BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG
Nguyễn Mạnh Hà
BÀI GIẢNG
KỸ THUẬT ĐIỆN DÂN DỤNG
/
Đà Nẵng 14-8-2016
Bài giảng Kỹ thuật điện dân dụng
Nguyễn Mạnh Hà Trang 1
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 <1000V,
cụ thể là điện áp 380V với mạng điện 3 pha và 220V với mạng điện 1 pha.
- Nguồn điện bao gồm các loại: Máy biến áp, máy phát điện diezen, bộ lưu điện UPS.
Máy biến áp nhận điện từ đường dây 22kV để biến đổi sang cấp 380V dùng cho công trình.
- Đường dây dẫn điện: sử dụng các loại cáp ruột đồng có vỏ bọc cách điện hoặc có vỏ
bọc cách điện kèm theo lớp giáp thép bảo vệ tác động cơ học. Vỏ bọc cách điện bằng nhựa
PVC hoặc XLPE với các mức cách điện 1000V (3 pha), 600V (1 pha) hoặc 750V (1 pha).Ở
những nơi mà cáp có thể bị tác động cơ học thì dùng cáp bọc có lớp giáp thép bảo vệ.
Do cung cấp điện trực tiếp đến phụ tải điện nên công tác thiết kế, vận hành hệ thống cấp
điện công trình đòi hỏi người kỹ sư phải am hiểu về thiết bị, am hiểu quy trình công nghệ của
máy móc để xác định được độ lớn của phụ tải điện.
Bài giảng Kỹ thuật điện dân dụng
Nguyễn Mạnh Hà Trang 2
1.1.3. Yêu cầu đối với hệ thống cấp điện công trình :
- Chất lượng cung cấp điện: Sai lệch điện áp là U
đm
±5%U
đm
, 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 L
1
, L
2
, L
3
) 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.
Trong mạng điện 3 pha thì điện áp đo giữa 2 pha khác nhau gọi là điện áp dây của lưới
điện, ký hiệu U
d
. 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 U
p
.
Mối quan hệ giữa điện áp dây và điện áp pha:
U
d
=
3
.U
p
A
B
C
N/O
U
d
=380V
U
d
=380V
U
p
=220V
U
d
=380V
Dây pha
Dây pha
Dây pha
Trung tính
PE Nối vỏ
Thiết bị điện
1 pha
Đầu cực nối dây
Thiết bị điện
1 pha
Thiết bị điện
3 pha
Sơ đồ mạng điện 3 pha
Bài giảng Kỹ thuật điện dân dụng
Nguyễn Mạnh Hà Trang 3
Trong công trình xây dựng thường dùng điện áp 3 pha có U
d
=380V, U
p
=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.
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 Ω.
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
C
N/O
U
p
=220V
Dây pha
Trung tính
PE Nối vỏ
Thiết bị điện
1 pha
Đầu cực nối dây
Thiết bị điện
1 pha
Thiết bị điện
1 pha
Sơ đồ mạng điện 1 pha
R (
Ω
Bài giảng Kỹ thuật điện dân dụng
Nguyễn Mạnh Hà Trang 4
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 Ω.
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:
Để thuận lợi cho việc tính toán, các nhà sản xuất cáp điện lập sẵn bảng tra thông số điện
trở r
0
và điện kháng x
0
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:
0
.
R r l
=
0
.
X x l
=
Trong đó:
R, X là điện trở và điện kháng của cáp, tính bằng Ω.
l là chiều dài của sợi cáp, tính bằng km.
r
0
, x
0
là điện trở và điện kháng trên mỗi km, tính bằng Ω/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 95mm
2
.
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= 0,021Ω; R = 0,07Ω
X
R
X
I
Từ trường sinh ra dọc dây dẫn khi
có dòng điện chạy qua
I