá giá trị định mức của thiết bị nhưng vẫn chưa có khả năng gây nguy hiểm cho thiết bị - Nếu dòng điện này vẫn nằm trong giới hạn cho phép thì thiết bị vẫn làm việc bình thường, nếu nó vựot quá giới hạn cho phép thì sẽ làm hỏng các thiết bị điện, hoặc làm giảm tuổi thọ của thiết bị Trang 9 Bài giảng: Cấp Điện công trình - Một số thiết bị điện như máy biến áp cho phép quá tải 40% c) Hiện tượng rò rỉ điện - Dòng điện chạm vỏ thiết bị, chạm đất, chạm vào cơ thể người nhưng do điện trở lớn nên dòng điện chạm nhỏ - Nếu dòng điện lớn có thể gây cháy nổ, giật chết người khi thiết bị tự động không đóng cắt điện 1.5 Các phương pháp xác định phụ tải điện tính toán của công trình 1.5.1 Tính chi tiết - Phạm vi sử dụng: đã có thiết kế chi tiết, có bản vẽ bố trí thiết bị, máy móc và thống kê được công suất của chúng - Đây là phương pháp phổ biến trong thiết kế cấp điện công trình vì việc bố trí thiết bị điện được tiến hành song song với thiết kế xây dựng - Nội dung: Tính theo công suất đặt + Chia phụ tải điện trong công trình thành các nhóm tương ứng với số liệu trong bảng + Thống kê công suất định mức P đm , hiệu suất của từng nhóm thiết bị + Tính tổng công suất đặt mỗi nhóm thiết bị P đ + Tra bảng tìm Kc cho mỗi nhóm + Tính P tt , Q tt cho mỗi nhóm thiết bị + Tra bảng tìm Ks cho công trình, nếu không có số liệu thì Ks=1 + Tính P tt, Q tt , S tt cho cả công trình + Chọn máy biến áp có công suất thoả mãn S đm ≥ S tt - Hướng dẫn chia công trình thành các nhóm phụ tải + Công trình nhà ở riêng lẻ: coi toàn bộ thiết bị trong nhà là 1 nhóm + Công trình công nghiệp: chia thành các phân xưởng, khu văn phòng + Công trình công cộng: chia thành nhóm phụ tải sinh hoạt, nhóm thiết bị chuyên dùng, nhóm phụ tải dùng chung (như bơm nước, thang máy, chiếu sáng hành lang…) 1.5.2 Tính tổng hợp Trang 10 . Trang 11 Bài giảng: Cấp Điện công trình CHƯƠNG 2: NGUỒN ĐIỆN CẤP CHO CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG 2.1 Tổng quan về các loại nguồn điện cấp cho công trình xây dựng. Bài giảng: Cấp Điện công trình CẤP ĐIỆN CÔNG TRÌNH Chuyên ngành: Kiến trúc công trình Số tiết: 30 tiết Giảng viên: Ths. Ks Trần