intTypePromotion=1
ADSENSE

Bài giảng Kỹ thuật cơ điện - Nguyễn Mạnh Hà

Chia sẻ: Ganuongmuoimatong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:332

21
lượt xem
5
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Kỹ thuật cơ điện cung cấp cho người học những kiến thức như: Hệ thống điện trong công trình xây dựng; Chống sét cho công trình xây dựng; Chiếu sáng nhân tạo bên trong công trình xây dựng; Hệ thống phòng cháy, chữa cháy trong công trình xây dựng; Thang máy, thang cuốn trong công trình xây dựng; Hệ thống thông tin – điện tử trong công trình xây dựng;...Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật cơ điện - Nguyễn Mạnh Hà

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG Nguyễn Mạnh Hà BÀI GIẢNG KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN Đà Nẵng 20-10-2019
  2. Bài giảng Kỹ thuật cơ điện PHẦN MỞI ĐẦU: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÔN HỌC 1. Sự cần thiết của hệ thống kỹ thuật cơ điện trong công trình xây dựng Hệ thống kỹ thuật cơ điện (còn được gọi là hệ thống trang thiết bị kỹ thuật trong công trình) bao gồm các hệ thống: cấp thoát nước, phòng cháy chữa cháy, giao thông, điện tử-tin học,.... Các hệ thống này có mục đích phục vụ người sử dụng một cách tốt nhất, hữu hiệu nhất và thể hiện sự tiện nghi, tính hiện đại của công trình xây dựng. Bố trí các hệ thống kỹ thuật cơ điện trong công trình là nhu cầu thiết yếu của bất kỳ công trình xây dựng nào, đặc biệt là các công trình cao tầng nhằm phục vụ cho nhu cầu sử dụng của con người nhưng phải hợp lý về mặt vốn đầu tư và nhu cầu của chủ đầu tư. Do chúng nằm trong một hệ thống nên có tính thống nhất, tác động ảnh hưởng lẫn nhau. Một hệ thống bị sự cố thì các hệ thống khác bị ảnh hưởng hoặc bị đình trệ. Bất kỳ hệ thống nào bị sự cố cũng đều giảm hiệu quả sử dụng của toà nhà, giảm năng suất lao động, thậm chí sẽ gây mất an toàn. Các hệ thống kỹ thuật cơ điện có tốc độ phát triển và đổi mới công nghệ rất nhanh, do đó người kỹ sư, kiến trúc sư phải thường xuyên cập nhật thông tin về lĩnh vực này để sử dụng trong công trình mang lại hiệu quả cao nhất. 2. Không gian kỹ thuật: Khi lắp đặt các hệ thống kỹ thuật cho công trình đòi hỏi phải có một khoảng không gian nhất định để lắp đặt các đường ống, đường dây, giá đỡ, các máy móc thiết bị, các phòng máy, thậm chí cả một tầng nhà. Những khoảng không gian đó đều được gọi chung là không gian kỹ thuật. Nói cách khác, không gian kỹ thuật chính là các không gian dành cho việc lắp đặt các hệ thống kỹ thuật trong công trình xây dựng. Không gian kỹ thuật có thể phân ra nhiều loại khác nhau: - Trần kỹ thuật (Trần KT): là khoảng không gian nằm phía trên trần treo và dưới của trần kết cấu sàn, dành để lắp đặt các đường ống, đường dây và các thiết bị cho các hệ thống kỹ thuật mà trong phòng không thể nhìn thấy nhờ lớp trần treo đã che khuất - Sàn kỹ thuật (sàn KT): là khoảng không gian nằm phía trên sàn kết cấu và phía dưới lớp sàn nội thất (thường cấu tạo bằng các tấm cứng kê lên trên hệ thống khung thép, mặt sàn trải tấm thảm) thường dành để đi các dây điện tới các thiết bị cần thiết cung cấp cho các ổ cắm Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng Trang 1
  3. Bài giảng Kỹ thuật cơ điện điện, ổ cắm điện thoại, ổ cắm vi tính, micro, tai nghe,... cho các bàn làm việc hay các bàn đại biểu hội nghị. - Hộp kỹ thuật (Hộp KT): là khoảng không gian hình ống đứng, chạy xuyên suốt qua các tầng nhà, dành để lắp đặt các đường ống hoặc các đường dây trục đứng (trục chính) để phân phối các đường ống hay các đường dây nhánh vào các tầng, hoặc thu gom từ các ống nhánh đưa về. Hộp kỹ thuật Hộp kỹ thuật - Tầng kỹ thuật (Tầng KT): là khoảng không gian của một tầng nhà dành riêng cho việc bố trí lắp đặt các hệ thống kỹ thuật, trường hợp này thường gặp với những công trình có quy mô số tầng nhà lớn cần phải phân khu kỹ thuật cho đảm bảo về áp lực và độ dài đường ống hoặc các công trình phải thu gom nhiều đường ống kỹ thuật nằm rải rác về một vài điểm để không ảnh hưởng đến không gian các phòng công cộng bên dưới - Phòng kỹ thuật (Phòng KT): là không gian buồng khép kín, thường có cửa ra vào để bảo vệ an toàn, dành để lắp đặt các máy móc thiết bị điều khiển, đo đếm, van khoá, công tắc cầu dao,... Phòng kỹ thuật có thể là một phòng nhỏ chỉ 1-2m2 nhưng cũng có thể là cả một phòng rất lớn tới 100 m2 như cho hệ thống máy điều hoà trung tâm. 3. Giới thiệu tổng quát các hệ thống kỹ thuật trong công trình xây dựng: a) Hệ thống cấp thoát nước: Sẽ được trình bày kỹ trong môn học riêng nên trong bài giảng này không đề cập đến. b) Hệ thống điện công trình Hệ thống điện được thiết kế và lắp đặt nhằm phục vụ cho các nhu cầu tất yếu về sử dụng điện của ngôi nhà như: điện cho sinh hoạt (chiếu sáng, các ổ cắm, các phụ tải sinh hoạt khác,...), điện cho hệ thống sự cố, điện sản xuất, điện động lực, điện dự phòng,... Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng Trang 2
  4. Bài giảng Kỹ thuật cơ điện c) Hệ thống chống sét Hệ thống chống sét được thiết kế lắp đặt nhằm đảm bảo an toàn chống sét cho ngôi nhà, cho người và an toàn cho các thiết bị dùng điện trong toà nhà, có nhiều giải pháp thiết kế chống sét từ đơn giản đến hiện đại như: Franklin, lồng Faraday hay chống sét tiên đạo. d) Hệ thống chiếu sáng nhân tạo trong công trình Chiếu sáng nhân tạo ngày nay chủ yếu bằng đèn điện, trong đó bóng đèn huỳnh quang được sử dụng khá phổ biến, đặc biệt các thế hệ đèn tiết kiệm năng lượng. Ánh sáng nhân tạo là hệ thống kỹ thuật thiết yếu của toà nhà, đảm bảo hiệu quả làm việc và sự tiện nghi đối với người sinh sống và làm việc trong đó. Một số hệ thống chiếu sáng còn tạo ra điểm nhấn của công trình kiến trúc. Nhiệm vụ thiết kế chiếu sáng là tính toán số lượng, phân bố các đèn chiếu sáng hợp lý trong công trình đảm bảo tiện nghi cho mắt người và mỹ quan của công trình. Tính toán chiếu sáng bên ngoài công trình như lối đi bộ, đường giao thông, vườn hoa,… đảm bảo an toàn lưu thông nhưng cũng không gây lãng phí năng lượng. e) Hệ thống phòng cháy, chữa cháy (PCCC) Như trước đây việc PCCC cho một công trình kiến trúc chủ yếu là các bình cứu hoả cầm tay hoặc thiết kế hệ thống vòi cứu hoả thủ công treo tường. Nhưng ngày nay do nhu cầu về PCCC đòi hỏi cao hơn, kịp thời hơn để đảm bảo an toàn cho con người trong các toà nhà cao tầng, các công trình công cộng đông người với những tài sản và kinh phí đầu tư rất lớn vào công trình, do đó các hệ thống PCCC hiện đại và tự động hoá cao đã được ứng dụng rất rộng rãi trong các công trình kiến trúc hiện đại. Các hệ thống PCCC hiện đại chỉ mới xuất hiện gần đây ở Việt Nam từ khi xuất hiện những toà nhà cao tầng. Tuỳ theo quy mô và yêu cầu cụ thể của mỗi công trình mà có thể lựa chọn các giải pháp thiết kế và lựa chọn các thiết bị PCCC cho phù hợp. g) Hệ thống thang máy, thang cuốn Đây cũng là một lĩnh vực mới xuất hiện ở Việt Nam khi bắt đầu xây dựng nhà cao tầng. Với nhà cao tầng thang máy là phương tiện giao thông chính, do đó việc thiết kế lắp đặt là bắt buộc. Ngoài ra đối với một số công trình đặc biệt khác như bệnh viện, nhà ga, siêu thị, hội chợ triển lãm,... không kể số tầng, người ta vẫn có thể lắp đặt thang máy để sử dụng cho thuận tiện (như để vận chuyển bệnh nhân, vận chuyển trong các trường hợp các công trình công cộng đông người có số lượt người qua lại lớn, mật độ tập trung). Thang máy có nhiều loại: thang máy đứng, thang máy cuốn (thang máy đặt nghiêng khoảng 25 đến 300). Ngoài ra tại các công trình như nhà ga còn sử dụng loại thang máy cuốn nằm ngang với mặt sàn để vận chuyển người và hàng hoá dọc theo các hành lang dài có trật tự. Nhiệm vụ thiết kế kiến trúc là xác định vị trí lắp đặt thang cho hợp lý về giao thông, số lượng phục vụ đủ, khoảng cách giữa các nhóm thang và bán kính phục vụ hợp lý đồng thời phải bố trí khoảng trống đủ kích thước để lắp đặt các thiết bị cho thang. h) Hệ thống thông tin – điện tử Đây là hệ thống kỹ thuật hiện đại có tốc độ phát triển cực kỳ nhanh. Hệ thống bao gồm nhiều loại: hệ thống điện thoại, hệ thống mạng internet, hệ thống điều khiển tự động cho toàn nhà, hệ thống bảo vệ chống đột nhập,... Nhiệm vụ của người thiết kế là xác định mức độ trang bị cho công trình và mạng lưới các hệ thống đường dây đi qua các trục đứng, trục ngang ngang qua trần, tường và bố trí các tầng kỹ thuật, phòng kỹ thuật trung tâm . i) Hệ thống thông gió và điều hoà không khí Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng Trang 3
  5. Bài giảng Kỹ thuật cơ điện Đây là một hệ thống kỹ thuật hiện đại, khá mới mẻ đối với Việt Nam. Hệ thống điều hoà không khí với các máy cục bộ (máy nhỏ kiểu một cục, hai cục) được lắp đặt cho các công trình kiến trúc từ những năm 80 của thế kỷ XX, còn các hệ thống điều hoà không khí lớn hơn như dạng tủ và dạng trung tâm thì cũng đến những năm 90 của thế kỷ XX mới được cập nhật với một số công trình cao tầng do nước ngoài đầu tư. Trang thiết bị của hệ thống điều hoà không khí, thông gió trung tâm thường chiếm nhiều không gian trong công trình, mạng lưới hệ thống và lắp đặt cũng khá phức tạp. Do đó khi thiết kế kiến trúc cần phải có dự kiến sớm nếu có để chuẩn bị các không gian kỹ thuật cần thiết cho nó, tránh tình trạng khi vào thiết kế thi công hoặc xây dựng lại phải thay đổi thiết kế hay phải đục phá công trình để lắp đặt thiết bị . k) Các hệ thống kỹ thuật khác: Các hệ thống kỹ thuật khác phục vụ cho toà nhà còn khá nhiều, tuy nhiên trong khuôn khổ có hạn của bài giảng không thể đề cập hết, do đó sinh viên cần tìm hiểu thêm trong các tài liệu khác. Ví dụ các hệ thống: hệ thống cung cấp gas tập trung, hệ thống đổ rác nhà cao tầng,... 4. Những yếu tố ảnh hưởng đến việc bố trí hệ thống kỹ thuật trong công trình a) Vị trí địa lý của công trình Vị trí địa lý bao gồm các yếu tố về địa hình, khí hậu nơi xây dựng công trình. Vị trí xây dựng công trình được xem xét có nằm gần các hệ thống hạ tầng kỹ thuật hiện có hay không? Ví dụ: đường giao thông, đường dây cấp điện, điện thoại, mạng internet, cấp nước, thoát nước, ống cấp gas,... b) Điều kiện khí hậu Điều kiện khí hậu ảnh hưởng trực tiếp đến thiết kế và lựa chọn hệ thống điều hoà không khí, hệ thống chiếu sáng, hệ thống PCCC,... Trang thiết bị, máy móc của tất cả các hệ thống kỹ thuật đều chịu tác động của môi trường khí hậu như độ ẩm, nhiệt độ,... Nước ta có khí hậu nóng ẩm, do đó khi lựa chọn bất kỳ thiết bị nào lắp đặt trong công trình đều phải tính đến các yếu tố này. c) Mục đích sử dụng của công trình Công trình có thể là loại đa năng, cũng có thể chỉ phục vụ cho một mục đích nào đó (ví dụ trường học, bệnh viện,...). Mỗi một mục đích sử dụng của công trình đòi hỏi phải có tiêu chí riêng về an toàn, cấp điện, chiếu sáng,... do đó cũng có yêu cầu riêng về trang bị hệ thống kỹ thuật. Chính lý do này đòi hỏi người thiết kế nắm rõ mục đích của công trình. Nếu công trình đa năng thì phải phân chia thành từng phần công trình để thiết kế, lựa chọn trang thiết bị kỹ thuật phù hợp với từng phần. Cũng cần lưu ý có những trang thiết bị kỹ thuật bắt buộc phải trang bị cho công trình (cấp điện, chiếu sáng,...) nhưng cũng có những trang bị kỹ thuật chỉ thích hợp cho một số công trình riêng lẻ. d) Không gian bên trong của công trình Yếu tố này bao gồm: chiều cao, chiều rộng của phòng, vị trí phòng,... đều có tác động nhất định đến các hệ thống kỹ thuật. Ví dụ các phòng có cửa thông ra ngoài cần ít chiếu sáng và thông gió hơn các phòng nằm sâu trong công trình. Khối tích của phòng càng lớn thì càng tiêu tốn điện năng cho thông gió, điều hoà. Công trình nhỏ thì dùng điện hạ thế công cộng, công trình lớn thì phải bố trí đất để lắp trạm biến áp riêng cấp điện cho công trình, nếu công trình rất lớn còn phải tính đến việc bố trí một tầng kỹ thuật. Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng Trang 4
  6. Bài giảng Kỹ thuật cơ điện e) Tính chất quan trọng và kinh phí đầu tư của công trình Với công trình quan trọng phải chọn thiết bị có độ bền, độ tin cậy cao; Công trình công cộng đông người cần chọn thiết bị dễ sử dụng, độ bền cao; Với công trình có thời gian sử dụng ngắn nên chọn loại rẻ tiền,.... Như vậy tuỳ tính chất quan trọng của công trình có ảnh hưởng đến việc lựa chọn hệ thống kỹ thuật, tuy nhiên nếu nguồn lực đầu tư dồi dào thì chủ đầu tư có quyền trang bị các hệ thống cao hơn, quy mô hơn nếu pháp luật cho phép. Thông thường chi phí cho các hệ thống kỹ thuật chiếm khoảng 30-50% vốn đầu tư, do đó người thiết kế phải tư vấn cho chủ đầu tư về mức độ trang bị kỹ thuật sao cho hợp lý. Muốn làm được điều đó đòi hỏi người thiết kế phải am hiểu về các hệ thống kỹ thuật. Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng Trang 5
  7. Bài giảng Kỹ thuật cơ điện CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG I. NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1. Khái quát về hệ thống cung cấp điện 1.1.1. Hệ thống điện: Hệ thống điện là tập hợp gồm nguồn điện, mạng lưới cung cấp điện và các phụ tải tiêu thụ điện năng. Hệ thống điện Việt Nam là hệ thống điện xoay chiều hình sin tần số 50Hz. - Nguồn điện : Là nơi phát ra điện năng. Nguồn điện có nhiệm vụ chuyển hóa các dạng năng lượng khác thành điện năng để dễ truyền tải đi xa. - Mạng lưới cung cấp điện : có nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng, bao gồm đường dây dẫn điện, máy biến áp,... - Phụ tải: Là các thiết bị tiêu thụ điện năng như đèn, quạt. Trong mạng điện người ta coi các nhà máy, xí nghiệp, nhà ở, cơ quan,… cũng là các phụ tải điện. Hệ thống điện Việt Nam có nhiều cấp khác nhau phù hợp với bán kính cấp điện và khả năng truyền tải 500; 220; 110; 66; 35; 22; 15; 6; 0,4 kV. Cấp điện áp 500, 220kV gọi là cấp truyền tải vì nhiệm vụ chủ yếu của nó là dẫn năng lượng từ nơi sản xuất điện năng đến nơi tiêu thụ điện năng. Ở cấp này không có thiết bị tiêu thụ điện trực tiếp. Cơ quan quản lý hệ thống truyền tải là Tổng công ty truyền tải điện quốc gia, bao gồm 4 công ty truyền tải điện trực thuộc tương ứng với 4 vùng của cả nước. Cấp điện áp truyền tải mang tính độc quyền tự nhiên do Nhà nước quản lý. Cấp điện áp từ 110kV trở xuống gọi là cấp điện áp phân phối vì nhiệm vụ của nó là cung cấp điện năng trực tiếp cho các thiết bị tiêu thụ điện hoặc các phụ tải điện. Cấp điện áp này do các công ty điện lực quản lý vận hành. Cấp điện áp phân phối có thể được tư nhân hoá hoặc có nhiều đơn vị tham gia bán điện cạnh tranh nhau. Theo lộ trình phát triển ngành điện Việt Nam, dự kiến sau năm 2014 sẽ tiến hành thí điểm cạnh tranh bán lẻ điện. 1.1.2. Hệ thống cấp điện công trình công trình xây dựng: Hệ thống cấp điện công trình là thành phần không thể tách rời của bất kỳ công trình xây dựng nào và có những đặc điểm riêng sau: - Là hệ thống cung cấp điện trực tiếp đến phụ tải tiêu thụ điện với cấp điện áp
  8. Bài giảng Kỹ thuật cơ điện 1.1.3. Yêu cầu đối với hệ thống cấp điện công trình : - Chất lượng cung cấp điện: Sai lệch điện áp là Uđm±5%Uđm, sai lệch tần số là 50Hz±0,2Hz. - An toàn cung cấp điện: người + thiết bị - Tin cậy: 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 cụ thể của mỗi công trình. 1.2. Các khái niệm cơ bản: 1.2.1. Cấu trúc mạng cung cấp điện trong công trình xây dựng Mạng cung cấp điện cho công trình xây dựng có nhiều loại như mạng điện 3 pha, mạng điện 1 pha, mạng điện có dây bảo vệ,.... Việc chọn loại nào tùy thuộc vào quy mô, tầm quan trọng và yêu cầu an toàn của công trình. Dù là mạng điện 1 pha hay 3 pha, nhìn chung đều có những thành phần sau: - Dây pha (ký hiệu A, B, C hoặc L1, L2, L3) là dây dẫn dòng điện từ nguồn đến phụ tải. - Dây trung tính là dây dẫn dòng điện từ phụ tải trở về nguồn sau khi đi qua phụ tải, ký hiệu O hoặc N - Dây nối vỏ an toàn (dây bảo vệ, dây PE) để nối vỏ các thiết bị điện, chống bị điện giật. Dây pha A Ud=380V Ud=380V B Dây pha Ud=380V Dây pha C Up=220V Trung tính N/O Nối vỏ PE Đầu cực nối dây Thiết bị điện Thiết bị điện Thiết bị điện 3 pha 1 pha 1 pha Sơ đồ mạng điện 3 pha Trong mạng điện 3 pha thì điện áp đo giữa 2 pha khác nhau gọi là điện áp dây của lưới điện, ký hiệu Ud. Điện áp đo giữa dây pha với dây trung tính (hoặc dây pha với đất) gọi là điện áp pha của lưới điện, ký hiệu Up. Mối quan hệ giữa điện áp dây và điện áp pha: Ud = 3 .Up Nguyễn Mạnh Hà Trang 7
  9. Bài giảng Kỹ thuật cơ điện Trong công trình xây dựng thường dùng điện áp 3 pha có Ud=380V, Up=220V Các thiết bị 3 pha có 3 đầu cực để nối dây gồm 3 cực nối dây pha và 1 cực để nối dây trung tính. Ngoài ra có thể có dây nối vỏ. Các thiết bị 1 pha có 2 đầu cực để nối dây gồm 1 cực nối dây pha và 1 cực để nối dây trung tính. Ngoài ra có thể có dây nối vỏ. Dây pha C Up=220V Trung tính N/O Nối vỏ PE Đầu cực nối dây Thiết bị điện Thiết bị điện Thiết bị điện 1 pha 1 pha 1 pha Sơ đồ mạng điện 1 pha Các dây pha và dây trung tính thường được chế tạo trong cùng một sợi cáp khi tiết diện ruột cáp nhỏ, ngược lại nếu tiết diện ruột cáp to thì người ta chế tạo cáp một pha chỉ có một ruột dẫn. Riêng dây bảo vệ theo quy định phải được lắp đặt bằng một sợi cáp riêng. 1.2.2. Điện trở và điện kháng của dây dẫn điện: a) Điện trở R của dây dẫn điện: Điện trở R là phần tử tiêu tán điện năng thành nhiệt năng toả vào môi trường xung quanh một cách vô ích. Vật liệu làm dây dẫn thường là đồng và nhôm, trong đó đồng dẫn điện tốt hơn nhôm. Điện trở R trên đường dây gây ra tác hại lớn là: làm dây dẫn điện nóng lên, làm tổn thất năng lượng và tổn thất điện áp của mạng điện. Trên sơ đồ điện, điện trở R được ký hiệu bằng hình chữ nhật và ký hiệu bằng chữ R. Đơn vị đo điện trở là . R () b) Điện kháng X của dây dẫn điện: Dây dẫn điện khi có dòng điện chạy qua, cho dù dây thẳng hoặc uốn cong, thì luôn luôn có từ trường xung quanh nó. Từ trường này liên tục tích năng lượng rồi lại phóng năng lượng Nguyễn Mạnh Hà Trang 8
  10. Bài giảng Kỹ thuật cơ điện trả vào lưới điện nên có tác dụng cản trở dòng điện giống như điện trở R. Do đó để đặc trưng cho hiện tượng này người ta dùng thông số điện kháng X của đường dây. Điện kháng X bản thân nó không gây tổn thất năng lượng nhưng gây ra tổn thất điện áp dọc dây dẫn, làm điện áp ở thiết bị điện giảm thấp hơn so với điện áp của nguồn điện. Trên sơ đồ điện, điện kháng X ký hiệu như cuộn dây và kèm theo ký hiệu bằng chữ X. Đơn vị đo điện kháng cũng là . X I I Từ trường sinh ra dọc dây dẫn khi có dòng điện chạy qua c) Tham số tính toán của dây dẫn điện: Khi tính toán mạng điện có dòng điện chạy qua, dây dẫn được thay thế đồng thời bằng các tham số R, X như sau: R X Để thuận lợi cho việc tính toán, các nhà sản xuất cáp điện lập sẵn bảng tra thông số điện trở r0 và điện kháng x0 trên mỗi đơn vị chiều dài km ứng với mỗi tiết diện ruột đồng dẫn điện. Như vậy khi biết chiều dài và tiết diện sợi cáp thì có thể xác định điện trở và điện kháng theo công thức: R  r0 .l X  x0 .l Trong đó: R, X là điện trở và điện kháng của cáp, tính bằng . l là chiều dài của sợi cáp, tính bằng km. r0, x0 là điện trở và điện kháng trên mỗi km, tính bằng /km và tra theo bảng bên dưới. Ví dụ: Hai sợi cáp điện 1 pha, mỗi sợi dài 350m, cấp điện áp 400V, tiết diện 95mm2. Hai sợi cáp này được lắp chung trong cùng một máng cáp. Hãy xác định điện trở và điện kháng của mỗi sợi cáp. Đáp số: X= 0,021; R = 0,07 Nguyễn Mạnh Hà Trang 9
  11. Bài giảng Kỹ thuật cơ điện Bảng tra r0 và x0 của cáp điện ruột đồng có điện áp dưới 1000V x0 (/km) của sợi cáp x0 (/km) của cáp đồng 1-2 ruột Tiết Mã dây r0 (/km) có 3-4 ruột (tham khảo hãng ALCATEL) diện cáp đồng cáp đồng (tham khảo hãng Một sợi cáp Lắp chung  2 sợi (mm2) FURUKAWA) lắp độc lập cáp gần nhau M-1,5 1,5 13,35 - - 0,1 M-2,5 2,5 8 - - 0,09 M-4 4 5 0,095 0,33 0,09 M-6 6 3,33 0,09 0,32 0,09 M-10 10 1,84 0,073 0,31 0,07 M-16 16 1,2 0,0675 0,29 0,07 M-25 25 0,74 0,0662 0,2699 0,0701 M-35 35 0,54 0,0637 0,2601 0,06 M-50 50 0,39 0,0625 0,2501 0,06 M-70 70 0,28 0,0612 0,24 0,06 M-95 95 0,2 0,0602 0,23 0,06 M-120 120 0,158 0,0602 0,2199 0,06 M-150 150 0,123 0,0596 0,2099 0,06 M-185 185 0,103 0,0596 0,2099 0,06 M-240 240 0,078 0,0587 0,2001 0,06 1.2.3. Điện áp (U): Điện thế  tại một điểm của mạch điện là giá trị đo bằng V giữa điểm đo và điểm được chọn làm chuẩn (điểm đất). Độ lớn của điện thế phụ thuộc vào điểm được chọn làm chuẩn, do đó với các mặt chuẩn khác nhau thì điện thế của cùng một điểm trên mạch điện vẫn có những giá trị khác nhau. Điện áp giữa 2 điểm là hiệu điện thế giữa 2 điểm đó: UAB=A-B. Độ lớn của điện thế không phụ thuộc vào việc chọn điểm đất nên điện áp được sử dụng trong tính toán. Đơn vị đo điện áp là V hoặc kV. Chiều của điện áp quy ước từ nơi có điện thế cao đến nơi có điện thế thấp. A L1 A B B L2 C A L3 Đất 1.2.4. Nguồn điện áp (Unguồn): Nguồn điện áp là đại lượng đặc trưng cho khả năng tạo ra và duy trì một giá trị điện áp, không phụ thuộc vào sự biến động của phụ tải. Khả năng tạo ra tức là khả năng sinh ra điện áp của nguồn điện. Khả năng duy trì là khả năng đáp ứng công suất của nguồn điện cho phụ tải tiêu thụ điện. Khái niệm nguồn điện áp thường liên quan đến nguồn cung cấp điện như: máy biến áp, máy phát điện,... Nguyễn Mạnh Hà Trang 10
  12. Bài giảng Kỹ thuật cơ điện Nếu máy biến áp, máy phát điện có công suất bé hơn tổng phụ tải tiêu thụ thì nó không phải là nguồn điện vì không có khả năng duy trì nguồn cung cấp. 1.2.5. Điện áp định mức của mạng điện: Với một mạng điện thực tế, giá trị điện áp đo được tại bất kỳ điểm nào đó không phải là một hằng số. Ví dụ trong ngôi nhà đang ở, hôm nay đo được 221V nhưng có thể ngày mai đo được 219V. Tuy nhiên mọi người đều nói điện áp của mạng điện là 220V - đây chính là giá trị điện áp định mức của mạng điện. Điện áp định mức là giá trị điện áp định danh cho một mạng điện, được Nhà nước quy định và là thông số dùng để thiết kế, kiểm tra, lựa chọn thiết bị trong mạng điện. Ký hiệu điện áp định mức Uđm. Với mạng điện 3 pha Uđm là điện áp dây, với mạng điện 1 pha Uđm là điện áp pha. Mạng cung cấp điện trong công trình xây dựng có Uđm=220V (mạng một pha) hoặc Uđm=380V (3 pha). 1.2.6. Công suất: Các thiết bị điện khi hoạt động sẽ tiêu thụ năng lượng điện để sinh công hữu ích như cơ năng của động cơ, quang năng của đèn điện, nhiệt năng trong bếp điện,... Đối với các động cơ điện như quạt, bơm nước,... ngoài việc tiêu thụ công suất hữu ích nó còn tiêu thụ công suất phản kháng từ lưới điện để tạo ra từ trường của dây quấn trong cuộn dây. Đa số các thiết bị điện đều sử dụng động cơ như máy giặt, tủ lạnh,...nên nhìn tổng thể, các thiết bị điện có tới 3 loại công suất khác nhau: - Công suất tác dụng (ký hiệu P ): là công suất mà thiết bị điện tiêu thụ từ lưới điện để chuyển thành công suất hữu ích. Công suất hữu ích có thể ở dạng nhiệt (bếp điện), ở dạng cơ năng (quạt, bơm nước,...). ở dạng quang năng (đèn điện) và nhiều dạng năng lượng khác. Đơn vị đo công suất tác dụng là W, kW. Pcơ Lò vi sóng kiêm lò nướng Động cơ điện - Công suất phản kháng (ký hiệu Q): là công suất mà thiết bị điện tiêu thụ từ lưới điện để tạo ra từ trường trong cuộn dây của các thiết bị điện. Công suất này không sinh ra công hữu ích nên còn gọi là công suất vô công. Về mặt vật lý, công suất Q chỉ là những luồng công suất nạp/phóng qua thiết bị điện có cuộn dây như các động cơ điện, còn với các thiết bị không có cuộn dây như bếp điện, đèn điện thì Q=0. Đơn vị đo công suất phản kháng là VAR, kVAR. Nguyễn Mạnh Hà Trang 11
  13. Bài giảng Kỹ thuật cơ điện A N P Q P Các công suất P, Q cấp cho động cơ Dây quấn trong động cơ điện - Công suất biểu kiến (ký hiệu S): Thực tế thiết bị điện tiêu thụ 2 loại công suất P và Q, trong đó P là công suất hữu ích (người dùng phải trả tiền) còn Q là công suất vô công (người dùng không phải trả tiền). Công suất Q là công suất vô công nhưng nó lại nạp và phóng liên tục trên dây dẫn điện nên khi tính toán mạng điện, ngoài trị số P còn phải kể đến sự ảnh hưởng của Q thông qua một thông số chung gồm cả P và Q gọi là công suất biểu kiến. Trong kỹ thuật điện người ta chứng minh được rằng công suất biểu kiến tính bằng công thức S  P 2  Q 2 . Đây là công suất dùng để tính toán thiết kế mạng điện, từ khâu chọn lựa dây dẫn, xác định dòng điện, tổn thất điện áp,... Công suất biểu kiến còn gọi là công suất toàn phần. Đơn vị đo công suất biểu kiến là VA, kVA. 1.2.7. Dòng điện (I): Dòng điện là dòng chuyển dịch có hướng của các điện tích. Các dây dẫn điện đều làm bằng kim loại (đồng, nhôm) nên các điện tích dịch chuyển bên trong dây dẫn là các electron mang điện tích âm . Có thể hình dung một đoạn dây dẫn kim loại là một ống chứa đầy các electron, khi có nguồn điện tác động vào thì các electron này chuyển động tạo thành dòng điện. Đơn vị đo dòng điện là A, kA. Khi thiết bị điện làm việc nó tiêu thụ một lượng công suất biểu kiến từ lưới điện là S3p (thiết bị 3 pha) hoặc S1p (thiết bị 1 pha) thì trên dây dẫn điện cung cấp có dòng điện chạy qua được xác định theo các công thức: A B C N A N S3 p I3 p  I3p 3.U d I1p S1 p I1 p  Up S3p S1p Nguyễn Mạnh Hà Trang 12
  14. Bài giảng Kỹ thuật cơ điện Trong hai công thức trên thì I1p và I3p tính bằng A, S1p và S3p tính bằng kVA, Up và Ud tính bằng kV 1.2.8. Hệ số công suất cos: Công thức tính công suất biểu kiến S  P 2  Q2 cho ta thấy 3 đại lượng P, Q, S lập thành một tam giác vuông gọi là tam giác công suất với cạnh thẳng đứng đứng là Q, cạnh nằm ngang là P và cạnh huyền là S, góc kẹp giữa S và P là  và trị số cos được gọi là hệ số công suất S Q  P Do P là công suất hữu ích không thay đổi được còn Q là công suất vô công, do đó nếu Q bé thì có nghĩa là lượng công suất nạp/phóng trên dây dẫn điện ít đi, dẫn đến dòng điện sẽ giảm xuống nên có thể chọn dây dẫn và các thiết bị bé hơn. Mà khi Q bé có nghĩa là cos lớn nên có thể nói cos là một chỉ số nói lên hiệu quả sử dụng điện. Thực tế người ta mong muốn giảm Q càng nhỏ càng tốt nhưng không thể triệt tiêu hoàn toàn vì nhiệm vụ của nó rất quan trọng là tạo môi trường từ hóa để truyền năng lượng từ phần đứng yên sang phần quay của động cơ. Căn cứ vào tam giác công suất ta có các biểu thức: S  P 2  Q2 Q = P.tg P = S.cos Q = S.sin Công suất tiêu thụ của mỗi thiết bị điện được đặc trưng bằng một tam giác công suất (P,Q,S). Nếu có n thiết bị điện nối chung tại một điểm thì tại điểm đó công suất tiêu thụ cũng là một tam giác công suất (P,Q,S) được tính như sau:: P = P1 + P2 +…+ Pn Q = Q1 + Q2 +…+ Qn Q S  P2  Q2 tg   P P, Q, S P2,Q2,S2 P1,Q1,S1 S2 S Q2 Q S1   Q1  P P1 P2 Nguyễn Mạnh Hà Trang 13
  15. Bài giảng Kỹ thuật cơ điện 1.2.9. Điện năng (A): Là năng lượng hữu ích sinh ra trong một khoảng thời gian t bởi một thiết bị điện tiêu thụ công suất tác dụng ổn định P được tính theo công thức: A = P.t Thực tế P không phải là hằng số mà biến đổi theo thời gian nên điện năng phải tính theo công thức tích phân: t1 A   P(t ).dt t0 Điện năng được đo bằng Wh, kWh. Trong hóa đơn tiền điện hàng tháng, nhân dân hay gọi là số điện chính là số kWh. Thiết bị dùng để đo điện năng gọi là công tơ. Số cuối cùng trên dãy số của công tơ có đơn vị 1/10kWh. Với mạng điện 3 pha người ta dùng công tơ 3 pha, với mạng điện 1 pha người ta dùng công tơ 1 pha. 1.2.10. Ngắn mạch: Là hiện tượng dòng điện tăng rất cao (gấp hàng chục, hàng trăm thậm chí hàng ngàn lần so với bình thường) do dây dẫn chạm đất, do chạm chập giữa các pha,… Khi xảy ra ngắn mạch thì điện trở tại điểm đó gần bằng 0 nên dòng điện tăng lên rất cao. Ngắn mạch là tình trạng sự cố nghiêm trọng của lưới điện, xảy ra trong thời gian rất ngắn (vài ms), gây hậu quả lớn như cháy, nổ, hư hỏng thiết bị. Ngắn mạch xảy ra ở nhiều dạng khác nhau: chạm đất một pha qua điện trở nhỏ, chạm đất hai pha, chập các dây pha, dây lửa và dây nguội chạm nhau,… In>> In>> In>> Đất có R nhỏ In>> Nguyễn Mạnh Hà Trang 14
  16. Bài giảng Kỹ thuật cơ điện Để loại trừ nhanh mạch điện bị sự cố ngắn mạch người ta dùng các thiết bị bảo vệ tự động như aptomat, cầu chì lắp ở đầu điểm đấu nối của dây dẫn điện. Mạng điện công trình hay xảy ra hiện tượng ngắn mạch do các nguyên nhân sau: - Lớp vỏ cách điện bị bong gây chạm vào các điểm đất như vỏ tủ điện, kết cấu thép,… - Chuột, côn trùng cắn đứt vỏ bảo vệ dây cáp điện trong tủ điện - Các điểm nối dây không chắc chắn nên bị bung ra chạm vào vỏ thiết bị. - Các mối nối sau khi thi công, quấn băng keo cách điện không tốt nên bị bong. 1.2.11. Quá tải Là hiện tượng dòng điện tăng lên vượt quá giá trị định mức (1,11,8Iđm) của thiết bị điện 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 vượt quá giá trị cho phép nó trở thành sự cố cần phải loại trừ. Cầu chì Rơle nhiệt 3 pha Nguyên nhân gây ra quá tải là thiết bị điện làm việc quá công suất của chúng, ví dụ động cơ trong máy giặt phải giặt với khối lượng lớn hơn quy định, … Tác hại của hiện tượng quá tải: làm cho thiết bị điện bị lão hóa, nhanh hư hỏng, phát nóng mạnh. Để bảo vệ các thiết bị khỏi hiện tượng quá tải người ta dùng thiết bị bảo vệ quá tải là rơle nhiệt hoặc cầu chì. Khi dòng điện vượt quá giá trị định mức của thiết bị thì bộ bảo vệ vẫn cho thiết bị làm việc thêm một thời gian đặt trước rồi mới cắt nguồn điện. Nguyễn Mạnh Hà Trang 15
  17. Bài giảng Kỹ thuật cơ điện 1.2.12. Hiện tượng rò điện: Rò điện là hiện tượng dây dẫn bị chạm ra vỏ thiết bị hoặc chạm xuống đất nhưng dòng điện rất bé (từ vài mA đến vài chục mA hoặc vài trăm mA). Khi có rò điện thì thiết bị vẫn hoạt động bình thường nên con người không nhận biết được hiện tượng này. Nguyên nhân gây rò điện là do lớp vỏ cách điện bị bong tróc và ruột dẫn điện chạm ra vỏ thiết bị với điện trở lớn. Ir
  18. Bài giảng Kỹ thuật cơ điện II. TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN CÔNG TRÌNH Phụ tải điện là nơi tiêu thụ điện năng. Khái niệm phụ tải điện là khái niệm rất rộng, có thể là các thiết bị dùng điện, các phòng ở, phòng làm việc, các hộ gia đình, tòa nhà,.... Việc xác định độ lớn phụ tải điện có ý nghĩa quan trọng về mặt kinh tế - kỹ thuật. Thật vậy, nếu xác định phụ tải thiếu thì hệ thống đường dây điện không đủ cung cấp do bị quá tải. Ngược lại nếu xác định phụ tải thừa dẫn đến lãng phí do dây dẫn to hơn, thiết bị phân phối điện lớn hơn mức cần thiết. Từ những nhận định trên ta thấy việc xác định độ lớn phụ tải điện rất quan trọng. Tuy nhiên việc xác định rất phức tạp vì thiết bị điện rất đa dạng, thời gian hoạt động của từng thiết bị lại khác nhau và có tính ngẫu nhiên, khó dự báo quy luật hoạt động,… Để thuận lợi cho việc tính toán, TCVN 9206:2012 - “Đặt thiết bị điện trong nhà ở và công trình công cộng - Tiêu chuẩn thiết kế” phân công trình xây dựng thành 2 nhóm: - Nhóm nhà ở bao gồm: biệt thự, nhà riêng lẻ, nhà liền kề, chung cư, ký túc xá, khách sạn, nhà khách, nhà trọ và các loại nhà để ở khác. - Nhóm công trình công cộng bao gồm: Thư viện, bảo tàng, nhà hát, đài phát thanh, đài truyền hình, trường học, bệnh viện, trạm y tế, phòng khám chữa bệnh, siêu thị, trung tâm thương mại, chợ, nhà làm việc cơ quan, trụ sở cơ quan, văn phòng làm việc, nhà ga, bưu điện,… Với cách phân nhóm cụ thể ở phạm vi hẹp như vậy, TCVN 9206:2012 xác định phương pháp tính phụ tải điện cho từng loại công trình cụ thể đảm bảo độ tin cậy. 2.1. Phân loại phụ tải điện công trình 2.1.1. Phân loại theo quy mô sử dụng - Phụ tải nhỏ: là phụ tải có công suất tác dụng P < 80kW. Công trình có quy mô phụ tải nhỏ chủ yếu là hộ gia đình bình thường, các doanh nghiệp nhỏ,….Nguồn điện cung cấp là các đường dây điện hạ áp ba pha 380V/220V của lưới điện công cộng do ngành điện đầu tư. - Phụ tải lớn: là phụ tải có công suất tác dụng P  80kW. Công trình có quy mô phụ tải lớn là các cơ quan, công sở, trung tâm thương mại, chung cư,…Nguồn điện cung cấp cấp là các trạm biến áp hạ áp 22/0,4kV, 35/0,4kV,... do chủ đầu tư công trình bỏ vốn xây dựng và được tính vào giá thành đầu tư xây dựng toàn bộ công trình chính. 2.1.2. Phân loại theo chức năng sử dụng điện a) Phụ tải điện chiếu sáng: Đây là loại phụ tải điện đặc trưng mà bất kỳ công trình xây dựng nào cũng bắt buộc phải có. Đặc điểm của phụ tải này là khá thuần nhất, không đa dạng về chủng loại nên dễ tính toán công suất. Thực tế trong công trình xây dựng sử dụng các bóng đèn huỳnh quang cho chiếu sáng thông thường và các bóng đèn sợi đốt cho chiếu sáng sự cố. Mạch điện cung cấp cho hệ thống chiếu sáng là một mạch điện độc lập với các mạch khác và được phân thành các mạch nhỏ hơn theo phạm vi quản lý: - Mạch chiếu sáng chung của công trình: hành lang, cầu thang, đường nội bộ, phòng quản lý,… đấu nối nguồn điện tại bảng điện phân phối đầu vào của công trình. - Mạch chiếu sáng riêng của từng căn hộ, từng phòng làm việc,… đấu nối nguồn điện tại bảng điện đầu vào của căn hộ hoặc phòng làm việc. Nguyễn Mạnh Hà Trang 17
  19. Bài giảng Kỹ thuật cơ điện b) Phụ tải điện sinh hoạt: Đây là loại phụ tải tiêu thụ điện chủ yếu trong công trình xây dựng. Loại phụ tải này phục vụ cho con người trong quá trình làm việc và sinh hoạt hằng ngày như: điều hoà, ti vi, tủ lạnh, máy giặt, máy tính, quạt điện,… Đặc điểm của phụ tải là công suất nhỏ nhưng lại rất đa dạng về chủng loại cũng như quy luật làm việc do đó tính toán độ lớn của nó chính xác là việc rất khó khăn. Thực tế loại phụ tải này thường bao gồm: - Các động cơ không đồng bộ loại nhỏ (trong máy giặt, tủ lạnh, điều hòa nhiệt độ,…) - Các thiết bị điện tử (máy tính, máy in,…) - Các thiết bị nhiệt (lò vi sóng, máy sấy tóc, bàn là, nồi cơm điện,…) - Các ổ cắm điện: phục vụ cho các thiết bị không xác định trước, thiết bị di động. Thiết bị điện lắp trong phòng làm việc trong công sở, nhà ở dân cư, phòng ở khách sạn,… có những loại trên đều là những phụ tải điện sinh hoạt. Mạch điện cung cấp cho phụ tải điện sinh hoạt là một mạch điện độc lập với các mạch khác và được đấu nối nguồn điện tại bảng điện đầu vào của căn hộ hoặc phòng làm việc. c) Phụ tải điện của các thiết bị dùng chung: Đây là loại phụ tải chuyên dụng thường thấy trong các công trình lớn như công trình công cộng (trường đại học, siêu thị,…) hoặc nhà ở loại lớn (như khách sạn, chung cư,…) Đặc điểm loại phụ tải này là sử dụng các loại động cơ không đồng bộ cỡ lớn (>5kW) và dải công suất biến đổi từ vài kW đến vài chục kW nên một số phụ tải yêu cầu cấp điện bằng nguồn điện 3 pha. Xác định độ lớn của phụ tải loại này phải căn cứ vào catologue của từng loại thiết bị cụ thể mới đảm bảo độ chính xác. Thực tế ở các công trình xây dựng phụ tải này gồm các loại sau: - Thang máy, bơm nước, điều hòa trung tâm, thông gió, bơm nước cứu hỏa - Thiết bị thí nghiệm đặc chủng. - Thiết bị chẩn đoán ở bệnh viện. Mạch điện cung cấp cho phụ tải này là một mạch điện độc lập với các mạch khác và được đấu nối nguồn điện tại bảng điện đầu vào của công trình. 2.2. Các đại lượng dùng để xác định nhu cầu phụ tải điện: 2.2.1. Công suất định mức của thiết bị (Pđm) Pđm là công suất hữu ích ở đầu ra của thiết bị (chưa kể đến tổn hao). Giá trị này được ghi trên nhãn máy hoặc ghi trong lý lịch kèm theo thiết bị. Pđm có thể dưới các dạng sau: - Dạng cơ năng (động cơ điện): Pđm chính là công suất trên trục cơ. - Dạng nhiệt năng (lò vi sóng, nồi cơm điện,… ): Pđm là công suất tỏa nhiệt trên điện trở. Đơn vị của Pđm là W, kW hoặc HP (sức ngựa). Theo quy định của Nhà nước về hệ thống đơn vị đo lường Việt Nam, 1HP = 745,7W. 2.2.2. Công suất đặt (Pđ): Công suất đặt là lượng công suất tác dụng mà mạng điện phải cung cấp cho thiết bị điện để nó hoạt động. Đây là loại công suất phải xác định trong quá trình tính toán phụ tải điện của các công trình xây dựng. Nguyễn Mạnh Hà Trang 18
  20. Bài giảng Kỹ thuật cơ điện Đối với từng thiết bị điện cụ thể thì Pđ bao gồm công suất định mức của thiết bị Pđm và tổn hao công suất bên trong thiết bị. Công thức tính Pđ của thiết bị khi biết dòng điện, điện áp và hệ số công suất: - Thiết bị điện 1 pha: Pñ  U p .I p .cos - Thiết bị điện 3 pha: Pñ  3U d .I d .cos Trong đó: Up, Ud là điện áp pha, điện áp dây của mạng điện. Ip là dòng điện chạy trong dây dẫn 1 pha Id là dòng điện chạy trong dây dẫn của mạng điện 3 pha. cos là hệ số công suất của thiết bị điện. Công suất đặt của thiết bị cũng có thể tính toán thông qua công suất định mức Pđm và hiệu suất  của thiết bị: Pñm Pñ   Công suất đặt của một nhóm thiết bị điện (lắp đặt trong một bộ phận, một khu vực hoặc toàn bộ công trình) bằng tổng công suất đặt của toàn bộ thiết bị có trong nhóm đó: n Pñ   Pñi  Pñ1  Pñ2  ...  Pñn i 1 Trong đó: Pđ là công suất đặt của nhóm Pđi là công suất đặt của thiết bị thứ i trong nhóm n là số thiết bị có trong nhóm Khi thiết kế, nếu không có số liệu công suất chính xác của thiết bị thì có thể tham khảo bảng sau: Tên thiết bị điện Công suất Tên thiết bị điện Công suất đặt (W) đặt (W) Bóng đèn sợi đốt 100 Bình đun nước sôi 2000 Đèn tuyp + chấn lưu sắt từ 44 Máy làm nóng lạnh nước uống 600 Đèn tuyp + chấn lưu điện tử 40 Quạt cây, quạt trần, thông gió 200 Đèn tuyp tiết kiệm điện 36 Điều hòa dân dụng 0,293W/BTUsố BTU Đèn compact, đèn bàn 18 Máy hút bụi 600 Nguyễn Mạnh Hà Trang 19
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2