TRƯO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG
KHOA KỸ THUẬT ĐÔ THỊ VÀ QUẢN LÝ XÂY DỰNG
BÀI GIẢNG MẠNG LƯỚI ĐIỆN (Dành cho sinh viên ngành Quy hoạch)
Biên soạn: Nguyễn Mạnh Hà
Đà Nẵng, tháng 03 năm 2015
Bài giảng Mạng lưới điện
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN
1.1. Các thông số đặc trưng cho quá trình năng lượng của mạch điện
1.1.1. Dòng điện
=
i
- Là dòng chuyển dịch có hướng của các điện tích.
dq dt
- Độ lớn của dòng điện được xác định từ biểu thức: , trong đó dq là lượng điện
tích chuyển dịch qua một tiết diện ngang trong thời gian dt.
- Đơn vị : Ampe, ký hiệu A
Độ lớn dòng điện được gọi là cường độ dòng điện, đơn vị là Ampe, ký hiệu là A.
Chiều dòng điện quy ước
Chiều chuyển động của e
- Chiều dòng điện: Quy ước chiều dòng điện là chiều chuyển dịch của các điện tích dương. Trong dây dẫn điện chỉ có các điện tích âm (là electron) nên chiều dòng điện quy ước sẽ ngược với chiều chuyển động của electron.
I
Thiết bị biến đổi dòng điện
A
I
Đo dòng điện ≤ 5A
A
Đo dòng điện lớn hơn 5A
Ampe kế
Biến dòng điện
- Để đo dòng điện người ta dùng Ampe kế (còn gọi là Ampe met) mắc nối tiếp với mạch điện cần đo. Trường hợp dòng điện lớn hơn 5A, người ta phải dùng thiết bị biến đổi dòng điện lớn xuống dòng điện nhỏ (gọi là biến dòng) trước khi đo bằng Ampe kế.
1.1.2. Điện áp:
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
1
- Điện áp được định nghĩa là hiệu điện thế giữa 2 điểm bất kỳ của mạng điện. - Độ lớn của điện áp là UAB = j A-j B, trong đó j A là điện thế ở điểm A so với đất và j B là điện thế điểm B so với đất.
Bài giảng Mạng lưới điện
A
UAB
B
B A U
A
B
Điện áp rơi
Điện áp giữa các dây dẫn
Nếu đo điện áp giữa 2 điểm trên cùng một dây dẫn người ta còn gọi đó là điện áp rơi hay điện áp tổn thất.
- Đơn vị đo điện áp là Vôn, ký hiệu V, ngoài ra còn dùng đơn vị kV
- Chiều điện áp: Quy ước từ nơi có điện thế cao sang nơi có điện thế thấp.
R
I
Thiết bị biến đổi điện áp
I
V
V
Đo điện áp ≤ 100V
Đo điện áp > 100V
Vôn kế
Biến điện áp 22000/100V
- Để đo điện áp người ta dùng Vôn kế (còn gọi là Vôn met) mắc song song với mạch điện cần đo. Trường hợp điện áp lớn hơn 100V, người ta phải dùng thiết bị biến đổi điện áp lớn xuống điện áp nhỏ (gọi là biến điện áp) trước khi đo bằng Vôn kế.
1.1.3. Công suất
Các thiết bị điện khi hoạt động sẽ tiêu thụ năng lượng điện để sinh công hữu ích như cơ năng trên trục quay của động cơ, quang năng của đèn điện, nhiệt năng trong bếp điện,...
Một số thiết bị điện (như quạt, bơm nước,... ) ngoài việc tiêu thụ công suất hữu ích nó còn tiêu thụ một loại công suất suất đặc biệt gọi là công suất phản kháng. Loại công suất này chỉ nạp/phóng trên đường dây điện, về thực chất thiết bị điện không tiêu thụ nó nên còn được gọi là công suất vô công. Như vậy trong mạng điện tồn tại các loại công suất khác nhau gồm:
- 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.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
2
Đơn vị đo công suất tác dụng là W, kW.
Bài giảng Mạng lưới điện
Pcơ
Lò vi sóng kiêm lò nướng Động cơ điện
- Công suất phản kháng (ký hiệu Q): là công suất vô công mà thiết bị điện nhận từ lưới điện để tạo ra từ trường trong cuộn dây của các thiết bị điện.
Đơn vị đo công suất phản kháng là VAR, kVAR.
N A
P Q
P
Dây quấn trong động cơ điện Các công suất P, Q cấp cho động cơ
- Công suất biểu kiến (ký hiệu S): Thực tế luồng công suất chạy trên đường dây tải điện gồm 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 (hoặc gọi tên khác là công suất toàn phần).
2
2
=
S
+ P Q
Trong kỹ thuật điện người ta chứng minh được rằng công suất biểu kiến tính bằng công
thức .
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,...
2
2
=
S
+ P Q
Đơn vị đo công suất biểu kiến là VA, kVA. 1.1.4. Hệ số công suất cosj :
Công thức tính công suất biểu kiến
và trị số cosj
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
3
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 j được gọi là hệ số công suất .
Bài giảng Mạng lưới điện
S Q
j
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 cosj lớn nên có thể nói cosj 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.
2
=
+2
S
P Q
Căn cứ vào tam giác công suất ta có các biểu thức:
Q = P.tgj P = S.cosj Q = S.sinj
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::
2
2
j =
=
+
tg
S
P
Q
Q P
P = P1 + P2 +…+ Pn Q = Q1 + Q2 +…+ Qn
P, Q, S
P2,Q2,S2
P1,Q1,S1
j 1
S2 S Q Q2 j S1 j 2 Q1
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
4
P P1 P2
Bài giảng Mạng lưới điện
1.1.5. Điện năng
t
A
( ). p t dt
- Điện năng là năng lượng điện tiêu thụ dưới dạng nhiệt hoặc dưới dạng cơ năng của
= ∫
0
các máy sản xuất trong khoảng thời gian nào đó và được tính theo công thức .
Nếu p(t)=const ta có A=P.T, tức là bằng công suất nhân với khoảng thời gian thiết bị tiêu dùng điện.
- Đơn vị đo điện năng trong đơn vị SI là Wh. Tuy nhiên trong thực tế đời sống người ta thường đo bằng kWh.
- Thiết bị dùng để đo điện năng gọi là công tơ.
1.2. Điện trở và điện kháng của dây dẫn điện:
1.2.1. 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 W .
R (W )
1.2.2. 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 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 W .
X I I
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
5
Từ trường sinh ra dọc dây dẫn khi có dòng điện chạy qua
Bài giảng Mạng lưới điện
1.2.3. 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:
X R
1.3. Biểu diễn một số đại lượng điện dưới dạng số phức
1.3.1. Số phức và một số phép toán cơ bản:
Trong toán học số phức là số được ký hiệu dưới dạng 2 thành phần V = a+jb, trong đó a gọi là phần thực, b gọi là phần ảo và j là đơn vị ảo (có thể xem là một hằng số).
Số phức được ứng dụng trong kỹ thuật điện để đơn giản hóa các phép tính. Các phép tính cơ bản trên số phức gồm:
a) Phép cộng: Để cộng 2 hay nhiều số phức ta lấy phần ảo cộng cho nhau và phần thực cộng cho nhau.
1V =a1+jb1 và
2V =a2+jb2 thì số phức tổng là:
Ví dụ: Cho 2 số phức
V = 1V + 2V =(a1+a2)+j(b1+b2)
b) Phép trừ: Để trừ 2 số phức ta lấy phần ảo trừ cho nhau và phần thực trừ cho nhau.
1V -
1V =a1+jb1 và
2V =a2+jb2 thì hiệu là: V =
2V =(a1-a2)+j(b1-b2)
Ví dụ: Cho 2 số phức
+2
a
c) Môđun của số phức: Môđun của số phức V =a+jb được tính bằng công thức
2 b . Môđun của số phức có thể xem là độ lớn của số phức.
V=
1.3.2. Biểu diễn một số đại lượng điện dưới dạng số phức a) Biểu diễn công suất biểu kiến:
Trong kỹ thuật điện người ta chứng minh được công suất biểu kiến có thể biểu diễn dưới
dạng số phức là: S = P + jQ.
2
+2
S
Trong đó P là công suất tác dụng, Q là công suất phản kháng
P Q
Độ lớn công suất biểu kiến là =
b) Biểu diễn tổng trở:
Trong kỹ thuật điện người ta chứng minh được tổng trở của dây dẫn có thể biểu diễn
dưới dạng số phức là: Z = R + jX.
+2
Z
R
Trong đó R là điện trở của dây dẫn, X là điện kháng của dây dẫn.
2 X
Độ lớn của tổng trở là =
1.4. Các dạng sự cố thường xảy ra trong mạng điện
1.4.1. Ngắn mạch:
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
6
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,…
Bài giảng Mạng lưới điện
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.
In>>
In>>
In>>
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>>
Đất có R nhỏ
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.
1.4.2. 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.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
7
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.
Bài giảng Mạng lưới điện
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.
1.4.3. 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.
Ir <<
Đất có R lớn
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.
Rò điện gây ra nguy hiểm cho người chạm vào vỏ thiết bị vì con người chỉ chịu được dòng điện ≤ 10mA, nếu vượt quá giá trị này thì tính mạng bị đe dọa. Ngoài ra rò điện gây nguy cơ cháy nổ rất cao vì nó làm nóng chỗ bị chạm nên dễ sinh ra tia lửa.
Để bảo vệ tránh hiện tượng rò điện người ta dùng thiết bị bảo vệ dòng rò, gọi là RCD.
1.5. Dòng điện xoay chiều hình sin
- Dòng điện hình sin là dòng điện xoay chiều có trị số biến thiên theo quy luật hàm số sin của thời gian.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
8
- Dòng điện sin được dùng rộng rãi trong đời sống do có nhiều ưu điểm vượt trội so với các nguồn điện khác. Nguồn điện chúng ta dùng hàng ngày chính là nguồn điện hình sin.
Bài giảng Mạng lưới điện
1.6. Mạch điện 3 pha
- Mạch điện 3 pha là mạch điện có 3 nguồn sức điện động hình sin cùng tần số, lệch . Trong thực tế mạch điện 3 pha có 3 nguồn sức điện động hình sin cùng tần
nhau một góc a số, cùng biên độ và lệch pha nhau một góc a =1200.
- Phụ tải 3 pha đối xứng: là phụ tải có tổng trở phức 3 pha bằng nhau.
- Đường dây 3 pha đối xứng: là đường dây có tổng trở phức của 3 đường dây bằng nhau
Id
A
Zpt
UP
I0
O
O’
Ud
C
B
A
Id
EC
Zpt
Ud
EA
ICA
Id
B
IBC
C
EB
Id
Ud
- Mạch điện 3 pha đối xứng: là mạch điện 3 pha có nguồn, đường dây, phụ tải đối xứng.
Trong tính toán quy hoạch mạng lưới điện người ta xem mạch điện là 3 pha đối xứng, do vậy quy ước từ giờ trở về sau khi nói đến mạch điện 3 pha ta hiểu ngay đó là mạch điện 3 pha đối xứng.
- Mạch điện 3 pha có ưu điểm là chi phí truyền tải thấp vì chỉ cần 3 hoặc 4 dây là có thể truyền tải đi lượng công suất tương đương khi dùng 3 pha riêng rẽ (6 dây)
Mạch điện 3 pha có thể nối hình Y hay hình tam giác
1.7. Sơ đồ một sợi (single line) của mạch điện 3 pha
=
j os
P
Id
Ud
3 U I c d d
=
j
sin
Q
3 U I d d
Nguồn điện
=
S
P+jQ
3 d d U I
Ở phần trên ta đã biết các công suất của mạch 3 pha đối xứng là
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
9
Các công thức này không phụ thuộc vào cách nối hình sao hay hình tam giác. Do đó trong các bài toán quy hoạch thay vì vẽ sơ đồ mạch 3 pha-3 dây người ta thường vẽ sơ đồ
Bài giảng Mạng lưới điện
mạch 3 pha-1 dây gọi là sơ đồ một sợi hoặc sơ đồ đơn tuyến.
Sơ đồ một sợi đại diện cho mạch điện 3 pha, trên sơ đồ đó dòng điện Id chính là dòng điện chạy trên các dây dẫn của mạch điện 3 pha, điện áp trên sơ đồ lấy bằng điện áp dây, công suất trên sơ đồ lấy bằng tổng công suất của 3 pha.
Sơ đồ một sợi rất tiện lợi trong tính toán quy hoạch điện, nó làm cho sơ đồ đơn giản nhưng lại rõ ràng nên được dùng rộng rãi trong tính toán. Từ đây trở về sau sẽ quy ước: khi vẽ sơ đồ điện thì hiểu ngay đó là sơ đồ điện 3 pha.
1.8. Tính công suất của các phụ tải điện 3 pha nối tập trung tại một nút
I
I
Pn Qn
P1 Q1
P2 Q2
P Q
Sơ đồ nút phụ tải tập trung
Sơ đồ thay thế
=
P
+ + ...
Xét một nút phụ tải như hình dưới, tại nút đó có n phụ tải nối tập trung với công suất P1, P2,...,Pn và Q1, Q2,...,Qn. Khi đó công suất tương đương tại nút được tính như sau:
+ P P 1 2
P n
=
Q
+ + ...
Công suất tác dụng tại nút:
+ Q Q 2
1
Q n
2
2
=
S
+ P Q
Công suất phản kháng tại nút:
2
2
= +
=
+ P Q
S
Công suất biểu kiến tại nút:
j =
tg
Hoặc viết dưới dạng số phức: S P jQ có độ lớn là
Q P
2
2
+ P Q
=
=
I
Hệ số công suất tại nút:
S U 3
U 3
d
d
=
Dòng điện cung cấp đến nút:
= 2 3
2 5
4
kVAr
Q 1
2 S 1
= 2 P 1
- - Nếu các phụ tải không cho dưới dạng Pn, Qn thì phải xác định Pn, Qn từ tam giác công suất, tiếp theo mới áp dụng các công thức trên. Ví dụ phụ tải P1=3kW, S1=5kVA thì áp dụng tam giác công suất để tính
1.9. Tính tổng công suất của toàn mạng điện 3 pha
Mạng điện cung cấp cho khu đô thị hay vùng nông thôn bao giờ cũng tồn tại nhiều nút phụ tải là những điểm cấp điện cho nhà máy, cơ quan, xí nghiệp,.... Điểm đấu nối của mạng điện với lưới điện quốc gia gọi là nút tổng. Công suất từ lưới điện quốc gia cấp cho mạng điện thông qua nút tổng này, sau đó công suất phân phối đến các nút của mạng điện thông qua đường dây dẫn điện.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
10
Việc truyền công suất từ nút này đến nút kia luôn luôn có tổn hao công suất, do đó để tính toán tổng công suất của mạng điện, ngoài việc tính tổng phụ tải nối vào các nút còn phải tính đến lượng công suất tổn hao trong mạng lưới truyền tải.
Bài giảng Mạng lưới điện
P3 Q3
D P2-3 D Q2-3
D P3-4 D Q3-4
P2, Q2
P4,Q4
P5,Q5
P6,Q6
P8 Q8
P∑
D P10-11 D Q10-11
D P8-10 D Q8-10
Q∑
P11,Q11
P10 Q10
D P1-8 D Q1-8
P12, Q12
P7, Q7
P9, Q9
Nguyên tắc tính tổng phụ tải là tính dồn từ phụ tải ở cấp thấp nhất lên cấp cao hơn.
Ví dụ hình vẽ trên là sơ đồ quy hoạch cấp điện cho một khu đô thị gồm 12 điểm nút phụ tải được đánh số từ 1-12 có công suất tác dụng P1, P2,...,P12 và công suất phản kháng tương ứng Q1, Q2,...,Q12. Lưới điện quốc gia cấp cho đô thị đấu vào nút số 1, các nút còn lại nhận điện từ nút 1 thông qua các đường dây dẫn điện. Trên mỗi đoạn đường dây sẽ có một lượng công suất tổn hao ký hiệu là D P và D Q (ví dụ đường dây từ nút 10-12 có tổn hao D P10-12, D Q10-12). Việc tính toán các giá trị tổn hao công suất trên đường dây truyền tải điện được đề cập ở các chương sau.
Để tính toán công suất cấp đến nút 3 ta phải cộng công suất của ba hộ tiêu thụ nhận điện tại nút này là (P4, Q4), (P5, Q5), (P6, Q6) cùng với công suất tổn hao trên đường dây truyền tải tương ứng (D P3-4, D Q3-4), (D P3-5, D Q3-5), (D P3-6, D Q3-6):
P3 = (P4+ D P3-4) + (P5+ D P3-5) + (P6+ D P3-6) Q3 = (Q4+ D Q3-4) + (Q5+ D Q3-5) + (Q6+ D Q3-6)
Tương tự tại nút 2 ta có: P2 = (P3+ D P2-3) Q2 = (Q3+ D Q2-3)
Quá trình tính toán cứ lặp lại như vậy với các nhánh khác theo nguyên tắc từ phụ tải cuối cùng dồn về điểm cung cấp nguồn điện, cuối cùng ta được:
P∑ = (P2+ D P1-2) + (P7+ D P1-7) + (P8+ D P1-8) Q∑ = (Q2+ D Q1-2) + (Q7+ D Q1-7) + (Q8+ D Q1-8)
n
m
=
Qua ví dụ trên ta có thể rút ra công thức tính tổng công suất mà lưới điện quốc gia cung cấp cho mạng điện:
P
P i
∑ ∑ + P k
= 1
i
= 1
k
n
m
=
D S
Q
Q k
Q i
∑ ∑ +
= 1
i
= 1
k
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
11
D S
Bài giảng Mạng lưới điện
2
2
=
S
+ P Q
S S S
=
j tg
Q P
2
2
+ P Q
S S S
=
=
I
S U 3
U 3
d
d
S S S S
Trong đó:
n là số nút phụ tải trong phạm vi quy hoạch
m là số đường dây truyền tải điện
Pi, Qi là công suất tác dụng và phàn kháng nối trực tiếp vào nút i (không có đường dây). Thông thường đây là công suất phụ tải tại các nút.
D Pk, D Qk là tổn hao công suất tác dụng và phản kháng trên đường dây tải điện thứ k.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
12
Cách tính D Pk, D Qk được đề cập chi tiết trong chương 4.
Bài giảng Mạng lưới điện
CHƯƠNG 2: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ QUY HOẠCH HOẠCH CẤP ĐIỆN
2.1. Khái niệm
2.1.1. Hệ thống điện
Trạm biến áp 21/500kV
Nguồn điện
Trạm biến áp 500/110kV
Trạm biến áp 110/22kV
Hộ tiêu thụ
Trạm biến áp 22/0,4kV
Hệ thống điện là tập hợp bao gồm các nguồn điện và các phụ tải điện được nối với nhau thông qua các trạm biến áp, đường dây tải điện và các thiết bị điện khác. Các thành phần của hệ thống điện gồm nguồn điện, mạng điện và phụ tải điện.
Nguồn điện là nơi phát ra điện năng, phụ tải là nơi tiêu thụ điện năng còn mạng điện là môi trường để truyền tải điện năng từ nguồn đến phụ tải.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
13
Hệ thống điện là một bộ phận của hệ thống năng lượng quốc gia và cũng là thành phần chủ đạo của nền kinh tế đất nước. Trong giá thành của đa số sản phẩm của nền kinh tế quốc dân thì điện năng luôn luôn chiếm một tỷ lệ đáng kể (ví dụ ngành sản xuất nhôm 50-60% giá
Bài giảng Mạng lưới điện
thành thuộc về điện năng).
Hệ thống điện có thể là xoay chiều hoặc một chiều. Đối với vấn đề quy hoạch cấp điện ở nước ta chỉ dùng điện xoay chiều, ký hiệu AC (alternative current). Do đó trong tập bài giảng này chúng ta chỉ đề cập vấn đề quy hoạch cấp điện xoay chiều hình sin.
Hệ thống điện là một hệ vô cùng phức tạp không chỉ về mặt kỹ thuật mà còn về tính chất phát triển không ngừng theo thời gian. Các yếu tố tác động đến sự phát triển của hệ thống điện rất đa dạng: kinh tế-xã hội, thời tiết, khí hậu, ảnh hưởng của kinh tế thế giới, thậm chí còn ảnh hưởng của các sự kiện thể thao,... Nói chung các yếu tố này thường có tính bất định cao, khó dự báo.
Trước tình hình trên, việc lập qui hoạch cấp điện thỏa mãn nhu cầu dùng điện trong tương lai là một việc làm phức tạp, đòi hỏi phải có phương pháp và qui trình cụ thể.
2.1.2. Cấu trúc của đường dây cung cấp điện xoay chiều:
Dây pha
A
Ud
Ud
Dây pha
B
Ud
Dây pha
C
Up
Trong thực tế để cung cấp điện cũng như truyền tải điện đi xa người ta không dùng mạng điện 1 pha mà dùng hệ thống điện 3 pha. Lý do là mạng điện 3 pha kinh tế hơn mạng điện 1 pha vì nếu cấp điện bằng mạng 1 pha ta phải dùng 6 dây, trong khi với mạng 3 pha ta chỉ cần dùng 3 hoặc 4 dây.
N/O
Thiết bị điện 3 pha
Thiết bị điện 1 pha
Thiết bị điện 1 pha
Trung tính
Mạng điện từ 1kV trở lên người ta chỉ dùng 3 dây để truyền tải điện.
Mạng điện < 1kV người ta dùng 3 pha 4 dây, trong đó có dây trung tính để cấp điện cho các phụ tải 1 pha.
2.1.3. Điện áp định mức của hệ thống điện:
Điện áp định mức là giá trị dùng để định danh một mạng điện. Giá trị điện áp định mức của một mạng điện do Nhà nước quy định thành văn bản luật. Giá trị này được dùng để tính toán, lựa chọn thiết bị, chuẩn hóa và chế tạo thiết bị.
Hiện nay ở nước ta còn tồn tại có các cấp điện áp định mức sau:
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
14
- Cấp điện áp siêu cao áp: 500kV
Bài giảng Mạng lưới điện
- Cấp điện áp cao: 220 kV, 110 kV, 66 kV
- Cấp trung áp: 35 kV, 22 kV, 15 kV, 6 kV.
- Cấp hạ áp: 0,4 kV/0,22kV
Trong đó cấp 66kV chỉ còn duy nhất một tuyến từ Đa Nhim đi Nha Trang. Cấp 6kV và 15kV còn tồn tại từ trước năm 1975 đến nay và dần dần sẽ có kế hoạch cải tạo thành cấp 22 kV hoặc 35 kV. Như vậy trong tương lai chúng ta chỉ còn các cấp điện áp sau: 500, 220, 110, 35, 22 và 0,4 kV.
Với mạng điện 3 pha thì điện áp định mức quy định là điện áp dây còn mạng điện 1 pha
thì điện áp định mức là điện áp pha. Ký hiệu điện áp định mức là Uđm.
Các thiết bị điện được sản xuất sao cho ứng với giá trị điện áp định mức cung cấp thì nó làm việc tốt nhất, tuổi thọ lâu nhất, hiệu suất cao nhất. Nếu thiết bị điện vận hành ở điện áp cao hơn hay thấp hơn định mức đều không tốt. Ta xét một số ví dụ sau để thấy rõ điều đó:
+ Một đèn sợi đốt ở Uđm phát quang thông 100%, khi điện áp 95%Uđm quang thông giảm mất 18%, còn khi điện áp 90%Uđm thì quang thông giảm 30%. Ngược lại nếu điện áp 105%Uđm thì quang thông tăng nhưng tuổi thọ giảm 1/2, khi điện áp 110%Uđm thì tuổi thọ chỉ còn 1/3.
+ Động cơ điện: Khi U = 90%Uđm thì mômen quay của động cơ M=81%Mđm và có thể làm động cơ ngừng quay (khi đang làm việc) hoặc không khởi động được (khi bật máy). Mô men quay giảm làm cho sản phẩm sản xuất ra bị hỏng hoặc kém chất lượng (ví dụ lực nén khuôn đúc sản phẩm nhựa không đủ). Mặt khác khi điện áp trên động cơ giảm 10% nó sẽ phát nóng mạnh hơn (do quá tải) làm cách điện mau hỏng nên tuổi thọ giảm đi một nửa.
Nguồn điện
Đường dây tải điện
Các hộ tiêu thụ điện
1,05Uđm
Uđm
Uđm
Uđm
0,95Uđm
Giá trị điện áp thực tế luôn luôn biến đổi quanh giá trị định mức chứ không thể bằng giá trị định mức. Việc duy trì điện áp Uđm dọc chiều dài đường dây là điều không tưởng. Chính vì các lý do trên mà Luật Điện lực quy định độ dao động điện áp tối đa chỉ là 5%, tức là D U% = – 5%.
Trên đường dây tải điện, vị trí gần nguồn điện có điện áp cao hơn các vị trí cuối nguồn điện là do tổn thất điện áp trên dây dẫn khi có dòng điện chạy qua (khi không có dòng điện thì không có tổn thất điện áp). Để đảm bảo dao động D U% = – 5% thì tại nguồn điện người ta duy trì điện áp bằng 1,05Uđm còn ở cuối nguồn phải đảm bảo 0,95Uđm.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
15
Ví dụ: hệ thống điện ba pha sinh hoạt có điện áp định mức 380/220V, tức là Udây=380V và Up=220V. Các hộ ở xa nguồn điện nhất phải có điện áp 361/209V và tại vị trí trạm biến áp cấp điện sẽ có điện áp 399/231V. Trong thực tế điện áp dây tại trạm biến áp luôn được ngành điện điều chỉnh đảm bảo mức 400V.
Bài giảng Mạng lưới điện
D U
Đường dây
cấp điện
Uđm
U2
- Trên một dây dẫn điện, điện áp đo được tại 2 điểm khác nhau được gọi là điện áp tổn thất D U. Nguyên nhân gây ra tổn thất điện áp là do điện trở R và điện kháng X trên dây dẫn gây ra.
Tổn thất điện áp gây hậu quả xấu đối với chất lượng điện. Thật vậy, nếu ở nhà máy điện cung cấp đủ điện áp Uđm, nhưng do tổn thất điện áp D U nên điện áp tại nơi tiêu thụ U2 < Uđm và nếu tổn thất nhiều quá thì các thiết bị tại hộ tiêu thụ hoạt động kém hiệu quả, thậm chí có thể ngừng hoạt động.
2.2. Phân loại hệ thống điện:
Nếu phân loại theo cấp điện áp thì mạng điện < 1 kV gọi là mạng hạ áp, từ 6kV đến 35 kv gọi là trung áp, 66kv đến 220 kv gọi là cao áp và 500 kv gọi là siêu cao áp.
Nếu phân loại theo chức năng thì mạng điện từ 110 kV trở xuống gọi là mạng phân phối và từ 220 kV trở lên gọi là mạng điện truyền tải.
Trong đô thị người ta sử dụng phổ biến cấp điện áp 22 kV để cung cấp điện cho các phụ tải thay vì dùng cấp 35 kV. Lý do là khu vực đô thị có mật độ dân cư rất dày đặc, quỹ đất rất hạn chế, nếu dùng 35 kv sẽ tốn đất dành cho hành lang an toàn điện.
Khu vực nông thôn người ta lại sử dụng cấp 35 kV vì quỹ đất nông thôn nhiều nên có thể dành cho hành lang lưới điện và đổi lại giảm được tổn thất điện áp cũng như công suất.
Nếu phân mạng điện theo cấu trúc thì có mạch điện kín (cấp điện từ 2 nguồn trở lên) và mạch điện hở (chỉ được cấp điện từ 1 nguồn).
Nếu phân mạng điện theo kết cấu có mạng điện đi nổi, mạng điện ngầm.
2.3. Chất lượng điện năng
Điện năng cũng là một loại hàng hóa do đó nó cũng phải có các chỉ tiêu đánh giá chất lượng khi cung cấp cho người tiêu dùng (là các hộ tiêu thụ điện). Điện năng là loại sản phẩm đặc biệt thể hiện ở chỗ ảnh hưởng rất rộng lớn đến nhiều đối tượng, là sản phẩm khó tích lũy mà phải dùng ngay, là sản phẩm có yêu cầu kỹ thuật cao do đó Nhà nước quy định rất cụ thê về chất lượng điện năng tại Nghị định số 137/2013/NĐ-CP ngày 21/10/2013 của Chính phủ.
Nếu xét theo góc độ kỹ thuật điện thì chất lượng điện được đánh giá qua rất nhiều chỉ tiêu. Tuy nhiên chỉ xét theo góc độ cung cấp và sử dụng điện thông thường thì chất lượng điện được đánh giá qua 2 chỉ tiêu là độ lệch điện áp và độ lệch tần số.
Về phía đơn vị cung cấp điện (các công ty điện lực): theo quy định của Nhà nước, điện áp tại bất kỳ điểm nào trên lưới điện mà nhà cung cấp điện bán cho hộ tiêu thụ luôn phải nằm trong giới hạn ± 5% giá trị định mức còn độ lệch tần số phải nằm trong giới hạn 50± 0,2Hz.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
16
Về phía đơn vị sử dụng điện dân dụng và sinh hoạt không có ràng buộc gì về chất lượng điện nhưng với các đơn vị sản xuất, kinh doanh, dịch vụ nếu mua điện với công suất từ 40kW trở lên phải đăng ký biểu đồ phụ tải (đăng ký mức công suất từng giờ trong ngày) và phải ≥ 0,9. Nếu không đảm bảo cosj đảm bảo hệ số công suất cosj thì phải lắp đặt thiết bị bù công suất phản kháng (điện dung C) hoặc mau thêm công suất phản kháng. Một số phụ tải điện đặc biệt như lò luyện thép, lò nung,... cần phải có thỏa thuận thêm nhiều chỉ tiêu khác vì chúng là những thiết bị gây hại cho lưới điện (làm nhiễu lưới điện, chập chờn cho các phụ tải điện xung quanh,...).
Bài giảng Mạng lưới điện
Trong quy hoạch cấp điện không cần tính toán kiểm tra về tần số vì tần số do các công ty phát điện và các trung tâm điều độ điều chỉnh. Khi tính toán cấp điện trong quy hoạch xây dựng bắt buộc phải kiểm tra độ lệch điện áp ở điểm có phụ tải xa nguồn điện nhất xem có đảm bảo chất lượng hay không.
Khi tính toán nếu điện áp ở điểm xa nhất so với nguồn điện không đảm bảo yêu cầu thì bắt buộc phải bố trí trạm biến áp phân phối điện để cung cấp thay vì truyền tải điện bằng dây dẫn.
2.4. Phân cấp quản lý hệ thống điện
2.4.1. Mô hình quản lý hệ thống điện hiện nay
Hiện nay việc mua bán điện vẫn mang tính độc quyền nhà nước, trong đó tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) là doanh nghiệp 100% vốn Nhà nước chi phối gần như tất cả các khâu từ phát điện, truyền tải, phân phối điện năng. Chỉ có một số ít doanh nghiệp ngoài EVN tham gia vào khâu phát điện, phân phối điện.
Mô hình quản lý của EVN gồm các đơn vị:
- Các công ty phát điện: Làm nhiệm vụ sản xuất điện năng và truyền tải lên lưới điện của các công ty truyền tải điện. Theo lộ trình hình thành thị trường điện cạnh tranh đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt (Quyết định số 63/2013/QĐ-TTg ) thì lĩnh vực phát điện sẽ hình thành thị trường cạnh tranh sớm nhất từ nay đến hết năm 2014. Khi đó các công ty phát điện phải chào giá hoặc đấu thầu để được phát điện vào hệ thống.
- Các công ty truyền tải điện: Do tính chất độc quyền tự nhiên, các doanh nghiệp truyền tải điện sẽ do Nhà nước nắm giữ và độc quyền trong khâu truyền tải điện. Các đơn vị phát điện hoặc mua điện phải trả phí truyền tải khi truyền dẫn công suất trên lưới điện của công ty truyền tải.
- Các công ty điện lực tỉnh: Hiện nay mỗi tỉnh có 1 công ty phân phối điện duy nhất do Nhà nước độc quyền nắm giữ 100% vốn hoặc có cổ phần chi phối. Người mua điện không có lựa chọn khác nên buộc phải ký hợp đồng mua điện với các công ty điện lực tỉnh.
Trong tương lai khi hình thành thị trường bán buôn và bán lẻ điện thì các công ty điện lực tỉnh sẽ là các đơn vị mua buôn/bán buôn điện và kiêm luôn nhiệm vụ bán lẻ điện đến người tiêu thụ. Theo đó các đơn vị này sẽ mua điện từ các nhà máy điện và bán buôn lại cho các công ty bán lẻ điện khác hoặc chính mình bán lẻ điện đến người tiêu dùng.
Theo Quyết định số 63/2013/QĐ-TTg thị trường bán buôn điện cạnh tranh sẽ hình thành thí điểm từ năm 2015 - 2016 và hoàn chỉnh từ năm 2017 - 2021. Thị trường bán lẻ điện cạnh tranh hình thành thí điểm từ năm 2021 - 2023 và hoàn chỉnh từ sau năm 2023. Khi hình thành thị trường bán lẻ điện cạnh tranh sẽ có nhiều công ty bán điện và người sử dụng có thể lựa chọn đơn vị bán điện rẻ nhất và tin cậy nhất cho mình.
2.4.2. Quản lý Nhà nước về điện
Thị trường điện bao gồm bên mua điện (người dân, doanh nghiệp) và bên bán điện (các công ty điện lực) với hàng hóa là điện năng. Việc mua bán điện thông qua hệ thống đo đếm và các điều kiện kỹ thuật do Nhà nước quy định nên có thể xảy ra tranh chấp nên phải có một luật chơi chung và các cơ quan giám sát độc lập. Theo quy định của pháp luật điện lực, các đơn vị quản lý Nhà nước về điện gồm:
- Ở Trung ương là Chính phủ, Bộ Công Thương, Tổng cục năng lượng, Cục Điều tiết điện lực. Các cơ quan này có trách nhiệm ban hành văn bản pháp luật, các quy định, hướng dẫn để tạo ra một hành lang pháp lý cho các tổ chức, cá nhân hoạt động trên hệ thống điện.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
17
- Ở địa phương là UBND các cấp, Sở Công thương tỉnh có trách nhiệm quản lý Nhà
Bài giảng Mạng lưới điện
nước về điện trên địa bàn. Đặc biệt Sở Công thương các tỉnh được giao nhiệm vụ tổ chức kiểm định các thiết bị đo đếm điện trong trường hợp khách hàng dùng điện khiếu nại.
2.5. Đầu tư xây dựng hệ thống điện:
Việc đầu tư xây dựng các công trình điện đều phải tuân theo Quy hoạch phát triển điện lực được phê duyệt. Theo Luật Điện lực có các loại quy hoạch phát triển điện lực quốc gia, cấp tỉnh, cấp huyện. Việc đầu tư xây dựng công trình điện ngoài tuân thủ quy hoạch phát triển điện lực còn phải tuân thủ quy hoạch phát triển kinh tế xã hội của địa phương và các quy hoạch khác như quy hoạch sử dụng đất, quy hoạch giao thông,...
Việc đầu tư xây dựng hệ thống điện còn phải tuân theo quy định của pháp luật về đầu tư, pháp luật về xây dựng (khảo sát, thiết kế, thẩm định, phê duyệt, tổ chức thi công,...)
Các Công ty điện lực tỉnh hoặc Tổng công ty điện lực vùng (miền Trung, miền Nam, miền Bắc) có trách nhiệm đầu tư hệ thống điện phía trước vị trí đặt thiết bị đo đếm để bán điện. Hệ thống điện phía sau thiết bị đo đếm do tổ chức, cá nhân sử dụng điện đầu tư.
Tuy nhiên do tính chất kỹ thuật đặc biệt của hệ thống điện là thiết bị phải đáp ứng các quy định kỹ thuật chặt chẽ mới đảm bảo sự vận hành an toàn. Do đó trong quá trình đầu tư xây dựng, các chủ đầu tư (cả trong và ngoài ngành điện) phải tuân thủ những quy định chuyên ngành và bắt buộc phải thỏa thuận với đơn vị quản lý lưới điện (Các công ty điện lực tỉnh) trước khi đấu nối. Các thỏa thuận thường gặp là:
- Thỏa thuận thiết kế kỹ thuật: Thông số vật tư, thiết bị; Tính an toàn của hệ thống
- Thỏa thuận điểm đấu nối
- Thỏa thuận ranh giới đặt thiết bị đo đếm điện.
2.6. Dây dẫn và cáp điện lực của mạng điện
2.6.1. Các vật liệu dẫn điện của dây dẫn và cáp
Dây dẫn và cáp điện lực là những vật tư dùng để truyền tải điện năng từ nhà máy điện đến người sử dụng điện. Dây dẫn và cáp điện có thể bằng đồng hoặc nhôm, có thể là dây bọc cách điện hoặc dây trần tùy vào địa điểm sử dụng, thậm chí một số trường hợp đặc biệt có thể dùng dây thép để truyền tải điện.
Trong các vật liệu trên, đồng là vật liệu dẫn điện tốt nhất. Về mặt cơ học độ bền của thép lớn hơn đồng và của đồng lớn hơn nhôm. Nhược điểm lớn nhất của đồng là giá thành khá cao.
Cả đồng và nhôm trong quá trình vận hành sẽ hình thành lớp oxit bao quanh bề mặt của dây dẫn có tác dụng chống lại sự xâm thực của môi trường. Tuy nhiên nếu vùng có nhiễm mặn nặng thì chỉ được phép dùng dây đồng trần.
2.6.2. Dây dẫn điện trần :
Dây điện trần dùng làm đường dây trên không, phổ biến nhất là dây nhôm lõi thép và dây nhôm. Dây đồng trần hiện nay ít được sử dụng do giá thành đắt, khả năng chịu kéo kém dây nhôm lõi thép. Khi dùng dây dẫn điện trần thì hành lang an toàn phải rộng nên tốn đất đai, do đó nó chỉ sử dụng cho vùng ngoài đô thị, tuyệt đối không dùng trong đô thị.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
18
Dây nhôm lõi thép (ký hiệu AC) dùng cho các khoảng cách cột rộng, chịu lực căng lớn như vùng núi, vượt nhà ở,.... Loại dây này có 2 vật liệu: ở giữa là các sợi thép để chịu lực căng, bên ngoài là các sợi nhôm dùng để dẫn điện. Đường dây từ 110 kV trở lên luôn luôn dùng dây nhôm lõi thép.
Bài giảng Mạng lưới điện
Các sợi nhôm
Đồng trần
Các sợi thép
Nhôm trần
Dây nhôm trần (ký hiệu A) chỉ dùng được cho các khoảng vượt nhỏ ở ngoài đô thị với cấp điện áp từ 35 kV trở xuống.
2.6.3. Dây bọc cách điện:
Cũng được dùng làm đường dây trên không, nó có ưu điểm là an toàn, khoảng cách hành lang an toàn lưới điện được giảm xuống do đó rất thuận lợi đối với khu vực trong đô thị. Nhược điểm của nó là đắt hơn so với dây trần.
Về cấu tạo, dây bọc cũng có thể dùng ruột bằng nhôm hoặc bằng đồng gồm nhiều sợi nhỏ ghép với nhau. Bên ngoài là một lớp bọc cách điện bằng PVC hoặc XLPE.
Ruột dẫn
Ruột dẫn
Cách điện
Vỏ bảo vệ
Lớp độn
Vì nhiều lý do, trong đó có lý do về kinh tế, người ta thường dùng dây bọc cho cấp điện áp từ 35 kV trở xuống.
Cáp bọc cách điện chỉ dùng để lắp nổi, không thể chôn được trong đất như dây cáp điện ngầm do cách điện của nó chưa hoàn hảo, chưa có lớp bảo vệ cơ học khi có sự dịch chuyển của đất do chấn động.
2.6.4. Cáp điện ngầm :
Là loại dây dẫn điện đi ngầm dưới mặt đất, rất thích hợp với không gian chật hẹp của đô thị và những khu vực cần đảm bảo mỹ quan.
Ưu điểm loại cáp này là đảm bảo mỹ quan, an toàn trong vận hành. Nhược điểm là giá thành rất đắt (cả vật liệu lẫn chi phí thi công), khi sự cố khó sửa chữa.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
19
Về cấu tạo gồm các lớp từ trong ra ngoài như sau: trong cùng là ruột dẫn bằng nhôm (hoặc đồng); kế tiếp là cách điện bằng XLPE hoặc PVC rất dày (dày hơn loại dây bọc cách điện); Lớp bảo vệ tác động cơ học bằng thép (hoặc bằng đồng) dưới dạng các sợi (hoặc dưới
Bài giảng Mạng lưới điện
Ruột dẫn
Cách điện
Vỏ bảo vệ
Cách điện
Ruột dẫn
Vỏ bảo vệ cơ học bằng thép
dạng tấm thép) mỏng; Ngoài cùng là lớp bảo vệ chống ẩm, chống trầy xước. Nếu là cáp ba pha thì giữa các pha còn có lớp độn để tránh các pha xê dịch khi có tác động cơ học.
Cáp ngầm khác với dây bọc ở chỗ nó có lớp bảo vệ cơ học và mức cách điện của cáp ngầm cao hơn dây bọc. Do cáp nằm dưới mặt đất, phía trên có các tải trọng cơ học như xe ô tô, các vật nặng như bê tông,... và do điều kiện thời tiết các lớp đất có thể biến dạng trượt gây ứng suất trên vỏ cáp, nếu chỉ có lớp nhựa bọc thì ứng suất này gây nứt vỏ bọc và nước ngầm chảy vào ruột dẫn điện gây chập mạch. Với cáp ngầm do có lớp thép bọc ngoài nên ứng suất trượt của các lớp đất đặt lên lớp bọc thép thì không có vấn đề gì. Đây là lý do không được phép sử dụng dây bọc làm dây cáp ngầm.
Cáp ngầm hiện nay đã chế tạo được ở cấp điện áp 500 kV. Việt Nam cũng đã lắp đặt tuyến cáp ngầm 220 kV đầu tiên cung cấp điện cho Trạm biến áp 220kV Tao Đàn nằm ở trung tâm thành phố Hồ Chí Minh. Cáp ngầm từ 110 kV trở lên là loại vật tư đắt tiền, đòi hỏi công nghệ cao, quy trình lắp đặt và vận hành rất phức tạp.
Việc lựa chọn loại dây dẫn điện phải dựa vào nhiều yếu tố, đầu tiên phải dựa vào các quy định của pháp luật, sau đó dự vào tính kinh tế - kỹ thuật, tính mỹ quan, yêu cầu của các cơ quan quản lý nhà nước, yêu cầu của chủ đầu tư,....
Ví dụ theo quy định của pháp luật về quy hoạch thì trong đô thị chỉ được lắp dây dẫn điện bọc hoặc đi ngầm.
2.7. Các thiết bị, vật tư chính của mạng điện
2.7.1. Chuỗi sứ néo dây
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
20
Tại các cột bẻ góc hoặc cột néo thẳng, cột cuối của đường dây phải dùng các loại sứ néo để kẹp dây. Sứ néo có 2 loại: một loại gồm các bát thủy tinh ghép lại để thành chuỗi và một loại chế tạo sẵn thành chuỗi. Cả 2 loại sứ đều có cách điện rất tốt và được chế tạo (hoặc lắp ghép) kiểu có tán để tăng chiều dài bề mặt tránh hiện tượng phóng điện bề mặt.
Bài giảng Mạng lưới điện
Chuỗi polymer
Bát sứ thủy tinh
Sơ đồ lắp sứ néo tại cột bẻ góc
Chuỗi sứ gồm các bát ghép lại
Loại chuỗi néo dùng bát sứ thủy tinh tùy cấp điện áp mà ghép số bát cách điện khác nhau. Cấp điện áp càng cao thì ghép nhiều bát hơn và ngược lại. Từ cấp trung áp cho đến siêu cao áp 500kV cũng dùng một loại bát sứ, chỉ khác ở số bát cách điện.
Loại chuỗi chế tạo sẵn thường làm bằng vật liệu polymer chịu lực và hiện nay đã chế tạo được đến cấp 110 kV. Loại này dùng phổ biến ở cấp 22 và 35 kV do giá thành rất rẻ, chịu lực cơ học tốt, độ cách điện cũng đảm bảo và chiều dài đường phóng điện bề mặt lớn.
Lực phá hủy khi chịu kéo của chuỗi sứ thường có 2 loại: loại 70kN và loại 120kN.
2.7.2. Sứ treo dây
Sứ treo dây dùng cho các cột đỡ đường dây khi khoảng cách của 2 cột rất lớn. Sứ treo dây dùng chung loại với chuỗi sứ néo dây, chỉ khác cách lắp đặt.
Chuỗi sứ treo dây thường dùng cho cột đỡ ở những khoảng cột dài, trọng lượng treo dây ở 2 bên cột lớn. Với đường dây 110kV trở lên tất cả các vị trí đỡ đều sử dụng sứ treo dây. Với đường dây từ 35kV trở xuống, tại các vị trí đỡ cần phải tính toán chọn sứ đứng hoặc sứ treo trên cơ sở tính toán trọng lượng dây ở 2 bên cột đặt lên sứ. Nếu trọng lượng dây đặt lên sứ nhỏ thì dùng sứ đứng sẽ tiết kiệm chi phí hơn dùng sứ treo.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
21
Các đường dây 500 kV ở Việt Nam mỗi pha dùng 3 dây 3· 330mm2 khá lớn nên 1 chuỗi đỡ không đủ lực nên người ta phải dùng 2 chuỗi đỡ ghép song song (xem hình vẽ).
Bài giảng Mạng lưới điện
2 chuỗi treo ghép song song
2.7.3. Sứ đứng đỡ dây
Sứ đứng polymer 22kV
Sứ đứng Ceramic 22kV
Với đường dây từ 35 kV trở xuống các cột đỡ thường dùng sứ đứng đỡ dây, ít khi dùng sứ bát để treo dây. Sứ đứng có ưu điểm rẻ tiền, chế tạo hàng loạt và có cấu trúc là một khối, dễ lắp đặt.
Sứ đứng được phân làm 2 loại: loại bình thường (LINE POST) và loại chống được ô nhiễm (PIN POST)
Vật liệu chế tạo sứ đứng có thể là sứ hoặc polymer. Loại bằng polymer có chiều dài phóng điện bề mặt lớn hơn, do đó thường dùng ở những nơi ô nhiễm nặng (bờ biển, nhà máy hóa chất).
Thông số cơ học của sứ đứng là khả năng chịu nén, khoảng 13-20 kN tùy mỗi loại.
2.7.4. Các thiết bị đóng cắt trên đường dây tải điện a) Cầu chì tự rơi (FCO)
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
22
Cầu chì tự rơi còn gọi là FCO thường dùng ở đầu đoạn đường dây tải điện rẽ nhánh hoặc đoạn rẽ vào trạm biến áp cấp điện. FCO có được dùng để đóng cắt bằng tay hoặc đóng cắt tự động khi có sự cố (ngắn mạch và quá tải). Khi đóng cắt bằng tay, FCO chỉ đóng cắt mạch điện khi không có tải (không có dòng điện), không thể đóng/cắt được mạch điện đang có dòng điện
Bài giảng Mạng lưới điện
FCO ở đầu đường dây rẽ đến máy biến áp có nhiệm vụ bảo vệ quá tải và bảo vệ sự cố ngắn mạch.
Điểm đấu nối vào đường dây hiện có
FCO
Nguồn điện
FCO
FCO
FCO
Máy biến áp
FCO ở đầu các nhánh rẽ đường dây có nhiệm vụ cách ly để phân đoạn các mạch điện (khi tìm sự cố, khi cô lập một phần lưới điện).
Thân FCO
Móc giật để cắt FCO
Giá lắp FCO
Ống chứa dây chảy
Kẹp lắp dây dẫn điện
Về mặt cấu tạo, FCO gồm phần thân bằng sứ hoặc bằng polymer, phần ống đặt dây chảy ở bên trong (người ta thường gọi là dây chì nhưng thực ra nó không làm bằng chì). Khi sự cố quá tải hoặc ngắn mạch, dây chảy bị đứt, ống chì tự động rơi xuống để người ở trên mặt đất có thể biết được cái nào bị cháy.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
23
Lắp FCO trên cột đầu nhánh rẽ
Bài giảng Mạng lưới điện
b) Máy cắt, Recloser
Chức năng của máy cắt và recloser (gọi chung là máy cắt) giống như FCO nhưng nó cắt được mạch điện đang mang tải, cắt được dòng điện ngắn mạch lớn và thời gian cắt rất bé nên rất an toàn khi xảy ra sự cố ngắn mạch mạch điện.
Máy biến áp cấp nguồn cho reclosser Recloser
Recloser 22 kV
Tủ điều khiển reclosser
Tuy nhiên giá thành máy cắt rất đắt nên chỉ dùng để phân đoạn các mạng điện (ví dụ mạng điện của quận này với quận kia), để phân đoạn các đường dây có dòng điện lớn và phân đoạn đường dây dài (>10km).
Máy cắt đóng cắt tự động khi xảy ra sự cố nhưng cũng có thể đóng cắt bằng tay nhờ nút ấn trong tủ điều khiển.
c) Dao cách ly và dao cắt tải
Dao cách ly cũng là một thiết bị đóng cắt để phân đoạn đường dây không có dòng điện (không tải). Dao cách ly có tác dụng tạo khoảng hở cách điện mà mắt người nhìn thấy được để đảm bảo mạch điện không còn điện, khi đó mới tiến hành sửa chữa được.
Dao cách ly chỉ có thể đóng cắt bằng tay thông qua cần truyền động, không đóng cắt tự động được và nó cũng không có chức năng bảo vệ như FCO và máy cắt.
Về mặt cấu tạo: Dao cách ly có thể là loại có lưỡi dao chém thẳng đứng hoặc lưỡi dao chém ngang
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
24
Dao cách ly chém ngang Dao cách ly chém đứng
Bài giảng Mạng lưới điện
2.8. Hành lang bảo vệ an toàn của các công trình điện
Đường dây tải điện và trạm biến áp là những nguồn nguy hiểm cao độ, nhất là khi đi trong các khu dân cư. Nguy cơ xảy ra phóng điện từ đường dây tải điện đến người và thiết bị ở gần là rất cao. Để phòng tránh điều này xảy ra thì các công trình điện phải có một hành lang an toàn nhất định, khi vi phạm hành lang này có thể gây nguy hiểm cho đối tượng đang xâm nhập vào hành lang.
Hành lang công trình điện được quy định trong Luật Điện lực và Nghị định số 106/2005/NĐ-CP.
Việc dành ra hành lang an toàn cho công trình điện, nhất là hành lang tuyến đường dây đồng nghĩa với việc phải dành quỹ đất cho hành lang.
Khi lập quy hoạch hệ thống cấp điện phải thể hiện phạm vi hành lang trên bản vẽ, thống kê diện tích và chiều dài hành lang, phạm vi được sử dụng hành lang của lưới điện. Muốn vậy chúng ta phải tìm hiểu các quy định của pháp luật về điện lực.
2.8.1. Hành lang bảo vệ an toàn đường dây dẫn điện trên không:
Hành lang bảo vệ an toàn của đường dây dẫn điện trên không là khoảng không gian dọc theo đường dây và được giới hạn như sau:
- Chiều dài hành lang được tính từ vị trí đường dây ra khỏi ranh giới bảo vệ của trạm này đến vị trí đường dây đi vào ranh giới bảo vệ của trạm kế tiếp.
- Chiều rộng hành lang được giới hạn bởi hai mặt thẳng đứng về hai phía của đường dây, song song với đường dây, có khoảng cách từ dây ngoài cùng về mỗi phía khi dây ở trạng thái tĩnh theo quy định trong bảng sau:
D
b
g n a l
g n a l
b
h n à h
h n à h
n ạ h
i ớ i g g n ẳ h p ặ
M
n ạ h i ớ i g g n ẳ h p ặ
M
Dây dẫn điện
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
25
Bề rộng hành lang đường dây = 2b + D
Bài giảng Mạng lưới điện
Điện áp Đến 22 kV 35 kV 66-110 kV 220 kV 500 kV
Loại dây Dây bọc Dây trần Dây bọc Dây trần Dây trần
Khoảng cách (b) 1,0 m 2,0 m 1,5 m 3,0 m 4,0 m 6,0 m 7,0 m
Khi tiến hành quy hoạch xây dựng, nếu đường dây tải điện đang tồn tại trên khu đất thì xác định hành lang bằng cách đo đạc thực tế (máy trắc địa,...).
Nếu trường hợp xây dựng đường dây tải điện mới trên khu đất quy hoạch thì khoảng cách D xác định gần đúng theo các công thức sau đây:
3,95.
D
L
+U 110
+
» với đường dây có cấp điện áp £ 22 kV
0, 65 77.
+ 2 L
0,5 0,146.
D
n
U + 110
» với đường dây có cấp điện áp ≥ 35 kV
Trong đó U tính bằng kV, D tính bằng m, L tính bằng km là khoảng cách giữa 2 cột và n là số bát sứ trong chuỗi sứ treo tạm tính như sau:
Điện áp định mức (kV) 15 22 35 110 220 500
n 2 2 3 7 14 32
Các công thức trên đủ độ chính xác cần thiết để xác định bề rộng hành lang đường dây tải điện trong đồ án quy hoạch.
- Chiều cao hành lang được tính từ đáy móng cột đến điểm cao nhất của công trình cộng thêm khoảng cách an toàn theo chiều thẳng đứng quy định trong bảng sau:
Điện áp Đến 35 kV 66 đến 110 kV 220 kV 500 kV
Khoảng cách cộng thêm 2,0 m 3,0 m 4,0 m 6,0 m
Vỏ cáp
Giới hạn hành lang đường cáp điện đặt nổi
Ruột cáp
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
26
Với cáp điện (lưu ý không phải là dây bọc) đi trên mặt đất hoặc treo trên không thì hành lang an toàn của nó là khoảng không gian dọc theo đường cáp điện và được giới hạn về các phía là 0,5 m tính từ mặt ngoài của sợi cáp ngoài cùng.
Bài giảng Mạng lưới điện
Do chiều dài của đường dây dẫn điện trên không rất lớn, bề rộng hành lang cũng lớn, do đó nếu dành hoàn toàn đất đai trong hành lang cho công trình điện thì sẽ gây lãng phí rất lớn, nhất là đất đai đô thị. Chính vì vậy Nhà nước vẫn cho phép xây dựng nhà ở, công trình và trồng cây trong hành lang đường điện nhưng phải đảm bảo một số yêu cầu riêng sau đây:
a) Trồng cây trong hành lang:
Trường hợp 1: Đối với đường dây dẫn điện có điện áp đến 35 kV trong thành phố, thị xã, thị trấn thì khoảng cách từ điểm bất kỳ của cây đến dây dẫn điện ở trạng thái tĩnh không nhỏ hơn khoảng cách quy định trong bảng sau:
Điện áp Đến 35 kV
g n a l h n à h n ạ h i ớ i g g n ẳ h p ặ
g n a l h n à h n ạ h i ớ i g g n ẳ h p ặ
M
M
Dây bọc Dây trần Khoảng cách 0,7 m 1,5 m
Trường hợp 2: Đối với đường dây có điện áp từ 66 kV đến 500 kV trong thành phố, thị xã, thị trấn thì cây không được cao hơn dây dẫn thấp nhất trừ trường hợp đặc biệt phải có biện pháp kỹ thuật đảm bảo an toàn và được Uỷ ban nhân dân tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương cho phép. Khoảng cách từ điểm bất kỳ của cây đến dây dẫn khi dây ở trạng thái tĩnh không nhỏ hơn khoảng cách quy định trong bảng sau:
Điện áp 66 đến 110kV 220 kV 500 kV
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
27
Dây trần Khoảng cách 2,0 m 3,0 m 4,5 m
Bài giảng Mạng lưới điện
Trường hợp 3: Đối với đường dây ngoài thành phố, thị xã, thị trấn thì khoảng cách từ điểm cao nhất của cây theo chiều thẳng đứng đến độ cao của dây dẫn thấp nhất khi đang ở trạng thái tĩnh không nhỏ hơn khoảng cách quy định trong bảng sau:
Điện áp Đến 35 kV 66 đến 110 kV 220 kV 500 kV
Dây bọc Dây trần Dây trần Khoảng cách 0,7 m 2,0 m 3,0 m 4,0 m 6,0 m
b) Vấn đề xây nhà và công trình trong hành lang:
- Không cho phép xây nhà và công trình trong hành lang đường dây 500 kV.
- Với đường dây từ 220kV trở xuống, nhà và công trình được xây dựng trong hành lang khi thỏa mãn các điều kiện sau:
+ Mái lợp và tường xây phải làm bằng vật liệu không cháy;
+ Mái lợp, khung nhà và tường bao bằng kim loại phải nối đất.
+ Không gây cản trở đường ra vào để kiểm tra, bảo dưỡng, thay thế các bộ phận công trình lưới điện cao áp;
+ Khoảng cách từ bất kỳ bộ phận nào của nhà ở, công trình đến dây dẫn gần nhất khi dây ở trạng thái tĩnh không được nhỏ hơn khoảng cách quy định trong bảng sau:
Điện áp Đến 35 kV 66 đến 110 kV 220 kV
Khoảng cách 3,0 m 4,0 m 6,0 m
+ Cường độ điện trường ≤5 kV/m tại điểm bất kỳ ở ngoài nhà cách mặt đất 1 mét và ≤1kV/m tại điểm bất kỳ ở bên trong nhà cách mặt đất 1 mét.
2.8.2. Hành lang bảo vệ an toàn đường cáp điện ngầm:
- Chiều dài hành lang được tính từ vị trí cáp ra khỏi ranh giới phạm vi bảo vệ của trạm này đến vị trí vào ranh giới phạm vi bảo vệ của trạm kế tiếp.
- Chiều rộng hành lang được giới hạn bởi:
+ Mặt ngoài của mương cáp đối với cáp đặt trong mương cáp;
+ Hai mặt phẳng thẳng đứng cách mặt ngoài của vỏ cáp hoặc sợi cáp ngoài cùng về hai phía của đường cáp điện ngầm đối với cáp đặt trực tiếp trong đất, trong nước được quy định trong bảng sau:
Đặt trực tiếp trong đất Đặt trong nước
Loại cáp điện
Đất ổn định Đất không ổn định Nơi không có tàu thuyền qua lại Nơi có tàu thuyền qua lại
Khoảng cách (b) 1,0 m 1,5 m 20,0 m 100,0 m
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
28
- Chiều cao được tính từ mặt đất hoặc mặt nước đến:
Bài giảng Mạng lưới điện
+ Mặt ngoài của đáy móng mương cáp đối với cáp đặt trong mương cáp;
Bề rộng hành lang (đặt trong đất)
b
b
Bề rộng hành lang (đặt trong mương)
Mặt đất
Mặt đất
+ Độ sâu thấp hơn điểm thấp nhất của vỏ cáp là 1,5m đối với cáp đặt trực tiếp trong đất hoặc trong nước.
Mương đất
Mương cáp bêtông
Mặt đất
Trong phạm vi hành lang đường cáp điện ngầm cấm xây dựng nhà ở và công trình, cấm trồng cây hay bố trí vật nặng. Với nhà ở và công trình xây dựng gần hành lang thì hoạt động của nó cũng không được gây ảnh hưởng đến chế độ vận hành của cáp điện ngầm, ví dụ nước thải ra từ công trình không được chảy vào vùng hành lang,...
2.8.3.Hành lang đường dây tải điện mạch kép:
Đường dây tải điện 1
Hộ tiêu thụ
Nguồn điện
Đường dây tải điện 2
Khi cần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện người ta có thể sử dụng 2 mạch điện 3 pha riêng biệt nối từ một nguồn điện đến hộ tiêu thụ gọi là mạch kép. Một trường hợp khác cũng phải sử dụng mạch kép đó là khi dây dẫn quá to, cột không thể đỡ được thì người ta phải làm 2 mạch điện riêng để đảm bảo kết cấu nhỏ gọn hơn (ví dụ đường dây 500 kV dùng 2 mạch đi trên hai cột khác nhau).
Hai mạch điện có thể lắp trên cùng một cột và ta có thể gọi là mạch điện song song. Với loại đường dây này mỗi mạch được bố trí 1 bên cột. Ví dụ mạch 1 bố trí các pha A1B1C1 ở bên trái còn mạch 2 bố trí các pha A2B2C2 ở bên phải. Khi thiết kế phải tính toán khoảng cách giữa 2 mạch sao cho khi có người lên sửa chữa 1 mạch (do hư hỏng hay khi bảo dưỡng) thì mạch kia vẫn mang điện bình thường.
Hai mạch cũng có thể không đi chung cột mà đi riêng, khi đó ta chỉ được phép gọi là mạch kép.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
29
Bề rộng hành lang đường dây kép = 2b + L2 = 2b +2L1+bcột
Bài giảng Mạng lưới điện
Bề rộng hành lang đường dây kép
L2
b
b
A1
A2
B1
B2
L1
L1
C1
C2
Dây dẫn điện
Hành lang bảo vệ an toàn của đường dây mạch kép đi trên các cột riêng được xác định giống như đường dây tải điện mạch đơn.
Hành lang bảo vệ an toàn của đường dây mạch kép đi chung cột (mạch song song) được xác định từ dây ngoài cùng của mỗi mạch. Riêng khoảng giữa 2 mạch được quy định như sau:
Gọi:
L1 là khoảng cách từ dây dẫn điện đến cột. L2 là khoảng cách giữa 2 mạch điện. bcột là bề rộng của thân cột ngang qua điểm lắp dây điện.
£ Điện áp 220kV 500kV 110kV
≥1,5m ≥2,5m ≥4m Khoảng cách L1
£ 35kV 110kV 220kV 500kV 22kV
Điện áp
Dây trần Dây bọc Cách điện đứng Cách điện treo
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
30
≥2,5m ≥3m ≥4m ≥6m ≥8,5m Khoảng cách L2 ≥2m ≥1m
Bài giảng Mạng lưới điện
Khi thiết kế quy hoạch cần lưu ý phần đất dành cho hành lang đường dây tải điện mạch kép phải rộng hơn so với đường dây mạch đơn vì ngoài bề rộng hành lang như mạch đơn nó còn khoảng không gian nằm giữa hai mạch. Điều này phải đặc biệt lưu ý vì trên sơ đồ mặt bằng quy hoạch, đường dây tải điện chỉ được ký hiệu bằng một đường thẳng cho dù đó là mạch đơn hay mạch kép. Hơn nữa khoảng cách giữa 2 mạch rất bé so với diện tích quy hoạch nên không thể hiện được diện tích giữa 2 mạch.
2.8.4. Hành lang bảo vệ an toàn trạm điện:
Hành lang bảo vệ an toàn trạm điện là khoảng không gian bao quanh trạm điện và được giới hạn như sau:
- Đối với các trạm điện không có tường, rào bao quanh, hành lang bảo vệ trạm điện được giới hạn bởi không gian bao quanh trạm điện có khoảng cách đến các bộ phận mang điện gần nhất của trạm điện theo quy định trong bảng sau:
Điện áp Đến 22 kV 35 kV
Khoảng cách 2,0 m 3,0 m
- Đối với trạm điện có tường hoặc hàng rào cố định bao quanh, chiều rộng hành lang bảo vệ được giới hạn đến mặt ngoài tường hoặc hàng rào; chiều cao hành lang được tính từ đáy móng sâu nhất của công trình trạm điện đến điểm cao nhất của trạm điện cộng thêm khoảng cách an toàn theo chiều thẳng đứng quy định tại bảng sau:
Điện áp Khoảng cách cộng thêm Đến 35 kV 2,0 m 66 đến 110 kV 3,0 m 220 kV 4,0 m 500 kV 6,0 m
Trong phạm vi hành lang trạm điện cấm xây dựng nhà ở và công trình, cấm trồng cây. Với nhà ở và công trình xây dựng gần hành lang thì hoạt động của nó cũng không được gây ảnh hưởng đến chế độ vận hành của trạm điện.
2.9. Bố trí tuyến đường dây tải điện và các khoảng cách an toàn
Mặt bằng tuyến của đường dây tải điện
VT94
VT95
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
31
Bài giảng Mạng lưới điện
Đường dây tải điện đi trên mặt đất thường không thẳng hàng và cũng không bằng phẳng (đặc biệt là vùng nông thôn và miền núi). Để đảm bảo tính kinh tế hầu như các đường dây tải điện phải chuyển hướng nhiều lần nhằm tránh cắt qua nhà dân và công trình hiện có, giảm giá trị đền bù, tránh các công trình quan trọng quốc gia,....
Các vị trí cột chuyển hướng gọi là cột góc. Cột góc chịu lực kéo lớn do đó khi tính toán thiết kế thường to hơn, chắc chắn hơn và chi phí cũng cao hơn. Ví dụ ở hình trên các vị trí góc chuyển hướng có G1, G2, G3, G4,... Khoảng cách từ cột góc này đến cột góc kế tiếp gọi là khoảng néo. Việc xác định vị trí cột góc phải được thực hiện chính xác từ giai đoạn quy hoạch bởi vì nếu quy hoạch không chính xác dẫn đến thay đổi cột góc thì toàn bộ hướng tuyến sẽ thay đổi, hậu quả là đất đai dành cho hành lang đường điện phải điều chỉnh, các công trình chuẩn bị xây dựng cũng phải điều chỉnh ranh giới cấp đất. Vị trí góc phải chọn đặt ở nơi có địa chất tốt, không có nguy cơ xói lở, không có dòng chảy ngầm. Những nơi có địa hình hẹp hoặc trong đô thị thì cột góc nên dùng cột thép hoặc 2 cột bêtông ly tâm, những nơi có địa hình rộng, đất đai rẻ như nông thôn thì dùng một cột bêtông ly tâm và bổ sung thêm hệ thống dây néo cột sẽ rẻ tiền hơn rất nhiều.
Khoảng cách giữa 2 cột góc thường lớn, có khi đến 2 km, trong khi đó dây dẫn điện luôn luôn có độ võng. Do vậy giữa các cột góc thường phải đặt nhiều vị trí cột để đỡ dây gọi là cột đỡ. Cột đỡ không chịu lực kéo, chỉ chịu lực nén do trọng lượng dây dẫn và sứ nên có kết cấu nhỏ. Ví dụ trong hình vẽ trên, các cột đỡ có VT94, VT95. Khoảng cách giữa 2 cột liền kề gọi là khoảng cột.
Dây dẫn điện thường cắt qua đường giao thông, các đường dây điện khác, sông ngòi, đồng ruộng,.... mà ở dưới có hoạt động của phương tiện cơ giới và con người. Để đảm bảo an toàn, trong Luật điện lực quy định rất cụ thể khoảng cách tối thiểu từ dây dẫn đến công trình như sau:
Khu vực dây điện cắt qua
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
32
Đông dân cư Ít người qua lại Khu vực khó đến Khu vực rất khó đến Đường ô tô Khoảng cách tối thiểu từ dây điện 7,0m 5,5m 4,5m. 2,5m 7,0m
Bài giảng Mạng lưới điện
Đường dây có điện áp thấp hơn Đường dây thông tin tại điểm giao cắt 3,0m. 3,0m.
Khi thiết kế vạch tuyến đường dây tải điện trên không phải tránh cắt ngang qua các công trình có tầm quan trọng về chính trị, kinh tế, văn hoá, an ninh, quốc phòng, thông tin liên lạc, những nơi thường xuyên tập trung đông người, các khu di tích lịch sử - văn hoá, danh lam thắng cảnh đã được Nhà nước xếp hạng. Nếu không thể tránh được mà bắt buộc phải đi qua thì đường dây trên không phải được tính toán ở chế độ an toàn cao hơn về cả xây dựng và về điện như tăng hệ số an toàn, tăng số bát sứ, treo 2 chuỗi sứ cho 1 dây. Ngoài ra khoảng cách từ dây dẫn đến các công trình này cũng phải lớn hơn bình thường (xem Nghị định 106/2005/NĐ-CP).
Một số công trình trong đô thị người ta còn kết hợp hành lang đường dây tải điện với hành lang giao thông bằng cách bố trí đường điện đi trên dải phân cách. Phương án này tiết kiệm đất đai, đảm bảo hành lang dùng chung trong khi ở dải phân cách vẫn có thể trồng cây cảnh trang trí.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
33
Đường An Dương Vương (Đà Nẵng)
Bài giảng Mạng lưới điện
Đường Phạm Văn Đồng (TP. Hồ Chí Minh) khánh thành 2013
2.10. Nội dung công tác lập quy hoạch cấp điện
Mạng điện là một thống kỹ thuật hạ tầng thiết yếu phục vụ phát triển kinh tế xã hội nên trong các đồ án quy hoạch xây dựng luôn có nội dung về quy hoạch cấp điện. Quy hoạch cấp điện ngoài đảm bảo cung cấp điện, giảm chi phí đầu tư còn phải thỏa mãn các yếu tố mỹ quan, nhất là trong đô thị.
2.10.1. Yêu cầu cơ bản:
- Hệ thống điện phải tin cậy trong cung cấp điện theo phân loại hộ tiêu thụ
- Đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp
- Tối ưu về kinh tế - kỹ thuật: Vốn đầu tư thấp nhất; Chi phí vận hành hàng năm bé nhất; Tổn thất điện năng bé nhất; Hướng đi của đường dây điện phải thuận lợi cho công tác vận hành, sửa chữa,...
- An toàn cho người gồm công nhân vận hành cũng như nhân dân sống gần đường dây điện đi qua.
- Đảm bảo hành lang an toàn theo quy địnhcủa pháp luật
- Các nhà máy nhiệt điện và các trạm nguồn 500KV phải bố trí gần các trung tâm phụ tải điện lớn, gần các lưới điện cao áp quốc gia, gần các đầu mối giao thông lớn như bến cảng, đường quốc lộ, đường sắt, nơi thuận tiện cho các tuyến điện đấu nối với nhà máy điện, trạm điện; không đặt trong khu vực nội thị, nơi bị ngập lụt và phải tuân thủ các yêu cầu về vệ sinh môi trường.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
34
- Các trạm nguồn 220KV phải đặt ở khu vực ngoại thị. Trường hợp bắt buộc phải đưa sâu vào nội thị, không đặt tại các trung tâm đô thị và phải có đủ diện tích đặt trạm, có đủ các hành lang để đưa các tuyến điện cao và trung áp nối với trạm. Nếu đặt trạm gần các trung tâm đô thị của các thành phố lớn loại I hoặc loại đặc biệt, phải dùng trạm kín.
Bài giảng Mạng lưới điện
- Các trạm 110KV đặt trong khu vực nội thị các đô thị từ loại II đến loại đặc biệt phải dùng trạm kín.
- Không quy hoạch các tuyến điện 500KV đi xuyên qua nội thị các đô thị.
- Lưới điện cao áp 110KV và 220KV đi trong nội thị của các đô thị từ loại II đến loại đặc biệt phải đi ngầm.
- Khi quy hoạch lưới điện cao áp phải tuân thủ các quy định của Luật điện lực về quy hoạch phát triển điện lực đã được cơ quan nhà nước có thẩm quyền phê duyệt và các quy định hiện hành về bảo vệ an toàn công trình lưới điện cao áp.
- Trong đô thị không sử dụng dây điện trần trần. Khi đi qua khu dân cư đô thị phải tăng cường hệ số an toàn về xây dựng và điện.
2.10.2. Nội dung lập quy hoạch cấp điện
Trong đồ án quy hoạch xây dựng, phần quy hoạch cấp điện phải nêu được những ý chính sau đây:
- Đánh giá hiện trạng cung cấp điện - tiêu thụ điện năng; hiện trạng về nguồn điện, mạng lưới điện (các tuyến truyền tải và phân phối), vị trí, quy mô các trạm biến áp.
- Xác định nhu cầu điện năng tức là công suất của các hộ tiêu thụ điện trong phạm vi
- Xác định vị trí, quy mô các trạm biến áp cấp điện trong phạm vi quy hoạch
- Xác định mạng lưới truyền tải và phân phối (110 KV, 35 KV, 22 KV); tính toán tổn thất điện áp, tổn thất công suất, điện áp cuối đường dây và các chỉ tiêu kinh tế -kỹ thuật khác.
- Xác định chương trình và dự án đầu tư ưu tiên, xác định sơ bộ tổng mức đầu tư, dự kiến nguồn lực thực hiện.
- Đánh giá môi trường chiến lược, đánh giá tác động môi trường.
- Thiết lập các bản vẽ quy hoạch tuyến đường dây, vị trí cátrạm biến áp và quỹ đất dành để xây dựng các công trình này.
2.11. Các ký hiệu thường dùng trong quy hoạch cấp điện
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
35
Công tác quy hoạch xây dựng nói chung có hệ thống các bản vẽ và ký hiệu riêng so với các công tác khác. Để thống nhất cách sử dụng các ký hiệu trong đồ án xây dựng, Bộ Xây dựng đã ban hành Quyết định số 21/2005/QĐ-BXD ngày 22/7/2005 quy định hệ thống ký hiệu bản vẽ trong các đồ án xây dựng. Đây là văn bản quy phạm pháp luật, có tính chất bắt buộc áp dụng đối với tất cả các đồ án xây dựng.
Bài giảng Mạng lưới điện
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
36
Bài giảng Mạng lưới điện
CHƯƠNG 3: TRẠM BIẾN ÁP CẤP ĐIỆN
3.1. Khái niệm về máy biến áp
Máy biến áp là thiết bị chính và quan trọng nhất của trạm biến áp. Chức năng của nó là chuyển đổi điện áp từ cấp này sang cấp khác. Nhờ có máy biến áp thì hộ sử dụng điện (có điện áp thấp) mới dùng được năng lượng từ lưới điện quốc gia (có điện áp cao).
Trong lĩnh vực phát điện, máy biến áp có nhiệm vụ tăng áp của nhà máy điện lên điện áp cao hơn để truyền tải điện năng đi xa. Trong cung cấp điện, máy biến áp làm nhiệm vụ giảm điện áp của lưới điện quốc gia để cấp cho các hộ tiêu thụ.
3.1.1. Cấu tạo của máy biến áp:
Máy biến áp gồm các bộ phận chính: các cuộn dây, lõi thép, vỏ máy biến áp.
a) Các cuộn dây:
Các cuộn dây có nhiệm vụ để dẫn điện. Cuộn dây thường làm bằng đồng có bọc cách điện và được quấn thành từng lớp cách điện với nhau quanh lõi thép bằng sắt từ.
- Cuộn dây sơ cấp: là cuộn dây nối với lưới điện, nhận điện năng từ lưới điện
Bình dầu phụ
Sứ
Vỏ máy
Lõi thép
Cuộn dây
- Cuộn dây thứ cấp: là cuộn dây nối với hộ tiêu thụ, cung cấp điện năng cho hộ tiêu thụ. Thông thường máy biến áp chỉ có một cuộn dây thứ cấp, tuy nhiên thực tế với các máy biến áp lớn người ta có thể chế tạo 2 cuộn dây thứ cấp ở 2 điện áp khác nhau. Ví dụ: Máy biến áp có điện áp sơ cấp 220kV còn thứ cấp có 2 cuộn dây 110kV và 35 kV.
b) Lõi thép:
Lõi thép chế tạo bằng thép chuyên dụng gọi là thép kỹ thuật điện có đặc tính dẫn từ rất tốt nhưng điện trở lại rất lớn. Lõi thép gồm các lá thép rất mỏng ghép lại thành khối. Trên bề mặt các lá thép mỏng có lớp cách điện nên hạn chế được dòng điện xoáy sinh ra trong lõi thép nên giảm được tổn hao công suất.
c) Vỏ máy biến áp
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng
37
- Vỏ máy biến áp là thùng chứa các cuộn dây và lõi thép của máy biến áp. Do cuộn dây và lõi thép luôn tỏa nhiệt khi vận hành nên vỏ thùng thường được làm bằng tôn lượn sóng để tăng diện tích tản nhiệt, bề ngoài sơn màu sáng trắng để tránh hấp thụ nhiệt của mặt trời.
Bài giảng Mạng lưới điện
Bên trong thùng chứa dầu đặc biệt gọi là dầu biến thế. Dầu này vừa có nhiệm vụ cách điện vừa có nhiệm vụ tản nhiệt trong máy ra ngoài vỏ máy.
Máy biến áp khô 3 pha
Máy biến áp dầu 3 pha
Tuy nhiên cũng có những loại máy biến áp không có dầu là loại máy biến áp khô. Loại này giá thành rất đắt và thường dùng cho nhà cao tầng hoặc lắp đặt trong tầng hầm.
- Trên vỏ máy biến áp có các đầu sứ để đấu nối dây dẫn điện vào máy. Ngoài ra một số máy biến áp lớn còn bố trí các bình dầu phụ phía trên nắp máy để khi dầu nóng lên nó giãn nở vào bình dầu phụ.
3.1.2. Nguyên lý làm việc của máy biến áp:
Máy biến áp thông thường có 2 cuộn dây sơ cấp và thứ cấp. Cuộn sơ cấp nối với nguồn điện, cuộn thứ cấp nối với hộ tiêu thụ điện.
Giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp không có liên hệ với nhau về điện tức là năng lượng điện không truyền trực tiếp từ sơ cấp sang thứ cấp mà truyền gián tiếp thông qua từ trường.
= -
e
d dt
e
F
Định luật cảm ứng điện từ
Cấu tạo và nguyên lý máy biến áp 1 pha
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng
38
Để giải thích được nguyên lý làm việc của máy biến áp ta phải nhắc lại định luật cảm ứng điện từ trong vật lý (đã học ở bậc phổ thông): Cho một vòng dây kín và từ thông F biến thiên xuyên qua vòng dây, khi đó trong vòng dây xuất hiện một sức điện động cảm ứng e có F chiều xác định theo quy tắc cái đinh ốc và độ lớn xác định theo biểu thức
Bài giảng Mạng lưới điện
Như vậy nhìn vào cấu tạo của máy biến áp ta thấy cuộn sơ cấp là cuộn dây kín nối vào điện áp lưới điện là u1 sẽ sinh ra dòng điện i0 (lúc không tải) hoặc i1 (lúc có tải). Do cuộn dây kín mạch và có nhiều vòng nên dòng điện i0 (hoặc i1) sẽ chạy vòng tròn quanh lõi thép và sinh ra từ trường F . Từ trường này chạy trong lõi thép và xuyên qua cuộn dây sơ cấp và cuộn dây thức cấp nên theo định luật cảm ứng điện từ sẽ sinh ra trong chúng các sức điện động e1 và e2 có chiều như hình vẽ. Sức điện động e2 sẽ tạo ra dòng điện i2 để cung cấp cho mạch điện của hộ tiêu thụ.
3.1.3. Máy biến áp 3 pha
Ở trên trình bày về nguyên lý của áy biến áp một pha. Trong thực tế để tiết kiệm chi phí người ta thường sử dụng rất phổ biến máy biến áp 3 pha. Máy biến áp một pha chỉ sử dụng ở vùng nông thôn có phụ tải bé.
Máy biến áp 1 pha
Máy biến áp 3 pha
Máy biến áp ba pha cũng có 2 phía sơ cấp và thứ cấp nhưng có 3 pha được lắp trên lõi thép dùng chung mạch từ.
Cấu tạo của lõi thép gồm 3 trụ. Cuộn dây cao áp và hạ áp của mỗi pha được quấn chung trên 1 trụ từ. Mỗi cuộn dây cao áp đều có 2 đầu được đánh dấu bằng các chữ in hoa lần lượt là AX, BY, CZ, trong đó A,B,C quy ước là đầu của các cuộn dây và X, Y, Z là điểm cuối của các cuộn dây. Tương tự như vậy mỗi cuộn dây hạ áp được đánh dấu bằng các chữ in thường ax, by, cz với các điểm đầu là a,b,c và các điểm cuối là x,y,z.
Đầu dây cao áp
A
X
Cuộn cao áp pha C
Cuộn hạ áp pha C
a
Đầu dây hạ áp
x
Mạch từ
Pha B
Pha C
Pha A
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng
39
Các đầu dây ABC (phía cao áp) và abc (phía hạ áp) thường đưa ra ngoài để đấu nối. với nguồn điện và phụ tải Các đầu dây XYZ và xyz thường nối ở bên trong máy mà không đưa ra ngoài. Như vậy nhìn trên nắp máy biến áp ta chỉ thấy 6 đầu sứ.
Bài giảng Mạng lưới điện
3.1.4. Cách đấu nối các cuộn dây của máy biến áp 3 pha:
Ở trên ta đã biết, máy biến áp 3 pha có 6 cuộn dây, trong đó có 3 cuộn dây sơ cấp, 3 cuộn dây thứ cấp. Với 3 cuộn dây cùng phía cao áp (hoặc hạ áp) ta có thể có 2 cách đấu nối hình sao (Y) hoặc hình tam giác (D ). Như vậy với 6 cuộn dây của máy biến áp ta có thể có 4 tổ hợp: Y/Y, Y/D, D /Y, D/D gọi là tổ đấu dây của máy biến áp. Đây là thông số cực kỳ quan trọng của máy biến áp.
C
B
C
C
B
A
B
A
A
Nối hình Y
Nối hình D
c
b
c
c
b
a
b
a
a
Nối hình Y
Nối hình D
Ngoài ra, điện áp giữa cao áp và hạ áp của máy biến áp còn có sự lệch pha nhau nên nếu máy biến áp có cùng tổ đấu dây Y/Y nhưng độ lệch pha khác nhau thì điện áp nhận được ở phía phụ tải cũng không đồng pha với nhau, khi đó có thể chúng không thể nối song song với nhau. Bằng lý thuyết người ta chứng minh được điện áp giữa phía cao áp và phía hạ áp lệch nhau một góc là bội số của 300 nên người ta quy ước dùng giờ đồng hồ để chỉ sự lệch pha này vì mỗi giờ đồng hồ ứng với một góc 300.
Từ nhận xét trên, trong kỹ thuật điện quy ước ghi tổ đấu dây của máy biến áp gồm cách nối dây và độ lệch pha giữa sơ cấp và thứ cấp theo giờ đồng hồ. Ví dụ Y/Y-6 có nghĩa là cuộn dây cao áp nối Y, cuộn dây hạ áp nối Y, điện áp thứ cấp lệch pha so với điện áp sơ cấp một góc 6x300 = 1800.
Thực tế thường dùng loại Y/Y-0 cho máy biến áp 110 kV trở lên và D
/Y-11, Y/Y-0 cho máy biến áp từ 35 kV trở xuống. Cần đặc biệt lưu ý: Nếu phía thứ cấp có điện áp 380V thì bắt buộc kiểu nối dây thứ cấp phải là Y, khi đó mới có thêm dây trung tính để sử dụng điện 1 pha. Nếu phía hạ áp đấu nối D thì không có đầu trung tính để cấp cho phụ tải một pha.
Với hệ thống điện cấp cho khu dân cư thường dùng tổ đấu dây D /Y-11.
3.1.5. Các thông số kỹ thuật chính của máy biến áp
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng
40
a) Điện áp định mức: gồm điện áp định mức sơ cấp (ký hiệu U1đm) và điện áp định mức thứ cấp (ký hiệu U2đm). Các giá trị điện áp định mức là giá trị điện áp dây và thông thường bằng giá trị điện áp danh định do Nhà nước quy định.
Bài giảng Mạng lưới điện
b) Công suất định mức (còn gọi là dung lượng của máy biến áp): tính bằng công suất toàn phần kVA, ký hiệu Sđm. Công suất định mức của máy biến áp không tính bằng kW vì nó là thiết bị truyền tải để cung cấp công suất toàn phần cho hộ tiêu thụ bao gồm kW và kVar.
Công suất các máy biến áp thường được chế tạo theo thang chuẩn của Nhà nước gọi là gam công suất như sau:
Loại nhỏ : 50, 75, 100, 160, 180, 250, 560, 630, 750, 800 kVA
Loại trung bình 1000, 1250, 2500, 6300 kVA,....
Loại lớn: 16, 25, 63,125, 150, 250, 450 MVA
Một vấn đề nữa cần lưu ý: cùng một công suất và cùng điện áp nhưng máy biến áp của hãng này khác với máy biến áp của hãng kia về trọng lượng, kích thước, giá thành,... Nguyên nhân là do chất lượng thép dẫn từ mà hãng đó sử dụng khác nhau. Nếu thép từ loại tốt thì máy có kích thước nhỏ và thường đắt tiền, nếu thép từ kém thì máy có trọng lượng lớn và bù lại rẻ tiền. Dây đồng quấn trong máy thì chất lượng các hãng đều như nhau.
=
c) Tỉ số biến áp: Là tỉ số giữa điện áp sơ cấp và điện áp thứ cấp. Tỉ số biến áp theo định
k
w 1 w
U 1 U
2
2
» nghĩa là tỉ số giữa số vòng dây sơ cấp w1 và số vòng dây thứ cấp w2:
d) Dải điều chỉnh điện áp: Điện áp phía tiêu thụ điện U2=kU1, trong đó k là hằng số. Nếu U1 thay đổi lớn thì U2 cũng thay đổi theo trong khi người ta mong muốn U2 giữ ổn định để cấp cho phụ tải. Như vậy đặt ra vấn đề phải điều chỉnh được điện áp. Để làm được việc này, phía cao áp người ta bố trí nhiều đầu dây gọi là nấc phân áp. Khi điện áp sơ cấp thay đổi người ta điều chỉnh nấc phân áp về vị trí điện áp tương ứng, dẫn đến kết quả là điện áp U2 được giữ ổn định.
Với các máy biến áp cấp điện cho khu dân cư, núm vặn chọn nấc phân áp được đặt trên nắp máy biến áp và phải thao tác bằng tay. Phạm vi điều chỉnh thường có 5 nấc, mỗi nấc 2,5% U1đm. Ví dụ máy biến áp có nấc 22kV – 2x2,5% sẽ có 5 nấc là: 23,1kV-22,55kV-22kV- 21,45kV-20,9kV.
Với các máy biến áp >=110kV trở lên việc điều chỉnh nấc phân áp hoàn toàn tự động và
22kV
20kV
Phụ tải
18kV
U
~
Máy biến áp có đầu phân áp
số nấc phân áp rất lớn, mỗi nấc khoảng 1,78%U1đm.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng
41
d) Tổn hao công suất trong máy biến áp
Bài giảng Mạng lưới điện
Khi vận hành máy biến áp luôn có tổn hao công suất trong lõi thép do dòng điện xoáy và tổn hao công suất trong dây quấn do điện trở. Các tổn hao này thường biến thành dạng nhiệt gây lãng phí và giảm hiệu suất máy biến áp. Hơn nữa khi bán điện, ngành điện chỉ đo đếm ở phía sau máy biến áp nên phần tổn hao trong máy biến áp do ngành điện phải chi trả. Do đó khi đầu tư xây dựng các máy biến áp, ngành điện của các địa phương thường quy định rất chặt chẽ thông số này. Đối với ngành điện khu vực miền Trung được quy định mức độ tổn thất công suất như sau:
TT
1 2 3 4 5 6 7 8 9 Dung lượng máy biến áp (kVA) 100 160 250 400 560 630 1000 1600 2000 Tổn hao trên lõi thép (W) ≤ 205 ≤ 280 ≤ 340 ≤ 433 ≤ 580 ≤ 780 ≤ 980 ≤ 1305 ≤ 1500 Tổn hao trên dây quấn (W) ≤ 1.250 ≤ 1.940 ≤ 2.600 ≤ 3.820 ≤ 4.810 ≤ 5.570 ≤ 8.550 ≤ 13.680 ≤ 17.100
3.1.6. Tính chọn máy biến áp:
Chọn máy biến áp cho công trình phải căn cứ vào các thông số và điều kiện sau:
- Điện áp sơ cấp phải phù hợp với lưới điện cao áp ở địa phương. Ví dụ lưới điện thành phố thường dùng cấp 22 kV, lưới điện nông thôn thường dùng 35 kV.
- Điện áp thứ cấp phải phù hợp với hộ tiêu thụ. Thông thường phụ tải điện khu dân cư và tiêu dùng sinh hoạt có điện áp 380V (nếu dùng 3 pha) hoặc 220V (nếu dùng 1 pha), do đó cấp điện áp thứ cấp chọn 380V. Một số phụ tải công nghiệp nặng như xi măng, khai khoáng dùng điện ở cấp 6kV khi đó thứ cấp máy biến áp phải chọn là 6kV.
- Dung lượng máy biến áp phải chọn loại máy có gam công suất lớn hơn gần nhất so với phụ tải tính toán.
- Tổ dấu dây của máy biến áp: thường chọn loại D /Y-11 hoặc Y/Y-0. Với cùng một công trình có dùng nhiều máy biến áp thì các máy biến áp phải chọn cùng tổ đấu dây.
- Điều kiện lắp đặt: Nếu lắp đặt máy biến áp trên cột bê tông ly tâm thì sức chịu tải của thanh đà ngang chỉ đỡ được máy biến áp <=400kVA. Nếu công suất lớn hơn thì phải đặt trên bệ và phải xây tường rào bảo vệ bao quanh và chiếm dụng nhiều đất đai hơn.
- Tính chất phụ tải: Nếu phụ tải có tính ưu tiên cao (như bệnh viên, công ty viễn thông,…) thì phải chia thành 2 máy biến áp vận hành song song. Khi chia thành 2 máy như vậy, chi phí đầu tư sẽ đắt hơn 1 máy có công suất tương đương nhưng đổi lại là độ tin cậy tăng lên. Thật vậy, nếu sự cố hỏng 1 máy thì vẫn còn 1 máy vận hành để cung cấp cho các phụ tải quan trọng nhất (phòng mổ, phòng máy tính) còn nếu chỉ dùng 1 máy biến áp thì khi sự cố sẽ mất điện toàn bộ, kể cả nơi quan trọng như phòng mổ,…
3.2. Trạm biến áp
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng
42
Trạm biến áp là công trình để chuyển đổi cấp điện áp này sang cấp điện áp khác. Trạm biến áp là một tập hợp gồm nhiều thiết bị điện bố trí trên một khuôn viên nhất định, trong đó thiết bị chính là máy biến áp.
Bài giảng Mạng lưới điện
Dưới góc độ nghiên cứu của hệ thống điện thì trạm biến áp chỉ là các thiết bị truyền tải và phân phối điện năng mà không sinh ra điện năng và gần như không tiêu thụ điện năng.
Trạm 220kV Hóc Môn
Trạm 500kV Tân Định
Một trạm 35kV ở Hà Giang
Trạm 110kV Thường Tín
Dưới góc độ quy hoạch xây dựng (quy hoạch cấp điện) thì máy biến áp lại được nhìn nhận là một nguồn cung cấp điện cho khu vực quy hoạch. Trạm biến áp là công trình nhận điện từ lưới điện quốc gia và cung cấp điện cho khu vực quy hoạch nên xét về quan hệ cung - cầu thì coi đó là nguồn điện cung cấp là điều bình thường.
Có thể nói trạm biến áp là nguồn điện quan trọng, phổ biến nhất khi xác định nguồn cấp điện trong các đồ án quy hoạch xây dựng. Đây là loại nguồn điện được xem xét đầu tiên và là nguồn điện chủ đạo khi lập quy hoạch xây dựng, chỉ khi không thể tìm được điện lưới mới nghĩ đến đầu tư các nguồn điện khác.
Nếu phân theo cấp điện áp thì trạm biến áp thường được gắn với cấp điện áp cao nhất của nó. Ở Việt Nam có các trạm sau: 500kV, 220 kV, 110kV, 35 kV, 22 kV, ngoài ra còn có một số trạm 15 kV, 6kV xây dựng trước năm 1975 vẫn tồn tại đến nay và sẽ được cải tạo dần lên cấp 22kV hoặc 35 kV.
3.3. Phân loại trạm biến áp
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng
43
Có rất nhiều kiểu phân loại trạm biến áp khác nhau tùy vào mục đích nghiên cứu. Ở dưới góc độ quy hoạch cấp điện ta phân loại theo chức năng của trạm là trạm truyền tải và trạm phân phối.
Bài giảng Mạng lưới điện
3.3.1. Trạm biến áp truyền tải:
Trạm này có điện áp từ 110 kV trở lên. Trạm có người trực thường xuyên theo ca kíp 24/24h. Trạm có hàng rào bảo vệ và được tổ chức như một cơ quan độc lập. Theo phân cấp các Công ty truyền tải điện quản lý các trạm biến áp >=220kV và một số trạm 110kV quan trọng, các Công ty điện lực quản lý các trạm biến áp <=100kV.
Toàn cảnh trạm 220kV Hòa Khánh (Đà Nẵng)
Máy biến áp và các thiết bị để phân phối điện được đặt ngoài trời, các thiết bị điều khiển, bảo vệ đặt ở trong nhà. Ngoài chế độ người trực thường xuyên thì trạm còn trang bị hệ thống tự động ở mức cao, đặc biệt là khi xảy ra sự cố nó hoàn toàn tự động cô lập vùng bị sự cố và thông báo loại sự cố, vị trí sự cố cho người trực.
Trạm biến áp này chiếm diện tích đất đai khá lớn vì ngoài diện tích bố trí máy biến áp còn phải bố trí các thiết bị đóng/ cắt, các kết cấu xây dựng để đón dây, ... và đều là các thiết bị kich thước lớn. Ngoài ra đường dây kéo đến trạm cũng là loại điện áp cao ≥110 kV nên diện tích đât hành lang đường dây cũng lớn. Do đó các trạm loại này nên bố trí vùng nông thôn hoặc ngoại ô đô thị.
110kV vào sâu trong nội thành thì người ta dùng cáp ngầm ‡
Toàn bộ thiết bị trạm GIS lắp trong nhà
Một số đô thị lớn như Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh do phụ tải quá lớn bắt buộc phải đưa cấp điện áp ‡ 110kV dẫn vào và xây dựng kiểu trạm GIS (trạm cách điện bằng chất khí SF6). Trạm biến áp GIS là công nghệ mới xuất hiện trên thế giới, trong đó toàn bộ đường dẫn điện, thiết bị được chế tạo thành các module chịu áp lực và được bơm đầy khí SF6 để cách điện. Khi vận hành người có thể chạm vào các ống này mà không bị điện giật. Nhờ công nghệ GIS mà trạm trở nên nhỏ gọn, an toàn hơn, tiết kiệm diện tích đất (bằng 1/10 trạm bố trí ngoài trời), mỹ quan hơn (do toàn bộ thiết bị đặt trong nhà) tuy nhiên giá thành rất đắt. Ở Việt Nam có trạm 110 kV nhà máy đóng tàu Hyundai-Vinashin, trạm 110kV Hầm Hải Vân, trạm 220 kV Tao Đàn (TP Hồ Chí Minh),.... là những trạm dùng công nghệ GIS.
Thiết bị trạm GIS dạng module kín khí
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng
44
Tuyệt đối không được bố trí đường dây và trạm biến áp 500kV trong nội ô đô thị do tính chất nguy hiểm của nó.
Bài giảng Mạng lưới điện
Gần đây nhờ sự tiến bộ của khoa học, sự phát triển của internet người ta đã thử nghiệm thành công các trạm biến áp truyền tải mà không cần người trực. Toàn bộ dữ liệu thu thập và hình ảnh về trạm biến áp được truyền liên tục về một trung tâm điều khiển ở cách xa trạm để giám sát, mọi tác động của con người đến thiết bị trong trạm cũng đều được thao tác từ xa (thậm chí đến hàng ngàn km). Ở Việt Nam trạm 110 kV Bình Tân (Khánh Hòa) đã thử nghiệm mô hình này năm 2010 và đạt kết quả tốt.
Trạm biến áp truyền tải không cấp điện trực tiếp đến hộ tiêu thụ (nhà máy, xí nghiệp, dân cư,...), phụ tải của nó là tổng hợp của các trung tâm phụ tải lớn như một huyện, một tỉnh, khu công nghiệp, khu chế xuất, khu công nghệ cao,.... Khi lập quy hoạch xây dựng các vùng này, nhất thiết phải chọn vị trí và dành quỹ đất đủ lớn để xây dựng trạm, do đó người làm quy hoạch phải quan tâm đến kích thước của trạm, tìm hiểu sơ bộ phương thức bố trí thiết bị và ước lượng được phần đất dành cho các đường dây cao thế nối đến trạm (thường khá lớn).
3.3.2. Trạm biến áp phân phối:
Trạm biến áp phân phối có điện áp từ 35 kV trở xuống và như tên gọi nó làm nhiệm vụ phân phối điện năng trực tiếp đến hộ tiêu thụ điện. Đây được xem là nguồn điện đối với các đồ án quy hoạch xây dựng.
Trạm biến áp phân phối có cuộn dây cao áp là 35 kV hoặc 22 kV còn phía hạ áp là 380V để cấp điện trực tiếp cho hộ tiêu thụ. Trạm biến áp phân phối thường là trạm ngoài trời, không có người trực thường xuyên và đặc biệt phổ biến để cấp điện cho khối tiêu thụ điện dân cư sinh hoạt. Một số ít trạm được đặt trong nhà kín để cấp điện cho nhà xưởng, doanh nghiệp,… Trạm loại này chiếm diện tích đất ít nhưng mật độ bố trí trong đô thị rất dày đặc và chúng được liên kết để tạo thành một mạng lưới điện đô thị.
Trạm biến áp phân phối có chế độ bảo vệ sự cố ở mức thấp (dùng FCO).
Trạm phân phối rất đa dạng và phong phú, có thể là loại treo trên 1 cột, 2 cột, treo trên cột sắt, đặt trên bệ, đặt trong nhà, đặt trong vỏ thép, dưới tầng hầm. Những người làm công tác quy hoạch xây dựng phải đặc biệt quan tâm lưu ý đến kết cấu, đặc điểm, giá thành xây dựng các trạm biến áp này đồng thời phải tuân theo những quy định của Nhà nước và yêu cầu của chủ đầu tư để quyết định chọn loại trạm biến áp phù hợp nhất cho địa điểm được quy hoạch.
3.4. Kết cấu của các trạm biến áp phân phối
3.4.1. Loại trạm treo trên cột:
Máy biến áp và các thiết bị được bố trí trên cột điện, có thể 1 hoặc 2 cột tuỳ vào trọng lượng của máy biến áp. Cột có thể là bêtông chữ H, bêtông ly tâm hoặc cột thép.
- Trạm trên một cột bêtông khi công suất <=150kVA
- Trạm trên hai cột hoặc 1 cột thép khi công suất <=560kVA
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng
45
Đây là kiểu trạm biến áp bố trí ngoài trời, dùng phổ biến cho các khu dân cư (cả đô thị và nông thôn), công trình công cộng, trụ sở cơ quan,… Chi phí xây dựng trạm biến áp này bé nhất trong số các loại trạm biến áp phân phối. Nhược điểm của nó là làm mất mỹ quan đô thị, nguy cơ mất an toàn cao đối với khu dân cư đông đúc. Khu vực nông thôn các trạm này được chọn đặt ở các vị trí đất trống trải, ít người qua lại. Khu vực đô thị thì đặt trên vỉa hè dọc theo các tuyến đường phố
Bài giảng Mạng lưới điện
Đường dây 35kV
Đường dây 35kV
Đường dây 35kV
Xà đỡ dây
Xà lắp FCO + chống sét van
Xà lắp FCO
Máy biến áp
Máy biến áp
Máy biến áp
Tủ điện hạ thế
2 cột bêtông
1 cột bêtông
2 cột bêtông
Một số kiểu trạm biến áp treo trên cột
1 cột sắt
.
Nắp chụp máy biến áp
Máng cáp 0,4kV
Cáp ngầm 0,4kV
Máng cáp 22kV
Tủ điện 0,4kV
Cáp ngầm 22kV
Kiểu trạm “mẹ bồng con”
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng
46
Một kiểu trạm treo cải tiến khác là kiểu trạm “mẹ bồng con”. Trên vỉa hè đúc một trụ bêtông, trên đỉnh trụ đặt máy biến áp, các dây dẫn điện cao áp (điện lưới) và hạ áp (cấp đến hộ tiêu thụ) đều là cáp ngầm. Đoạn cáp leo lên máy biến áp được đặt trong máng cáp kín bằng tôn, phần nhô lên của sứ máy biến áp được che bằng nắp chụp. Các thiết bị phân phối không được bố trí tại trạm mà đặt ở vị trí đấu nối cáp ngầm với lưới điện.
Bài giảng Mạng lưới điện
Trạm này có ưu điểm là rất an toàn vì toàn bộ phần dẫn điện đều được che kín, nhìn chung thì gọn hơn nhiều và chiếm ít đất hơn so với trạm treo.
Chi phí đầu tư xây dựng kiểu trạm này cao hơn trạm treo vì bắt buộc đường dây cao thế và hạ thế đều phải đi ngầm, do đó chỉ dùng cho những nơi có yêu cầu mỹ quan đô thị.
3.4.2. Loại trạm đặt trên bệ:
Máy biến áp được bố trí trên móng bêtông, cao hơn cos nền 0,3-1,2m để tránh ngập nước khi mưa to, nước trên nền thoát không kịp. Dưới móng máy biến áp phải có hố chứa dầu để thu dầu khi máy bị vỡ, tránh gây ô nhiễm môi trường.
Kiểu trạm này sử dụng khi công suất máy >560kVA, khi đó kết cấu giá đỡ máy trên cột không đảm bảo an toàn. Xung quanh trạm có hàng rào bảo vệ cao >1,8m.
Đường dây 35kV
Máy biến áp
Tủ điện hạ thế
Tường rào
Bệ máy
Trạm đặt trên bệ
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng
47
Nhược điểm của trạm là mất mỹ quan, chiếm diện tích đất lớn
Bài giảng Mạng lưới điện
Phạm vi sử dụng: chỉ dùng cho các nhà máy, xí nghiệp yêu cầu công suất lớn, không dùng để cung cấp cho khu dân cư (cả dân cư đô thị lẫn nông thôn). Nếu ở đô thị có mật độ dân cư đông, phụ tải lớn thì người ta dùng nhiều trạm treo trên cột nhưng bố trí với dày hơn vẫn đảm bảo công suất cung cấp chứ không xây dựng loại trạm này
3.4.3. Loại trạm đặt trong nhà:
Toàn bộ thiết bị được bố trí trong nhà để đảm bảo tính thẩm mỹ chung của công trình xây dựng. Nhà trạm có thể xây riêng hoặc đặt chung tại nhà xưởng hoặc đặt dưới tầng hầm của các toà nhà cao tầng (khách sạn, văn phòng,...).Nếu đặt chung thì phải có lưới thép bao quanh máy biến áp để tránh người lại gần.
Máy biến áp đặt trên móng cao hơn nền nhà 300mm, xung quanh móng có hố thu dầu.
Trong trạm phải bố trí chiếu sáng để kiểm tra khi sự cố ban đêm, ngoài ra phải có hệ thống thông gió bằng quạt để tản nhiệt do máy biến áp toả ra.
Phải trang bị hệ thống phòng cháy chữa cháy theo quy định của ngành công an.
Máy biến áp
Tủ điện cao thế
Tủ điện hạ thế
Cửa ra vào thiết kế đủ rộng để sửa chữa, vận chuyển thiết bị.
(cid:1)
(cid:1)
Cáp 22kV
Cáp 0,4kV
Phạm vi sử dụng: dùng cho các khách sạn, nhà cao tầng, siêu thị, văn phòng cho thuê. Hầu như không dùng cho cấp điện dân cư vì chi phí đầu tư lớn
3.4.4. Loại trạm biến áp kiôt:
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng
48
Toàn bộ thiết bị được bố trí trong vỏ kín bằng thép, thường có 3 ngăn riêng biệt: ngăn chứa máy biến áp; ngăn chứa thiết bị cao thế (22kV, 35 kV,…); ngăn chứa thiết bị hạ thế (400V). Trạm rất an toàn, gọn, nhẹ, chiếm ít đất nhưng giá thành rất đắt, ngoài ra hệ thống dẫn điện cũng phải dùng cáp điện ngầm.
Bài giảng Mạng lưới điện
Quả cầu thông gió
Thông gió tự nhiên
Buồng máy biến áp
Buồng 0,4kV
Vỏ tủ
Buồng 22 kV
Bệ móng
Các RMU chế tạo hợp bộ
Dao cách ly
Cáp ngầm từ trạm biến áp trước đến
Cáp ngầm đến trạm biến áp tiếp theo
Máy biến áp
Buồng cao thế 22 kV bao gồm các tủ phân phối 22 kV (gọi là các RMU). Mỗi tủ RMU bao gồm các đầu nối chờ sẵn để lắp cáp điện 22kV dẫn vào tủ kèm theo các thiết bị đóng cắt, đo đếm,…. Tùy vào vị trí của trạm biến áp mà số lượng và kết cấu tủ RMU khác nhau. Với trạm biến áp cuối (trạm cụt) thì RMU chỉ có 2 ngăn, nhưng nếu đường dây 22kV đến trạm này còn tiếp tục đi đến các trạm khác thì RMU có 3 ngăn,… Nhìn chung các tủ RMU được chế tạo hợp bộ và có thể mở rộng khi cần thiết bằng cách ghép nối thêm vào bên cạnh.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng
49
RMU 3 ngăn
Bài giảng Mạng lưới điện
Dao cách ly
RMU phân phối đến trạm biến áp gồm dao cách ly+FCO+tiếp đất sửa chữa
Cáp ngầm từ trạm biến áp trước đến
Máy biến áp trạm cụt
RMU 2 ngăn
Lòng đường
Đất ở chia lô
Lô đất bố trí xây trạm kiôt
Vỉa hè
Phạm vi sử dụng: Những tuyến đường lớn trong đô thị không cho phép bố trí trạm treo trên vỉa hè; những tuyến đường không cho bố trí công trình hạ tầng kỹ thuật nổi thì người ta phải dành sẵn quỹ đất bên ngoài vỉa hè để xây dựng trạm kiôt. Một số công trình xây dựng yêu cầu thẩm mỹ cao như công viên, vườn hoa, trụ sở cơ quan trung ương,.... cũng phải xây dựng trạm kiôt.
3.4.5. Loại trạm biến áp ngầm:
Toàn bộ thiết bị được đặt ngầm dưới lòng đường, phía trên giao thông vẫn diễn ra bình thường. Buồng đặt thiết bị bằng bêtông cốt thép không thấm nước, chịu được tải trọng lớn của ôtô và phương tiện cơ giới. Buồng đặt trạm biến áp thiết kế đảm bảo không có nước chảy vào khi mưa, nắp cống xuống trạm dùng loại có ren. Trong trạm luôn có máy bơm dự phòng tự động hoạt động khi có nước ngập. Hệ thống thông gió và thoát nước được dẫn đến một độ cao đảm bảo không bao giờ ngập nước.
Ưu điểm: đảm bảo mỹ quan, an toàn cao, tiết kiệm đất đai, không xung đột với công trình hạ tầng kỹ thuật khác. Tuy nhiên giá thành đầu tư cực kỳ đắt, vận hành bảo dưỡng rất phức tạp.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng
50
Phạm vi sử dụng: Ở Việt Nam chưa có nơi nào sử dụng loại trạm này do quỹ đất của ta vẫn còn nhiều để bố trí trạm biến áp nổi.
Bài giảng Mạng lưới điện
Khi lập quy hoạch cũng như đầu tư xây dựng các trạm biến áp phân phối, việc chọn lựa kiểu trạm phải tùy vào đặc điểm của từng khu vực quy hoạch dựa trên nhiều tiêu chí như: quỹ đất, độ an àn, mật độ dân cư, tính thẩm mỹ,... Trạm phân phối đa số đều không có người trực thường xuyên mà chỉ kiểm tra định kỳ.
Loại trạm biến áp phân phối phổ biến nhất trong đô thị là trạm treo trên 1 cột sắt hoặc treo trên 2 cột bêtông ly tâm.
Với khu vực nông thôn có thể người ta dùng các máy biến áp 1 pha treo trên 1 cột bêtông ly tâm hoặc cột bêtông tự đúc chữ H.
Một khu dân cư trung bình và lớn được quy hoạch thường gồm một số trạm biến áp phân phối rải đều trên mặt bằng quy hoạch. Các khu dân cư nhỏ thì chỉ cần 1 trạm biến áp phân phối và người ta xây dựng các đường dây hạ thế lấy nguồn điện từ trạm này để cấp đến hộ dân, thậm chí nếu khu dân cư quá nhỏ thì có thể lấy điện trực tiếp từ trạm biến áp phân phối của khu dân cư khác mà không cần xây dựng trạm biến áp.
3.5. Sơ đồ nối điện của trạm biến áp phân phối
Các trạm biến áp phân phối thường có các loại sơ đồ nối điện sau đây (gọi là sơ đồ nguyên lý của trạm biến áp).
- Sơ đồ 1: Đường dây cao áp – FCO – Chống sét van – Máy biến áp- Tủ điện hạ áp.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng
51
- Sơ đồ 2: Đường dây cao áp – Chống sét van - FCO – Máy biến áp- Tủ điện hạ áp.
Bài giảng Mạng lưới điện
Đường dây 22 kV
Đường dây 22 kV
FCO
Chống sét van 22 kV
FCO
Chống sét van 22 kV
Máy biến áp
Máy biến áp
Tủ phân phối 0,4kV
Tủ phân phối 0,4kV
Sơ đồ 2
Sơ đồ 1
Trước đây người ta thường dùng sơ đồ 2, tuy nhiên gần đây đa số các Công ty điện lực tỉnh đã chuyển sang dùng sơ đồ 1. Ưu điểm của sơ đồ 1 là khi chống sét van bị hư hỏng, người ta có thể cắt FCO ra và tiến hành thay thế chống sét van mà đường dây 22 kV vẫn mang điện để cấp cho các trạm biến áp khác. Với sơ đồ 2 nếu chống sét van bị hỏng người ta phải cắt toàn bộ đường dây 22 kV mới thay thế được, dẫn đến mất điện một khu vực rộng lớn.
Phía 0,4kV đặt trong tủ hạ thế gồm 1 aptomat tổng và các aptomat xuất tuyến để cấp điện đến các nhánh đường dây hạ thế. Ngoài ra trong tủ còn đặt các đồng hồ đo đếm điện năng kWh và kVArh do ngành điện lắp đặt.
3.6. Trạm biến áp có các máy biến áp làm việc song song
Lưới điện
Để nâng cao hiệu quả vận hành cũng như độ tin cậy, các trạm biến áp có thể thiết kế
S/2
S/2
gồm nhiều máy vận hành song song. Đây là chế độ mà phía sơ cấp của các máy biến áp nối chung với lưới điện, phía thứ cấp nối chung với hộ tiêu thụ điện. Khi hai máy giống nhau vận hành song song thì phụ tải tự động chia đều cho 2 máy.
Tuy có lợi về kinh tế và linh hoạt chọn chế độ vận hành theo sự biến động phụ tải nhưng các máy biến áp muốn vận hành song song phải thỏa mãn một số điều kiện kỹ thuật nhất định, đó là:
- Điện áp định mức sơ cấp và thứ cấp phải giống nhau.
- Cùng tổ đấu dây (điện áp thứ cấp phải cùng pha).
Phụ tải S
- Điện áp ngắn mạch giống nhau.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng
52
Nói chung nếu đã có ý định thiết kế vận hành song song thì nên chọn các máy biến áp có thông số hoàn toàn giống nhau.
Bài giảng Mạng lưới điện
Với các hộ tiêu thụ quan trọng (bệnh viện, tổng đài viễn thông, ngân hàng,...) thì trạm biến áp cấp điện phải sử dụng 2 máy, tuyệt đối không dùng 1 máy có công suất lớn vì khi 1 máy mang đi sửa chữa thì mất điện toàn công trình. Nếu dùng 2 máy thì còn 1 máy vận hành đủ cấp cho những phụ tải thiết yếu trong công trình.
Việc dùng 2 máy biến áp trong một trạm biến áp tốn kém hơn so với dùng 1 máy có công suất tương đương như: tốn kém chi phí đầu tư, chiếm nhiều diện tích đất hơn, hành lang đường dây điện phải bố trí rộng hơn,... do đó khi lập quy hoạch phải chú ý đến các hộ tiêu thụ loại này để bố trí đất và bố trí nguồn vốn xây dựng.
3.7. Xác định số lượng và quy hoạch vị trí các trạm biến áp phân phối
S
pt
=
N
S
MBA
Gọi Spt là công suất tính toán của phụ tải trong khu vực quy hoạch và SMBA là công suất của loại máy biến áp sử dụng được chọn,thì số lượng máy biến áp cần thiết là:
S
S
1
2
pt
pt
=
=
N
Trường hợp sử dụng nhiều chủng loại máy biến áp SMBA1, SMBA2,… cho khu vực quy hoạch thì người ta phân chia phụ tải thành các vùng tương ứng Spt1, Spt2,… và tính số lượng từng loại máy biến áp:
N 1
2
S
1
2
S MBA
MBA
, , ….
Trạm 400kVA
Trạm 400kVA
Khu vực 1
Khu vực 2
Đất ở chia lô
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng
53
Kinh nghiệm thực tế cho thấy ở khu vực dân cư, khu công nghiệp có phụ tải phân bố đều trên diện tích quy hoạch nên người ta chia các hộ tiêu thụ thành các khu vực sao cho trong mỗi khu vực đó tổng phụ tải £ 400kVA và bố trí 01 trạm biến áp 400kVA để cấp điện. Không nên bố trí các trạm biến áp có công suất > 400kVA vì khi xảy ra sự cố có khả năng mất điện nhiều phụ tải.
Bài giảng Mạng lưới điện
Việc xác định vị trí đặt trạm biến áp không có một quy định cụ thể nào và cũng không có lý thuyết nào xác định một cách rõ ràng. Tuy nhiên khi xác định vị trí đặt trạm biến áp cần tuan theo một số chỉ dẫn cần thiết sau:
- Nên đặt trạm ở gần trung tâm phụ tải điện để đảm bảo ít tổn hao công suất.
- Gần đường giao thông để thuận lợi cho công tác xây lắp, vận hành, sửa chữa, thay thế thiết bị.
- Đặt trạm gần các công trình công cộng như công viên, quảng trường, bãi đất trống, trạm xử lý nước thải,... thuận lợi cho công tác thi công, chi phí đền bù giảm, không ảnh hưởng đến dân cư, thuận lợi khi sử chữa. Hoặc có thể chọn đặt trạm ở khu vực đất có giá trị sử dụng thấp, giá đất rẻ.
- Nếu đặt trên vỉa hè thì nên đặt tại ranh giới của 2 lô đất, không được đặt giữa lô đất gây cản trở nhà dân.
- Tránh đặt trạm biến áp ở các ngã tư, ngã ba đường phố mà phải lùi dọc vỉa hè 1-2 nhà dân. Các vị trí ngã ba, ngã tư là nơi đất có giá trị lớn dùng để buôn bán, kinh doanh, nếu đặt trạm thì choán hết diện tích này và làm giảm giá trị khu đất. Hơn nữa ở đây là nơi xung đột của nhiều công trình hạ tầng kỹ thuật nên khó bố trí thiết bị, đồng thời nơi đây có bán kính cong nên dây dẫn điện kéo đến trạm thường sát với nhà dân gây mất an toàn.
- Trạm phải tránh những nơi đất có nguy cơ sạt lở, xói mòn hoặc dễ bị xâm thực của các dòng chảy. Nếu bắt buộc phải đặt ở các vị trí này thì phải có biện pháp gia cố, gây tốn kém.
- Không đặt trạm vào khu đất đã được quy hoạch, ví dụ khu đất đã được quy hoạch làm khu du lịch sinh thái, làm UBND xã, làm trường học,.... Do đó người làm công tác quy hoạch phải điều tra tình hình quy hoạch ở địa phương để có số liệu cụ thể.
- Không đặt trạm chồng lấn với các công trình hạ tầng kỹ thuật khác hiện có, ví dụ công trình điện, công trình viễn thông, công trình thoát nước,.... Điều này bắt buộc người làm quy hoạch phải liên hệ với các cơ quan quản lý chuyên ngành để có số liệu cụ thể.
3.8. Đánh giá khả năng mang tải của các trạm biến áp hiện trạng
Trong tính toán quy hoạch có thể xảy ra các trường hợp:
- Diện tích quy hoạch bé và liền kề với các khu dân cư đã có mạng lưới điện
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng
54
- Quy hoạch lại khu dân cư hiện trạng.
Bài giảng Mạng lưới điện
Trong 2 trường hợp này đều phải xác định khả năng mang tải của các trạm biến áp hiện có. Nếu máy biến áp còn non tải thì có thể sử dụng điện của các trạm biến áp này, ngược lại nếu máy biến áp đã đủ tải thì phải đầu tư trạm biến áp mới.
tb
=
k
mt
S S
ñm
Để xác định mức độ mang tải của máy biến áp hiện có người ta đưa ra định nghĩa hệ số mang tải trung bình của các trạm biến áp:
=
S
Stb, Sđm - công suất trung bình và công suất định mức của trạm biến áp (kVA) Công suất trung bình được xác định theo biểu thức:
tb
j
A .cos
T
tb
(kVA)
Trong đó:
tb - hệ số công suất trung bình của phụ tải.
A – điện năng (kWh) truyền tải qua máy biến áp trong khoảng thời gian khảo sát T (h); cosj
VÙNG NGHIÊN CỨU QUY
Lưới điện hiện có
Trạm điện khu vực
Ranh giới quy hoạch
VÙNG HIỆN TRẠNG
Trong công thức trên lưu ý rằng Stb là giá trị trung bình, không lấy giá trị Smax vì thời gian tồn tại Smax thường rất bé, trong khi đó máy biến áp cho phép vận hành quá tải. Thời gian quá tải phụ thuộc vào mức độ quá tải, ví dụ nếu mức quá tải là 40% thì cho phép vận hành trong 6 giờ,..
Nếu Kmt > 0,75 thì có thể coi là máy đã đầy tải. Trường hợp này không thể lấy điện từ trạm biến áp để cấp cho khu vực quy hoạch nữa mà phải điều tra tiếp các trạm biến áp khác xa hơn hoặc kéo đường dây cao thế đến khu vực quy hoạch và xây dựng các trạm biến áp mới.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng
55
Nếu hệ số mang tải nằm trong khoảng kmt < 0,45 thì máy biến áp được coi là non tải và kmt £ 0,45 £ 0,75 thì máy biến áp được coi là mang tải bình thường. Trong 2 trường hợp này có thể lấy nguồn từ trạm biến áp để cấp cho khu vực quy hoạch. Tuy nhiên để khẳng định chắc chắn có lấy điện từ trạm biến áp này được không thì lại phải quay lại tính toán mức độ mang tải mới Kmt2 sau khi cộng thêm phụ tải dự báo của khu vực quy hoạch như sau:
Bài giảng Mạng lưới điện
2
2
+
j
+
+
(
. os
)
Q (
j .sin
S
)
P qh
S c tb
qh
tb
tb
tb
=
k
mt
2
S
ñm
Trong đó Pqh và Qqh là công suất tác dụng và phản kháng dự kiến của khu vực quy hoạch.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học Kiến trúc Đà Nẵng
56
Giá trị Kmt2 < 0,75 thì toàn bộ khu vực quy hoạch được lấy điện từ trạm biến áp. Nếu Kmt<0,75 nhưng Kmt2 > 0,75 thì có thể xem xét một phần nào đó của phụ tải khu vực quy hoạch nhận điện từ trạm biến áp hiện có, phần còn lại thì xem xét đấu vào các trạm biến áp khác.
Bài giảng Mạng lưới điện
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN NHU CẦU ĐIỆN
4.1. Các thông số đặc trưng cho phụ tải điện
Ở chương trước ta đã làm quen với khái niệm tam giác công suất, trong đó mỗi phụ tải có quan hệ với nhau thông qua tam giác điện được đặc trưng bởi 4 thông số P, Q, S, cosj công suất.
S
Q
- Công suất tác dụng P, đơn vị W, kW, MW
j
P
- Công suất phản kháng Q, đơn vị Var, kVar, MVar
- Công suất biểu kiến S, đơn vị VA, kVA, MVA - Hệ số công suất cosj .
Trong tính toán nhu cầu điện thì phụ tải điện cần được hiểu theo nghĩa rộng hơn. Phụ tải điện có thể là một gia đình, một khu dân cư, một khu phố,... Và mỗi phụ tải điện như vậy đều được đặc trưng bởi một tam giác công suất. Ngoài ra phụ tải điện trong giai đoạn quy hoạch là loại phụ tải điện dự báo (giá trị tương lai) nên việc tính toán có thể có sai số nhất định.
Có 3 phương pháp để tính toán phụ tải điện: Tính theo chỉ tiêu cấp điện tối thiểu, tính theo suất phụ tải và dự báo phụ tải. Trong đó phương pháp tính theo chỉ tiêu cấp điện tối thiểu thường được dùng trong quy hoạch vì nó dựa vào các số liệu được công bố trong QCVN:01/2008/BXD do Bộ Xây dựng ban hành nên đảm bảo độ tin cậy và có cơ sở pháp lý rõ ràng.
4.2. Xác định phụ tải điện theo chỉ tiêu cấp điện tối thiểu
thị, quy hoạch nông thành bảng cụ thôn) và lập thể
Theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về quy hoạch xây dựng QCVN:01/2008/BXD, khi lập các đồ án quy hoạch xây dựng phải thỏa mãn các chỉ tiêu cấp điện tối thiểu. Chỉ tiêu cấp điện tối thiểu được phân theo các thành phần phụ tải đối với từng loại quy hoạch (quy hoạch vùng, quy hoạch đô trong QCVN:01/2008/BXD. Đây được xem là cơ sở tin cậy tính toán mức cung cấp điện tối thiểu cho khu vực quy hoạch.
Chỉ tiêu cấp điện tối thiểu là giá trị nhu cầu điện trên một đơn vị sản phẩm. Khi đầu tư mới một khu đô thị, một khu dân cư,.... thường biết trước quy mô đầu tư như: quy mô dân số (số người), quy mô diện tích (ha), quy mô sinh viên,.... Do đó chỉ tiêu cấp điện được tính bằng W/người, W/ha, W/hộ dân, W/m2 sàn, W/học sinh, W/phòng ngủ, W/giường bệnh,...
4.2.1. Tính toán phụ tải điện khu vực đô thị
Khi lập quy hoạch xây dựng đô thị, để xác định phụ tải điện đô thị người ta chia các hộ tiêu dùng điện thành 4 nhóm gồm: Điện sinh hoạt, điện công trình công cộng, điện sản xuất, điện chiếu sáng công cộng trong đô thị và tính toán riêng cho từng nhóm rồi tổng hợp lại thành phụ tải của đô thị.
a) Nhóm dùng điện sinh hoạt (điện tiêu dùng dân cư):
Công thức tính phụ tải điện sinh hoạt: Psh = Knc· P0· n
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
57
Trong đó:
Bài giảng Mạng lưới điện
Psh là công suất tác dụng của phụ tải điện sinh hoạt, tính bằng kW. Knc là hệ số nhu cầu. Theo kinh nghiệm lấy Knc=0,8 n là số hộ dân hoặc số người tùy vào loại số liệu tính toán.
TT
Chỉ tiêu
Giai đoạn đầu
Giai đoạn dài hạn
(10 năm)
(sau 10 năm)
Đô thị đặc biệt
Đô thị loại 1
Đô thị loại 2,3
Đô thị loại 4,5
Đô thị đặc biệt
Đô thị loại 1
Đô thị loại 2,3
Đô thị loại 4,5
2800
2500
2500
2000
3000
3000
3000
3000
1 Số giờ sử dụng công suất lớn nhất (h/năm)
2
Phụ tải (kW/người)
0,5
0,45
0,3
0,2
0,8
0,7
0,5
0,33
Đặc điểm khu dân cư
Phụ tải (kW/hộ dân)
Khu nhà ở thấp tầng (1-2 tầng) cải tạo hoặc xây mới
2
Khu nhà liên kế hoặc chung cư 4-5 tầng
3
Khu nhà chung cư >=9 tầng
4
Khu nhà biệt thự
5
P0 là chỉ tiêu dùng điện tối thiểu. Đơn vị của P0 có thể là kW/hộ dân hoặc kW/người tùy vào loại số liệu tính toán được chọn trong các bảng sau:
Bảng trên thường dùng trong giai đoạn quy hoạch chung đô thị, bảng dưới thường dùng ở giai đoạn lập quy hoạch chi tiết đô thị.
=
n
Một số loại nhà trong quy hoạch xây dựng như: Nhà vườn lấy như nhà thấp tầng; ký túc xá lấy như nhà chung cư. Trong trường hợp quy hoạch xây dựng chỉ cho biết tổng diện tích
S S 1
. nhà ở là S, diện tích mỗi hộ dân là S1 thì tính số hộ theo công thức
Nếu khu vực quy hoạch có nhiều loại nhà ở thì tính công suất của từng loại nhà ở theo công thức trên, sau đó lấy tổng công suất của chúng.
Ví dụ: Khu dân cư có 2 chung cư 9 tầng, mỗi chung cư 50 phòng và một khu biệt thự với 6 biệt thự cao cấp. Hãy tính phụ tải điện của khu dân cư:
Đáp số: Psh = 344 kW
b) Nhóm dùng điện của các công trình công cộng:
Các công trình công cộng thường có ở trong đô thị gồm công trình thương mại – dịch vụ; Công sở, văn phòng làm việc; Trường mẫu giáo; Trường Tiểu học; Trường trung học; Trường cao đẳng; Trường đại học; công trình văn hóa-thể thao,…
Công thức tính phụ tải điện của nhóm công trình công cộng:
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
58
Q Pcc =Knc· P0·
Bài giảng Mạng lưới điện
Trong đó:
Pcc là công suất tác dụng của phụ tải điện công trình công cộng, tính bằng kW. Knc là hệ số nhu cầu. Theo kinh nghiệm lấy Knc=0,8 Q là quy mô đầu tư, có thể là m2 sàn xây dựng; số giường bệnh; số học sinh;… tùy vào loại công trình. Một số công trình xây dựng ở giai đoạn lập quy hoạch người ta chưa tính được m2 sàn xây dựng mà chỉ biết diện tích đất xây dựng S, số tầng cao dự kiến của công trình là N thì diện tích sàn tạm lấy theo công thức Q = S.t.N với t là mật độ xây dựng (nếu quy hoạch xây dựng chưa xác định được t thì tạm lấy t=0,25 với chung cư và t=0,35 với các công trình còn lại)
P0 là chỉ tiêu dùng điện tối thiểu. Đơn vị của P0 đối với các loại công trình công cộng rất khác nhau. Ví dụ: Văn phòng làm việc tính theo kW/m2 sàn xây dựng; Nhà trẻ và trường học tính theo kW/học sinh; Bệnh viện và khách sạn tính theo kW/giường,…. Các số liệu P0 lấy theo các bảng sau:
Đô thị đặc biệt Đô thị loại I Đô thị loại II-III Đô thị loại IV-V
50%
40%
35%
30%
Loại đô thị Điện công trình công cộng (tính bằng % phụ tải điện sinh hoạt)
TT
Tên phụ tải
1
2
3
4
5
Văn phòng, trụ sở làm việc, cơ quan hành chính: - Không có điều hòa nhiệt độ - Có điều hòa nhiệt độ Trường học: - Nhà trẻ, mẫu giáo không có điều hòa nhiệt độ - Nhà trẻ, mẫu giáo có điều hòa nhiệt độ - Trường tiểu học hoặc trung học không có điều hòa nhiệt độ - Trường tiểu học hoặc trung học có điều hòa nhiệt độ - Trường đại học không có điều hòa nhiệt độ - Trường đại học có điều hòa nhiệt độ Cửa hàng, siêu thị, chợ, trung tâm thương mại, công trình dịch vụ: - Không có điều hòa nhiệt độ - Có điều hòa nhiệt độ Nhà nghỉ, khách sạn: - Hạng 1 sao - Hạng 2-3 sao - Hạng 4-5 sao Công trình y tế: - Bệnh viện cấp quốc gia - Bệnh viện cấp tỉnh, thành phố trung tương - Bệnh viện cấp quận, huyện
6 Rạp hát, rạp chiếu phim, rạp xiếc (có điều hòa nhiệt độ)
Chỉ tiêu cấp điện P0 0,02kW/m2 sàn 0,03kW/m2 sàn 0,15kW/cháu 0,2kW/cháu 0,1kW/học sinh 0,15kW/học sinh 0,015kW/m2 sàn 0,025kW/m2 sàn 0,02kW/m2 sàn 0,03kW/m2 sàn 2kW/ giường 2,5kW/ giường 3,5kW/ giường 2,5kW/ giường bệnh 2kW/ giường bệnh 1,5kW/ giường bệnh 0,025kW/m2 sàn
7 Công trình văn hóa - thể thao
250kW/ha
8 Nhà máy xử lý nước thải
200kW/ha
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
59
Bảng trên thường dùng trong giai đoạn quy hoạch chung đô thị, bảng dưới thường dùng ở giai đoạn lập quy hoạch chi tiết đô thị.
Bài giảng Mạng lưới điện
Cũng giống như nhóm phụ tải điện sinh hoạt, nếu khu vực quy hoạch có nhiều loại công trình công cộng thì tính công suất của từng loại theo công thức trên, sau đó lấy tổng công suất của chúng: Pcc = Pcc1 + Pcc2 + … + Pccm
c) Nhóm dùng điện của khu vực sản xuất:
Công thức tính phụ tải điện của nhóm sản xuất trong đô thị:
Psx = Knc· P0· S
Trong đó:
Psx là công suất tác dụng của phụ tải điện công trình sản xuất, tính bằng kW. S là diện tích đất dành cho sản xuất (m2).
Knc là hệ số nhu cầu. Theo kinh nghiệm lấy Knc=0,8 P0 là chỉ tiêu dùng điện tối thiểu, đơn vị kW/ha và được lấy theo bảng sau:
Loại công nghiệp TT Chỉ tiêu cấp điện P0(kW/ha)
350 1 Công nghiệp nặng (luyện gang, luyện thép, sản xuất ôtô, sản xuất máy cái, công nghiệp hóa dầu, hóa chất, phân bón, sản xuất xi măng)
2 Công nghiệp vật liệu xây dựng khác, cơ khí 3 Công nghiệp chế biến lương thực, thực phẩm, điện tử, vi tính, dệt 4 Công nghiệp giày da, may mặc 5 Cụm công nghiệp nhỏ, tiểu công nghiệp 6 Các cơ sở sản xuất thủ công nghiệp 7 Kho tàng các loại 250 200 160 140 120 50
Cũng giống như nhóm phụ tải điện sinh hoạt, nếu khu vực quy hoạch có nhiều loại công trình sản xuất thì tính công suất của từng loại theo công thức trên, sau đó lấy tổng công suất của chúng: Psx = Psx1 + Psx2 + … + Psxm
d) Nhóm dùng điện chiếu sáng công cộng (giao thông, công viên – cây xanh, …)
Công thức tính phụ tải điện của nhóm chiếu sáng công cộng:
(công viên - cây xanh, quảng trường, bãi đỗ xe,…)
(đường giao thông) Pcs1 = Knc· P0· S Pcs2 = Knc· P0· L
Trong đó:
Pscs1, Pcs2 là công suất tác dụng của phụ tải điện chiếu sáng công cộng, tính bằng kW. S là diện tích đất dành cho công viên-cây xanh, quảng trường. bãi đỗ xe,… (ha)
L là chiều dài đường giao thông (km)
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
60
Knc là hệ số nhu cầu. Theo kinh nghiệm lấy Knc=0,8
Bài giảng Mạng lưới điện
P0 là hệ số thực nghiệm, đơn vị kW/ha hoặc kW/km. Trong QCXDVN01:2008 không cho P0 trực tiếp mà cho các thông số quang học (thông số phụ tải gián tiếp) Cd/m2. Do vậy phải dùng các phần mềm tính toán như Ulysse, Dialux,… để xác định P0 chính xác.
Một cách gần đúng có thể tạm lấy P0=10kW/ha đối với công viên- cây xanh, quảng trường đô thị, bãi đỗ xe,...
Với đường giao thông, giá trị P0 như sau: + Lòng đường rộng >30m thì P0 = 30kW/km + Lòng đường rộng 21-30m thì P0 = 15kW/km + Lòng đường rộng 10-20m thì P0 = 9kW/km + Lòng đường rộng 5,5-9m thì P0 = 5kW/km + Lòng đường rộng 3,5-5m thì P0 = 1kW/km Tổng công suất điện chiếu sáng công cộng Pcs = Pcs1 + Pcs2
e) Tính toán phụ tải điện toàn đô thị
Công suất tác dụng toàn đô thị là: Ptt = Kdt.Kđt · (Psh + Pcc + Psx + Pcs)
Trong đó:
Kđt là hệ số đồng thời tính đến sự xuất hiện phụ tải max của các nhóm không cùng một thời điểm. Do số nhóm bằng 4 nên tra bảng trong các sổ tay thiết kế điện được Kđt=0,8
Kdt là hệ số dự trữ tính đến sai số trong quá trình tính toán và các phụ tải phát sinh mà chưa tính được Kdt=1,2.
=
=
S
tt
P tt j c os
P tt 0,85
Công suất biểu kiến toàn đô thị là:
= 0,85 hệ số công suất, lấy bằng mức quy định tối thiểu của Chính phủ đối với Với cosj phụ tải điện.
4.2.2. Tính toán phụ tải điện khu vực nông thôn
Với đồ án quy hoạch xây dựng nông thôn, phụ tải điện được phân thành: Phụ tải điện sinh hoạt của các điểm dân cư; Phụ tải điện công trình công cộng trong các điểm dân cư (trung tâm xã); Phụ tải điện sản xuất nông nghiệp.
Các loại phụ tải điện này được tính theo chỉ tiêu cấp điện tối thiểu sau đây:
a) Chỉ tiêu cấp điện sinh hoạt tối thiểu của điểm dân cư nông thôn :
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
61
Phụ tải sinh hoạt của các hộ gia đình nông dân bao gồm các thành phần: thắp sáng chiếm trung bình khoảng 50‚ 70% tổng lượng điện năng tiêu thụ, quạt mát (20‚ 30)%, đun nấu (10‚ 20)%, bơm nước (5‚ 10)% và các thành phần khác. Cùng với sự phát triển kinh tế, cơ cấu các thành phần phụ tải điện trong các hộ gia đình nông dân cũng thay đổi. Các thiết bị
Bài giảng Mạng lưới điện
điện sử dụng cho mục đích giải trí ngày càng tăng, trong khi đó phụ tải chiếu sáng có xu hướng giảm dần. Vấn đề này cũng cần được xem xét kỹ lưỡng khi tính toán quy hoạch cấp điện.
Chỉ tiêu
Giai đoạn đầu (10 năm) Giai đoạn dài hạn (sau 10 năm)
Phụ tải (kW/người)
0,1
0,165
Trong đồ án quy hoạch xây dựng, phụ tải điện sinh hoạt nông thôn được tính bằng 50% chỉ tiêu cấp điện sinh hoạt tối thiểu của đô thị loại V. Cụ thể:
b) Chỉ tiêu cấp điện tối thiểu cho công trình công cộng:
Phụ tải dịch vụ công cộng nông thôn bao gồm các thành phần sử dụng cho các nhu cầu hoạt động của cộng đồng như: ủy ban nhân dân, trường học, trạm y tế, nhà văn hóa, cửa hàng bách hóa, chiếu sáng đường nông thôn,...
Chỉ tiêu
Giai đoạn đầu (10 năm) Giai đoạn dài hạn (sau 10 năm)
Phụ tải (kW/người)
0,015
0,025
Trong đồ án quy hoạch xây dựng, phụ tải điện công cộng nông thôn được tính bằng 15% chỉ tiêu cấp điện sinh hoạt tối thiểu của điểm dân cư nông thôn. Cụ thể:
Trong đó hệ thống chiếu sáng đường khu vực trung tâm xã phải đảm bảo độ rọi ≥ 3Lx và các đường còn lại phải đảm báo ≥1,5Lx.
c) Tính phụ tải điện phục vụ sản xuất nông nghiệp:
Loại phụ tải này gồm: công nghiệp địa phương, tiểu thủ công, lâm nghiệp, tưới tiêu,...
Các cơ sở sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, lâm nghiệp phải tính toán số liệu phụ tải điện dựa trên quy mô của từng cơ sở sản xuất.
Nhu cầu điện cho Chỉ tiêu cấp điện (kW/.ha)
sản xuất nông nghiệp Vùng đồng bằng Vùng trung du Vùng núi
Dùng cho tưới nước 0,08-0,1 0,12-0,15 0,2-0,23
0,35-0,4
Dùng cho tiêu nước (các trạm bơm) Ví dụ: Cho mặt bằng quy hoạch chi tiết xây dựng một khu đô thị như hình vẽ bên dưới.
Hãy tính phụ tải điện theo chỉ tiêu cấp điện tối thiểu.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
62
Đáp số: Ptt = 82,2 kW; Stt = 96,7 kVA.
Bài giảng Mạng lưới điện
Ranh giới quy hoạch
Đất ở chia lô Mỗi lô 5m x 20m
Đoạn đường dài 114m
m 5 , 0 1
7,5m
7,5m
7,5m
m 5 6 i à d g n ờ ư đ n ạ o Đ
Đoạn đường dài 114m
m 5 , 0 1
4.3. Xác định phụ tải điện theo suất phụ tải.
Suất phụ tải điện là số liệu thống kê công suất trên một đơn vị sản phẩm, một đơn vị diện tích hoặc một đơn vị chiều dài,... của các công trình đã đưa vào sử dụng, sau đó sử dụng số liệu này để tính toán cho các công trình có công năng tương tự đang chuẩn bị đầu tư. Các số liệu về suất phụ tải hiện nay tương đối nhiều và được thống kê bởi nhiều tác giả trong nhiều tài liệu chuyên môn. Lưu ý rằng các số liệu về suất phụ tải luôn luôn thay đổi do đời sống xã hội phát triển, công nghệ sản xuất ngày càng hiện đại. Do đó cùng một loại phụ tải nhưng số liệu mỗi tác giả đưa ra có khác nhau. Về nguyên tắc ta xem xét và lấy số liệu được cập nhật mới nhất. Nhiệm vụ của người làm quy hoạch là phải luôn luôn thu thập và cập nhật các số liệu này để phục vụ công việc của mình.
Phương pháp tính theo suất phụ tải điện rất đơn giản nhưng hiệu quả trong việc tính toán phụ tải điện của các nhà máy, xí nghiệp, khu công nghiệp đã biết quy mô xây dựng vì khi đã hình thành dự án đầu tư thì chủ đầu tư đã xác định trước quy mô. Ví dụ: xây dựng một trường đại học thì ban đầu người ta đã định hướng quy mô bao nhiêu sinh viên; xây dựng một nhà máy luyện thép thì ban đầu người ta đã định hướng quy mô bao nhiêu tấn sản phẩm,...
Bảng dưới đây liệt kê suất phụ tải điện của một số công trình được trích ra từ một số tài liệu chuyên môn (trích một phần):
+ Trích giáo trình Điện công trình của tác giả Trần Thị Mỹ Hạnh, Trường đại học kiến trúc thành phố Hồ chí Minh, xuất bản năm 2008.
Suất phụ tải điện
STT
Loại công trình
Đơn vị
Giá trị
1
Nhà ở chung cư
kW/người
0,27
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
63
Bài giảng Mạng lưới điện
Khách sạn
kW/người
0,27
2
Nhà văn hóa, câu lạc bộ
kW/người
0,225
3
Nhà trẻ, mẫu giáo
0,32
4
Cơ quan thiết kế
kW/cháu kW/m2
0,041
5
Trường phổ thông
kW/học sinh
0,112
6
Trường trung học, đại học
0,128
7
Phòng thí nghiệm
kW/sinh viên kW/m2
0,048
8
Bệnh viện đa khoa
kW/giường
1,76
9
Sân vận động 40.000 chỗ
0,016
10
Nhà hàng ăn uống
0,48
11
Cơ quan hành chính
kW/chỗ ngồi kW/m2 kW/m2
0,036
12
+ Trích giáo trình Mạng điện thành phố của tác giả Vương Song Hỷ, Trường đại học kiến trúc Hà Nội, xuất bản năm 1991.
Suất phụ tải điện tính cho 1000 dân khu vực đô thị
Suất phụ tải điện/1000 dân
STT
Loại công trình
Đơn vị
Giá trị
Nhà trẻ
6,0
1
kW kW
Trường học
28,8
2
kW
Phòng khám đa khoa
7,0
3
kW
Nhà hát
2,5
4
kW
Câu lạc bộ
3,0
5
kW
Thư viện
2,5
6
kW
Cơ quan hành chính nhà nước
5,0
7
kW
Khách sạn
7,5
8
kW
Nhà hàng
17,5
9
kW
124
Công trình công cộng, trụ sở doanh nghiệp, cơ quan,…
10
kW
Rạp phim
1,2
11
kW
Nhà ở
130
12
Suất phụ tải điện tính theo diện tích đất xây dựng công trình
Phụ tải điện theo số tầng nhà (kW/ha)
STT
Loại công trình
7
6
5
4
3
2
1
1
168
155
127
112
84
56
28
Đất xây dựng công trình (nhà ở, trụ sở, cơ quan, nhà máy,...)
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
64
Bài giảng Mạng lưới điện
Suất phụ tải điện tính theo chiều dài đường phố
Suất phụ tải điện
STT
Loại đường giao thông
Đơn vị
Giá trị
kW/m
1
0,6‚ 0,8
kW/m
2
kW/m
3
Đường nhộn nhịp, có nhiều nhà cao ≥5 tầng, nhiều cơ quan, trụ sở, cửa hàng, cửa hiệu,.... Đường nhộn nhịp trung bình, có nhiều nhà 4‚ 5 tầng Đường yên tĩnh có nhiều nhà 2‚ 3 tầng
0,4‚ 0,6 0,15‚ 0,4
kW/m
4
0,04‚ 0,15
Đường có nhiều nhà 1 tầng, nhà cấp 4, đường phố khu dân cư thu nhập thấp.
Suất phụ tải điện chiếu sáng đường phố, bãi đỗ xe, quảng trường đô thị
Suất phụ tải điện
STT
Loại đường giao thông
Đơn vị
Đường phố chính thủ đô, đô thị loại 1 trở lên
kW/km
1
Đường phố chính của đô thị loại 2 trở xuống
kW/km
2
Đường phố trong khu dân cư có nhiều nhà cao tầng
kW/km
3
Giá trị 80‚ 100 20‚ 30 7‚ 10
Đường phố trong khu dân cư có nhiều nhà thấp tầng
kW/km
7
4
Đường phố qua thị trấn và các điểm dân cư tập trung
kW/km
3,5
5
Suất điện năng tiêu thụ của các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp
Suất phụ tải điện
STT
Loại công nghiệp
Giá trị
Đơn vị
kWh/tấn
80
Nhà máy xi măng
1
kWh/tấn
470
Nhà máy bột giấy
2
kWh/m
1,8
Nhà máy dệt
3
kWh/tấn
150
Nhà máy đường
4
kWh/1000viên
0,017-0,022
Nhà máy gạch
5
kWh/tấn
Nhà máy luyện thép
6
kWh/tấn
Nhà máy luyện nhôm
7
10-17 18000‚ 20000
kWh/tấn
600
Nhà máy phân đạm
8
...
...
...
...
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
65
Phương pháp này chắc chắn có sai số lớn vì giá trị suất phụ tải điện luôn biến động theo thời gian, hơn nữa phương pháp điều tra nhiều khi không thống nhất, có khi số liệu ghi chép và thống kê chưa chắc đã đúng (nhất là ở Việt Nam).
Bài giảng Mạng lưới điện
4.4. Dự báo phụ tải điện bằng phương pháp ngoại suy theo thời gian: Nội dung của phương pháp này là nghiên cứu diễn biến của phụ tải trong các năm quá khứ tương đối ổn định và tìm ra quy luật biến đổi của phụ tải phụ thuộc vào thời gian, từ đó sử dụng mô hình tìm được để ngoại suy cho giai đoạn dự báo ở tương lai. Các mô hình dự báo kiểu này được xác định trên cơ sở phân tích tương quan hồi quy.
Phương pháp ngoại suy thường có sai số nhất định. Nguyên nhân chính dẫn đến sai số dự báo là do sự biến động của một số nhân tố liên quan đến quá trình tiêu thụ điện. Giá điện là một biến quan trọng tác động đến nhu cầu phụ tải. Giá điện tăng tạo ra các thay đổi về mô hình nhu cầu phụ tải cho giai đoạn dự báo ở tương lai. Có giả thiết cho rằng sự thay đổi cấu trúc trong mô hình cũng có thể là nguyên nhân khác gây ra sai số dự báo.
Tùy thuộc vào sự diễn biến của phụ tải trong các năm quá khứ, có thể tồn tại một số dạng
hàm hồi quy cơ bản sau đây:
P(t) = a.t + b
Đường hồi quy
Các giá trị thực
Pt
t
n
4.4.1. Phương trình hồi quy tuyến tính Mô hình tuyến tính biểu thị sự biến đổi của phụ tải P theo thời gian t có dạng: Trong đó: a và b là các hệ số hồi quy, được xác định theo phương pháp bình phương cực tiểu, là
n
∑ + b t
2 i
∑ = t
i
∑ . P t i
i
= 1
i
= 1
i
= 1
i
n
n
nghiệm của hệ phương trình tuyến tính 2 ẩn số sau: n a
t
∑ + nb =
i
∑ P i
= 1
i
= 1
i
a
Pi - Giá trị phụ tải quan sát ở năm thứ i ti - Năm quan sát. Phương trình hồi quy tuyến tính được dùng khi quan hệ giữa P(t) và t tăng (hoặc giảm)
đều theo quy luật đường thẳng.
Ví dụ: Xây dựng mô hình dự báo phụ tải dạng tuyến tính và xác định phụ tải dự báo ở
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
66
năm 2015, biết số liệu thống kê về phụ tải tiêu thụ của các năm như sau:
Bài giảng Mạng lưới điện
Năm 2000
P (kW) 878 2001 831 2002 877 2003 1013 2004 1042 2005 1229 2006 1189 2007 1381 2015 ??
n
=
=
+
+
t
+ 2000 2001 .... 2007 16.028
∑
i
= 1
i
n
2
2
=
+
+
+
=
t
2000
2 2001
.... 2007
32.112.140
∑
2 i
= 1
i
n
=
+
+
=
+ 878.2000 831.2001 .... 1381.2007 16.912.738
∑
P t . i
i
i
= 1
n
+
=
+
+ 878 831 .... 1381 8.440
8n = ∑ =
P i
= 1
i
=
16.912.738
b
=
+
a
8440
b 8
Giải:
Vậy ta có hệ phương trình tuyến tính 2 ẩn số là a và b: 32.112.140a + 16.028 16028
Giải ra a, b ta có hàm hồi quy tuyến tính:
P(t) = 76,14.t – 151.497,21
2015 – 151.497,21 = 1924,89 kW
Và dự báo cho năm 2015 là: P(2015) = 76,14 · Lưu ý : Để giám các số có giá trị lớn, có thể đặt biến gốc ở năm 2000 là t=0 hoặc t=1
vẫn cho ra cùng một kết quả.
P(t) = a.t2 + bt + c
4.4.2. Phương trình hồi quy parabol Mô hình Parabol, hay còn gọi là mô hình bậc hai được biểu thị dưới dạng: Các hệ số hồi quy a, b, c được xác định theo điều kiện bình phương cực tiểu với hệ
phương trình tuyến tính 3 ẩn số:
a ∑ = ∑
it 2 it 2 it 3 + c ∑ Pi it 2 + c ∑ti = ∑tiPi
a∑
it 4 + b ∑ it 3 + b ∑ it 2 + b∑ti + nc = ∑Pi
a∑
Các giá trị thực
Đường hồi quy
Pt
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
67
t
Bài giảng Mạng lưới điện
Phương trình hồi quy parabol được dùng khi quan hệ giữa P(t) và t đều tăng (hoặc giảm)
và xu hướng tăng (giảm) có cực trị.
Ví dụ: Xây dựng mô hình dự báo theo phương pháp ngoại suy hồi quy parabol để dự
báo điện năng năm 2000. Cho biết bảng số liệu sau:
1990 1991 1992 1993 1994 1995 2000
57,1 46,47 73,57 41,47 46,93 60,18 ?? Năm Điện năng tiêu thụ (103 kWh)
n
n
2
2
= + +
+ =
=
=
0 1 .... 5 15
0
+ + 2 1
+ .... 5
55
∑
∑
2 t i
t i
= 1
i
= 1
i
n
n
3
4
4
=
=
=
=
0
+ + 3 1
+ 3 .... 5
225
0
+ + 4 1
+ .... 5
979
t
t
∑
∑
4 i
3 i
= 1
i
= 1
i
n
=
=
+
+
+ 57,1 46, 47 .... 60,18 325, 72
∑
P i
= 1
i
n
=
+
+
+
=
57,1.0 46, 47.1 .... 60,18.5 806, 64
∑
P t . i
i
= 1
i
n
2
2
=
+
+
+
=
57,1.0
2 46, 47.1
.... 60,18.5
2969,36
∑
2 P t . i i
= 1
i
Giải: Để tránh tính các hệ số lũy thừa có giá trị lớn ta thay: 1990= Năm 0 1991= Năm 1 ..... 1995= Năm 5 Ta có: 6n =
+
=
2969,36
806, 64
325, 72
55. c = 15. c = 6. c
979a + 225. b + + 225 55 b a + + 55a 15. b
Ta thiết lập hệ phương trình tuyến tính 3 ẩn số:
P(t) = 0,59.t2 – 3,37.t + 57,34
Giải ra ta có hàm hồi quy bậc 2: Dự báo cho năm 2000 tương ứng với t=11:
P(11) = 0,59 · 102 – 3,37.10 + 57,34 = 82,64 kWh
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
68
Lưu ý : Có thể đặt biến gốc ở năm 1990 là t=0 vẫn cho ra cùng một kết quả.
Bài giảng Mạng lưới điện
4.4.3. Phương trình hồi quy hàm mũ Đối với phụ tải có quá trình phát triển nhanh, ổn định mô hình ngoại suy có thể biểu diễn
dưới dạng hàm mũ:
P(t) = P0Ct
P(t)
t
Trong đó: P0 gọi là phụ tải cơ sở
C gọi là chỉ số phát triển phụ tải bình quân
P0, C hoàn toàn xác định từ các số liệu thống kê P0, P1, ...,Pn ở quá khứ. Để tìm P0 và C ta lấy logrit cơ số 10 cả hai vế của mô hình:
Lg(Pt) = lgP0 + t.lgC Đặt b= lgP0 , a=lgC , yt =lg(Pt) ta có : yt = lg(Pt) = a.t + b
Như vậy ta lại trở về mô hình hồi quy tuyến tính và đã biết cách xác định a, b. Khi biết a
và b ta suy ra được P0 và C theo công thức sau: P0 = 10b và C = 10a
Lưu ý rằng số liệu đã cho Pt phải chuyển thành lgPt rồi mới áp dụng mô hình hồi quy
tuyến tính.
Phương trình hồi quy hàm mũ được dùng khi quan hệ giữa Pt và t đều tăng nhưng Pt tăng
nhanh theo cấp số nhân (tốc độ tăng xấp xỉ nhau) mà không có điểm cực trị.
Ví dụ: Xây dựng mô hình dự báo theo phương pháp ngoại suy hàm mũ A(t)=A0Ct để dự
báo điện năng cho năm thứ 10. Cho bảng số liệu thu thập ở quá khứ:
1 2 3 4 5 6
7 … … 10 ?? 7,34 11,43 14,25 16,25 19,4 24,98 34,97 Năm t Điện năng A(t) (106kWh )
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
69
Giải: Chuyển bảng A(t) thành lgA(t) ở quá khứ ta được bảng sau:
Bài giảng Mạng lưới điện
1 2 3 4 5 6 7 … 10
?? 0,8657 1,0580 1,1538 1,2109 1,2878 1,3976 1,5437 … Năm t Điện năng lgA(t)
Quan hệ này là quan hệ tuyến tính. Thật vậy ta lấy logarit cơ số 10 cả 2 vế của hàm mũ: lgA(t) = t.lgC + lgA0 = a.t+b Trong đó ta đặt a = lgC và b = lgA0. Như vậy chỉ cần tìm a, b ta biết được C và A0. Để tìm a, b ta phải tính theo phương trình hồi quy tuyến tính y = at+b và kết quả tính
được tóm tắt trong bảng sau:
Tổng
ti 1 2 3 4 5 6 7 28
lgAi 0,8657 1,0580 1,1538 1,2109 1,2878 1,3976 1,5437 8,52
S ti 2 1 4 9 16 25 36 49 140
ti.lgAi 0,87 2,12 3,46 4,84 6,44 8,39 10,81 36,92
n 1 1 1 1 1 1 1 7
140a + 28b = 36,92 28a + 7b = 8,52
Hệ phương trình tuyến tính: Giải ra có:
a = 0,10168 = lgC (cid:1) b = 0,81006 = lgA0 (cid:1) C = 10a = 1,2638 A0 = 10b = 6,4574
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
70
Vậy hàm hồi quy là: A(t) = 6,4574.1,2638t Dự báo cho năm thứ 10 là A(10) = 6,4574.1,263810 = 67,123.106 kWh
Bài giảng Mạng lưới điện
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN MẠNG ĐIỆN
5.1. Sơ đồ nguyên lý của mạng điện
Là sơ đồ một sợi của mạch điện 3 pha thể hiện phương thức nối dây giữa nguồn điện và các phụ tải. Sơ đồ nguyên lý của mạng điện cho ta các thông tin sau:
- Hướng truyền công suất từ nguồn điện đến phụ tải.
- Các điểm rẽ nhánh trên mạng điện.
- Các điểm có bố trí thiết bị đóng cắt.
- Công suất tại các điểm phụ tải.
- Khoảng cách giữa các điểm nút.
- Chủng loại dây dẫn.
Dựa vào sơ đồ nguyên lý mới có thể lập được sơ đồ thay thế để tính toán các thông số của mạng điện như tổn thất công suất, tổn thất điện áp, …
T1
T2
T4
T3
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
71
Sơ đồ nguyên lý được thành lập từ bản vẽ mặt bằng bố trí các tuyến đường dây. Trên mặt bằng phải đo chính xác khoảng cách giữa các điểm nút của mạng điện để đưa lên sơ đồ nguyên lý. Tại các điểm có phụ tải kết nối phải xác định công suất tiêu thụ tại điểm đó.
Bài giảng Mạng lưới điện
T4
T1
AC-70 8km
AC-70 0,3km
AC-70 0,35km
0 7 -
Nguồn điện
S2
S1
C A
m k 5 1 , 0
S3
Ví dụ cho mặt bằng quy hoạch như hình vẽ, trên đó có 3 trạm biến áp là 3 điểm cấp điện cho phụ tải. Các đường nét đứt là đường dây 22 kV cấp điện cho các trạm biến áp. Điểm T4 là điểm rẽ nhánh, không có phụ tải tiêu thụ điện.
Hình vẽ phía dưới dưới là sơ đồ nguyên lý của mạng điện này. Nguồn điện cách trạm điểm T1 của khu quy hoạch 8km, từ T1 đến T4 dài 300m, từ T4 đến S3 dài 150m, từ T4 đến S2 dài 350m. Toàn bộ tuyến đường dây dùng dây trần AC-70 có tiết diện 70mm2.
Nhìn vào sơ đồ nguyên lý ta thấy: sơ đồ nguyên lý đơn giản và nhiều thông tin hơn bản vẽ mặt bằng. Tuy nhiên khi thi công người ta phải dựa vào bản vẽ mặt bằng mới lắp đặt được tuyến đường dây.
5.2. Sơ đồ thay thế mạng điện
Trên hệ thống điện, điện năng được truyền dẫn và phân phối nhờ 2 phần tử cơ bản là đường dây tải điện và máy biến áp. Tuy nhiên trong bài toán quy hoạch mạng lưới cung cấp điện thì máy biến áp được coi là nguồn cấp điện với điện áp phía thứ cấp ổn định. Khi tính toán quy hoạch chỉ tính toán với mạng điện có cùng một cấp điện áp, nằm phía sau của máy biến áp cấp nguồn.
Như vậy việc thiết lập mô hình thay thế mạng điện chính là thiết lập mô hình thay thế của các đường dây tải điện trên không hoặc các đường cáp dẫn điện. Kết quả của việc mô hình sẽ tạo ra mạch điện thay thế với tham số cơ bản của kỹ thuật điện như R, X, …
5.2.1. Mô hình đường dây tải điện:
Với một đoạn đường dây tải điện từ điểm 1 đến điểm 2 có chiều dài l, khi tính toán
12Z
người ta dùng sơ đồ thay thế tổng quát hình (cid:213) như sau:
1 2
Y 12 2
Y 12 2
1 2 l
=
+
12
Z
R
jX
Trong đó:
12
12
=
+
12
Y
G
jB
gọi là tổng trở của đoạn đường dây 1-2, đơn vị W
12
12
gọi là tổng dẫn của đoạn đường dây 1-2, đơn vị W
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
72
R12 là điện trở của đoạn đường dây 1-2, đơn vị W X12 gọi là điện kháng của đoạn đường dây 1-2, đơn vị W G12 gọi là điện dẫn tác dụng của đoạn đường dây 1-2, đơn vị 1/W B12 gọi là điện dẫn phản kháng của đoạn đường dây 1-2, đơn vị 1/W
Bài giảng Mạng lưới điện
Y 12 2
Trên sơ đồ thay thế tổng dẫn có giá trị vì mỗi đầu đường dây chỉ tính một nửa tổng
dẫn. Các điểm 1, 2 thường được chọn là các điểm nút phụ tải hoặc các điểm rẽ nhánh trên mạng điện.
=
+
12
Z
jX
R
5.2.2. Tham số điện trở của đường dây:
12
12
Trong công thức tổng trở
=
R
thì R12 gọi là điện trở của đường dây tải điện. Tham số R12 đặc trưng cho sự tiêu hao công suất tác dụng trên dây dẫn điện do điện trở gây ra. Năng lượng tổn hao dưới dạng nhiệt, bức xạ vào môi trường xung quanh. Năng lượng này bị tiêu phí một cách vô ích nên các loại dây dẫn có R12 càng nhỏ càng tốt.
r l 0.
12
Trong thực tế việc tính toán tham số R theo công thức:
Trong đó:
/km.
r0 là điện trở trên một đơn vị chiều dài, tính bằng W l là chiều dài đường dây dẫn điện, đơn vị km
Giá trị r0 là một hằng số đối với mỗi loại dây dẫn và được lập sẵn thành bảng trong các giáo trình, các catologue của nhà chế tạo. Trong bài giảng này có phần phụ lục 1 để tra giá trị r0 của các loại dây dẫn điện thông dụng.
=
+
12
jX
R
Z
5.2.3. Tham số điện kháng của đường dây:
12
12
=
X
Trong công thức tổng trở
x l 0.
12
thì X12 gọi là điện kháng của đường dây tải điện. Chính từ trường gây ra bởi dòng điện chạy trong dây dẫn đã tạo ra điện kháng X12. Trong thực tế tham số X12 được tính theo công thức:
/km.
Trong đó: x0 là điện kháng trên một đơn vị chiều dài, tính bằng W l là chiều dài đường dây dẫn điện, đơn vị km
a) Tính điện kháng của đường dây tải điện đi trên không:
2
=
+
Giá trị x0 được xác định theo công thức:
x
km
0,144.lg
0, 016
(
/
)
0
tbD d
W
Trong công thức này hàm lg là logarit cơ số mười; d là đường kính của dây dẫn; Dtb là khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn của các pha và nó phụ thuộc vào sơ đồ hình học bố trí các pha trên cột điện, cụ thể như sau:
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
73
Kiểu tam giác đều Kiểu nằm ngang Kiểu tam giác thường
Bài giảng Mạng lưới điện
b) Tính điện kháng của cáp dẫn điện 1 pha và 3 pha:
=
w
= p
Giá trị x0 phải tra catologue của nhà chế tạo (xem phụ lục 2 và phụ lục 3 của bài giảng này). Một số hãng chế tạo cho giá trị x0 tính bằng W /km (ví dụ xem phụ lục 2), tuy nhiên cũng có hãng chế tạo không cho trực tiếp giá trị x0 mà cho dưới dạng điện cảm L0 (mH/km), khi đó giá trị x0 phải tính theo công thức:
x
L
fL
L
L
= p 2
2 .50.
314.
0
0
0
0
» (W /km)
Ví dụ: Tra phụ lục 3 với cáp 1 lõi có tiết diện 70mm2 lắp đặt riêng từng sợi cáp có
/km = 0,240 W /km.
=
+
12
Y
G
jB
L0=0,764mH/km. Giá trị điện kháng x0=314.0,764.10-3 W 5.2.4. Tham số điện dẫn tác dụng của đường dây:
12
12
Trong công thức tổng dẫn
thì G12 gọi là điện dẫn tác dụng của đoạn đường dây tải điện từ điểm 1 đến điểm 2. G12 đặc trưng cho tổn thất công suất tác dụng do hiện tượng vầng quang gây ra xung quanh dây dẫn điện. Hiện tượng vầng quang là hiện tượng xuất hiện quầng sáng mờ hoặc tiếng phóng điện “rè rè“ bao quanh dây dẫn điện xảy ra khi cường độ điện trường trên bề mặt dây dẫn vượt quá 20kV/cm. Về bản chất, năng lượng sinh ra vầng quang là năng lượng hữu công nhưng bị tiêu hao vô ích theo chiều ngang của đường dây tải điện. Với các đường dây có cấp điện áp ≤ 110kV hoặc đường dây 220kV có chiều dài < 50km thì giá trị G12 rất bé nên được bỏ qua trong sơ đồ tính toán. Với đường dây 220kV có chiều dài ‡ 50km hoặc dường dây > 220kV thì phải tính đến giá trị này.
12
Y
jB=
Trong tập bài giảng này cũng quy ước điện dẫn phản kháng G12=0, do đó trong sơ đồ
12
thay thế chỉ còn
=
+
12
jB
G
Y
5.2.5. Tham số điện dẫn phản kháng của đường dây:
12
12
=
B
Trong công thức tổng dẫn
b l 0.
12
thì B12 gọi là điện dẫn phản kháng của đường dây tải điện. B12 đặc trưng điện dung giữa các dây pha của đường dây tải điện và điện dung giữa dây dẫn với mặt đất. Trong thực tế tham số B12 được tính theo công thức:
.km.
Trong đó: b0 là điện dẫn phản kháng trên một đơn vị chiều dài, đơn vị là 1/W l là chiều dài đường dây dẫn điện, đơn vị km
a) Tính điện dẫn phản kháng của đường dây tải điện đi trên không:
6
=
(1/
km .
)
b 0
lg
7,58.10 D 2 tb d
Giá trị b0 được xác định theo công thức: - W
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
74
Trong công thức này hàm lg là logarit cơ số mười; d là đường kính của dây dẫn; Dtb là khoảng cách trung bình hình học giữa các dây dẫn của các pha (Dtb được tính như công thức tính Dtb của điện kháng x0 ở phần trên).
Bài giảng Mạng lưới điện
b) Tính điện dẫn phản kháng của của cáp dẫn điện 1 pha và 3 pha:
=
w
= p
Giá trị b0 phải tra catologue của nhà chế tạo (xem trong phụ lục 2 và phụ lục 3 của bài giảng này). Tuy nhiên các hãng chế tạo cáp điện thường không cho trực tiếp giá trị b0 mà cho giá trị điện dung C0 (m F/km) nên cần phải tính giá trị b0 theo công thức:
C
fC
C
C
= p 2
2 .50.
314.
b 0
0
0
0
0
» (1/W .km)
Ví dụ: Tra phụ lục 2 với cáp 3 lõi điện áp 24kV có tiết diện 50mm2 có C0=0,17m F/km.
.km) = 53,38.10-6 (1/W .km). Giá trị điện kháng b0=314.0,17.10-6 (1/W
5.2.6. Sơ đồ thay thế mạng điện trong các trường hợp cụ thể: a) Sơ đồ hình (cid:213) đầy đủ: Sơ đồ hình (cid:213)
20kV. đầy đủ là sơ đồ thay thế mà trên đó có đầy đủ các thành phần R12, X12, B12. Sơ đồ này dùng cho đường dây tải điện trên không có cấp điện áp 110kV ≤ Uđm ≤ 220kV hoặc đường cáp ngầm dẫn điện có Uđm ‡
2
=
=
1000.
2 U b l . .
314159.
U C l . .
CQ
12
0
0
Việc để tham số điện dẫn B12 trong sơ đồ thay thế mạng điện sẽ gặp một số khó khăn khi tính toán, do đó để đơn giản hơn người ta thay thế chúng bằng tham số công suất phản kháng của điện dung. Các công suất này có chiều bơm vào mạng điện và có giá trị là:
Trong đó:
U là điện áp định mức của đường dây tải điện, tính bằng kV
QC12 là công suất của điện dung bơm vào đường dây tải điện, tính bằng kVAr. Với sơ đồ hình (cid:213) đầy đủ cần phải tính đến giá trị công suất phản kháng QC12 do điện dẫn
phản kháng B12 sinh ra vì giá trị này khá lớn, có ảnh hưởng rõ rệt đến kết quả tính toán.
jX
12
Khi đó sơ đồ thay thế mạng điện 3 pha như sau:
12R
12
12
CjQ 2
CjQ 2
Hướng truyền công suất 1 2
jX
12
12R
b) Sơ đồ giản lược: Đối với đường dây tải điện trên không có cấp điện áp Uđm ≤ 35kV hoặc đường cáp dẫn điện có Uđm < 20 kV người ta thường bỏ qua giá trị QC12 trong sơ đồ vì giá trị này rất bé nên không gây ra sai số tính toán. Trong trường hợp này sơ đồ thay thế đường dây chỉ còn các thành phần R12, X12.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
75
Hướng truyền công suất 1 2
Bài giảng Mạng lưới điện
5.3. Tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện
5.3.1. Ý nghĩa của việc xác định tổn thất công suất và điện năng: Trong sơ đồ thay thế đường dây tải điện có các thành phần R12, X12 gây ra các tổn hao công suất. Trong đó tham số R12 gây ra tổn thất công suất tác dụng D P12 và tham số X12 gây ra tổn hao công suất phản kháng D Q12.
Điện năng tổn thất trên đường dây D A12 biến thành nhiệt năng tiêu phí vô ích tản ra môi trường xung quanh. Nếu phụ tải tiêu thụ lớn và đường dây tải điện dài thì lượng tổn hao này càng lớn, có thể chiếm 10-15% công suất phụ tải.
Lượng điện năng tổn thất D A12 về thực chất cũng do nhà máy điện cung cấp và là tiền nhiên liệu mà nhà máy bỏ ra để phát vào mạng điện. Mặt khác tổn thất công suất phản kháng D Q12 tuy không tiêu phí năng lượng nhưng khi D Q12 lớn đòi hỏi phải lắp đặt thêm các thiết bị phát ra công suất phản kháng vào mạng điện dẫn tới hiệu quả đầu tư kém.
Như vậy việc nghiên cứu tổn thất công suất và điện năng trong mạng điện có ý nghĩa to lớn, trên cơ sở đó đề ra các biện pháp giảm tổn thất và hạ giá thành điện năng.
5.3.2. Nguyên lý bảo toàn công suất tại một nút của mạng điện:
Mạng điện bao gồm các đường dây tải điện và các điểm nút để đấu nối, rẽ nhánh hoặc kết nối phụ tải. Công suất tại các nút tuân theo nguyên lý bảo toàn năng lượng: tổng công suất tác dụng (hoặc phản kháng) đi vào nút bằng tổng công suất tác dụng (hoặc phản kháng) đi ra khỏi nút.
+
=
+
+
+
2
6
1
3
4
5
~ S
~ S
~ S
~ S
~ S
~ S
~ 1S
~ 6S
~
~ 2S
6
1
~ S
S‚
Xét một nút như hình vẽ có các công suất đi vào và đi ra khỏi nút. Theo nguyên lý bảo toàn công suất ta có:
~ 3S
Trong đó là các công suất viết dưới dạng số phức.
~ 5S
~ 4S
=
+
+
4
3
+ P P P P 5 1 + =
+
+ P P 2 6 + + Q Q Q Q Q Q 1 5
6
2
4
3
Công thức trên tương đương với hệ sau:
Để cho đơn giản trong ký hiệu, quy ước từ đây về sau công suất biểu kiến khi viết dưới dạng số phức không có dấu sóng trên đầu.
5.3.3. Tổn thất công suất trên đường dây tải điện: a) Sơ đồ thay thế hình (cid:213) đầy đủ: Xét một đoạn đường dây từ điểm 1 đến điểm 2 có chiều dài l với sơ đồ thay thế hình (cid:213) đầy đủ. Hướng truyền công suất từ điểm 1 đến điểm 2.
Nút 1 gọi là nút nhận (vì nhận công suất từ lưới điện đến), nút 2 gọi là nút cấp (vì truyền công suất đi đến phụ tải).
=
+
Công suất truyền ra khỏi nút 2 hướng về phụ tải ký hiệu là S2 = P2 + jQ2.
jQ
= )
c S 12
P 2
j Q ( 2
+ c P 12
c 12
CQ 12 2
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
76
- Công suất ở cuối đoạn 1-2 là:
Bài giảng Mạng lưới điện
jX
cS 12
12
12R
ñS 12
12
12
CjQ 2
CjQ 2
S1 = P1 + jQ1 S2 = P2 + jQ2 1 2
2
2
2
2
+
Công suất tác dụng tổn hao trên điện trở R12 của cả 3 pha là:
(
)
(
)
c P 12
c Q 12
+ c c P Q 12 12
2 I R
R
R
R
3
3
3
= P 12
= 12
= 12
= 12
12
2
U
c S 12 U 3
U 3
D
2
2
2
2
+
Tương tự ta có công suất phản kháng tổn hao trên điện kháng X12 của cả 3 pha là:
(
)
(
)
c P 12
c Q 12
+ c c P Q 12 12
2 I X
X
X
X
3
3
3
= Q 12
= 12
= 12
= 12
12
2
U
c S 12 U 3
U 3
D
Công suất tổn hao toàn phần trên R12+jX12 của đường dây viết dưới dạng số phức là: D S12 = D P12 + jD Q12
2
2
+
Trong đó:
(
)
(
)
c P 12
c Q 12
R
= P 12
12
2
U
2
2
+
D (W) D P12 là tổn hao công suất tác dụng:
(
)
(
)
c P 12
c Q 12
X
= Q 12
12
2
U
D (Var) D Q12 là tổn hao công suất phản kháng:
12 là kW; của Qc
12 là kVAr; của U là kV
Đơn vị của D P12 là W; của D Q12 là Var; của Pc
12 = Sc
12+D P12) + j(Qc
12+D Q12)=Pđ
12+jQđ
12
j
j
Công suất ở đầu đoạn 1-2 là: Sđ
12-
12 + j(Qđ
12 -
CQ 12 2
= Pđ Công suất bơm vào nút 1 ký hiệu là S1 = Sđ )= P1 + jQ1 và lấy gần đúng bằng giá trị điện áp định mức U=Uđm. 12 + D S12=(Pc CQ 12 2
Với đường dây tải điện gồm nhiều đoạn đường dây nối tiếp nhau thì phải lập sơ đồ thay thế và tính toán từng đoạn đường dây, trong đó công suất ra khỏi nút trước cũng là công suất vào của nút sau.
3
1
2
Ví dụ ở hình vẽ dưới có 3 nút, trong đó nút 1 là nguồn điện, nút 2 và nút 3 là các nút phụ tải. Khi lập sơ đồ thay thế từng đoạn đường dây phải kể đến công suất phụ tải nối vào nút được ký hiệu là Spt=Ppt+jQpt.
Spt2=Ppt2+jQpt2 Spt3=Ppt3+jQpt3
Lập sơ đồ thay thế hình (cid:213)
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
77
đầy đủ cho 2 đoạn 1-2 và 2-3 như hình dưới. Nguyên tắc tính công suất là phải tính từ phụ tải ở cuối đường dây rồi tính dần về phía nguồn điện, cụ thể phải tính cho đoạn 2-3 trước, sau đó tính tiếp đoạn 1-2 theo các công thức đã trình bày ở trên.
Bài giảng Mạng lưới điện
jX
12
23
12R
jX
23R
ñS 12
cS 12
ñS 23
cS 23
23
12
CjQ 2
23
12
CjQ 2 Spt2=Ppt2+jQpt2
CjQ 2
CjQ 2
1 2 3 S3=Spt3 S1
=
Công suất cuối đường dây 2-3 là:
j
S
j
pt
c S 23
S 3
3
Q = C 23 2
Q C 23 2
2
2
+
- -
Công suất tổn hao trên đoạn 2-3: (
)
(
)
Q
c P 23
c 23
R
= P 23
23
2
U
2
2
+
D
(
)
(
)
Q
c P 23
c 23
Q
X
= 23
23
2
U
D
j Q
= D S 23
+ D P 23
23
D
=
+ D
ñ S 23
c S 23
S 23
Công suất đầu đường dây 2-3:
=
+
Công suất cuối đoạn 1-2 là:
S
j
j
pt
c S 12
ñ S 23
2
Q C 12 2
Q C 23 2
2
2
+
- -
Công suất tổn hao trên đoạn 1-2: (
(
)
)
Q
c P 12
c 12
R
= P 12
12
2
U
2
2
+
D
(
)
(
)
Q
c P 12
c 12
Q
X
= 12
12
2
U
D
j Q
= D S 12
+ D P 12
12
D
=
+ D
ñ S 12
c S 12
S 12
Công suất đầu đường dây 1-2:
=
Công suất nguồn điện cung cấp:
j
S 1
ñ S 12
CQ 12 2
-
+ D
Tổng công suất tổn hao trên đường dây tải điện:
Q
+ D (
)
j Q (
)
= D S 13
+ D S 12
= D S 23
P 12
+ D P 23
12
23
D
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
78
Với các mạng điện phức tạp có nhiều nút hơn việc tính toán cũng theo nguyên tắc trên, tức là tính từng đoạn đường dây.
Bài giảng Mạng lưới điện
Khi lập sơ đồ quy hoạch cấp điện, sơ đồ hình (cid:213)
được sử dụng để tính toán cho đoạn đường dây tải điện nối từ lưới điện quốc gia đến khu vực quy hoạch (đường dây cung cấp). Đa số các đường dây cung cấp chỉ có 1 đoạn (cấp cho 1 khu quy hoạch), đôi khi là 2 đoạn (cấp cho 2 khu quy hoạch riêng biệt).
j
b) Sơ đồ giản lược
CQ 12 2
Với sơ đồ giản lược không còn thành phần nên việc tính toán tổn thất công suất
trở nên đơn giản rất nhiều. Gọi S1=P1+jQ1 là công suất đi vào nút 1 và S2=P2+jQ2 là công suất đi ra khỏi nút 2. Tổn thất công suất trên đoạn đường dây 1-2 là: D S12 = D P12 + jD Q12
2
2
+
Trong đó:
(
)
(
)
c P 12
c Q 12
R
= P 12
12
2
U
2
2
+
D (W) D P12 là tổn hao công suất tác dụng:
(
)
(
)
c P 12
c Q 12
X
= Q 12
12
2
U
D (Var) D Q12 là tổn hao công suất phản kháng:
12 là kW; của Qc
12 là kVAr; của U là kV
jX
12
12R
Đơn vị của D P12 là W; của D Q12 là Var; của Pc và lấy gần đúng bằng giá trị điện áp định mức U=Uđm.
12
12
1 S1 S2 2 Sđ Sc
12
Tại các nút 1 và 2 nếu không có phụ tải nối vào nút thì ta có:
12
S1 = Sđ S2 = Sc
Với đường dây tải điện gồm nhiều đoạn đường dây nối tiếp nhau thì phải lập sơ đồ thay thế và tính toán từng đoạn đường dây, trong đó công suất ra khỏi nút trước cũng là công suất vào của nút sau.
3
2
1
4
Ví dụ ở hình vẽ dưới có 4 nút, trong đó nút 1 là nguồn điện, các nút 2,3,4 là các nút phụ tải. Khi lập sơ đồ thay thế từng đoạn đường dây phải kể đến công suất phụ tải nối vào nút được ký hiệu là Spt=Ppt+jQpt.
Spt2=Ppt2+jQpt2 Spt3=Ppt3+jQpt3 Spt4=Ppt4+jQpt4
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
79
Sơ đồ thay thế giản lược phải lập cho 3 đoạn 1-2, 2-3 và 3-4. Nguyên tắc tính công suất là phải tính từ phụ tải ở cuối đường dây tải điện rồi tính dần về phía nguồn điện, cụ thể ở hình vẽ phải tính cho đoạn 3-4 trước, sau đó tính tiếp đoạn 2-3 và cuối cùng là đoạn 1-2 theo các công thức đã trình bày ở trên.
Bài giảng Mạng lưới điện
jX
jX
jX
12
23
34
12R
23R
34R
23
12
23
34
34
1 2 Sc S4 Sc Sđ Sđ Sc 3 4 S1
Spt2=Ppt2+jQpt2 Spt3=Ppt3+jQpt3
2
2
+
34 = Spt4. Công suất tổn hao trên đoạn 3-4: (
Trong sơ đồ thay thế đoạn 3-4 thì S4=Spt4 là công suất phụ tải điêu thụ tại nút 4. Ta có công suất cuối đoạn 3-4 là: Sc
)
)
(
Q
c P 34
c 34
R
34
= P 34
2
U
2
2
+
D
(
)
(
)
Q
c P 34
c 34
Q
X
= 34
34
2
U
D
j Q
= D S 34
+ D P 343
34
D
=
+ D
ñ S 34
c S 34
S 34
Công suất đầu đường dây 3-4:
=
+
S
pt
c S 23
ñ S 34
3
2
2
+
Công suất cuối đường dây 2-3:
Công suất tổn hao trên đoạn 2-3: (
(
)
)
Q
c P 23
c 23
R
= P 23
23
2
U
2
2
+
D
(
)
(
)
Q
c P 23
c 23
Q
X
= 23
23
2
U
D
j Q
= D S 23
+ D P 23
23
D
=
+ D
ñ S 23
c S 23
S 23
Công suất đầu đường dây 2-3:
=
+
S
pt
c S 12
ñ S 23
2
2
2
+
Công suất cuối đoạn 1-2 là:
Công suất tổn hao trên đoạn 1-2: (
(
)
)
Q
c P 12
c 12
R
= P 12
12
2
U
2
2
+
D
(
)
(
)
Q
c P 12
c 12
Q
X
= 12
12
2
U
D
j Q
= D S 12
+ D P 12
12
D
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
80
Công suất nguồn điện cung cấp:
Bài giảng Mạng lưới điện
=
+ D
S 1
c S 12
S 12
+ D
D = D S
Q
Q
(
)
+ D j Q (
)
= D S 34
+ D S 23
+ D P 23
+ D S 12
+ D P 12
12
23
34
Tổng công suất tổn hao trên đường dây tải điện: + D P 34
Với các mạng điện phức tạp có nhiều nút hơn việc tính toán cũng theo nguyên tắc trên, tức là tính từng đoạn đường dây.
Khi lập sơ đồ quy hoạch cấp điện, sơ đồ giản lược được sử dụng để tính toán mạng điện trong nội bộ khu vực quy hoạch.
c) Tổn thất công suất của đường dây có phụ tải phân bố đều:
Trong thiết kế quy hoạch cấp điện có thể gặp trường hợp các phụ tải phân bố đều dọc theo một đường dây cung cấp điện.
Ví dụ đường dây cấp điện cho các đèn chiếu sáng đường phố 0,4kV, các đèn chiêu sáng là các phụ tải điện được bố trí cách đều nhau và giá trị công suất tiêu thụ cũng giống nhau.
Một trường hợp khác có phụ tải phân bố đều là khi thiết kế đường dây 0,4kV cấp điện cho các nhà ở chia lô giống nhau dọc theo đường phố. Ở giai đoạn lập quy hoạch cấp điện người ta tính công suất cho các nhà ở chia lô giống nhau (xem chương 4) nên phụ tải coi như phân bố đều. Tuy nhiên sau khi các lô đất đã có người ở thì công suất có thể khác nhau nhưng mức độ khác nhau không lớn thì người ta vẫn coi gần đúng là phụ tải phân bố đều.
P,Q
dx I
y
I Ix
x O x l
=
I
I
x
x l
Xét đường dây có phụ tải phân bố đều như hình vẽ với chiều dài l. Dòng điện dọc theo đường dây biến thiên tuyến tính với chiều dài đường dây, trong đó ở đầu đường dây dòng điện lớn nhất là I và cuối đường dây dòng điện bằng 0. Lập hệ trục tọa độ Oxy có gốc nằm sát phụ tải cuối cùng về phía bên phải (dòng điện tại đây =0), trục Ox hướng về đầu nguồn điện, khi đó dòng điện trên dây dẫn tại điểm cách gốc O một khoảng là x được tính theo công thức:
Xét độ dài vi phân dx tại điểm cách góc O một đoạn x thì điện trở của nó là:
dr = r0.dx
2
2
2.dr =
Với r0 là điện trở trên một đơn vị độ dài như đã biết trong phần sơ đồ thay thế đường dây (W /km). Tổn thất công suất trên đoạn vi phân dx là:
x r dx . . 0
I 23 l
dD P= 3.Ix
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
81
Tổn hao công suất trên toàn bộ đường dây:
Bài giảng Mạng lưới điện
l
l
l
2
2
2
2
D = P
D = d P
= 2 x dx
R
3
3
.
= 2 I R .
r 0
r 0
= 2 I r l . . 0
2
2
∫
∫
3 x = 3
I l
I l
+ P Q 2 U 3.
0
0
0
2
2
D = P
R
+ P Q 23. U
Trong đó:
= R r l 0.
R là điện trở toàn bộ đường dây tải điện.
P, Q lần lượt là công suất tác dụng, công suất phản khảng đầu đường dây. Xác định P, Q trong trường hợp này rất khó nên gần đúng có thể tính theo các công thức:
P = P0.l Q = Q0.l
2
2
D = Q
X
+ P Q 23. U
Với l là chiều dài đường dây (km) và P0, Q0 là mật độ phụ tải dọc đường dây (kW/km). Tương tự ta có tổn hao công suất phản kháng:
Nhìn vào hai công thức D P và D Q ta thấy tổn hao công suất có phụ tải phân bố đều bằng 1/3 tổn thất công suất trên đường dây có phụ tải phân bố tập trung ở cuối đường dây.
d) Tỷ lệ tổn thất công suất tác dụng: Gọi Ppt là tổng công suất tác dụng của các phụ tải trong mạng điện, D P là tổng tổn thất công suất tác dụng trên các đường dây tải điện của mạng điện, khi đó tỷ lệ tổn thất công suất tác dụng do truyền tải được xác định theo công thức:
P
P
= %
.100%
P pt
D D
Hiện nay chưa có quy định cụ thể giá trị D P%, tuy nhiên theo kinh nghiệm khi thiết kế
mạng điện thì D P% khoảng 5-7% là hợp lý.
5.3.4. Tổn thất điện năng trên đường dây tải điện:
Truyền tải điện năng trong mạng điện luôn luôn kèm theo tổn thất. Tổn thất điện năng không phải là chỉ tiêu kỹ thuật như điện áp, tần số và không được Nhà nước quy định thành văn bản luật. Tuy nhiên tổn thất điện năng là chỉ tiêu kinh tế ảnh hưởng đến hiệu quả đầu tư của mạng điện.
Tổn thất điện năng năm 2013 của toàn bộ mạng điện Việt Nam khoảng 8,8% bao gồm cả tổn thất kỹ thuật và tổn thất thương mại. Tổn thất thương mại là loại tổn thất gây ra do ăn cắp điện, do công tơ đo đếm chạy sai, ghi chỉ số điện sai,… Tổn thất kỹ thuật là tổn thất tất yếu xảy ra trên các thiết bị điện như dây dẫn điện, máy biến áp,… Trong bài giảng này chỉ đề cập đến việc xác định tổn thất điện năng kỹ thuật và gọi tên ngắn gọn là tổn thất điện năng.
Vấn đề đặt ra là phải xác định được lượng điện năng mà các phụ tải tiêu thụ trong một năm là bao nhiêu và lượng điện năng tổn thất trong một năm của mạng điện là bao nhiêu để từ đó xác định tỷ lệ % tổn thất điện năng. Đây là nhiệm vụ rất khó khăn bởi vì phụ tải điện luôn luôn biến đổi không có quy luật, buộc phải sử dụng những phương pháp gần đúng.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
82
a) Xác định lượng điện năng tiêu thụ của các phụ tải: Xét đoạn đường dây 1-2 cấp điện cho phụ tải Spt=Ppt+jQpt. Trong thiết kế cấp điện, công suất tác dụng Ppt được coi là công suất cực đại mà phụ tải tiêu thụ, ký hiệu Pmax = Ppt.
Bài giảng Mạng lưới điện
Một năm có 365 ngày ·
P(t)
8760
A
P t dt ( ).
= ∫
Ppt
0
P(t)
1
2
24 h = 8760h, trong đó công suất thực tế của phụ tải theo từng giờ trong năm không phải là hằng số Ppt mà luôn biến đổi theo một hàm P(t) gọi là đồ thị phụ tải. Thông thường trên đồ thị phụ tải chỉ có một hoặc vài thời điểm công suất đạt Ppt, các khoảng thời gian còn lại công suất P < Ppt. Do vậy điện năng mà phụ tải tiêu thụ phải tính theo công thức:
t(h)
8760
Tmax
Spt=Ppt+jQpt
8760
=
P t dt ( ).
A P T . pt m
ax
= ∫
0
Trên đồ thị phụ tải, giá trị điện năng A là diện tích giới hạn bởi đường cong P(t) với trục hoành (trục thời gian t). Tính điện năng theo công thức này rất khó vì hàm P(t) không xác định được dưới dạng tường minh. Do vậy người ta đưa ra khái niệm thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax là thời gian sao cho khi truyền tải liên tục công suất Ppt trên đường dây thì điện năng tiêu thụ đúng bằng A hay nói cách khác:
Trên đồ thị Ppt.Tmax là diện tích hình chữ nhật có các cạnh là Ppt và Tmax. Biểu thức trên có thể diễn giải trên đồ thị là: diện tích phần gạch đứng bằng diện tích phần gạch ngang.
Giá trị Tmax được xác định theo phương pháp thống kê và được lập thành đồ thị hoặc bảng tra để sử dụng. Bảng sau xác định Tmax của một số loại phụ tải:
Loại phụ tải
Tmax (h/năm) 1. Các đô thị (Theo QCVN:01/2008/BXD)
Quy hoạch 10 năm đầu Quy hoạch dài hạn sau 10 năm
Đô thị đặc biệt 2800 3000
Đô thị loại 1 2500 3000
Đô thị loại 2, 3 2500 3000
Đô thị loại 4, 5 2000 3000
Chung cư 2000-3000
2. Khu vực nông thôn:
Khu dân cư nông thôn 2500-3000
Tưới tiêu trong nông nghiệp 700-800
3. Khu vực công nghiệp:
Nhà máy hóa chất 6200
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
83
Nhà máy chế biến gỗ 2440
Bài giảng Mạng lưới điện
Chế tạo máy 4345
Nhà máy cơ khí 3770
… …
Trong thiết kế quy hoạch cấp điện khu đô thị, chung cư, khu dân cư thường chọn
Tmax=2700h/năm.
Như vậy việc xác định điện năng tiêu thụ A của các phụ tải điện trong một năm trở nên đơn giản hơn rất nhiều vì không phải tính tích phân. Người ta chỉ cần tra bảng tìm Tmax và xác định Ppt là biết được lượng điện năng tiêu thụ.
+
=
+
+ + ...
+ + ...
A n
P T . ptn m
= A A 1
A 2
P T . pt m 1
ax1
P T . pt m 2
ax2
axn
Với mạng điện có nhiều phụ tải thì điện năng tiêu thụ của toàn bộ phụ tải được tính bằng tổng điện năng tiêu thụ của từng phụ tải:
=
+
A
P
(
+ + ...
P pt
P pt
T ). m
ptn
1
2
ax
Trường hợp tất cả các phụ tải điện đều có Tmax bằng nhau (cùng loại phụ tải) thì điện năng tiêu thụ của chúng là:
=
+
+
A P T . pt m
2
ax2
P T . pt m 3
ax3
P T . pt m 4
ax4
3
1
2
Spt3=Ppt3 + jQpt3
Spt2=Ppt2 + jQpt2
4
Spt4=Ppt4 + jQpt4
Ví dụ mạng điện có 3 phụ tải là 3 trạm biến áp cấp điện cho khu dân cư thì điện năng tiêu thụ tính như sau:
b) Xác định tổn thất điện năng trên đường dây tải điện
2
2
+
Trong phần tính toán tổn thất công suất ta đã biết công thức tính tổn thất công suất tác
dụng cho đoạn đường dây tải điện 1-2 là: (
)
)
(
c P 12
c Q 12
R
= P 12
12
2
U
D
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
84
Đây là phần tổn thất năng lượng hữu ích (điện năng) và là giá trị tổn thất cực đại D P(max). Trong thực tế do công suất mà phụ tải tiêu thụ biến đổi nên tổn thất công suất D P cũng biến đổi theo thời gian. Bằng phương pháp thống kê người ta cũng vẽ được đồ thị quan hệ giữa tổn hao công suất và thời gian 8760h trong năm D P(t).
Bài giảng Mạng lưới điện
D P D Pmax
D P(t)
t (h)
O
t
8760
8760
D = A
P t dt ( ).
D∫
0
Theo đồ thị, tổn thất điện năng phải tính theo công thức:
8760
D = D A
P t dt ( ).
P m
t = . ax
D ∫
0
Tuy nhiên tính tổn thất điện năng theo công thức này rất khó vì hàm D P(t) không xác định được dưới dạng tường minh. Do vậy người ta đưa ra khái niệm thời gian tổn thất công suất cực đại t (đọc là tô) là thời gian sao cho khi truyền tải liên tục công suất Ppt trên đường dây thì tổn thất điện năng đúng bằng D A hay nói cách khác:
Trên đồ thị D Pmax. t là diện tích hình chữ nhật có các cạnh là D Pmax và t . Trên đồ thị là
có thể thấy diện tích phần gạch đứng bằng diện tích phần gạch ngang. Người ta đã chứng minh t có quan hệ chặt chẽ với Tmax và cosj
4
t
=
+
(0,124
.10 ).8760
mT
ax
của phụ tải và được lập thành đồ thị để sử dụng. Tuy nhiên dưới góc độ thiết kế quy hoạch cấp điện thì t có thể tính gần đúng theo công thức thực nghiệm của Kezevit: -
Như vậy việc xác định tổn thất điện năng A đưa về bài toán xác định t từ Tmax và xác định D P của đường dây tải điện (đã trình bày trong phần xác định tổn thất công suất).
= D
+ D
A
Với mạng điện có nhiều đường dây tải điện thì tổn thất điện năng toàn mạng điện bằng
...
...
.
A n
t P n
n
D = D + D A 1
+ + D A 2
P 1
+ + D t P . 1 1
2
tổng tổn thất điện năng của từng đường dây: t .
A
(
...
P t ).n
D = D + D + + D P 1
P 2
Trường hợp tất cả các đường dây tải điện đều có t bằng nhau (cùng loại phụ tải) thì tổn thất điện năng của mạng điện là:
Cuối cùng là xác định tỷ lệ % tổn thất điện năng trên tổng số điện năng truyền tải cho các phụ tải:
A
= %
.100%
A A
D D
5.4. Tổn thất điện áp trong mạng điện
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
85
5.4.1. Ý nghĩa của việc xác định tổn thất điện áp:
Bài giảng Mạng lưới điện
Điện áp là một chỉ tiêu xác định chất lượng sản phẩm điện năng bán cho khách hàng (là người dùng điện), do đó được Nhà nước quy định không được dao động quá – 5%Uđm. Tuy nhiên đường dây tải điện luôn luôn tồn tại điện trở và điện kháng dọc đường dây nên sẽ gây ra tổn thất điện áp.
Do đó trong thiết kế cấp điện phải tính toán được tổn thất điện năng tại mọi điểm trong mạng điện có nằm trong giới hạn cho phép hay không, tức là mạng điện quy hoạch phải đáp ứng quy định khi truyền tải điện năng đến hộ tiêu thụ.
Tuy nhiên việc xác định chính xác tổn thất điện áp rất phức tạp nên trong bài giảng này 220kV cần chỉ lập công thức gần đúng với cấp điện áp ≤ 110kV. Với đường dây tải điện ‡ xem thêm trong các tài liệu chuyên ngành.
=
+
5.4.2. Tổn thất điện áp của đường dây tải điện có phụ tải tập trung tại một điểm: a) Sơ đồ thay thế hình (cid:213) đầy đủ: Xét một đoạn đường dây từ điểm 1 đến điểm 2 có chiều dài l với sơ đồ thay thế hình (cid:213) đầy đủ. Tại điểm cuối đường dây tải điện có một phụ tải tập trung là S2=Ppt2 + jQpt2. Trường hợp điểm cuối có nhiều phụ tải tập trung thì thay thế bằng một phụ tải tương đương S2.
= )
c S 12
P 2
j Q ( 2
+ c P 12
c jQ 12
CQ 12 2
jX
cS 12
12
12R
ñS 12
- Công suất ở cuối đoạn 1-2 là:
S2 = Ppt2 + jQpt2
jQ+
P pt
pt
2
2
12
12
CjQ 2
CjQ 2
1 2 1 2
+
c P R . 12
12
Điện áp tại nút 1 là U1, điện áp tại nút 2 là U2. Khi đó đại lượng D U12 = U1 - U2 gọi là tổn thất điện áp trên đường dây và tính theo công thức gần đúng sau:
U
= 12
c Q X . 12 U
12 1000.
12 là công suất tác dụng ở cuối đường dây, tính bằng kW 12 là công suất phản kháng ở cuối đường dây, tính bằng kVAr
D
Trong đó: Pc Qc U là điện áp định mức của đường dây, tính bằng kV. D U là tổn thất điện áp dọc đường dây, tính bằng kV
Tổn thất điện áp tính theo % là:
12
U
.100%
= 12%
U U
D D
Theo tiêu chuẩn thì |D U12%| ≤ 5% Điện áp ở cuối đường dây có thể tính theo công thức:
U
= U U 1
2
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
86
- D
Bài giảng Mạng lưới điện
jX
12
12R
12
12
jQ+
P pt
pt
2
2
b) Sơ đồ thay thế giản lược: 1 S1 1 2 Sđ Sc 2 S2=Ppt2+jQpt2
đầy đủ:
c P R . 12
12
U
= 12
c Q X . 12 U
12 1000.
j
Với sơ đồ giản lược vẫn tính tổn thất điện áp như sơ đồ hình P + D
CQ 12 2
Tuy nhiên trong sơ đồ thay thế không có thành phần công suất do điện dung của
+
P R . pt 2
12
đường dây sinh ra nên tổn thất công suất có thể tính theo công thức:
U
= 12
Q X . qt 2 U
12 1000.
D
Tổn thất điện áp tính theo % là:
12
U
.100%
= 12%
U U
D D
Theo tiêu chuẩn thì |D U12%| ≤ 5% Điện áp ở cuối đường dây có thể tính theo công thức:
U
= U U 1
2
- D
5.4.3. Tổn thất điện áp của đường dây tải điện có nhiều phụ tải phân bố rải rác:
ij và Qc
ij
Với đường dây tải điện gồm nhiều phụ tải phân bố rải rác thì phải lập sơ đồ thay thế và tính tổn thất điện áp từng đoạn đường dây rồi cộng lại để được tổn thất điện áp tổng. Lưu ý trong các công thức tính tổn thất điện áp trên đoạn đường dây i-j phải lấy công suất ở cuối các đoạn đường dây là Pc
3
2
1
D U12
D U34
4
D U23
Ví dụ ở hình vẽ dưới có 3 phụ tải chia đường dây thành 3 đoạn là 1-2, 2-3, 3-4. Khi lập sơ đồ thay thế từng đoạn đường dây để tính tổn thất điện áp được D U12, D U23, D U34 thì tổng tổn thất điện áp là:
Spt2=Ppt2+jQpt2 Spt3=Ppt3+jQpt3 Spt4=Ppt4+jQpt4
D U14 = D U12 + D U23 + D U34
Tổn thất điện áp tính theo % là:
14
U
.100%
= 14%
U U
D D
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
87
Theo tiêu chuẩn thì |D U14%| ≤ 5% Điện áp ở cuối đường dây có thể tính theo công thức:
Bài giảng Mạng lưới điện
U
= U U 1
4
- D
5.4.4. Tổn thất điện áp của đường dây tải điện có phân nhánh:
Nếu các phụ tải phân bố rải rác và có phân nhánh thì phải tính toán tổn thất điện áp từ đầu nguồn điện đến tất cả các phân nhánh của mạng điện. Xét ví dụ ở hình vẽ sau:
4
4 2
U
Spt4=Ppt4+jQpt4
3
1
D U12
2
D U23
D
Spt2=Ppt2+jQpt2 Spt3=Ppt3+jQpt3
Trường hợp này, đầu tiên ta cũng tính tổn thất điện áp trên từng đoạn đường dây dựa đầy đủ hoặc sơ đồ giản lược) sau đó mới tìm điện áp của vào sơ đồ thay thế (sơ đồ hình P các nhánh rẽ.
Điện áp tại điểm 2 là: U2 = U1 - D U12 Điện áp tại điểm 4 là: U4 = U2 - D U24 = U1 - D U12 - D U24 = U2 - D U124 Điện áp tại điểm 3 là: U3 = U2 - D U23 = U1 - D U12 - D U23 = U2 - D U123 Suy ra điện áp tổn thất từ điểm 1 đến điểm 3 là:
D U123 = D U12 + D U23
Suy ra điện áp tổn thất từ điểm 1 đến điểm 4 là:
D U124 = D U12 + D U24
Khi kiểm tra chất lượng điện áp phải kiểm tra cả điểm 3 và điểm 4 xem có đảm bảo theo quy định hay không.
Với các mạng điện phân nhánh phức tạp hơn thì cách tính tổn thất điện áp cũng tương tự như trên.
5.4.5. Tổn thất điện áp trên đường dây có phụ tải phân bố đều:
Trong thiết kế quy hoạch cấp điện có thể gặp trường hợp các phụ tải phân bố đều hoặc gần đều dọc theo một đường dây cung cấp điện như đường dây chiếu sáng, đường dây cấp điện cho nhà ở chia lô dọc theo một tuyến phố.
Những trường hợp này do mật độ phụ tải quá dày lại tương đối đều nhau (vì giai đoạn quy hoạch giả thiết phụ tải giống nhau), nếu áp dụng công thức tính tổn thất điện áp cho từng đoạn thì khối lượng tính toán rất lớn. Do đó phải xây dựng phương pháp tính riêng đảm bảo độ chính xác mà khối lượng tính toán lại ít.
dx P
y
P Px
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
88
x O x l
Bài giảng Mạng lưới điện
=
P 0
P l
Xét đường dây có phụ tải phân bố đều như hình vẽ với chiều dài l(km). Tổng công suất phụ tải trên toàn bộ đường dây là P thì mật độ phụ tải là:
/km) cũng giống nhau dọc chiều dài đường dây. Đơn vị của P0 là kW/km. Các phụ tải dân dụng thường có tính chất giống nhau nên cùng giá trị cosj. Đường dây tải điện thường có cùng một tiết diện nên giá trị điện trở đơn vị r0(W
/km) và điện kháng đơn vị x0(W Lập hệ trục tọa độ Oxy có gốc nằm cuối đường dây, trục Ox hướng về đầu nguồn điện. Tại điểm cách gốc O một đoạn x thì các công suất chạy trên dây dẫn có giá trị là:
.x Px = P0.x Qx = Px.tgj = P0. tgj
Xét độ dài vi phân dx tại điểm cách góc O một đoạn x. Độ dài dx có điện trở và điện kháng vi phân là:
dr = r0.dx dx = x0.dx
+
j
+
+
.
x dx
. .
. .
.
.
). .
P dr Q dx P x r dx P tg x x dx P r ( x 0
0
0
0
0
=
=
D = d U
x U
. 1000.
. 0 U 1000.
j x tg . 0 U 1000.
Tổn thất điện áp trên đoạn đường dây có độ dài dx là:
l
l
l
2
+
+
+
)
)
l ).
D = U
D = d U
= x dx .
∫
∫
j x tg P r ( . 0 0 0 U 1000.
j x tg P r ( . 0 0 0 U 1000.
2 x = 2
j x tg P r . ( 0 0 0 U 2.1000.
0
0
0
D = U
.
+ PR QX U
1 2 1000.
Tổn thất điện áp trên toàn bộ đường dây:
Trong đó:
= R r l 0.
là điện trở toàn bộ đường dây tải điện, đơn vị W
= X x l 0.
là điện kháng toàn bộ đường dây tải điện, đơn vị W
= P P l 0.
là tổng công suất tác dụng toàn bộ đường dây, đơn vị kW
là tổng công suất phản kháng toàn bộ đường dây, đơn vị kVAr
Q = P.tgj U là điện áp định mức của mạng điện, đơn vị kV D U là tổn thất điện áp, đơn vị kV
Nhìn vào công thức ta thấy tổn thất điện áp trên đường dây phụ tải phân bố đều có thể thay bằng 1 phụ tải tập trung P+jQ đặt ở điểm giữa đường dây.
5.5. Phát nóng của dây dẫn và dây cáp điện khi có dòng điện chạy qua:
Do dây dẫn điện luôn có điện trở R nên khi có dòng điện chạy qua nó sẽ gây tổn hao điện năng dưới dạng nhiệt làm nhiệt độ dây dẫn điện tăng lên. Lượng nhiệt sinh ra trong dây dẫn và lượng nhiệt tản vào môi trường xung quanh cân bằng nhau thì nhiệt độ của dây dẫn ổn định.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
89
Sự tỏa nhiệt phụ thuộc vào các yếu tố sau:
Bài giảng Mạng lưới điện
- Nhiệt độ môi trường xung quanh: Nhiệt độ xung quanh càng cao thì sự tỏa nhiệt của dây dẫn càng kém do đó làm cho dây dẫn nóng hơn và ngược lại.
- Số lượng cáp điện lắp đặt gần nhau: Với các loại cáp bọc, cáp ngầm khi lắp đặt gần nhau thì sự tỏa nhiệt của sợi cáp này sẽ ảnh hưởng đến sự tỏa nhiệt của sợi cáp kia. Đặc biệt khi lắp chồng lên nhau thì cáp ở lớp dưới khó tỏa nhiệt hơn lớp trên.
- Độ ẩm của đất (nếu dùng cáp ngầm): Cáp ngầm lắp đặt trong đất ẩm thì tỏa nhiệt tốt hơn cáp đặt trong môi trường đất khô.
Nhiệt độ dây dẫn tăng gây ra nhiều tác hại lớn: sẽ làm khả năng dẫn điện giảm, làm hỏng vỏ cách điện, hao phí nhiên liệu chạy máy phát điện, … Do đó vấn đề đặt ra là xác định dòng điện lâu dài cho phép Icp chạy qua dây dẫn là bao nhiêu trong những điều kiện cụ thể. Vấn đề này rất khó xác định bởi môi trường lắp đặt dây dẫn và cáp rất khác nhau, do đó người ta thống nhất một môi trường chuẩn để xác định Icp, sau đó tùy vào môi trường lắp đặt mà đưa ra những hệ số hiệu chỉnh cho phù hợp.
Giá trị Icp là dòng điện tối đa cho phép lâu dài chạy trong dây dẫn được nhà chế tạo dây dẫn điện công bố theo những điều kiện môi trường sau đây:
tt
- Dây trần (lắp trong không khí): Tpntc = 700C , Tmttc = 250C. - Dây bọc (lắp trong không khí): Tpntc = 650C , Tmttc = 250C - Cáp ngầm (lắp trong đất) Tpntc = 650C , Tmttc = 150C Trong đó Tpntc là nhiệt độ phát nóng tiêu chuẩn của dây dẫn, Tmttc là nhiệt độ môi trường tiêu chuẩn của dây dẫn. Khi thiết kế phải tra catologue của nhà sản xuất dây dẫn để xác định Icp hoặc có thể tham khảo dòng điện cho phép của các loại dây dẫn điện được cho trong các Phụ lục 4-7 của bài giảng này.
cpI
Khi lắp đặt dây dẫn và cáp trong môi trường thực tế thì dòng điện cho phép thực tế
=
I
.
tt cp
cp
K K K I . . 2
1
3
phải được hiệu chỉnh theo điều kiện thực như sau:
Trong đó: K1 là hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ lấy theo bảng sau (11TCN-18-2006):
Loại dây dẫn
Hệ số K1 hiệu chỉnh dòng điện lâu dài cho phép theo nhiệt độ môi trường (0C) 40 25 45 20 30 35 50 15
Dây trần 1,05 1,00 0,94 0,88 0,81 0,74 0,67 1,11
Dây bọc 1,06 1,00 0,94 0,87 0,79 0,71 0,61 1,12
Cáp ngầm 0,95 0,89 0,84 0,77 0,71 0,63 0,55 1,00
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
90
(Nếu nhiệt độ môi trường lắp đặt khác bảng trên thì phải tính nội suy để tìm K1) K2 là hệ số điều chỉnh khi nhiều sợi cáp lắp song song gần nhau hoặc lắp chồng lên nhau lấy theo bảng sau:
Bài giảng Mạng lưới điện
Số sợi cáp
1
2
3
4
5
6
Loại cáp
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1. Dây dẫn trần
2. Dây bọc, dây trần
Khoảng cách các sợi cáp:
100mm
1,00
0,9
0,85
0,8
0,78
0,75
200mm
1,00
0,92
0,87
0,84
0,82
0,81
300mm
1,00
0,93
0,9
0,87
0,86
0,85
> 300mm
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
K3 là hệ số điều chỉnh của cáp ngầm lắp trong đất (11TCN-18-2006) theo bảng sau:
Loại đất
Đặc điểm đất
K3
Nhiệt trở suất của đất (cm.0K/W)
Ẩm
80
1,05
Khô
120
1,00
200
0,87
Rất khô
Khô hoàn toàn
300
0,75
Cát có độ ẩm >9% Đất sét pha cát có độ ẩm >1% Đất và cát có độ ẩm 7-9% Đất sét pha cát độ ẩm 12-14% Cát có độ ẩm >4% và <7% Đất sét pha cát có độ ẩm 8-12% Cát có độ ẩm tới 4% Đất nhiều đá
(Nếu lắp dây dẫn hoặc cáp điện trên không thì K3=1)
5.6. Xác định tiết diện dây dẫn điện
Dây dẫn là vật liệu chính trong truyền dẫn điện năng. Dây dẫn chế tạo bằng kim loại màu (đồng, nhôm,...) nên giá thành đắt. Ví dụ giá thành một số loại dây điện do Công ty cổ phần dây cáp điện Việt Nam (CADIVI) sản xuất tháng 9 năm 2010:
Cáp treo trên không 1 pha 24 kV ruột đồng, tiết diện 1x120mm2 giá 288.750 đồng/mét Cáp ngầm 1 pha 24 kV ruột đồng, tiết diện 1x120mm2 giá 361.160 đồng/mét Cáp ngầm 3 pha 24 kV ruột đồng, tiết diện 3x120mm2 giá 1.208.020 đồng/mét
Đường dây tải điện dài nên lượng kim loại màu sử dụng khá lớn. Ngoài ra trong thành phố còn sử dụng dây bọc hoặc cáp ngầm thì giá thành mua sắm dây dẫn còn cao gấp nhiều lần.
Tiết diện dây ảnh hưởng rất lớn đến giá thành đầu tư. Về mặt kỹ thuật ta chọn tiết diện dây càng to càng tốt nhưng về mặt kinh tế không cho phép như vậy. Một trong những nhiệm vụ quan trọng trong quy hoạch cấp điện là xác định tiết diện dây điện cấp cho hộ tiêu thụ thỏa mãn điều kiện kinh tế - kỹ thuật.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
91
Tiết diện dây dẫn do các nhà máy chế tạo ra không phải đặt hàng cỡ nào cũng có mà được sản xuất theo cấp tiết diện do nhà nước quy định bằng tiêu chuẩn. Các cấp tiết diện phổ biến trên thị trường là 6, 10, 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150, 240, 300, 330 mm2. Khi tính chọn dây dẫn ta phải quy về cấp tiết diện lớn hơn gần nhất để chọn dây.
Bài giảng Mạng lưới điện
=
+
5.6.1. Xác định dòng điện cực đại chạy trên dây dẫn: a) Sơ đồ thay thế hình (cid:213) đầy đủ: Ở phần tính tổn thất công suất ta đã biết với đoạn đường dây 1-2 có sơ đồ thay thế hình (cid:213) đầy đủ thì công suất ở cuối đoạn 1-2 là:
= )
c S 12
P 2
j Q ( 2
+ c P 12
c jQ 12
CQ 12 2
jX
12
12R
-
ñS 12
cS 12
12I
12
12
CjQ 2
CjQ 2
S1 = P1 + jQ1 S2 = P2 + jQ2 1 2
=
I
12
cS 12 U 3
12 tính bằng kVA, U tính bằng kV và I12 tính bằng A.
Như vậy dòng điện cực đại trên đoạn dây dẫn 1-2 là:
23I
3
12I
1
2
Trong đó Sc Với đường dây tải điện gồm nhiều đoạn đường dây nối tiếp nhau thì phải tính dòng điện trên từng đoạn riêng rẽ. Ví dụ ở hình vẽ dưới có 2 đoạn đường dây ứng với sơ đồ thay thế gồm 2 đoạn hình P .
jX
jX
12
23
12R
23R
ñS 12
cS 12
ñS 23
Spt2=Ppt2+jQpt2 Spt3=Ppt3+jQpt3
cS 23
23
12
CjQ 2
23
12
CjQ 2 Spt2=Ppt2+jQpt2
CjQ 2
CjQ 2
1 2 3 S3=Spt3 S1
=
I
23
cS 23 U 3
Dòng điện trên đoạn 2-3 là:
=
I
12
cS 12 U 3
Dòng điện trên đoạn 1-2 là:
b) Sơ đồ giản lược
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
92
Với sơ đồ giản lược như hình vẽ dưới thì dòng điện trên đoạn 1-2 là:
Bài giảng Mạng lưới điện
=
I
12
cS 12 U 3
jX
12
12R
12
12
1 S1 S2 2 Sđ Sc
3
2
1
4
Với đường dây tải điện gồm nhiều đoạn đường dây nối tiếp nhau thì tính dòng điện trên từng đoạn riêng rẽ. Ví dụ ở hình vẽ dưới có 3 đoạn đường dây cùng sơ đồ thay thế giản lược bên dưới:
jX
jX
jX
12
23
34
12R
23R
34R
Spt2=Ppt2+jQpt2 Spt3=Ppt3+jQpt3 Spt4=Ppt4+jQpt4
23
12
23
34
34
2 1 Sc S4 Sc Sđ Sđ Sc 3 4
S1
Spt2=Ppt2+jQpt2 Spt3=Ppt3+jQpt3
=
I
34
cS 34 U 3
Dòng điện trên đoạn 3-4 là:
=
I
23
cS 23 U 3
Dòng điện trên đoạn 2-3 là:
=
I
12
cS 12 U 3
Dòng điện trên đoạn 1-2 là:
c) Dòng điện cực đại trên đường dây có phụ tải phân bố đều:
Với đường dây có phụ tải phân bố đều hoặc gần đều thì không thể chọn mỗi đoạn một tiết diện vì như vậy mạng điện sẽ bị cắt vụn, lãng phí dây dẫn và khó dự phòng. Với những mạng điện này dòng điện cực đại xuất hiện ở đầu đường dây, càng về cuối đường dây dòng điện giảm dần.
2
2
S
+ P Q
=
=
I
A ( )
U 3
U 3
Dòng điện cực đại đầu đường dây tính theo công thức:
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
93
Trong đó:
Bài giảng Mạng lưới điện
P là tổng công suất tác dụng toàn bộ đường dây (kW)
Q là tổng công suất phản kháng toàn bộ đường dây (kVAr)
I
P+jQ
5.6.2. Chọn tiết diện dây dẫn điện theo mật độ dòng điện kinh tế Mật độ dòng điện kinh tế, ký hiệu là jkt, là số Ampe lớn nhất cho phép chạy trong 1mm2 của dây dẫn điện. Các phân tích kinh tế - kỹ thuật mạng điện đã chứng minh rằng: nếu dây dẫn điện thỏa mãn điều kiện này thì nó vận hành ở trạng thái kinh tế nhất có nghĩa là phí tổn vận hành hằng năm của đường dây là bé nhất.
Phí tổn vận hành háng năm gồm: khấu hao thiết bị, sửa chữa, thay thế thiết bị, trả lương cho người vận hành và tổn thất điện năng trên đường dây.
jkt phụ thuộc rất nhiều yếu tố như: giá nhiên liệu, chi phí xây dựng 1km đường dây, thời hạn thu hồi vốn, phí tổn vận hành hằng năm. Nếu xét tất cả các yếu tố này để xác định jktlà rất khó, mà nếu có xác định được thì mỗi đơn vị cũng có phương pháp khác nhau dẫn đến jkt không thống nhất. Xuất phát từ lý do này, Nhà nước quy định jkt như bảng sau (Tiêu chuẩn ngành 11TCN-18-2006).
Loại dây dẫn
Mật độ dòng điện kinh tế jkt (A/mm2) Số giờ sử dụng phụ tải cực đại trong năm Tmax (h)
Trên 1000 đến 3000
Trên 3000 đến 5000
Trên 5000
1. Dây trần, dây dẫn cứng (thanh dẫn)
- Đồng
2,5
2,1
1,8
- Nhôm hoặc nhôm lõi thép
1,3
1,1
1,0
2. Dây bọc cao su, bọc PVC, cáp ngầm cách điện bằng giấy
- Ruột đồng
3,0
2,5
2,0
- Ruột nhôm
3,0
2,5
2,0
3. Cáp ngầm cách điện cao su, nhựa tổng hợp (XLPE)
- Ruột đồng
3,5
3,1
2,7
- Ruột nhôm
1,9
1,7
1,6
=
F kt
I j kt
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
94
Như vậy để tính tiết diện dây dẫn điện theo mật độ dòng điên kinh tế, trước hết ta phải xác định dòng điện I chạy trên dây dẫn, sau đó căn cứ vào thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax và loại dây dẫn điện để tra bảng jkt. Cuối cùng tính tiết diện tối thiểu về mặt kinh tế:
Bài giảng Mạng lưới điện
=
F kt
j kt
+
+
I 26 n n 1)(2
1)
(
n
Trường hợp có n phụ tải phân bố đều dọc theo đường dây thì tiết diện kinh tế của dây dẫn được tính theo công thức:
n
P T . i
max(i)
∑
= 1
i
=
T m
ax
n
P i
∑
= 1
i
Chọn tiết diện dây dẫn điện lớn hơn gần nhất thỏa mãn F ≥ Fkt. Nếu một đường dây cấp điện cho n hộ tiêu thụ có Tmax khác nhau thì ta xác định Tmax trung bình để tra bảng jkt như sau:
Phương pháp xác định tiết diện dây dẫn điện theo jkt là phương pháp chính trong quy hoạch cấp điện. Ngoài ra còn hai phương pháp chọn tiết diện dây dẫn nữa là chọn theo điều kiện dòng điện phát nóng và chọn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép. Tuy nhiên dưới góc độ quy hoạch cấp điện thì đó chỉ là 2 điều kiện kỹ thuật để kiểm tra xem tiết diện dây dẫn đã chọn theo jkt có đảm bảo yêu cầu kỹ thuật hay không.
2
=
75,4
Ví dụ: Xác định tiết diện dây nhôm lõi thép của đường dây kép, điện áp 110kV với phụ tải cuối đường dây Spt = 30+j10 MVA, thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax=4200h. Giả thiết bỏ qua tổn thất công suất trên đường dây và bỏ qua công suất phản kháng do điện dung của đường dây.
mm → AC-95mm2 có Icp = 335A.
ktF
Đáp số:
5.6.3. Chọn tiết diện dây dẫn điện theo dòng điện cho phép:
Thực nghiệm đã chứng minh sự phát nóng của dây ngoài yếu tố chính do dòng điện gây ra còn có các yếu tố sau: nhiệt độ môi trường xung quanh (càng cao thì dây càng bị phát nóng); khả năng dẫn nhiệt của các loại đất (nhiệt trở); điều kiện tản nhiệt (ngoài trời, trong nhà); số lượng dây dẫn điện đặt song song (đặt nhiều dây gần nhau thì càng khó tản nhiệt); chất liệu làm dây dẫn (nhôm, đồng,...); chất liệu cách điện (XLPE, PVC, cao su,...).
Khi dây dẫn được lắp đặt, nhiệt độ môi trường khác với giá trị nhà chế tạo thí nghiệm. Ví dụ dây trần lắp ở môi trường Tkhông khí=38,50C khi đó Icp chắc chắn sẽ giảm so với quy định của nhà chế tạo vì khả năng tản nhiệt kém, ngược lại nếu lắp đặt ở môi trường có Tkhôngkhí=170C (ví dụ lắp tại thành phố Đà Lạt) thì Icp sẽ tăng lên so với quy định của nhà chế tạo vì khả năng tản nhiệt tốt hơn.
I
.
=tt cp
K K K I . . 2
1
3
cp
Trong phần phát nóng của dây dẫn điện chúng ta đã biết công thức xác định dòng điện cho phép ở điều kiện môi trường thực tế là:
Tiết diện dây dẫn phải được chọn phải thỏa mãn điều kiện:
I K K K I . .
I
I
cp
1
3
tt cp
. 2 Suy ra dòng điện cho phép của dây dẫn ứng với điều kiện thí nghiệm là:
£ (cid:219) £
I
cp
.
.
I K K K 2
1
3
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
95
‡
Bài giảng Mạng lưới điện
Trong đó dòng điện I là dòng điện chạy trên dây dẫn tính toán dựa vào sơ đồ thay thế. K1, K2, K3 là các hệ số hiệu chỉnh đã trình bày trong phần phát nóng của dây dẫn điện. Từ công thức này ta xác định được Icp là dòng điện cho phép ứng với chế độ thí nghiệm của nhà chế tạo (tức là dòng điện cho phép trong các bảng tra mà nhà chế tạo công bố). Căn cứ vào Icp sẽ xác định được tiết diện dây dẫn lớn hơn gần nhất trong bảng tra Phụ lục 4 đến Phụ lục 7 của bài giảng này.
Ví dụ: Một sợi cáp ngầm ruột nhôm 3 pha điện áp 22kV, cách điện XLPE có dòng điện chạy qua là I=125A. Sợi cáp này đặt trong môi trường có các hệ số K1=0,95, K2 = 0,92, K3=0,87. Hãy xác định tiết diện cáp.
=
Tiết diện cáp được chọn phải có dòng điện cho phép ở điều kiện thí nghiệm là:
I
164,39A
cp
.
.
125 = 0,95.0, 92.0,87
I K K K 2
1
3
‡
Tra Phụ lục 7 ứng với cáp nhôm 3 ruột 22 kV, chọn cáp 3x70mm2 là tiết diện lớn hơn
gần nhất có Icp =196A.
5.6.4. Chọn tiết diện dây dẫn điện theo tổn thất điện áp cho phép
Trong tính toán cấp điện phải kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp có đảm bảo hay không theo công thức sau đây:
U
%
U
%cp
D £ D hay cụ thể hơn là:
£U
% 5%
D
Trong đó D U% là tổn thất điện áp % của bất kỳ điểm nào trong mạng điện so với nguồn điện, thường là vị trí có tổn thất điện áp lớn nhất. Cách xác định D U% đã được trình bày trong phần tính toán tổn thất điện áp của mạng điện.
+
P R . pt 2
12
Chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện này được tiến hành sau khi chọn xong dây dẫn theo điều kiện jkt. Khi đó đã biết r0, x0 của dây dẫn, từ đó mới tính được tổn thất điện áp theo công thức đã nói ở phần trước:
U
= 12
Q X . qt 2 U
12 1000.
D
12
U
.100%
= 12%
U U
D D
Nếu chưa chọn được dây dẫn theo jkt thì chưa biết loại dây nên chưa biết được r0, x0 do
đó chưa biết được R12, X12 nên chưa thể tính được D U12.
5.6.5. Trình tự chọn tiết diện dây dẫn trong quy hoạch cấp điện:
Thực tế khi thiết kế quy hoạch người ta thường chọn dây dẫn theo điều kiện jkt. Với dây dẫn đã được chọn người ta tra bảng tìm được r0, x0, b0, tức là biết được R, X, jQc trên sơ đồ thay thế của đường dây.
tt
Bước tiếp theo là kiểm tra tổn thất điện áp bằng cách dựa vào sơ đồ thay thế tính toán D U% và kiểm tra tại mọi điểm của mạng điện phải thỏa mãn D U% ≤ 5%. Nếu không thỏa mãn điều kiện này thì tăng tiết diện lên 1 cấp nữa rồi kiểm tra tiếp (ví dụ kiểm tra với F=70mm2 không thỏa mãn thì tăng F=95mm2 là cấp tiết diện kế tiếp của dây dẫn).
cpI
‡ Cuối cùng kiểm tra dòng điện tính toán cho phép của cáp phải lớn hơn dòng điện làm I . Nếu không thỏa mãn điều kiện này thì tăng tiết diện lên 1 cấp nữa rồi
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
96
việc cực đại: kiểm tra tiếp.
Bài giảng Mạng lưới điện
Khi thỏa mãn cả jkt và 2 điều kiện kiểm tra thì tiết diện được chọn là tiết diện cuối cùng thỏa mãn điều kiện kinh tế-kỹ thuật.
5.7. Tính toán mạng điện kín:
1
A
B
B
A
S
S1
A
2
S3
S1
S2
S2
3
Mạng điện kín kiểu đường dây mạch kép
S3
Mạng điện kín có 2 nguồn cung cấp A, B
Mạng điện kín kiểu mạch vòng có 1 nguồn cung cấp A
Để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện người ta thường sử dụng mạng điện kín, là mạng điện mà mỗi hộ dùng điện được cung cấp ít nhất từ 2 phía. Những mạng điện kín đơn giản nhất gồm có: đường dây kép cung cấp điện cho 1 phụ tải, mạng vòng có một nguồn cung cấp hoặc mạch đường dây chính có 2 nguồn cung cấp.
Ưu điểm của mạng điện kín ở chỗ phụ tải được 2 nguồn điện cung cấp, tổn thất điện áp và tổn thất công suất nhỏ hơn so với mạng hở.
2 hay 2fi
Nguồn
0
Nguồn
0
S02
S01
S02
S01
2
1
1
2
S21
S12
S2=P2+jQ2
S1=P1+jQ1
S2=P2+jQ2
S1=P1+jQ1
Tính toán mạng điện kín bao gồm xác định sự phân bố công suất, tính tổn thất công suất và tổn thất điện áp. Do mạng điện kín nhận điện từ 2 hướng khác nhau nên có thể có các sơ đồ phân bố công suất khác nhau trên đường dây tải điện. Ví dụ mạng điện ở hình vẽ dưới là mạng điện kín được nhận điện từ nguồn 0 theo hai hướng 0-1 và 0-2. Tuy nhiên đoạn 1-2 cần phải xác định xem công suất truyền theo hướng 1fi 1. Nếu công suất truyền theo hướng 1fi 2 thì điểm 2 gọi là điểm phân công suất (có ký hiệu tam giác màu đen tại điểm 2). Ngược lại nếu công suất truyền theo hướng 2fi 1 thì điểm 1 gọi là điểm phân công suất (có ký hiệu tam giác màu đen tại điểm 1). Khi biết điểm phân công suất ta có thể tách ra thành 2 mạng hở tại điểm phân công suất và giải riêng rẽ từng mạng điện hở.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
97
Tuy nhiên việc xác định điểm phân công suất cũng như tính toán mạng điện kín là bài toán rất phức tạp nên trong bài giảng này không đề cập. Để có thể tính toán mạng điện kín, sinh viên cần tham khảo thêm tài liệu chuyên ngành mạng điện. Ngoài ra hiện nay có thể dùng phần mềm đồ họa để tính toán mạng điện kín rất hiệu quả, tốn ít công sức nhưng cho kết quả chính xác (phần mềm Netdraw như trình bày ở các phần sau).
Bài giảng Mạng lưới điện
Ở đây cũng phải nói rõ là: mạng điện của các đô thị, khu dân cư dùng cấp điện áp 22kV hoặc 35 kV vận hành kiểu mạng hở, do đó trong các đồ án quy hoạch xây dựng phần cấp điện chỉ có nội dung tính toán mạng điện hở.
5.8. Tính toán cơ khí dây dẫn của đường dây tải điện trên không
5.8.1. Khái niệm:
Dây dẫn, dây chống sét của đường dây trên không luôn chịu tác dụng của mưa, gió, nhiệt độ, trọng lượng và sức căng của dây. Vì vậy, ngoài việc tính toán về điện ta còn phải kiểm tra độ bền cơ học của nó dưới tác động của nội lực và ngoại lực. Tính toán độ bền cơ học của dây dẫn gọi là tính toán cơ khí dây dẫn của đường dây trên không.
Tính toán cơ khí dây dẫn đường dây tải điện chỉ là một bộ phận nhỏ trong tính toán cơ khí toàn bộ đường dây (như tính móng, cột, xà,…) nhưng trong bài giảng này chỉ đề cập đến tính toán cơ khí dây dẫn, do đó quy ước gọi vắn tắt bài toán cơ khí dây dẫn cũng là bài toán cơ khí đường dây cho đơn giản.
Trong quy hoạch xây dựng việc tính toán cơ khí đường dây tải điện trên không cho phép xác định được độ võng của dây trong khoảng vượt, từ đó xác định được khoảng cách an toàn từ dây đến mặt đất hoặc các công trình nằm bên dưới đường dây.
5.8.2. Tải trọng cơ giới tác dụng lên dây dẫn điện:
a) Trọng lượng bản thân dây dẫn:
Trong tính toán cơ khí dây dẫn, trọng lượng dây được biểu diễn thông qua khái niệm Tỷ tải. Tỷ tải là trọng lượng của dây dẫn dài 1 mét có tiết diện 1mm2. Đơn vị tỷ tải là N/m.mm2.
N
=
)
g 1
2
9,81. 1000.
G ( F m mm
.
Tỷ tải do trọng lượng được ký hiệu là g1 và tính theo công thức:
Trong đó:
G là khối lượng 1km dây dẫn (kg/km) F là tiết diện dây dẫn (mm2)
G và F tra trong bảng Phụ lục 8 của bài giảng này.
b) Tải trọng do áp lực gió tác dụng lên dây dẫn:
Gió thổi theo nhiều hướng khác nhau nên áp lực gió lên dây cũng khác nhau, tuy nhiên trường hợp nặng nề nhất là gió nằm ngang thổi vuông góc với dây dẫn nên được dùng làm điều kiện tính toán. Tính áp lực gió phải tuân theo Tiêu chuẩn ngành điện 11TCN-18-2006 và Tiêu chuẩn tải trọng và tác động TCVN2737-1995:
Q = 10-5.a (N) .Cx.K1. q0.Kh.Knăm.Fc
Trong đó:
a là hệ số tính đến sự không đồng đều của gió dọc theo dây dẫn, lấy theo bảng sau: a
1 0,85 0,75 0,7
‡ Áp lực gió tiêu chuẩn (daN/m2) 27 40 55 76
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
98
(Giá trị a nếu không có trong bảng thì phải dùng phép nội suy)
Bài giảng Mạng lưới điện
Cx là hệ số khí động học của không khí. Cx=1,1 nếu đường kính dây dẫn <20mm và 20mm. Cx=1,2 nếu đường kính dây dẫn ‡
K1 hệ số kể đến ảnh hưởng của độ dài khoảng cột lên tải trọng gió lấy theo bảng sau: K
1 1,20 1,10 1,05 1,00
‡ Khoảng cột (m) ≤ 50 100 150 250
(Giá trị K1 nếu không có trong bảng thì phải dùng phép nội suy)
q0 là áp lực gió tiêu chuẩn (daN/m2) xác định theo phân vùng gió trong tiêu chuẩn
I-A
TCVN2737-1995 như bảng sau: Phân vùng áp lực gió q0 (daN/m2) II-A 83 II-B 95 III-A 110 III-B 125 IV-B 155 V-B 185 55
(Lưu ý: Trong TCVN2737-1995 liệt kê phân vùng áp lực gió q0 theo từng huyện)
Kh là hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo độ cao lấy theo TCVN2737-95 như bảng sau: Hệ số Kh Ven biển, trống trải Nông thôn (ít trống trải) Đô thị (địa hình bị che chắn)
Độ cao (m) 10 15 20 30 40 50 60 80 100 1,18 1,24 1,29 1,37 1,43 1,47 1,51 1,57 1,62 1,00 1,08 1,13 1,22 1,28 1,34 1,38 1,45 1,51 0,66 0,74 0,80 0,89 0,97 1,03 1,08 1,18 1,25
(Giá trị Kh nếu không có trong bảng thì phải dùng phép nội suy)
Knăm là hệ số điều chỉnh tải trọng gió theo tuổi thọ công trình theo bảng sau:
Cấp điện áp <=35kV 110kV 220kV 500kV Knăm 0,78 0,83 0,91 0,96
Fc = d.l là diện tích bề mặt cản gió của dây dẫn (mm2), d là đường kính dây dẫn (mm) và l là chiều dài dây dẫn, lấy gần đúng bằng độ dài khoảng cột (đo bằng mm). Vậy ta có:
Q = 10-5.a .Cx.K1. q0.Kh.Knăm.d.l (N)
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
99
Trong tính toán cơ khí đường dây người ta dùng khái niệm Tỷ tải của gió lên dây, đó là áp lực gió lên 1m chiều dài dây dẫn và 1mm2 tiết diện.
Bài giảng Mạng lưới điện
=
=
=
.
a 5 10 .
a 2 ) 10 .
(
(
.
.
.
.
.
.
.
)
naêm
naêm
h
h
x
x
g 2
C K q K K . . 0
C K q K K . . 0
1
1
2
2
d F
d F
Q l F .
N mm mm .
- -
N m mm . Với F (mm2) là tiết diện tính toán của dây dẫn tra trong Phụ lục8 của bài giảng này. c) Tải trọng tổng hợp tác dụng lên dây dẫn:
=
+
g
2 g 1
2 g 2
Quy ước tải trọng gió nằm ngang, trong khi tải trọng do trọng lượng dây hướng thẳng đứng nên hai tải trọng này vuông góc với nhau tạo ra tỷ tải tổng hợp là:
5.8.3. Ứng suất và độ võng của dây dẫn:
Xét một dây dẫn treo trên 2 cột điện tại 2 điểm A và B. Độ dài đoạn AB=l gọi là khoảng cột. Dây dẫn có tỷ tải tổng hợp là g sẽ làm cho dây võng xuống, đồng thời nó gây ra ứng suất s (N/mm2) ở trong dây dẫn. Khoảng cách thẳng đứng từ điểm thấp nhất của dây đến đường thẳng AB gọi là độ võng f.
2
=
y
x
g s 2
Thiết lập hệ trục tọa độ Oxy có gốc O nằm tại điểm võng nhất của dây, khi đó tọa độ các điểm là A(-l/2;0), B(l/2;0). Về mặt toán học, phương trình dây dẫn trong hệ tọa độ Oxy là phương trình dây xích, tuy nhiên trong tính toán gần đúng có thể coi là đường parabol có phương trình là:
y
B A f
C
cx
l 2
l 2
1 h
0 h
x O -
D h
x = vào phương trình:
D
l 2
=
f
m
(
)
2 l g s 8
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
100
Độ võng được xác định bằng cách thay tọa độ
Bài giảng Mạng lưới điện
Nhìn vào công thức này ta thấy dây càng căng (s lớn) thì độ võng f càng bé. Quan hệ và f rất chặt chẽ nên khi thi công thay vì phải đo ứng suất trong dây, người ta chỉ cần giữa s đo f là biết ứng suất.
s=
T
)
F N . ( Trong thiết kế quy hoạch thường chọn s
tb=60N/m.mm2 do đó biết được f, từ đó kiểm tra được khoảng cách an toàn từ điểm thấp nhất của dây dẫn đến mặt đất (xem chương 2). Trong thực tế có thể trong khoảng giữa 2 cột còn những công trình cao nhô lên (nhà cửa, ụ đất,…) cũng cần phải kiểm tra khoảng cách an toàn. Ví dụ trên hình vẽ cần kiểm tra khoảng cách h1=CD với điểm D có độ cao là hD:
=
+
Một cách gần đúng coi ứng suất bằng nhau tại mọi điểm trên dây dẫn, khi đó sứ căng tại một điểm bất kỳ của dây dẫn là:
x
)
2 c
h D
h 1
h 0(
g s 2
-
5.8.4. Ứng suất và độ võng của dây dẫn trong các điều kiện khí hậu khác nhau:
Khi nhiệt độ môi trường cũng như tải trọng gió thay đổi thì ứng suất và độ võng cũng biến đổi theo hay nói theo cách khác: trạng thái của dây dẫn bị biến đổi theo điều kiện khí hậu.
s
s
a
Giả thiết trạng thái m có nhiệt độ tm, tỷ tải gm, ứng suất s m. Ở trạng thái n có nhiệt độ tn, tỷ tải gn, ứng suất s n. Giữa 2 trạng thái này có quan hệ khăng khít với nhau qua biểu thức:
t
(
)
t n
m
n E
m E
2 2 l g n s 24
= 2 n
2 2 l g m s 2 24 m
- - - -
là hệ số giãn nở theo nhiệt độ của dây dẫn, đơn vị 10-6.1/0C được tra bảng phụ lục 8.
Trong đó: a E là mô đun đàn hồi của dây dẫn, đơn vị N/mm2 được tra bảng phụ lục 8. Phương trình này gọi là phương trình trạng thái của dây dẫn. Đây là phương trình bậc 3 nên phải giải gần đúng, hiệu quả nhất là dùng máy tính để giải. Khi biết được một trạng thái gốc (thường là giá trị lúc xây lắp ứng với ttb) thì ta xác định được tất cả các trạng thái còn lại. Theo quy định của tiêu chuẩn 11TCN-18-2006 chỉ cần tính toán với một số tổ hợp nhất định của điều kiện khí hậu.
5.8.5. Các tổ hợp khí hậu tính toán cơ khí đường dây tải điện
Môi trường xung quanh dây dẫn và khí hậu của khu vực lắp dây thay đổi liên tục theo thời gian và theo vùng miền do đó không thể tính toán ứng với mọi chế độ. Tiêu chuẩn ngành 11TCN-18-2006 quy định các chế độ tính toán như sau:
TT Chế độ tính toán Áp lực gió tiêu chuẩn q0 ( daN/m2)
Nhiệt độ Không khí (0C) Tmin 25
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
101
1 Nhiệt độ không khí thấp nhất 2 Tải trọng ngoài lớn nhất 3 Quá điện áp khí quyển 20 0 q0 10
Bài giảng Mạng lưới điện
0
4 Nhiệt độ không khí trung bình 5 Nhiệt độ không khí cao nhất 0 Ttb Tmax
Các giá trị Tmin, Tmax, Ttb được lấy từ Thông tư số 29/2009/TT-BXD ban hành các điều kiện khí hậu tính toán trong xây dựng; q0 lấy từ Tiêu chuẩn tải trọng và tác động 2737-1995 ứng với từng huyện trong toàn quốc.
Thông thường có một trạng thái biết trước là khi nhiệt độ trung bình Ttb thì ứng suất được chọn s tb=60N/m.mm2 và g=g1 (chỉ có tải trọng do trọng lượng dây), từ trạng thái này tính ra 4 trạng thái còn lại. Theo quy định, phải kiểm tra độ an toàn, kiểm tra khoảng cách từ dây dẫn đến mặt đất đối với tất cả các trạng thái khí hậu nói trên.
5.9. Ứng dụng phần mềm Netdraw trong tính toán mạng điện
Netdraw là phần mềm tính toán mạng điện rất chính xác nhưng hoàn toàn miễn phí. Phần mềm giúp cho người làm quy hoạch dễ dàng tính toán các thông số của mạng điện mà không cần tốn nhiều công sức. Đây là phần mềm có giao diện đồ họa, rất dễ sử dụng. Phiên bản mới nhất đến tháng 12/2013 là V12.2 và có dung lượng rất bé (chưa đến 4MB)
Phần mềm do Tiến sĩ Hans-Detlef Pannhorst (người Đức) tạo ra dùng cho mục đích giảng dạy ở trường đại học và được cung cấp miễn phí tại địa chỉ http://www.netdraw.de.
Khi sử dụng phần mềm này thì toàn bộ các công đoạn tính toán như tổng trở, tổng dẫn, tổn thất công suất, tổn thất điện áp, công suất chạy trên từng đường dây,… đều được tính toán chính xác và chi tiết, ngay cả đối với các mạng điện kín.
5.9.1. Cài đặt, khởi động và giới thiệu giao diện chương trình
Các thanh công cụ
Hệ thống menu
Vùng vẽ sơ đồ mạng điện
Sau khi tải về từ internet, tiến hành cài đặt như các chương trình Windows khác. Khi cài đặt xong, trên Desktop xuất hiện biểu tượng chương trình Netdraw, chỉ việc kích đôi chuột vào biểu tượng này sẽ vào giao diện đồ họa của chương trình:
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
102
Khi ấn vào một nút trên thanh công cụ thì trên vùng sơ đồ mạng điện sẽ xuất hiện hình của thiết bị đó. Các nút chính trên thanh công cụ gồm:
Bài giảng Mạng lưới điện
Nhà máy điện
Hệ thống điện quốc gia. Đây là hệ thống có điện áp giữ ổn định và công suất vô hạn. Khi mạng điện kết nối với nó thiếu công suất thì nó sẽ cấp bổ sung, khi mạng điện nối với nó thừa công suất nó nhận vào với số lượng không giới hạn. Bất kỳ sơ đồ điện nào cũng đều phải có nút này.
Máy biến áp có 2 cấp điện áp
Máy biến áp có 3 cấp điện áp
Điểm nút của lưới điện. Đây là nơi các đường dây nối tậm trung.
Đường dây trên không hoặc đường cáp điện ngầm
Phụ tải điện P, Q
Động cơ điện cỡ lớn. Ví dụ trong đô thị có thể có các trạm bơm lớn
Dây nối (dây siêu dẫn có R=0).
Tạo chú thích trên bản vẽ.
5.9.2. Vẽ sơ đồ mạng điện và nhập thông số
P3=213kW Q3=132 kVAr
22/0,4kV 250kVA
T3
/km /km
/km /km
R0=0,12W X0=0,4W l=20km
R0=0,17W X0=0,29W l=9km
T2
Ví dụ vẽ sơ đồ mạng điện sau (đoạn từ HTĐ-T1 dùng cáp ngầm, các đoạn khác là đường dây trên không):
T1
/km /km
/km /km
22/0,4kV 560kVA
R0=0,23W X0=0,21W l=14km
R0=0,31W X0=0,42W l=19km
22/0,4kV 400kVA
P2=476 kW Q2=295 kVAr
P1=340 kW Q1=211 kVAr
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
103
HTĐ 22kV
Bài giảng Mạng lưới điện
New… để mở dự án mới.
Tiến hành các bước như sau: Mở phần mềm Nedraw, vào menu File fi Trước hết lưu dự án vào thư mục công việc bằng cách bấm Ctrl+S.
1) Bấm nút để đưa hệ thóng điện quốc gia vào sơ đồ. Đưa chuột vào vùng sơ đồ mạng điện thì
biểu tượng di chuyển theo. Chọn vị trí thích hợp, bấm chuột trái để đặt nó. Khi này xuất hiện form nhập dữ liệu cho hệ thống điện.
- Node name: Nhập tên nút (nên nhập tên dễ nhớ)
- Voltage value [pu] (Type G, S): Nhập 1.05 là
điện áp tương đối vượt 5% Uđm.
- Voltage phase angle [0] (Type S): Nhập 0 là góc pha của hệ thống điện quốc gia.
- Các hộp văn bản khác không cần nhập
- Bấm OK để hoàn tất.
2) Bấm nút
để chèn điểm nút của lưới điện lần lượt là các nút T1, T2, T3 và đặt chúng ở vị trí thích hợp trên vùng sơ đồ điện. Mỗi lần thả nút này trên sơ đồ thì sẽ xuất hiện một form nhập liệu gồm:
- Node name: Nhập tên nút.
- Nominal system voltage (kV): Nhập điện áp định mức của nút.
- Bấm OK để hoàn tất
3) Bấm nút
để vẽ các đường dây hoặc đường cáp của mạng điện gồm các đoạn HTĐ-T1; T1-T2; T2-T3; T3-HTĐ. Khi bấm nút này phải nhập chuột chính xác vào các điểm đi (điểm đầu) và điểm đến (điểm cuối) của đường dây. Mỗi lần vẽ xong đường dây trên sơ đồ thì sẽ xuất hiện một form nhập liệu gồm:
- Node name 1: Không nhập (phần mềm tự động nhận diện điểm đầu nếu click chuột chính xác vào điểm đầu khi vẽ).
- Node name 2: Không nhập (phần mềm tự động nhận diện điểm cuối nếu click chuột chính xác vào điểm cuối khi vẽ).
- Branch name: Nhập tên đường dây.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
104
- Number of parallel lines: nhập số mạch nối song song. Nếu đường dây 1 mạch thì nhập 1, nếu đường dây 2 mạch thì nhập 2,…
Bài giảng Mạng lưới điện
/km. Giá trị này tra bảng trong catologue - Line length (km): nhập chiều dài đường dây bằng km - R’(Ohm/km): Nhập thông số R0 có đơn vị W của nhà sản xuất cáp điện.
/km. Giá trị này tra bảng trong catologue - X’(Ohm/km): Nhập thông số X0 có đơn vị W của nhà sản xuất cáp điện.
- Cb’(nF/km): Nhập thông số điện dung có đơn vị nF/km. Giá trị này chỉ xuất hiện khi tính toán với đường dây >=110kV. Với đường dây tải điện <=35kV thì không nhập số liệu vào ô này.
- Nominal system voltage (kV): Nhập điện áp định mức của đường dây.
- Equivalent Circuit: nhập loại sơ đồ tính toán, thường nhập là P.
- Các ô nhập liệu khác để trống.
- Bấm OK để hoàn tất
4) Bấm nút để vẽ các máy biến áp 2 cấp điện áp. Mỗi lần đặt máy biến áp vào vùng sơ đồ điện thì sẽ xuất hiện một form nhập liệu gồm:
* Trong tab Winding 1: dùng để nhập các thông số của cuộn dây 1 gồm
- Node name 1: Nhập đúng tên nút lưới điện mà máy biến áp kết nối (ví dụ nút T1).
- Branch name of Transformer: Nhập tên máy biến áp (ví dụ T1).
- Vector group: Nhập tổ đấu dây của máy biến áp. D là nối tam giác, y là nối sao.
- Rated transformer voltage (kV): nhập giá trị điện áp cuộn dây 1 của máy biến áp. Giá trị này có thể cao hơn hoặc bằng giá trị điện áp định mức của lưới điện. Tra catologue của nhà chế tạo máy biến áp để biết giá trị này.
- Nominal system voltage (kV): Nhập điện áp định mức của mạng điện ứng với cuộn dây 1 của máy biến áp (ở đây là 22 kV).
- Rated apparent power (MVA): Nhập dung lượng của máy biến áp, đơn vị MVA. Nếu máy biến áp có dung lượng tính bằng kVA thì phải quy đổi 1MVA=1000kVA.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
105
- uRr [%]: Nhập điện áp ngắn mạch tác dụng % của máy biến áp (tra trong catologue của máy biến áp) khoảng 4,5-5%.
Bài giảng Mạng lưới điện
- ukr [%]: Nhập điện áp ngắn mạch phản kháng % của máy biến áp (tra trong catologue của máy biến áp) khoảng 4,5-5% và lớn hơn uRr [%].
- Các ô nhập liệu khác để trống.
* Trong tab Winding 2: dùng để nhập các thông số của cuộn dây 2 gồm
- Node name 2: Nhập đúng tên nút lưới điện mà máy biến áp kết nối (ví dụ nút PT1).
- Classification figure: Nhập góc lệch pha của tổ đấu dây của máy biến áp. Giá trị này chính là giờ đồng hồ: 01, 02, 03,….,12. Mỗi giờ đồng hồ ứng với góc lệch pha giữa điện áp sơ cấp và thứ cấp là 300.
- Rated transformer voltage (kV): nhập giá trị điện áp của máy biến áp. Giá trị này có thể cao hơn hoặc bằng giá trị điện áp định mức của lưới điện. Tra catologue của nhà chế tạo máy biến áp để biết giá trị này.
- Nominal system voltage (kV): Nhập điện áp định mức của mạng điện ứng với cuộn dây 1 của máy biến áp (ở đây là 0,38 kV).
- Các ô nhập liệu khác để trống.
- Bấm OK để hoàn tất
5) Bấm nút
để vẽ và nhập số liệu các phụ tải điện. Mỗi lần đặt phụ tải vào vùng sơ đồ điện thì sẽ xuất hiện một form nhập liệu gồm:
- Node name: tên nút của mạng điện mà phụ tải kết nối. Nếu khi vẽ phụ tải nối chính xác đến nút thì tên này tự động gán vào ô số liệu nên không cần phải nhập.
- Branch name: nhập tên nhánh
- Connection type: Kiểu nối của phụ tải. Nhập=1 nếu phụ tải nối hình sao; Nhập=2 nếu phụ tải nối tam giác. Trong tính toán quy hoạch thường nhập = 2
- Active power (MW): nhập công suất tác dụng của phụ tải ở đơn vị MW, nếu phụ tải cho dưới đơn vị kW thì phải quy đổi 1MW=1000kW. Ngoài ra phải có thêm dấu trừ (-) vào phía trước số liệu.
- Reactive power (Mvar): nhập công suất phản kháng của phụ tải ở đơn vị Mvar, nếu phụ tải cho dưới đơn vị kvar thì phải quy đổi 1Mvar=1000kvar. Ngoài ra phải có thêm dấu trừ (-) vào phía trước số liệu.
- Nominal system voltage (kV): Nhập điện áp định mức của mạng điện mà phụ tải nối vào (ở đây là 0,38 kV).
- Load model: Nhập mô hình phụ tải, chọn V
- Các ô nhập liệu khác để trống.
- Bấm OK để hoàn tất
5.9.3. Tính toán, phân tích kết quả và in ấn
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
106
Để tính toán mạng điện và xuất kết quả ta làm các bước sau:
Bài giảng Mạng lưới điện
Chọn một trong các cách xuất dữ liệu: Load flow fi LAKU fi
Vào menu Calculate fi - Screen: Xuất ra thành bảng thông báo ở màn hình, đồng thời phần mềm xuất thành File kết quả lưu tại thư mục có chứa file dự án đang thực hiện. File kết quả có cùng tên với file dự án nhưng phần mở rộng là *.lfr.
- Graphic: Xuất ra trực tiếp trên các thiết bị của sơ đồ điện. Cách xuất này chỉ có tác dụng khi đặt các thiết bị đo lường trên từng thiết bị
- Printer: Xuất ra giấy thông qua máy in
- File: Xuất ra file. File kết quả lưu tại thư mục có chứa file dự án đang thực hiện. Đây là cách xuất ra dễ phân tích và trình bày tốt nhất. File kết quả có cùng tên với file dự án nhưng phần mở rộng là *.lfr.
Lưu ý: Do phần mềm Netdraw-free là phần mềm miễn phí nên bị hạn chế một số tính Tiếp theo bấm Close rồi thoát chương trình. Tiếp theo Screen fi năng, việc xuất dữ liệu ra file không thực hiện được nên cần làm theo trình tự: Calculate fi LAKU fi Load flow fi mở file kết quả bằng Notepad.
Để mở file kết quả dùng phần mềm soạn thảo văn bản Notepad hoặc Winword. Bấm
menu Filefi Openfi Tìm đến file *.lfr mở ra có dạng sau:
- Node: Tên nút.
- Nom. Volt. kV: Điện áp định mức của nút.
- Volt. value pu: Giá trị điện áp tính trong đơn vị tương đối. Để tìm giá trị điện áp tuyệt đối ta phải nhân cho điện áp định mức của nút đó tại cột “Nom. Volt. kV“. Ví dụ nút T1 có điện áp tương đối 1,0443 và điện áp định mức là 22 kV thì điện áp thực của nó là 22.1,0443 = 22,97kV.
Quan sát giá trị trong cột này nếu >1,05 hoặc <0,95 thì điện áp tại nút đó không đảm
bảo tiêu chuẩn tổn thất điện áp – 5%, tức là mạng điện không đảm bảo yêu cầu kỹ thuật
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
107
- Volt. Angle degree: Góc pha điện áp so với hệ thống điện quốc gia
Bài giảng Mạng lưới điện
- Branch: tên của nhánh
- Act. Power MW: Công suất tác dụng chạy từ nhánh vào nút (nếu giá trị dương) hoặc chạy từ nhá ra khỏi nút (nếu giá trị âm).
- Rea. Power MVAr: Công suất phản kháng chạy từ nhánh vào nút (nếu giá trị dương) hoặc chạy từ nhá ra khỏi nút (nếu giá trị âm).
- APP. Power MVA: Công suất toàn phần chạy từ nhánh vào nút (nếu giá trị dương) hoặc chạy từ nhá ra khỏi nút (nếu giá trị âm).
Như vậy số liệu tính toán mạng điện gần đầy đủ, chỉ còn thiếu giá trị tổn thất công suất
Calculate fi của toàn mạng điện là chưa thể hiện. Muốn nhận được giá trị này ta phải vào menu: LAKUfi Load flowfi Screen sẽ xuất hiện form fi
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
108
Chọn Network losses sẽ hiện lên các loại công suất tổn hao gồm P(kW) là tổn hao công suất tác dụng; Q(Kvar) là tổn hao công suất phản khảng; S (kVA) là tổn hao công suất biểu kiến của toàn mạng điện.
Bài giảng Mạng lưới điện
CHƯƠNG 6: CẤU TRÚC MẠNG ĐIỆN VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ TUYẾN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
6.1. Cấu trúc mạng điện:
Tùy vào tầm quan trọng của hộ tiêu thụ và kinh phí đầu tư mà mạng điện có thể được xây dựng với các cấu trúc khác nhau:
6.1.1. Mạng điện hở (mạng điện hình tia):
Đường trục
Nguồn điện
h n á h n
g n ờ ư Đ
Mạng điện kiểu hình tia
Mạng điện này chỉ nhận điện từ 1 nguồn điện duy nhất. Các đường dây điện xuất phát từ nguồn điện gọi là đường trục. Các đường dây điện đấu nối vào đường trục gọi là đường nhánh. Đường nhánh có tiết diện bé hơn đường trục.
Đây là mạng điện có độ tin cậy rất kém, giá thành đầu tư cũng thấp do đó được dùng cho khu vực nông thôn, các phụ tải ở xa nguồn điện và các phụ tải không quan trọng.
Để năng cao độ tin cậy cho loại mạng điện này thì ở đầu mỗi nhánh rẽ mà có nhiều hộ têu thụ người ta phải đặt thiết bị tự động cắt khi có sự cố trên nhánh rẽ đó. Với các nhánh rẽ có ít hộ tiêu thụ thì xác suất sự cố thấp nên không cần đặt thiết bị tự động cắt sự cố.
Mạng điện dùng đường dây kép
Một biện pháp khác để nâng cao độ tin cậy cho loại mạng điện này là sử dụng đường dây mạch kép. Khi đó xác suất xảy ra sự cố đồng thời cả 2 mạch 1 lúc là rất thấp. Để tiết kiệm đất đai dành cho hành lang đường dây điện, 2 mạch thường bố trí chung trên 1 cột.
6.1.2. Mạng điện kín (mạng điện vòng):
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
109
Mạng điện vòng là loại mạng điện có thể nhận điện từ 2 nguồn điện khác nhau trở lên. Đây là mạng điện có độ tin cậy cao, vận hành linh hoạt nhưng đầu tư rất tốn kém. Loại mạng điện này dùng để cấp điện cho các phụ tải quan trọng, các phụ tải thành phố.
Bài giảng Mạng lưới điện
Nhược điểm lớn nhất của mạng điện đường vòng là vận hành rất phức tạp, chi phí thiết bị vận hành, bảo vệ, đóng cắt rất đắt tiền. Chính vì vậy người ta chia làm 2 loại:
+ Mạng điện vòng vận hành kín: thường dùng cho cấp điện áp từ 110 kV trở lên. Các mạng điện này luôn luôn được trang bị hệ thống tự động hóa ở mức cao: tự động bảo vệ, tự động hòa đồng bộ,....
Nhánh 1
Nhánh 3
Nhánh 2
Nguồn 1
Nguồn 2
Vị trí tách dây dẫn (nằm trên cùng 1 cột)
Vị trí tách dây dẫn (nằm trên cùng 1 cột)
Mạng điện kín vận hành hở
+ Mạng điện đường vòng vận hành hở: dùng cho cấp điện áp dưới 35 kV trong thành phố, thị xã, thị trấn. Mạng điện này có kết cấu lưới điện hình vòng kín nhưng vận hành kiểu hở (thực chất là vận hành hình tia). Ví dụ ở hình vẽ bên trái phía dưới, bình thường nhánh 3 nhận điện từ nhánh 1, khi nhánh 1 sửa chữa thì nhánh 3 chuyển sang đấu nối với nhánh 2 (công việc này thực hiện bằng thủ công, mất khoảng 15-60 phút, kể cả thời gian di chuyển trên đường của người công nhân)
Trong mạng điện kín vận hành hở người ta không thể nối kín mạch khi vận hành vì điện áp tại điểm cuối các nhánh sẽ khác nhau (do tổn thất điện áp trên nhánh khác nhau). Để nối kín với nhau ta bắt buộc phải trang bị thêm thiết bị vận hành tự động, tự phát hiện thời điểm mà các nhánh có cùng điện áp và cùng tần số để nối chúng với nhau gọi là hòa đồng bộ. Do thiết bị tự động rất đắt tiền, vận hành quá phức tạp, đòi hỏi chuyên môn cao nên trong lưới điện từ 35 kV trở xuống ở đô thị người ta chỉ cho vận hành hở.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
110
6.2. Cấu trúc điển hình mạng điện khu vực đô thị 6.2.1. Sơ đồ mạng điện thành phố nhỏ hoặc một khu phố, một khu dân cư,… Điện năng được cung cấp từ nhà máy điện điezen của địa phương (1) và từ hệ thống điện quốc gia thông qua các trạm biến áp 110/(10‚ 35) kV (2). Mạng điện (10-35)kV đủ cấp cho thành phố do đó trạm biến áp 110kV được bố trí ngoài thành phố.
Bài giảng Mạng lưới điện
Việc phân phối điện năng đến các hộ dùng điện được thực hiện thông qua mạng phân 35 kV và mạng điện hạ áp với sự tham gia của các trạm biến áp phân phối
phối trung áp 10‚ (10‚ 35)/0,4 kV (3).
Mạng điện phân phối trung áp được xây dựng theo sơ đồ mạch vòng kín nhưng vận hành hở. Các trạm biến áp phân phối có nhiệm vụ cung cấp điện cho mạng hạ áp 0,4 kV. Đối với các hộ dùng điện công nghiệp có thể cấp điện bởi các trạm biến áp riêng.
Đặc trưng của sơ đồ cung cấp điện cho thành phố nhỏ là chỉ sử dụng một cấp điện áp cao
áp (10‚ 35kV).
1
110kV Quốc gia (Ngoài đô thị)
2
10‚ 35kV
3
0,38kV
0,38kV
Mạng điện trung áp 10‚ 35 kV
Mạng điện trung áp 10‚ 35 kV
Đường dây mạch vòng nhưng vận hành hở
~
6.2.2. Sơ đồ mạng điện thành phố trung bình Với loại thành phố này thì một cấp điện áp trung áp (10-35) không đủ cấp điện mà phải
220kV Quốc gia
110kV
2
1
dùng tới điện áp 110 kV dẫn sâu vào trung tâm thành phố.
3
4
Mạng điện hạ áp
5
Mạng điện hạ áp
3
Mạng điện xí nghiệp
3
10‚ 35kV
Đường dây dự phòng
2
2
110 kV
1. Nhà máy điện địa phương; 2.Trạm biến áp 110/(1-35)kV; 3. Trạm biến áp phân phối
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
111
~
Bài giảng Mạng lưới điện
Mạng điện gồm nhà máy điện điezen của địa phương (1) và các trạm biến áp 110/(10- 35)kV(2) được cấp điện từ hệ thống điện Quốc gia. Mạng điện cung cấp 110kV được thiết kế theo kiểu mạch vòng bao trùm toàn bộ thành phố và vận hành kín . Mạng điện này có vai trò không chỉ cung cấp điện cho thành phố mà còn duy trì sự liên hệ giữa mạng điện thành phố với hệ thống quốc gia.
Các trạm biến áp phân phối (3) 10‚ 35/0,4 kV cung cấp cho các hộ dùng điện thông qua
mạng điện hạ áp 0,4 kV.
Mạng điện (10-35)kV vẫn có cấu tạo mạch vòng nhưng vận hành hở để dự phòng lẫn nhau. Một số cụm công nghiệp, khu công nghiệp trong thành phố yêu cầu dùng điện (10- 35)kV thì được trang bị đường dây và trạm trung thế riêng (4,5).
Đặc trưng của sơ đồ là có hai cấp điện áp cao áp 110kV và (10-35)kV. 6.2.3. Sơ đồ cung cấp điện cho thành phố lớn Cấp điện áp (10‚ 35) kV gồm nhiều mạng con (10-35) kV. Mỗi mạng con cấp cho một
khu vực của thành phố và cấu tạo dạng mạch vòng.
Mạng điện 110 hoặc 220 kV được xây dựng theo sơ đồ mạch vòng vận hành kín, dẫn sâu
vào trung tâm thành phố và nhận điện từ lưới điện quốc gia ở 2 điểm.
Ở thành phố lớn vẫn duy trình máy phát điện diezen của địa phương để dự phòng cho
những tình huống khẩn cấp.
Đặc điểm của sơ đồ cung cấp điện cho các thành phố lớn là số lượng và công suất của
Từ hệ thống điện Quốc gia
110 hoặc 220 kV
35kV
22 kV
22 kV
nguồn cung cấp từ hệ thống điện Quốc gia nhiều hơn.
0,4kV
22 kV
35kV
0,4kV
Từ hệ thống điện Quốc gia
110 hoặc 220 kV
~
6.3. Cấu trúc điển hình mạng điện khu vực nông thôn Khu vực nông thôn được cấp điện từ cấp trung áp (10-35)kV. Lưới phân phối có cấu trúc
dạng hình tia, một đường trục, không có dự phòng.
Trạm biến áp phân phối điện cho các hộ tiêu thụ có 2 loại 35/0,23kV để cấp cho phụ tải 1
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
112
pha, loại 35/0,4kV nếu điểm dân cư có cả phụ tải 3 pha.
Bài giảng Mạng lưới điện
Trạm 35/0,23kV
Điểm dân cư số 2
Trạm 110/35kV
Đường dây 35kV
15.000m
4.000m
5.000m
Trạm 35/0,23kV
Trạm 35/0,4kV
Điểm dân cư số 3
Điểm dân cư số 1
Tất cả các tuyến dây đều là đường dây trên không. Các trạm biến áp dùng kiểu cột. Trạm biến áp thường đặt ở trung tâm điểm dân cư để dễ quản lý vận hành. Mỗi điểm dân cư chỉ đặt một trạm biến áp công suất bé.
Đường dây trung áp
Đường dây trung áp
Phụ tải 0,4 kV
Nguồn điện (10-35)kV
Khoảng cách các điểm dân cư khá xa nên đường dây thường dài, để tiết kiệm chi phí xây dựng, dây dẫn đường trục có thể là 2 pha hoặc 1 pha. Ở các loại mạng điện 2 pha hoặc 1 pha người ta sử dụng đất như là một dây dẫn. Dòng điện được truyền từ trạm biến áp đến phụ tải và trở về trạm biến áp qua hệ thống tiếp địa. Để có thể dùng đất thay cho 1 dây dẫn cần phải xây dựng ở trạm biến áp cấp điện và trạm biến áp phụ tải các hệ thống tiếp địa với điện trở nối đất ≤ 0,5W . Đây là giá trị điện trở nối đất rất thấp, đòi hỏi nhiều kinh phí đầu tư, do đó phải so sánh lựa chọn phương án dẫn điện 3 pha và 1 pha bên nào lợi thì mới quyết định.
Rđ
Iđ
Iđ
Nguồn điện (10-35)kV
6.4. Bố trí mạng điện ngầm
6.4.1. Ưu và nhược điểm:
Mạng điện ngầm có chi phí đầu tư cao hơn mạng điện nổi nhiều lần nhưng đảm bảo mỹ quan đô thị, an toàn hơn. Mạng điện ngầm thường được dùng ở các đô thị lớn, khu du lịch, văn hóa,...
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
113
Mạng điện ngầm khi bị sự cố rất khó tìm chính xác điểm sự cố để khắc phục, ngoài ra thời gian sửa chữa cũng rất lâu so với mạng điện đi nổi.
Bài giảng Mạng lưới điện
Ngầm hóa đang là xu thế của các đô thị Việt Nam, tuy nhiên việc dự báo phụ tải không chính xác dẫn đến chọn cáp thiếu sự dự phòng sẽ gây tốn kém. Do đó việc ngầm hóa cần nghiên cứu thận trọng trước khi thực hiện.
6.4.2. Công trình lắp đặt cáp ngầm
a) Mương cáp:
Là công trình ngầm (chìm toàn bộ hoặc chìm một phần), dùng để lắp đặt cáp, phía trên có các tấm đậy (gọi là tấm đan) có thể tháo dỡ để sửa chữa cáp khi cần thiết.
Thành mương cáp có thể xây bằng gạch hoặc đúc bằng bê tông. Mương xây gạch chỉ dùng cho các loại cáp trọng lượng nhẹ, số lượng cáp ít nhưng giá thành rẻ. Mương đúc bằng bê tông (M150 hoặc M200) dùng cho loại cáp trọng lượng lớn, số lượng cáp nhiều nên phù hợp với đô thị lớn.
Thành mương cáp có các giá đỡ cáp bằng thép. Cáp được lắp đặt trên các giá thép này để tránh tiếp xúc với đáy mương.
Nắp mương (còn gọi là tấm đan) đúc bằng bê tông cốt thép M200, đá 1x2 gồm nhiều tấm ghép lại với nhau. Tấm đan che phần lòng mương cáp, đồng thời có thể tháo dỡ khi cần sửa chữa cáp.
Đáy mương đúc bằng bê tông M100 và có chừa các lỗ thoát nước bằng phương pháp tự thẩm thấu xuống đất (vì lượng nước trong mương cáp rất ít).
Chi phí đầu tư mương cáp loại này rất cao, hơn nữa nếu đi trên vỉa hè đô thị nó lại chiếm nhiều không gian vỉa hè hơn, trong khi vỉa hè còn phải lắp rất nhiều công trình khác như cấp nước, thoát nước, cây xanh,... Vì lý do này mà các đô thị hầu như không dùng mương cáp. Tuy nhiên mương cáp loại này có ưu điểm là tránh được các tác động cơ học và hóa học làm hỏng vỏ cáp, làm cho cáp vận hành an toàn hơn nên loại này thường được dùng trong nội bộ nhà máy, xí nghiệp, cơ quan, trạm phân phối điện,...
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
114
b) Hào cáp:
Bài giảng Mạng lưới điện
Là công trình để đặt cáp trực tiếp trong đất. Cáp có thể đặt trực tiếp trong đất hoặc được luồn trong ống PVC (hoặc HDPE) rồi mới đặt trong đất. Lắp cáp vào trong ống nhựa xoắn HDPE trước khi đặt trong đất sẽ nâng cao tuổi thọ và tính an toàn của cáp vì lúc đó cáp không tiếp xúc với môi trường ẩm ướt của đất, thậm chí trong đất có cả chất gây ăn mòn vỏ cáp.
Tấm làm dấu Tấm làm dấu
Cáp chôn trực tiếp trong đất
Cáp luồn trong ống nhựa trước khi chôn trong đất
Ngay phía trên dọc theo chiều dài sợi cáp người ta đặt các vật làm dấu để nhận biết cáp. Sau này cần thi công các công trình khác, khi đào đến vật làm dấu sẽ cảnh báo người thi công thận trọng hơn. Vật làm dấu có thể bằng gạch thẻ, gạch xi măng hoặc các tấm làm dấu chuyên dụng.
Chi phí đầu tư mương cáp loại này rẻ tiền, chiếm ít không gian vỉa hè nên đượ sử dụng phổ biến trong đô thị. Thực tế hiện nay các đô thị đều chọn phương án lắp cáp trong ống nhựa xoắn HDPE và lắp đặt trong hào cáp.
c) Khối cáp và cống kỹ thuật vượt đường:
Là công trình ngầm gồm các ống để lắp đặt cáp, thường lắp đặt cùng với hố ga cáp. Khối cáp sử dụng cho đoạn cáp ngầm chui qua đường giao thông cơ giới.
Về mặt kết cấu khối cáp có 2 loại:
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
115
- Có thể dùng các ống nhựa PVC xếp thành lớp sau đó đúc bê tông thành khối báo trùm lên toàn bộ các ống luồn cáp. Bê tông phải chịu được tải trọng bằng tải trọng tính toán của đường. Nếu dùng kết cấu này thì phải thi công cùng lúc với thi công đường.
Bài giảng Mạng lưới điện
- Có thể dùng các ống thép xếp thành từng lớp đặt trực tiếp trên nền đường, không cần đúc bê tông bao trùm vì bản thân ống thép đã chịu lực. Loại kết cấu này có nhược điểm là tạo dòng điện xoáy trong ống thép gây tổn thất điện năng, đặc biệt là với cáp 1 pha. Tuy nhiên loại này rất hữu ích khi lắp cáp vượt đường hiện trạng mà không cho phép đào đường. Khi không cho phép đào đường, người ta khoan kích ngầm xuyên qua lòng đường để lắp ống thép vào lỗ khoan và luồn cáp.
Khi quy hoạch giao thông đô thị, dọc theo các tuyến đường phải quy hoạch các khối cáp vượt đường (gọi là mương kỹ thuật) chờ sẵn để lắp đặt các đường dây, đường ống sau này tránh phải đào đường, cắt đường mỗi lần đầu tư hệ thống đường dây, đường ống mới.
Cống kỹ thuật 2mx2m trên đường cao tốc TP. Hồ Chí Minh-Long Thành-Dầu Dây
d) Hố ga cáp:
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
116
Là công trình ngầm được đậy kín bằng các tấm bê tông (tấm đan) dùng để luồn cáp vào khối cáp.
Bài giảng Mạng lưới điện
Hố ga cáp bố trí trên vỉa hè, ở 2 đầu của khối cáp, có dạng hình vuông, hình chữ nhật hoặc hình tròn nhưng phổ biến là hình chữ nhật.
Thành hố ga xây bằng gạch, đáy đúc bằng bê tông M100 có chừa lỗ để thoát nước theo phương pháp tự thấm, nắp đúc bằng bê thông có cốt thép.
6.4.3. Phương pháp lắp đặt cáp ngầm:
Cáp ngầm trong đô thị chủ yếu đi dọc theo vỉa hè của các đường đô thị. Một số vị trí giao nhau với đường ô tô thường dùng khối cáp hoặc mương kỹ thuật để vượt qua đường.
Trong đô thị, cáp thường đặt trong hào cáp do chi phí xây dựng hào cáp rẻ hơn. Để tăng độ tin cậy người ta luồn cáp trong ống nhựa xoắn HDPE rồi mới đặt vào hào cáp. Mặt bằng tuyến cáp không hoàn toàn thẳng vì khi đi trên vỉa hè, một số vị trị phải uốn lượn để tránh các công trình hạ tầng kỹ thuật khác như cây xanh, mương thoát nước, ống cấp nước, cáp viễn thông,...
Mốc báo cáp ngầm
Cáp ngầm
Cắt ngang tuyến cáp ngầm
Mặt trên mốc báo cáp ngầm
Để đánh dấu tuyến cáp trên vỉa hè người ta phải bố trí các mốc báo đường cáp ngầm dọc theo tuyến cáp với cự ly 4m/mốc. Mốc báo cáp ngầm được đúc bằng bê tông, chôn ngầm trong vỉa hè, trên bề mặt ghi thông tin về tuyến cáp như: Hướng đi của tuyến cáp, cấp điện áp của cáp, số lượng cáp đi bên dưới. Nếu tuyến cáp vượt qua đường thì không bố trí mốc báo cáp ngầm.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
117
Khi chuyển từ hệ thống điện ngầm sang nổi (ví dụ điểm đấu nối) người ta phải dùng đến đầu cáp ngầm chuyên dụng.
Bài giảng Mạng lưới điện
Các RMU chế tạo hợp bộ
Dao cách ly
Cáp ngầm
Cáp ngầm
Cáp ngầm
Tại các điểm rẽ nhánh cáp cao thế phải dùng hệ thống tủ rẽ nhánh chuyên dụng lắp nổi trên mặt đất gọi là các tủ RMU (tủ nối mạch vòng). Lý do là lớp cách điện của cáp cao thế không thể bóc ra và nối đơn giản như cáp hạ thế, đặc biệt khi lắp ngầm trong đất là môi trường ẩm ướt. Các tủ RMU được lắp trên bệ móng bê tông, trong đó có chứa hệ thống đóng/cắt của từng nhánh (gọi là dao cách ly) và các hệ thống đấu nối, cách điện ở điện áp cao. Các sợi cáp ngầm được đấu vào các đầu dẫn điện chờ sẵn trong tủ RMU.
T1
T2
Lắp RMU 3 ngăn
Từ T1
Đến T2
T4
T4
Đến T3
T3
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
118
RMU 3 ngăn
Bài giảng Mạng lưới điện
Có thể bố trí cáp hạ thế và cáp trung thế (22kV, 35kV) đi chung mương cáp, hào cáp, khối cáp. Nếu đi chung mương cáp thì các sợi cáp trung thế và cáp hạ thế phải đặt tách riêng trên các giá khác nhau và phải được đánh dấu để nhận biết. Nếu đi chung khối cáp cũng phải luồn cáp hạ thế và cáp trung thế trong những ống riêng xuyên qua khối cáp.
6 sợi cáp 0,4kV
3 sợi cáp 22kV
Nếu cáp hạ thế và trung thế đi chung hào cáp thì cáp trung thế đặt sâu hơn, cáp hạ thế đặt nông hơn.
Tủ phân phối 0,4kV
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
119
Đối với cáp ngầm hạ thế là cáp cấp điện trực tiếp cho hộ tiêu dùng do đó dọc theo tuyến cáp ngầm người ta bố trí các tủ điện phân phối với cự ly khoảng 5-10 hộ dân thì lắp 1 tủ. Các tủ được bố trí ở ranh giới 2 lô đất, lắp trên bệ bê tông. Trong tủ có lắp các aptomat bảo vệ với các đoạn rẽ nhánh vào nhà dân. Nếu tủ lớn có thể lắp công tơ đo đếm trong tủ, tuy nhiên xu hướng hiện nay lắp các tủ nhỏ, gọn nên công tơ được lắp trong nhà dân.
Bài giảng Mạng lưới điện
Tủ phân phối 0,4kV
2 sợi cáp chính phối 0,4kV
0,0
Aptomat tổng
Bệ đỡ
Thanh nối rẽ nhánh vào nhà Công tơ
2 lỗ luồn cáp trục chính
Aptomat rẽ nhánh vào nhà
6.5. Bố trí mạng điện nổi
6.5.1. Ưu và nhược điểm:
Mạng điện nổi có chi phí đầu tư thấp nhưng nguy hiểm nếu xét về mặt an toàn, gây mất mỹ quan đô thị. Mạng điện nổi khi bị sự cố dễ dàng tìm điểm sự cố và khắc phục rất nhanh.
Mặc dù vậy do giá thành đầu tư thấp nên các đô thị hiện nay vẫn dùng phổ biến mạng điện nổi dùng dây bọc.
Mạng điện đi nổi có thể dùng dây dẫn trần hoặc dây dẫn bọc cách điện, trong đó ở đô thị bắt buộc phải dùng dây dẫn bọc cách điện.
6.5.2. Công trình lắp đặt đường dây trên không
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
120
Để lắp đặt đường dây tải điện trên không người dùng các loại cột điện như cột bê tông ly tâm, cột thép, cột bê tông chữ H. Các cột được lắp đặt trên bệ móng bê tông cốt thép. Dây dẫn điện lắp trên cột điện nhờ vào hệ thống xà treo và sứ treo dây dẫn.
Bài giảng Mạng lưới điện
Cột thép
Cột bê tông ly tâm
Cột bê tông chữ H
a) Cột thép:
Cột thép được chế tạo từ các thanh thép hình (Thép L) ở xưởng, sau đó chở từng thanh đến hiện trường mới tiến hành lắp đặt nên rất thuận lợi cho việc chuyên chở, lắp ghép. Các thanh thép sau khi gia công được mạ kẽm nhúng nóng nên không bị môi trường làm rỉ rét, hư hỏng.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
121
Với mạng điện thành phố, độ cao cột đã được chế tạo theo chuẩn là 7,2m-9,3m-10,7m- 12,1m.. Với các mạng điện từ 110kV trở lên, độ cao cột do người thiết kế quy định theo tính toán chịu lực.
Bài giảng Mạng lưới điện
Cấu trúc của cột thép có dạng hình tháp, chịu lực cao, hình dáng tương đối đẹp nhưng giá thành chế tạo rất đắt. Vì lý do này mà người ta chỉ sử dụng ở những vị trí cần chịu lực trong đô thị như vị trí cuối, vị trí dây dẫn chuyển hướng.
b) Cột điện bê tông ly tâm:
Là cột điện bê tông cốt thép được chế tạo bằng phương pháp quay ly tâm
Cột bê tông ly tâm
Khuôn quay cột bê tông ly tâm
Độ cao cột đã được chế tạo theo chuẩn là 8,4m-10,5m-12m-14m-16m-20m. Dọc thân cột có các lỗ để có thể lắp thanh trèo lên cột. Phần ngọn của cột có chừa các lỗ và các ô phẳng để lắp các kết cấu của đường dây điện như xà, giá đỡ, móc treo,...
Trong đô thị người ta dùng cột bê tông ly tâm cho các vị trí đỡ dây và bắt buộc phải dùng 12m để có thể lắp nhiều tầng dây kết hợp (như lắp dây cao thế, hạ thế, dây cột có độ cao ‡ thông tin, truyền hình,…).
Ở nông thôn cũng có thể dùng cột bê tông ly tâm cho tất cả các vị trí cột. Tại cột góc, cột chuyển hướng hay cột cuối cần chịu lực cao người ta lắp thêm dây néo cột hoặc sử dụng 2 cột bê tông ly tâm ghép lại với nhau.
Loại cột này dùng rất phổ biến trong mạng điện nổi, kể các đô thị. Hình dáng của cột cũng tương đối gọn, đẹp.
c) Cột điện bê tông chữ H:
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
122
Là loại cột điện bê tông cốt thép đúc bằng thủ công. Độ bền và khả năng chịu lực không bằng cột bê tông ly tâm nhưng giá thành rẻ hơn và chỉ được dùng cho khu vực nông thôn.
Bài giảng Mạng lưới điện
Ở cột bê tông chữ H các ô chính là các thang trèo để sửa chữa đường dây điện khi cần thiết. Cột này có thể đúc tại xưởng rồi chở ra công trình lắp dựng hoặc có thể tổ chức đúc tại công trình nếu điều kiện chuyên chở khó khăn.
Do độ chịu lực kém nên cột này chỉ dùng cho đường dây hạ thế có tiết diện bé.
6.5.3. Phương án bố trí tuyến đường dây đi trên không:
Đường dây tải điện trên không trong đô thị cũng bố trí dọc vỉa hè. Một số vị trí phải vượt ngang qua đường thì phải đảm bảo khoảng cách an toàn và phải treo bảng báo độ cao của dây so với mặt đường.
Phía vỉa hè
Phía lòng đường
Bố trí dây hình tam giác
Bố trí dây nằm ngang lệch 2 pha
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
123
Cột điện bố trí cách bó vỉa đường khoảng 0,3-0,5m , thường bố trí thẳng hàng và cách đều nhau khoảng 30-50m. Những chỗ cột chuyển hướng, bẻ góc, cột cuối thì dùng cột thép. Vị trí cột phải được đặt trên ranh giới của 2 lô đất liền kề.
Bài giảng Mạng lưới điện
Phía lòng đường
Bố trí dây nằm ngang lệch 3 pha
Bố trí dây trên sứ treo
Dây dẫn trên cột có thể bố trí nằm ngang, thẳng đứng hoặc bố trí hình tam giác. Khoảng cách giữa các dây dẫn cần tính toán đảm bảo theo tiêu chuẩn 11TCN-18-2006. Trường hợp vỉa hè hẹp, để đảm bảo khoảng cách an toàn từ dây điện đến nhà dân, người ta có thể sử dụng cách bố trí dây lệch về 1 phía, trong đó phía lòng đường chứa 2 hoặc 3 pha, phía vỉa hè có 1 pha hoặc không có pha nào.
Trục chính
Nhánh rẽ
Kẹp cáp 2 rãnh
Kẹp cáp rẽ nhánh chữ T
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
124
Việc rẽ nhánh đường dây trên không dễ dàng hơn so với cáp ngầm. Tại điểm rẽ nhánh người ta dùng các kẹp cáp để nối các dây dẫn của 2 tuyến đường dây.
Bài giảng Mạng lưới điện
6.6. Bố trí hệ thống kỹ thuật dùng chung
Hệ thống kỹ thuật dùng chung là những công trình được xây dựng để bố trí, lắp đặt chung đường dây, cáp và đường ống, bao gồm: cột angten; cột treo cáp (dây dẫn); mương cáp, cống cáp; hào và tuy nen kỹ thuật; đường đô thị; hầm đường bộ; hầm đường sắt; cống ngầm; cầu đường bộ và cầu đường sắt.
Bố trí các đường dây đi chung mương cáp
Bố trí các đường dây đi chung cột
Các công trình cáp ngầm và đường dây tải điện trên không là những công trình được lắp đặt trên hệ thống kỹ thuật chung là các cột điện, mương cáp, hào cáp, khối cáp. Hiện nay các công trình này do các công ty điện lực tỉnh đầu tư, tuy nhiên theo quy định của Chính phủ tại Nghị định số 72/2012/NĐ-CP về quản lý và sử dụng chung các công trình hạ tầng kỹ thuật thì chủ đầu tư (công ty điện lực) phải cho các đơn vị khác (cáp truyền hình, thông tin,..) sử dụng chung cột điện và mương cáp đã đầu tư. Việc sử dụng công trình chung thông qua hợp đồng thuê công trình với khung giá và cơ chế do UBND cấp tỉnh ban hành.
Hiện nay một số thành phố lớn ở nước ta đã ban hành quy định cụ thể sử dụng chung công trình hạ tầng kỹ thuật để lắp đặt đường dây, đường ống tuy nhiên các quy định này chưa đồng bộ, chưa đầy đủ và chưa tạo ra cơ chế minh bạch trong sử dụng chung công trình kỹ thuật.
Nghị định số 72/2012/NĐ-CP quy định về quy hoạch hệ thống kỹ thuật sử dụng chung như sau:
- Khi lập quy hoạch chung đô thị phải xác định hướng tuyến và quy mô các mương cáp, hào cáp, tuy nen (khối cáp) trên các trục đường chính đô thị.
- Khi lập quy hoạch phân khu phải xác định vị trí, số lượng, quy mô các công trình kỹ thuật sử dụng chung từ đường chính cấp khu vực trở lên và phải thể hiện trên mặt cắt ngang điển hình.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
125
- Khi lập quy hoạch chi tiết đô thị phải xác định vị trí, số lượng, quy mô công trình kỹ thuật sử dụng chung từ cấp đường nội bộ trở lên và phải thể hiện trên mặt cắt ngang điển hình.
Bài giảng Mạng lưới điện
CHƯƠNG 7: HỆ THỐNG ĐIỆN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG
7.1. Các khái niệm cơ bản và đại lượng đo ánh sáng
7.1.1. Bản chất của ánh sáng Ánh sáng nhìn thấy, tia cực tím, tia X, sóng radio, sóng truyền hình,…tất cả đều là những dạng năng lượng điện từ được truyền trong không gian dưới dạng sóng,.
Có thể chia bước sóng thành các phạm vi sau, ta nhận thấy ánh sáng nhìn thấy chỉ là dải hẹp từ 380nm-780nm:
Sóng dài (LW = long wave) Sóng trung (MW = medium wave) Sóng ngắn (SW = Short wave) Sóng vô tuyến (FM) Sóng rađa Sóng hồng ngoại Ánh sáng nhìn thấy Tia cực tím (tia tử ngoại, UV) Tia X Tia γ, tia vũ trụ
• Từ 3000 m đến 1000 m • Từ 1000 m đến 100 m • Từ 100 m đến 10 m • Từ 10 m đến 0,5 m • Từ 0,5 m đến 1,0 mm • Từ1000 µm đến 0,78 µm • Từ 780 nm đến 380 nm • Từ 380 nm đến 10 nm • Từ 100 A0 đến 0,01 A0 • Từ 0,01 A0 đến 0,001 A0 (1 µm = 10-6 m; 1 nm = 10-9 m; 1 A0 = 10-10 m) Như vậy căn cứ vào bước sóng ta có thể phân biệt được sóng ánh sáng và các dạng năng lượng khác trên quang phổ điện từ.
7.1.2. Nguồn sáng tự nhiên và quang phổ liên tục - Ánh sáng nhìn thấy khác với các dạng bức xạ điện từ khác ở khả năng làm kích hoạt võng mạc của mắt người.
- Vùng ánh sáng nhìn thấy có bước sóng dao động từ 380nm-780nm - Thí nghiệm đã chứng minh: dải phổ của ánh sáng mặt trời là dải quang phổ liên tục có bước sóng thay đổi từ 380nm –780nm như hình sau:
- Ánh sáng mặt trời được coi là nguồn sáng chuẩn để đánh giá chất lượng của nguồn sáng
Lăng kính
Tia sáng đơn sắc đầu ra lăng kính
nhân tạo. Ánh sáng mặt trời
Phổ ánh sáng
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
126
nm
Bài giảng Mạng lưới điện
- Ánh sáng mặt trời có rất nhiều công dụng khác ngoài chiếu sáng : sinh ra vitamin D khi tắm nắng buổi sáng, diệt vi khuẩn (do có một lượng rất bé tia cực tím), phát điện, phát nhiệt, sấy khô,… Hiện nay người ta đang nghiên cứu thiết bị dẫn ánh sáng tự nhiên vào trong các toà nhà nhằm giảm tiền điện cũng như có lợi cho sức khoẻ.
Vật đen
Khe hẹp
Lăng kính
7.1.3. Nguồn sáng nhân tạo và quang phổ vạch
Hydro
Natri (Sodium)
Heli
Neon
Thuỷ ngân
Đèn phóng điện trong chất khí
- Ánh sáng nhân tạo có quang phổ đứt quãng (quang phổ vạch). Hình trên là kết quả thí
nghiệm xác định quang phổ của một số nguồn sáng nhân tạo sau khi đi qua lăng kính:
O
r =1
- Nói chung ánh sáng nhân tạo không tốt bằng ánh sáng mặt trời (xét dưới góc độ chiếu sáng). Về mặt tâm - sinh lý, trải qua hàng triệu năm tiến hóa, hệ thần kinh của con người đã thích nghi hoàn toàn với ánh sáng ban ngày nên với bất kỳ nguồn sáng nào không phải là ánh sáng mặt trời đều không tốt đối với mắt. Ước mơ của con người luôn luôn hướng đến việc tạo ra các nguồn sáng giống như ban ngày, do đó để đánh giá chất lượng của các nguồn sáng nhân tạo người ta thường lấy ánh sáng ban ngày làm chuẩn để so sánh.
7.1.4. Các đại lượng cơ bản đo ánh sáng 1) Góc khối: Xét một mặt cong kín bất kỳ giới hạn bởi đường cong (L). Từ một điểm O cố định trong không gian ta vẽ đường thẳng đi qua O và tựa trên (L). Khi cho đường thẳng này chạy trên (L) nhưng vẫn đi qua điểm O thì nó sẽ vạch nên một mặt nón cong có đỉnh tại O. Phần không gian giới hạn bởi mặt nón này được gọi là góc khối nhìn mặt cong (L) từ đỉnh O.
W =S
(L)
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
127
Độ đo của góc khối là diện tích phần mặt cầu có bán kính r = 1, tâm tại điểm O bị cắt bởi góc khối trên.
Bài giảng Mạng lưới điện
(Chữ cái Hy Lạp, đọc là Ômega).
- Ký hiệu góc khối : W - Đơn vị : Sr (steradian) Steradian là góc khối mà dưới góc đó người quan sát đứng ở tâm O của một quả cầu R=1m thì nhìn thấy diện tích S=1m2 trên mặt cầu.
h
a
a
R
O
R
- Ý nghĩa: Góc khối là góc trong không gian, đặc trưng cho góc nhìn (tức là từ một điểm nào đó nhìn vật thể dưới một góc khối). Trong kỹ thuật chiếu sáng, góc khối biểu thị cho không gian mà nguồn sáng bức xạ năng lượng của nó.
S = Diện tích trên mặt cầu
a W
- Ví dụ tính toán một số góc khối: + Cho quả cầu tâm O bán kính R, một hình nón có đỉnh tại O cắt mặt cầu với một diện
S=W 2R
tích S thì độ lớn của góc khối là : .
Thật vậy, ta vẽ hình cầu tâm tại O nhưng bán kính R1=1 đơn vị. Khi đó hình nón cắt mặt .R.(1- .1.(1-cosa ) và cắt mặt cầu bán kính R với diện tích S=2p
cầu R1 với diện tích S1=2p cosa ).
S=W 2R
Theo định nghĩa góc khối, W . = S1 do đó
a
+ Cho mặt cầu tâm O, bán kính R. Góc khối chắn bởi hình nón đỉnh tại O, góc đỉnh 2a ,
cos
p 2
)
(
=W
=
=
=
a
p 1(2
cos
)
Rh 2
RRR 2
S 2 R
R
R
- diện tích mặt cầu bị chắn là S. Ta có góc khối: p 2 -
l
2
l l d ).W (
2) Thông lượng năng lượng của bức xạ ánh sáng nhìn thấy Năng lượng điện cung cấp cho nguồn sáng không phải biến đổi hoàn toàn thành ánh sáng mà biến đổi thành nhiều dạng năng lượng khác nhau như hóa năng, bức xạ nhiệt, bức xạ điện từ. Các bức xạ ánh sáng chỉ là một phần của bức xạ điện từ do nguồn phát ra. Dưới góc độ kỹ thuật chiếu sáng ta chỉ quan tâm đến năng lượng bức xạ ánh sáng nhìn thấy mà thôi, do đó người ta đưa ra khái niệm thông lượng năng lượng của bức xạ ánh sáng nhìn thấy, đó là phần năng lượng bức xạ thành ánh sáng của nguồn sáng trong một giây theo mọi hướng được xác định theo các công thức:
∫
l
1
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
128
với 380nm ≤ l 1, l 2 ≤ 780nm Phổ ánh sáng liên tục :
Bài giảng Mạng lưới điện
780
nm
W
l dl ).
(
∫
380
nm
n
P l (
)
Phổ ánh sáng ban ngày (loại phổ liên tục):
i
∑
= 1
i
Phổ ánh sáng rời rạc (quang phổ vạch):
W(l ) là phân bố phổ năng lượng của nguồn sáng (W/nm). P(l i) là mức năng lượng của tia đơn sắc thứ i phát ra từ nguồn sáng (W). l i là bước sóng của tia đơn sắc thứ i thoả mãn 380nm ≤ l i ≤ 780nm
Trong đó : Đơn vị đo của thông lượng là (W). 3) Quang thông Thông lượng năng lượng của ánh sáng nhìn thấy là một khái niệm có ý nghĩa quan trọng về mặt vật lý. Tuy nhiên trong kỹ thuật chiếu sáng thì khái niệm này ít được quan tâm.
1
2
1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0
400 450 500 550 600 650 700 nm
v(l )
v(l )
v(l )
v(l )
Bước sóng (nm)
Bước sóng (nm)
Bước sóng (nm)
Bước sóng (nm)
380
0,00004
490
0,208
580
0,87
680
0,017
400
0,0004
500
0,323
590
0,757
690
0,008
410
0,001
510
0,503
600
0,631
700
0,0041
420
0,004
520
0,71
610
0,503
710
0,002
430
0,012
530
0,862
620
0,381
720
0,00105
440
0,023
540
0,954
630
0,265
740
0,00025
450
0,038
550
0,995
640
0,175
760
0,00006
460
0,06
555
1
650
0,107
780
0,000015
470
0,091
560
0,995
660
0,061
480
0,139
570
0,952
670
0,032
Thật vậy, giả sử có hai tia sáng đơn sắc màu đỏ (l =700nm) và màu vàng (l =577nm) có cùng mức năng lượng tác động đến mắt người thì kết quả nhận được là mắt người cảm nhận tia màu vàng tốt hơn tia màu đỏ. Điều này có thể giải thích là do sự khúc xạ qua mắt (vai trò là thấu kính hội tụ) khác nhau: các tia sáng có l bé bị lệch nhiều và hội tụ trước võng mạc, các tia có l lớn thì lại hội tụ sau võng mạc, chỉ có tia l =555nm (vàng) là hội tụ ngay trên võng mạc. Trên cơ sở này người ta xây dựng đường cong hiệu quả ánh sáng V(l ) của mắt người (xem hình vẽ). Đường cong 1 ứng với thị giác ban ngày và đường cong 2 ứng với thị giác ban đêm. Trên thế giới người ta công nhận đồ thị V(l ) trong thiết kế chiếu sáng, đồng thời lập thành bảng giá trị V(l ) để sử dụng:
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
129
Như vậy rõ ràng thông lượng năng lượng không thể dùng trong kỹ thuật chiếu sáng phục vụ con người, do đó người ta phải đưa vào một đại lượng mới trong đó ngoài W(l ) còn phải kể đến đường cong V(l ), đại lượng này gọi là quang thông và được xác định như sau:
Bài giảng Mạng lưới điện
n
F =
683.
P
(
l Vl ). (
)
i
i
∑
= 1
i
Nguồn sáng phát quang phổ vạch (đèn chiếu sáng):
2
F =
l l l ( ). ( ). d W V
l 683
Nguồn sáng đơn sắc : F = 683.P(l ).V(l ) với l =const
∫
l
1
780
nm
F =
l l l ( ). ( ). d W V
683
Nguồn sáng có quang phổ liên tục
∫
380
nm
Ánh sáng ban ngày
Trong các công thức trên : n là tổng số tia sáng đơn sắc do nguồn phát ra P(l i) là mức năng lượng của tia đơn sắc thứ i (W). W(l ) là hàm số mô tả sự phân bố phổ năng lượng của các tia sáng liên tục (W/nm) l i là bước sóng của tia đơn sắc thứ i (nm). 683 lm/W là hằng số vật lý xuất phát từ định nghĩa đơn vị cường độ sáng (Cadela), biểu thị sự chuyển đổi đơn vị năng lượng sang đơn vị cảm nhận thị giác. Giá trị 683 được đưa vào để tạo ra giá trị tương đương với định nghĩa cũ của cadela.
l 1 và l 2 là giới hạn bước sóng (cận dưới và trên) của quang phổ liên tục. - Ý nghĩa: Về bản chất, quang thông cũng chính là năng lượng nhưng ở đây đơn vị tính không phải bằng Oát mà bằng Lumen. Đây là đại lượng rất quan trọng dùng cho tính toán chiếu sáng, thể hiện phần năng lượng mà nguồn sáng bức xạ thành ánh sáng ra toàn bộ không gian xung quanh. Để thấy rõ sự khác nhau giữa Oát và Lumen ta có sự so sánh sau:
Giả sử có một nguồn sáng công suất 1W biến đổi toàn bộ công suất này thành ánh sáng nhìn thấy. Nếu ánh sáng nó phát ra là một tia đơn sắc l =555nm (màu vàng) sẽ cho quang thông 683 lm nhưng nếu ánh sáng phát ra là quang phổ liên tục với năng lượng phân bố đều thì quang thông khoảng 179 lm.
(ký hiệu chữ cái Hy Lạp, đọc là phi)
- Ký hiệu: F - Đơn vị: Lm (Lumen). 4) Quang hiệu - Định nghĩa: Quang hiệu là tỷ số giữa quang thông do nguồn sáng phát ra và công suất điện mà nguồn sáng tiêu thụ.
- Ý nghĩa: Trong kỹ thuật chiếu sáng người ta không dùng khái niệm hiệu suất theo nghĩa thông thường (tính theo tỷ lệ %) mà sử dụng khái niệm quang hiệu. Quang hiệu thể hiện đầy đủ khả năng biến đổi năng lượng mà nguồn sáng tiêu thụ thành quang năng.
(Chữ cái Hy Lạp, đọc là êta)
- Ký hiệu: h - Đơn vị: lm/W (lumen/Oát) - Ví dụ: Quang hiệu một số nguồn sáng thông dụng (theo tài liệu Schréder năm 2006)
Nguồn sáng Công suất (W) Quang thông (Lm) Quang hiệu (Lm/W)
Bóng đèn dây tóc 100 1500 15
Bóng huỳnh quang 36 2600 80
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
130
Bóng compact 20 1200 60
Bài giảng Mạng lưới điện
Bóng cao áp thủy ngân 250 13000 52
Bóng cao áp MetalHalide 250 20000 80
x
dW
Bóng cao áp Sodium 250 27000 108
dF
5) Cường độ sáng Xét trường hợp một nguồn sáng điểm đặt tại O và ta quan sát theo phương Ox. Gọi dF là quang thông phát ra trong góc khối dΩ lân cận phương Ox. Cường độ sáng của nguồn theo phương Ox được định nghĩa là:
I
=
O
I
F
F =
4 Ip
d d + Cường độ sáng I của nguồn phụ thuộc vào phương quan sát. Trong trường hợp đặc biệt, nếu I không thay đổi theo phương (nguồn đẳng hướng), ta có quang thông phát ra trong toàn không gian là:
W
.
- Ý nghĩa : Cường độ sáng là đại lượng quang học cơ bản, các đại lượng quang học khác đều là đại lượng dẫn suất xác định qua cường độ sáng.
=
E
d dS
- Ký hiệu : I (Viết tắt của tiếng Anh là Intensity : cường độ) - Đơn vị : Cd (cadela) - Ví dụ cường độ sáng một số bóng đèn: + Đèn sợi đốt 40W/220V có I= 35 Cd (theo mọi hướng) + Ngọn nến có I=0,8 Cd (theo mọi hướng). 6) Độ rọi - Khái niệm: Giả thiết mặt S được rọi sáng bởi các nguồn sáng. Độ rọi tại một điểm nào F đó trên mặt S là tỉ số , trong đó dF là quang thông toàn phần do nguồn gửi đến diện
tích vi phân dS lân cận điểm đã cho.
=
S
Nếu mặt S được chiếu sáng đều với tổng quang thông gửi đến S là F thì độ rọi tại mọi F điểm trên mặt S là E
Nếu điểm M được chiếu sáng bởi n nguồn sáng thì độ rọi tổng hợp tại điểm M do n nguồn sáng gây ra là :
E = E1 + E2 + ... + En
=
tbE
S
O
I
dF
n
Độ rọi E là khái niệm liên quan chặt chẽ với một điểm cụ thể trên mặt S, do đó nếu nói độ rọi của một mặt thì đó chính là độ rọi trung bình trên mặt đó. Khi mặt S được chiếu sáng F không đều với tổng quang thông gửi đến S là F thì độ rọi trung bình trên mặt S là
dW dScosa
M
dS
M
S
dS
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
131
a
Bài giảng Mạng lưới điện
=
Z
E min E tb
Để đánh giá mức độ đồng đều của độ rọi trên mặt S người ta đưa ra khái niệm độ đồng . Trong thiết kế chiếu sáng đường giao thông đô thị thường lấy Z‡ 0,4 đều của độ rọi
nhưng trong thiết kế chiếu sáng nội thất thường lấy z=0,9-0,95.
- Ký hiệu độ rọi là E - Đơn vị: Lux hay Lx (đọc là luych) - Ý nghĩa: Độ rọi thể hiện lượng quang thông chiếu đến 1 đơn vị diện tích của một bề mặt được chiếu sáng, nói cách khác nó chính là mật độ phân bố quang thông trên bề mặt chiếu sáng.
a
- Định luật tỷ lệ nghịch bình phương : Xét một nguồn sáng điểm O, bức xạ tới mặt nguyên tố hình tròn dS có tâm M cách O một khoảng r. Cường độ sáng của nguồn theo phương OM là I (xem hình vẽ). Do dS khá nhỏ fi fi là pháp tuyến của dS và a là góc giữa ( n , OM). Ta có nên xem là mặt phẳng, do đó ta gọi n công thức độ rọi:
=
=
=
a
E
⇒
E =
cos
d dS
I d . dS
I dS . dS
.cos 2 r
I .2r
F W
Công thức này cho thấy độ rọi trên bề mặt nào đó phụ thuộc vào khoảng cách r và độ nghiêng của mặt so với phương quan sát và nó được sử dụng chủ yếu trong các tính toán chiếu sáng. Đây chính là công thức của định luật tỷ lệ nghịch bình phương.
n
O
- Ví dụ một số giá trị độ rọi thường gặp: * Trưa nắng không mây 100.000 lux * Đêm trăng tròn không mây 0,25 lux * Ban đêm với hệ thống chiếu sáng công cộng 10-30 lux * Nhà ở bình thường ban đêm: 159-300lux * Phòng làm việc: 400-600lux. 7) Độ chói - Khái niệm: Hai bóng đèn sợi đốt hình tròn công suất 40W thì có cùng quang thông. Một bóng thủy tinh trong, một bóng thủy tinh mờ thì bóng thủy tinh trong sẽ gây chói mắt hơn. Điều này được giải thích là: với bóng thuỷ tinh mờ, tia sáng bức xạ từ nguồn khi đập vào bề mặt thuỷ tinh mờ (vỏ bóng đèn), nó bị tán xạ theo nhiều hướng và cường độ sáng theo một hướng nhất định giảm đi so với cường độ của tia tới do đó ít chói hơn (cid:1) độ chói phụ thuộc vào cường độ sáng. dI
M
a dScosa dS
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
132
Mặt khác với đèn pha xe máy nếu nhìn trực diện ta thấy chói mắt nhưng nếu nhìn nghiêng một góc nào đó thì sẽ bớt chói mắt hơn (cid:1) độ chói phụ thuộc vào phương quan sát, được đặc trưng bằng diện tích biểu kiến của mặt phát sáng theo phương
Bài giảng Mạng lưới điện
quan sát.
Từ những nhận xét trên ta thấy cần thiết phải đưa ra khái niệm độ chói phụ thuộc vào cường độ sáng của nguồn và diện tích biểu kiến của mặt phát sáng.
=
L
+ Mắt người đặt tại điểm O quan sát bề mặt phát sáng dS theo phương OM. Bề mặt dS so với phương OM. Gọi dI là cường độ sáng phát ra bởi dS theo phương nghiêng một góc a
a
dI .cos
dS
. OM thì ta có định nghĩa độ chói là
- Ý nghĩa: + Thể hiện mật độ phân bố cường độ sáng phát ra từ một đơn vị diện tích của bề mặt đó theo một hướng xác định đến một người quan sát.
+ Độ chói phụ thuộc vào tính chất phản quang của bề mặt và hướng quan sát (không phụ thuộc vào khoảng cách từ mặt đó đến điểm quan sát).
+ Nhìn chung mọi vật thể được chiếu sáng ít nhiều đều phản xạ ánh sáng (đóng vai trò như nguồn sáng thứ cấp) nên cũng có thể gây ra chói mắt người. Ví dụ ban đêm ánh sáng hắt lên từ mặt đường nhựa được chiếu sáng cũng có thể làm chói mắt người lái xe.
+ Độ chói đóng vai trò rất quan trọng khi thiết kế chiếu sáng, là cơ sở khái niệm về tri giác và tiện nghi nhìn.
+ Độ chói trung bình của mặt đường là tiêu chuẩn đầu tiên để đánh giá chất lượng của
chiếu sáng đường phố. - Ký hiệu: L - Đơn vị: Cd/m2. - Ví dụ về độ chói một số bề mặt:
+ Bề mặt đèn huỳnh quang: 5.000-15.000cd/m2
+ Bề mặt đường nhựa chiếu sáng với độ rọi 30lux có độ chói khoảng 2cd/m2
+ Mặt trời mới mọc : khoảng 5.106 Cd/m2 + Mặt trời giữa trưa : khoảng 1,5 – 2.109 Cd/m2
Nhiệt độ màu (0K)
7000
6000
5000
8) Nhiệt độ màu: Nhiệt độ màu của một nguồn sáng được thể hiện theo thang Kelvin (K) là biểu hiện màu sắc của ánh sáng do nó phát ra. Tưởng tượng một thanh sắt khi nguội có màu đen, khi nung đều đến khi nó rực lên ánh sáng da cam, tiếp tục nung nó sẽ có màu vàng, và tiếp tục nung cho đến khi nó trở nên “nóng trắng”. Tại bất kỳ thời điểm nào trong quá trình nung, chúng ta có thể đo được nhiệt độ của thanh thép theo độ Kelvin (0C + 273) và gán giá trị đó với màu được tạo ra.
Môi trường tiện nghi
4000
3000
Độ rọi (lux)
2000
50 100 200 300 400 500 1000 1500 2000
Biểu đồ Kruithof
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
133
Bài giảng Mạng lưới điện
Đối với đèn sợi đốt, nhiệt độ màu chính là nhiệt độ bản thân nó. Đối với đèn huỳnh quang, đèn phóng điện (nói chung là các loại đèn không dùng sợi đốt) thì nhiệt độ màu chỉ là tượng trưng bằng cách so sánh với nhiệt độ tương ứng của vật đen tuyệt đối bị nung nóng.
Khi nói đến nhiệt độ màu của đèn là người ta có ngay cảm giác đó là nguồn sáng “ấm”, “trung tính” hay là “mát”. Nói chung, nhiệt độ càng thấp thì nguồn càng ấm, và ngược lại. Để dễ hình dung điều này ta xét một số giá trị nhiệt độ màu sau đây:
Lúc mặt trời lặn, đèn sợi đốt Ánh sáng ban ngày quang mây Ánh sáng khi trời nhiều mây (ánh sáng lạnh)
25000K - 30000K 45000K - 50000K 60000K - 10.0000K Khi thiết kế chiếu sáng cần phải chọn nhiệt độ màu của nguồn sáng phù hợp với đặc điểm tâm-sinh lý người, đó là với độ rọi thấp thì chọn nguồn sáng có nhiệt độ màu thấp và ngược lại với yêu cầu độ rọi cao thì chọn các nguồn sáng "lạnh" có nhiệt độ màu cao. Đặc điểm sinh lý này đã được Kruithof chứng minh. Qua các công trình nghiên cứu của mình, ông đã xây dựng được biểu đồ Kruithof làm tiêu chuẩn đầu tiên lựa chọn nguồn sáng của bất kỳ đề án thiết kế chiếu sáng nào (tất nhiên sau đó còn có các tiêu chuẩn khác).
Trong biểu đồ Kruithof, vùng có tô màu gọi là vùng môi trường ánh sáng tiện nghi. Với một độ rọi E (lux) cho trước, người thiết kế chiếu sáng phải chọn nguồn sáng có nhiệt độ màu nằm trong miền tiện nghi để đảm bảo không ảnh hưởng đến tâm-sinh lý của con người, nếu không đảm bảo điều kiện này sẽ gây ra hiện tượng "ô nhiễm ánh sáng", có thể gây tổn hại đến sức khỏe.
9) Độ hoàn màu (còn gọi là chỉ số thể hiện màu): Cùng một vật nhưng nếu được chiếu sáng bằng các nguồn sáng đơn sắc khác nhau thì mắt sẽ cảm nhận màu của vật khác nhau, tuy nhiên bản chất màu sắc của vật thì không hề thay đổi. Ví dụ một tờ giấy bình thường màu đỏ, nếu đặt trong bóng tối nó có thể có màu xám, tuy nhiên ta vẫn nói đó là tờ giấy màu đỏ.
Như vậy chất lượng ánh sáng phát ra của nguồn sáng còn phải được đánh giá qua chất lượng nhìn màu, tức là khả năng phân biệt màu sắc của vật đặt trong ánh sáng đó. Để đánh giá sự ảnh hưởng ánh sáng (do nguồn phát ra) đến màu sắc của vật, người ta dùng chỉ số độ hoàn màu hay còn gọi là chỉ số thể hiện màu của nguồn sáng, ký hiệu CRI (Color Rendering Index). Nguyên nhân sự thể hiện màu của vật bị biển đổi là do sự phát xạ phổ ánh sáng khác nhau giữa nguồn sáng và vật được chiếu sáng.
Chỉ số CRI của nguồn sáng thay đổi theo thang chia từ 0 đến 100. Giá trị CRI=0 ứng với nguồn ánh sáng đơn sắc khi làm biến đổi màu của vật mạnh nhất, CRI=100 ứng với ánh sáng mặt trời khi màu của vật được thể hiện thực chất nhất. Nói chung chỉ số CRI càng cao thì chất lượng nguồn sáng được chọn càng tốt. Để dễ áp dụng trong kỹ thuật chiếu sáng, người ta chia CRI thành 4 thang cấp độ sau:
Đối với chiếu sáng đường phố chỉ có mục đích đảm bảo an toàn giao thông là chính hơn nữa chi phí đầu tư ban đầu khá lớn nên gần như không quan tâm đến chỉ số CRI.
Cuối cùng cần lưu ý: chúng ta rất dễ bị nhầm lẫn giữa nhiệt độ màu và độ hoàn màu, do đó ở đây cần nhắc lại: nhiệt độ màu biểu thị màu sắc của nguồn sáng - là nơi ánh sáng phát ra, còn độ hoàn màu biểu thị độ chính xác màu của nguồn khi chiếu lên vật thể.
7.2. Mắt người và sự cảm thụ ánh sáng
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
134
7.2.1. Cấu tạo mắt người
Bài giảng Mạng lưới điện
Mắt người
là một đối tượng đặc biệt trên cơ thể người. Dưới góc độ của sinh học thì nó là một bộ phận của cơ thể có cấu trúc phức tạp, dưới góc độ vật lý nó là một thấu kính hội tụ,.... Nói chung, tùy vào mục đích nghiên cứu mà mắt có một vai trò riêng.
Trong bài giảng này mắt người được nghiên cứu dưới góc độ của của kỹ thuật chiếu sáng, tức là xét đến sự cảm thụ ánh sáng và thu nhận hình ảnh với vai trò như một thấu kính hội tụ.
Võng mạc của mắt là nơi tập trung hàng triệu tế bào hình que và hình nón rất nhạy với ánh sáng. Khi bị ánh sáng kích thích nó gửi những xung điện theo tế bào thần kinh thị giác lên não để giải mã hình ảnh, giúp chung ta nhìn thấy vật.
Tế bào hình nón
Tế bào hình que
Nhân tế bào
7.2.2. Hiện tượng thị giác: Mắt người thực ra không nhìn. Mắt người đóng vài trò là công cụ thu các ấn tượng quang học thành các tín hiệu có nguồn gốc điện, sau đó truyền về bộ não tái tạo lại hình ảnh và gọi là hiện tượng thị giác. Khu vực não bộ tái tạo hình ảnh gọi là thuỳ trẩm, nằm ở sau gáy. Có hai loại hiện tượng thị giác là thị giác ban ngày và thị giác hoàng hôn. Thị giác ban ngày liên quan đến sự kích thích các tế bào hữu sắc (tế bào hình nón) còn thị giác hoàng hôn liên quan đến sự kích thích các tế bào vô sắc (tế bào hình que). Giác mạc và nhất là thủy tinh thể có thể điều tiết để tập trung hình ảnh lên võng mạc cho dù vật được quan sát ở xa hay gần.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
135
7.2.3. Sự giải mã hình ảnh: Để tụ tiêu ánh sáng đi từ vật muốn nhìn, mắt sẽ co hoặc giãn cơ mắt để thay đổi tiêu cự và hình dạng của hệ thấu kính : thuỷ tinh thể + giác mạc. Hình ảnh qua thấu kính hai mặt lồi sẽ bị đảo chiều và tập trung trên võng mạc. Thông qua tế bào thần kinh thị giác, ánh sáng kích thích trên võng mạc được truyền lên não (trung khu thần kinh thị giác nằm ở sau gáy) và tại đây hình ảnh được chuyển đổi và đảo chiều trở lại để ghi nhận hình ảnh thật của vật muốn nhìn. Hiện tượng này gọi là sự giải mã hình ảnh. Sự giải mã hình ảnh thực hiện được là nhờ võng mạc có các tế bào thần kinh thị giác rất nhạy với ánh sáng là tế bào hình nón và tế bào hình que.
Bài giảng Mạng lưới điện
- Tế bào hình nón: Có khoảng 7 triệu tế bào, chiếm vùng giữa võng mạc (vùng hố) và được kích thích bằng các mức chiếu sáng cao (còn gọi là thị giác ban ngày). Chúng giúp não phân biệt và làm nổi lên các chi tiết tinh tế trong hình ảnh, ngoài ra chúng con truyền các tri giác màu. Năm 1756 nhà bác học Nga là Lomonoxop đã khẳng định loại tế bào hình nón gồm ba loại tế bào cảm nhận khác nhau về màu sắc gọi là ba sắc tố quang hình nón. Ba loại tế bào này nhạy cảm cực đại với các bước sóng đỏ (Red), xanh lục (Green), xanh dương (Blue). Khi một màu bất kỳ nào đó truyền đến võng mạc sẽ kích thích 3 loại tế bào này với mức độ khác nhau, sau đó truyền thông tin về não để tái tạo màu sắc của vật. Ngày nay y học hiện đại đã chứng minh giả thuyết của Lomonoxop là đúng và chỉ khác ở sắc tố quang thứ 3 nhạy nhất với màu lam chứ không phải xanh dương.
- Tế bào hình que: Có khoảng 120 triệu tế bào, bao phủ phần còn lại của võng mạc, có lẫn lộn một ít tế bào hình nón và được kích thích bằng mức chiếu sáng thấp (gọi là thị giác ban đêm). Chúng chịu trách nhiệm về một hình ảnh tổng thể trên diện rộng nhưng không đi vào chi tiết, ngoài ra chúng còn truyền các tri giác đen trắng nên hữu ích cho việc nhìn vào ban đêm.
Sự vận động của hai loại tế bào này không có ranh giới rõ rệt, chúng làm việc nhiều hay ít tùy vào mức chiếu sáng, nhất là trong miền trung gian giữa thị giác ban ngày và thị giác ban đêm.
10
7.3. Cấu tạo bộ đèn chiếu sáng công cộng
9
1
2
8
7
3
6
4
5
Mặt trước một bộ đèn
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
136
7.3.1. Các bộ phận của bộ đèn chiếu sáng công cộng 1. Đầu dây điện vào đèn 2. Tấm đế lắp linh kiện điện có thể tháo rời 3. Lỗ để lắp cần đèn 4. Lỗ đui đèn lắp nguồn sáng (điều chỉnh được) 5. Roăng cao su làm kín 6. Kính bảo vệ (thủy tinh hoặc nhựa) 7. Bản lề bằng thép không gỉ 8. Tấm phản quang mạ nhôm bằng phương pháp hóa hơi. 9. Vỏ đèn có 2 ngăn (linh kiện điện và quang học) 10. Nắp bảo vệ ngăn điện
Bài giảng Mạng lưới điện
Về hình dáng, mỗi hãng chế tạo đèn có một kiểu dáng khác nhau tuy nhiên đều có các bộ phận cơ bản như trên. Mỗi bộ đèn đều có thể lắp được nhiều loại nguồn sáng khác nhau và tương thích với nhiều công suất khác nhau. Điều này cho phép chuyên biệt hoá trong sản xuất : bộ đèn của hãng này có thể lắp nguồn sáng của hãng kia, do đó nó cũng cho phép thay thế dễ dàng.
7.3.2. Các bộ phận chính của bộ đèn chiếu sáng công cộng
1) Nguồn sáng (bóng đèn)
Là loại đèn công suất lớn làm việc dựa trên hiện tượng phóng điện hồ quang trong một bầu thuỷ tinh đã nạp khí áp suất cao. Ánh sáng sinh ra là ánh sáng của hồ quang nên lượng quang thông sinh ra rất lớn.
Cấu tạo bóng đèn
Quang phổ
Giản đồ năng lượng
Đèn này thường dùng để chiếu sáng đường giao thông, chiếu sáng bãi đỗ xe, quảng trường, sân vận động, …
2) Tấm phản quang Các loại đèn chiếu sáng công cộng thường có tấm phản quang để phân bố lại ánh sáng của nguồn sáng bằng cách ứng dụng định luật phản xạ đều. Nhiệm vụ của nó là điều khiển ánh sáng phát ra phù hợp với mục đích sử dụng.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
137
Tấm phản quang có thể được làm bằng gương hoặc được mạ màu trắng (mạ nhôm hoặc bạc), mục đích chính là tăng hệ số phản xạ đều r r. Hệ số này có thể từ 0,85 (đối với gương) đến 0,93 (tráng bạc). Trong thực tế, tấm phản quang thường mạ bằng nhôm tinh chất theo phương pháp bay hơi, vừa giảm được giá thành so với mạ bạc mà vẫn đảm bảo hệ số r r khá
Bài giảng Mạng lưới điện
cao. Theo quy định trong tiêu chuẩn Việt Nam TCVN5828-1994 đối với đèn đường phố thì hệ số phản quang ban đầu phải ‡ 0,8.
Chất lượng tấm phản quang được đánh giá qua độ dày và độ đồng nhất của lớp mạ phản quang. Đặc điểm của nó là rất dễ bị phá huỷ nên khi lau chùi phải thổi bằng không khí khô áp suất nhỏ hay dùng cồn lau nhẹ. Theo quy định, khi sử dụng đèn tiết kiệm năng lượng thì hệ số phản xạ phải có độ suy giảm <10% so với ban đầu sau 6000 giờ sử dụng.
Hình dáng tấm phản quang phụ thuộc vào yêu cầu phân bố ánh sáng. Thông thường tấm phản quang có dạng paraboloit tròn xoay và nguồn sáng đặt ở tiêu điểm thì các tia sáng phản xạ sẽ song song nhau. Một số bộ đèn có tấm phản quang dạng elipxoit tròn xoay có nguồn sáng đặt ở một tiêu điểm thì các tia sáng phản xạ sẽ hội tụ về tiêu điểm thứ 2 để tạo thành nguồn sáng điểm. Ngoài ra còn có loại tấm phản quang hai múi, gồm hai nửa paraboloit tròn xoay ghép lại, sẽ làm tăng đáng kể hiệu suất của bộ đèn so với loại một múi.
F2 F F F1
Elipxoit Tấm phản quang hai múi
Paraboloit 3) Thiết bị mồi đèn (tắc te) và chấn lưu Các đèn phóng điện cần phải có thiết bị mồi để tạo điện áp ban đầu đủ lớn để tạo ra hiện tượng phóng điện (hiện tượng mồi). Sau khi xảy ra phóng điện ban đầu, dòng điện tăng lên, điện áp giảm xuống và hiện tượng phóng điện tiếp tục duy trì ở điện áp của lưới điện.
Thiết bị mồi thường dùng loại rơle nhiệt, hiện nay vẫn còn dùng phổ biến nhưng dần dần sẽ bị thay thế bởi thiết bị mồi điện tử. Nhược điểm là mau hỏng, tạo điện áp mồi không lớn, có tiếng động khi làm việc, khó mồi đèn (vì yêu cầu điện áp nguồn phải đủ lớn),...
Hiện nay bắt đầu sử dụng thiết bị mồi điện tử thay thế cả bộ mồi và chấn lưu kiểu điện cảm được gọi chung là chấn lưu điện tử. Đặc điểm là tạo ra xung dòng điện rất hẹp có tần số cao (trên 20kHz), do đó tạo điện áp mồi lớn, không nhấp nháy, điện áp nguồn thấp vẫn mồi được. Nhờ không có chấn lưu sắt từ nên tổn hao nhiệt giảm xuống làm tăng đáng kể hiệu suất của bộ đèn.
Bộ mồi Bộ mồi kiểu rơle nhiệt
Tấm lưỡng kim e2
e1 Ống phóng điện
Chấn lưu
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
138
Hình 4.3_Thiết bị mồi đèn Nguồn ~
Bài giảng Mạng lưới điện
Chấn lưu có nhiệm vụ chính là cung cấp điện áp lớn để mồi đèn khi khởi động đèn, ngoài ra khi đèn làm việc bình thường nó làm nhiệm vụ ổn định điểm làm việc, tránh sự dao động điện áp lưới ảnh hưởng đến sự phát sáng của đèn.
Hình 4.4_Kính bảo vệ răng khía
Nhìn chung trong các bộ đèn chiếu sáng công cộng, bộ phận mồi đèn và chấn lưu thường được lắp đặt trong ngăn riêng gọi là ngăn linh kiện điện. Ngăn này không yêu cầu độ kín cao như ngăn quang học nhưng yêu cầu phải dễ tháo lắp để sửa chữa, thay thế linh kiện khi cần thiết. 4) Kính bảo vệ Kính bảo vệ bộ đèn là nắp chụp bảo vệ bộ phận quang học nhưng yêu cầu phải đảm bảo cho ánh sáng truyền qua được. Sở dĩ phải bảo vệ bộ phận quang học vì bộ phận này có các thành phần rất quan trọng của bộ đèn như tấm phản quang và nguồn sáng được chế tạo chính xác cao, rất tinh xảo và dễ bị tác động của môi trường (nhất là tấm phản quang được mạ bằng nhôm tinh chất) làm chất lượng của bộ đèn giảm xuống. Để bảo vệ các bộ phận này người ta phải dùng kính bảo vệ, tuy nhiên phải đảm bảo truyền ánh sáng tốt nhất nên thường làm bằng thủy tinh, bằng nhựa hoặc vật liệu composit trong suốt hoặc trong mờ. Khi chọn vật liệu cũng như chiều dày kính bảo vệ phải tính toán để giảm sự phản xạ ở biên giữa không khí và kính. Theo TCVN5828-1994 và 13/2008/QĐ-BCT thì kính bảo vệ phải có hệ số truyền qua ban đầu ‡ 0,85. Về mặt cấu tạo, kính bảo vệ có thể dạng phẳng hoặc dạng rãnh khía (rãnh khía làm cho hiệu suất bộ đèn cao hơn)
Ngoài ra kính bảo vệ còn có chức năng chống nổ vì chế độ làm việc của đèn là phóng điện hồ quang với nhiệt độ cao. Khi ống phóng điện bị nổ các mảnh vỡ của nó văng ra có nhiệt độ cỡ 10000C có thể nguy hiểm cho người đi đường, huỷ hoại tài sản, thậm chí hoả hoạn. Kính bảo vệ phải có độ chịu va đập và không gian đủ để giữ lại các mảnh vỡ này.
Khi thiết kế chiếu sáng chọn bộ đèn cần phải chú ý đến đặc tính cũng như vật liệu chế tạo kính đèn. Vì nó là môi trường truyền ánh sáng nên có thể có một lượng tia tử ngoại xuyên qua, ngoài ra nó lại chịu tác động trực tiếp của môi trường (mà trong đô thị thì môi trường thường ô nhiễm) nên nó rất nhanh bị lão hoá hoặc bị mờ đi. Theo quy định, khi sử dụng đèn tiết kiệm năng lượng thì hệ số truyền qua phải có độ suy giảm < 5% so với ban đầu sau 6000 giờ sử dụng.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
139
7.3.3. Các thông số chủ yếu của bộ đèn chiếu sáng công cộng 1) Độ kín (IP) Một bộ đèn thường có ngăn linh kiện và ngăn quang học riêng biệt (có một số loại chỉ có 1 ngăn chung cho cả linh kiện điện và ngăn quang học). Yêu cầu về độ kín của các ngăn chứa thiết bị là một trong những chỉ tiêu quan trọng của bộ đèn, đặc biệt là khi đi qua vùng ô nhiễm như vùng ven biển, nhà máy hóa chất,…hay vùng có sương mù. Độ kín được ký hiệu theo tiêu chuẩn quốc tế là IPxy, trong đó x và y là các con số có ý nghĩa sau :
Bài giảng Mạng lưới điện
X Giá trị Ý nghĩa : chống vật thể lạ xâm Y Giá trị Ý nghĩa : Chống nước xâm nhập
0 1 2 3 4 5 6 - - 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Không được bảo vệ Nước rơi thẳng đứng Nước rơi nghiêng 150 Nước phun hạt nhỏ li ti Phun nước dạng mưa Phun nước dạng tia Phun nước áp lực Ngâm chìm tạm thời Ngâm chìm lâu dài nhập Không được bảo vệ Vật có đường kính ‡ 50mm Vật có đường kính ‡ 12,5mm Vật có đường kính ‡ 2,5mm Vật có đường kính ‡ 1,0mm Chống được bụi Hoàn toàn kín --- ---
Theo TCXDVN259 :2001, đối với môi trường ô nhiễm trung bình thì chọn đèn có độ kín IP44 nhưng đối với môi trường ô nhiễm nặng (như sương muối, ăn mòn, ven biển, trong khu công nghiệp) thì chọn đèn độ kín ngăn quang học IP54, ngăn linh kiện điện là IP43. Riêng với loại đèn tiết kiệm năng lượng phải có IP66 theo quy định tại Quyết định số 13/2008/QĐ- BCT. Nếu các thông số này không được kiểm tra và nghiệm thu chặt chẽ sẽ gây hậu quả lớn vì sau một thời gian khói bụi xâm nhập làm mờ bóng đèn, hơi nước (thường có chất hóa học) xâm nhập sẽ đọng lại lâu dài trong kính đèn làm suy giảm quang thông nghiêm trọng. Ngoài ra lớp mạ của tấm phản quang có thể bị gỉ, bong tróc làm giảm hiệu suất phát sáng.
2) Cấp bảo vệ cơ học chống nổ (còn gọi là độ chịu va đập của kính đèn) Ký hiệu là IKO và được phân loại theo bảng sau:
Mã IKO IKO0 IKO1 IKO2 IKO3 IKO4 IKO5 Cấp bảo vệ Không bảo vệ 0,15J 0,2J 0,35J 0,5J 0,7J Mã IKO IKO6 IKO7 IKO8 IKO9 IKO10 Cấp bảo vệ 1J 2J 5J 10J 20J
Chỉ số IKO biểu thị khả năng bảo vệ cơ học chống nổ của bộ đèn. Trong quá trình vận hành, bóng đèn có thể phát nổ và kính đèn phải chịu được sức công phá từ sự phát nổ này. Nếu không đủ độ bền thì các mảnh vỡ của ống phóng điện hồ quang văng ra (có nhiệt độ trên 10000C) có thể làm nguy hiểm đến người đi đường thậm chí gây hoả hoạn, đặc biệt là hơi thuỷ ngân thoát ra ngoài sẽ rất nguy hiểm vì nó là một chất có độc tính rất cao. Với đèn chiếu sáng công cộng thường dùng loạicó cấp bảo vệ chống nổ là IKO8.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
140
3) Hệ số suy giảm quang thông
Bài giảng Mạng lưới điện
1 năm/F
Sau một thời gian vận hành quang thông của đèn sẽ bị giảm. Để đánh giá sự suy giảm đó người ta đưa ra khái niệm độ suy giảm quang thông V=F ban đầu là tỉ số giữa quang thông của bộ đèn sau 1 năm sử dụng với quang thông ban đầu của đèn. Để đảm bảo chất lượng chiếu sáng, khi thiết kế phải tính đến hệ số này.
Hiện tượng suy giảm quang thông do nhiều nguyên nhân nhưng trong thiết kế chiếu sáng người ta chỉ xét đến 2 nguyên nhân chủ yếu sau :
+ Sự già hoá của bản thân bộ đèn theo thời gian sử dụng: Hiện tượng này được đặc trưng bằng hệ số V1 và có thể được nhà chế tạo cung cấp. Tuy nhiên nếu nhà chế tạo không cho thì V1 có thể xác định theo bảng sau :
Hệ số V1
Sodium cao áp Thời gian sử dụng thực tế của đèn Sodium thấp áp
3000 h 6000 h 9000 h 0,95 0,90 0,85 Đèn ống huỳnh quang 0,90 0,85 0,80 Bóng huỳnh quang 0,85 0,80 0,75 0,85 0,8
+ Sự bám bẩn của các hạt bụi trong không khí : Hiện tượng này đặc trưng bằng hệ số V2 và được xác định theo điều kiện môi trường nơi lắp đặt đèn như bảng sau :
Hệ số V2
Kiểu bộ đèn Loại môi trường
Bị ô nhiễm Không ô nhiễm Không có chụp 0,65 0,90 Có chụp 0,70 0,95
Như vậy ta tính được V = V1.V2 = quang thông sau 1 năm/quang thông ban đầu. 4) Hệ số phản quang và hệ số truyền xạ Tính chất phản xạ của tấm phản quang có thể xem là phản xạ đều với hệ số phản xạ r px<1. TCVN5828-1994 quy định đối với đèn đường phố r px‡ 0,8 và sau 6000 giờ sử dụng thì hệ số phản quang phải còn ‡ 90% so với ban đầu.
tx‡ 0,85.
Tia sáng sau khi phản xạ ở tấm phản quang thì đi qua kính bảo vệ và phần quang thông tx<1. ra khỏi bộ đèn nhỏ hơn quang thông rọi đến kính bảo vệ và do đó hệ số truyền xạ r TCVN5828-1994 quy định đối với đèn đường phố r
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
141
5) Đường cong trắc quang Ta biết rằng một bộ đèn chiếu sáng phát xạ cường độ sáng ra không gian xung quanh nó. Lấy tâm đèn làm gốc toạ độ cực thì đầu mút các vectơ cường độ sáng sẽ vạch nên một mặt cong xung quanh gốc toạ độ. Nếu ta dùng một mặt phẳng cắt qua trục thẳng đứng đi qua tâm đèn thì đường cong giao giữa mặt cong cường độ sáng và mặt phẳng này được gọi là đường cong trắc quang. Tập hợp các đường cong trắc quang trên nhiều mặt phẳng cắt qua trục đèn thì tạo thành họ đường cong trắc quang. Theo quy định của Uỷ ban kỹ thuật chiếu sáng quốc
Bài giảng Mạng lưới điện
tế CIE thì đường cong trắc quang phải được lập nên bởi nguồn sáng 1000lm đặt tại tâm của bộ đèn.
Mặt phẳng kinh tuyến
Góc vĩ tuyến
Để thuận lợi trong cách biểu diễn và tính toán, toàn bộ các đường cong trắc quang của một bộ đèn được biểu diễn trên cùng một mặt phẳng theo quy tắc sau đây : Trên mặt phẳng tờ giấy, lấy một điểm bất kỳ làm tâm đèn, vạch các đường tròn đồng tâm ứng với giá trị cường độ sáng bằng nhau (trên hình vẽ là các giá trị từ 90-270cd). Tiếp tục vạch các đường thẳng từ tâm ra ứng với các góc kinh tuyến g (trên hình vẽ là 00-900). Mọi đường cong trắc quang cắt bởi mặt phẳng vĩ tuyến j nào đó đều được trải lên mặt phẳng tờ giấy. Kết quả là ta thu được một tập hợp các đường cong trắc quang trong không gian nhưng được biểu diễn trên cùng một mặt phẳng.
Đường kinh tuyến g
Đèn 1 trục đối xứng
Đèn 2 trục đối xứng
j =900/2700
Cd/1000lm
j =00/1800
270 225 180 135 90
900
j
750 Imax 600
Imax
j =150/1650
450
300
150
00
Đèn đường phố là loại không đối xứng nên hình dáng đường cong trắc quang phụ thuộc vào vị trí mặt phẳng cắt so với kinh tuyến gốc, tức phụ thuộc vào góc vĩ tuyến j . Kinh tuyến gốc ứng với j =0 quy ước là phương vuông góc với trục dọc của bộ đèn. Khi đó cứ mỗi giá trị của j ta lại có một đường cong trắc quang khác nhau. Với loại đèn này nhà chế tạo thường cho 3 đường cong trắc quang cơ bản : một đường cong dọc trục đèn và hai nửa đường cong có Imax. Ví dụ trên hình hình dưới đây là họ đường cong trắc quang của bộ đèn chiếu sáng đường phố điển hình gồm 4 đường cong trắc quang : một đường theo phương vuông góc trục đèn (j =00 và j =1800 cùng mặt phẳng), một đường theo phương trục đèn (j =900 và j =2700 cùng mặt phẳng), hai nửa đường có Imax (j =150 và j =1650 khác mặt phẳng). Thực ra để cho chính xác cần cắt nhiều mặt phẳng hơn nữa, khi đó tuy các đường cong trắc quang khác nhau nhưng tất cả chúng đều có 2 điểm cố định là tâm đèn và điểm có g =00. Nói chung với đèn đường phố chỉ cần 3 đường trắc quang cơ bản là ta có thể hình dung sự phân bố cường độ sáng trong không gian.
Họ đường cong trắc quang của đèn chiếu sáng đường phố
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
142
Đối với bộ đèn có một trục đối xứng thì mọi mặt cắt theo đường kinh tuyến đều cho cùng dạng đường cong trắc quang nên chỉ cần 1 mặt cắt là ta biết được phân bố cường độ sáng trong không gian nên góc vĩ tuyến j không cần thiết. Đặc trưng cho loại đèn này có : đèn sợi đốt, đèn compact, bộ đèn dùng nguồn sáng điểm,…
Bài giảng Mạng lưới điện
Căn cứ vào đường cong trắc quang, bộ đèn được phân thành 3 loại khác nhau là loại phân bố ánh sáng hẹp, phân bố ánh sáng rộng và phân bố ánh sáng bán rộng. Bộ đèn phân bố ánh sáng hẹp là bộ đèn có các giá trị Imax nằm trong khoảng từ 00-650, loại ánh sáng bán rộng có các giá trị Imax nằm trong khoảng từ 00-750, còn loại ánh sáng rộng có các giá trị Imax nằm trong khoảng từ 0-trên 750 (trong đó Imax là tập hợp các vectơ cường độ sáng cực đại trên mọi mặt phẳng kinh tuyến của bộ đèn). Theo TCXDVN259 :2001 hệ thống chiếu sáng đường phải dùng đèn ánh sáng bán rộng để hạn chế chói loá, riêng các loại đường nhỏ, tốc độ phương tiện thấp thì có thể dùng đèn ánh sáng rộng.
Bất kỳ loại đèn chiếu sáng đường phố nào trước khi đưa vào sử dụng đều phải có lý lịch kèm theo, trong đó bắt buộc phải có đường cong trắc quang do nhà chế tạo cung cấp, nó được xem như “chứng minh thư” chứng nhận chất lượng của bộ đèn. Việc xây dựng đường cong trắc quang là công việc phức tạp, đòi hỏi nhà sản xuất phải có các thiết bị đo đạc kỹ thuật cao và thể hiện trình độ cũng như năng lực của nhà sản xuất.
=
I
g
I g
(
)
1000 . ( )
1000
F Đường cong trắc quang của bộ đèn chỉ được thiết lập với nguồn sáng có quang thông 1000lm nên để xác định cường độ sáng của bộ đèn này khi sử dụng nguồn sáng có quang thông bất kỳ F ta phải quy đổi theo công thức F
6) Hệ số sử dụng của bộ đèn Xét một diện tích S được chiếu sáng bởi một bộ đèn có quang thông tổng phát ra là F
-F gọi F thông F
, S là quang thông do đèn chiếu đến mặt S (quang thông hữu ích). Như vậy lượng quang S không chiếu đến mặt S nên phần quang thông này là quang thông vô ích. Trên cơ sở này người ta đưa ra hệ số sử dụng K của bộ đèn và được định nghĩa bằng tỉ số
S/F
Quang thông tổng F
Quang thông tổng F
giữa quang thông hữu ích với tổng quang thông do đèn phát ra K= F .
b 1
b 1
Quang thông hữu ích F
S
b 2
b 2
a a
h
b 2
Quang thông hữu ích F
S
h
Vỉa hè
Lòng đường
Lòng đường
Vỉa hè
l2
l2
l
l1 l
l1
b) a)
Ảnh hưởng của sơ đồ bố trí đèn đến hệ số sử dụng
Đối với hệ thống chiếu sáng đường phố thì lòng đường chính là diện tích hữu ích S cần chiếu sáng, do đó tuỳ vào cách bố trí đèn mà hệ số sử dụng sẽ khác nhau mặc dù cùng một loại đèn. Ví dụ ở hình trên ta thấy: hình chiếu của đèn có thể ở dưới lòng đường hoặc ở trên vỉa hè, khi đó hệ số sử dụng trong 2 trường hợp này sẽ khác nhau.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
143
Để tính toán hệ số sử dụng một cách tổng quát ta xét các góc nhị diện tạo bởi các mặt phẳng sau :
Bài giảng Mạng lưới điện
+ Mặt phẳng thẳng đứng đi qua tâm đèn và song song với đường, ký hiệu a + Hai mặt phẳng song song với đường, đi qua tâm đèn và chứa các chùm tia sáng cắt lề
đường, ký hiệu b 1 và b 2. Góc nhị diện (a , b 1) gọi là góc nhị diện trước và (a
, b 2) gọi là góc nhị diện sau. Nhìn vào hình vẽ ta thấy hệ số sử dụng của đèn phụ thuộc vào độ lớn của các góc nhị diện này, tức phụ thuộc vào tỷ số l1/h và l2/h. Do vậy nhà chế tạo thường cho trước các đường cong k1 = f(l1/h) và k2 = f(l2/h) tương ứng gọi là các hệ số sử dụng trước và hệ số sử dụng sau (xem hình sau):
Đèn
k1 70% 60%
k2
50% 40% 30% 20% 10% 2l h
1l 3 2 1 0 1 2 3 4 h 5
Đường cong hệ số sử dụng k1 và k2 của bộ đèn chiếu sáng đường
Tuỳ vào cách bố trí đèn mà hệ số sử dụng tổng hợp k sẽ khác nhau. Ví dụ hình ở hai hình dưới: Hình bên trái có hình chiếu đèn nằm dưới lòng đường nên k = k1A + k2A nhưng hình bên phải có hình chiếu đèn nằm trên vỉa hè nên k = k1 A- k1B.
K1A
K1
K1A
K1
k
K2
K2
K1B
K2A
k=k1A + k2A
k=k1A - k1B
Vỉa hè
Lòng đường
Lòng đường
Ngoài ra còn có rất nhiều hình thức bố trí đèn khác nhau như bố trí 2 bên đường, bố trí 2 đèn trên dải phân cách, bố trí sole,… mà mỗi một cách đều có phương pháp xác định hệ số sử dụng riêng biệt.
a) Xác định hệ số sử dụng tổng hợp b)
Vỉa hè Trong thực tế thiết kế nếu nhà chế tạo không cho các đường cong hệ số sử dụng thì TCXDVN259 :2001 cho phép tính gần đúng với giả thiết hai đường cong k1 và k2 đối xứng nhau và giá trị của chúng được tra theo bảng sau :
Hệ số k1 và k2 khi l/h =
l/h Bóng đèn
0,5
1
1,5
0,15 0,20 0,25
0,25 0,25 0,40
0,30 0,40 0,45
Sodium áp suất thấp Bóng đèn mờ Bóng đèn trong Các giá trị không có trong bảng thì dùng phương pháp nội suy tuyến tính để xác định.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
144
Bài giảng Mạng lưới điện
1,5m
0,50
1,50 60m
170m
7.4. Thiết kế chiếu sáng giao thông bằng phương pháp tỉ số R 7.4.1. Các giả thiết cơ bản Như đã trình bày ở trên, chiếu sáng đường giao thông có mục tiêu chính là đảm bảo an toàn giao thông, tức là đảm bảo cho người lái xe phải có tri giác nhìn nhanh nhất và chính xác nhất để xử lý kịp thời các tình huống trên đường. Qua nghiên cứu người ta rút ra kết luận tri giác nhìn nhanh và chính xác phụ thuộc vào các yếu tố sau đây :
Phạm vi quan sát của người lái xe
a) Phương và vị trí quan sát của người lái xe Con mắt người lái xe thường cao hơn mặt đường 1,5m nên khi xe đang chạy tầm nhìn của người lái xe nằm trong khoảng từ 60-170m trước mắt người lái xe với góc quan sát từ 0,50-1,50. Mọi tính toán, đo đạc hay kiểm tra các chỉ số quang học đều phải thực hiện trong phạm vi tầm nhìn của người lái xe như trên.
b) Độ chói mặt đường Khi lái xe với tốc độ cao người lái xe cần quan sát rõ và chính xác mặt đường phía trước để xử lý với thời gian chỉ tính bằng giây. Đại lượng quang học tác động trực tiếp lên mắt người lái xe không phải là độ rọi mà là độ chói mặt đường theo phương quan sát ở tầm xa khoảng 100m. Người lái xe quan sát được những gì mà ánh sáng từ mặt đường phản chiếu trực tiếp đến mắt.
Độ chói có ảnh hưởng đến khả năng phân biệt chướng ngại vật trên đường vì khi được chiếu sáng, mặt đường trở thành nguồn sáng thứ cấp, do đó độ chói của nó phải đạt yêu cầu mới phân biệt chướng ngại vật được chính xác để người lái xe kịp xử lý.
Như vậy chắc chắn độ chói mặt đường phải là đại lượng dùng để đánh giá chất lượng hệ thống chiếu sáng đường giao thông và được xem là tiêu chuẩn thứ nhất.
Độ chói trung bình của mặt đường phụ thuộc vào mật độ giao thông, tốc độ phương tiện, loại đô thị,… tức phụ thuộc vào cấp đường do Nhà nước quy định (ở Việt Nam do Bộ Giao thông vận tải quy định), ngoài ra còn phụ thuộc vào cách bố trí đèn, độ cao treo đèn,…
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
145
Trên cơ sở cấp đường giao thông, TCXDVN259 :2001 quy định cấp chiếu sáng tương ứng với cấp đường như bảng sau :
Bài giảng Mạng lưới điện
Chức năng của đường
Loại đường
Cấp đường phố
Đường cao tốc
Đường phố chính cấp 1
Cấp chiếu sáng A
Xe chạy tốc độ cao, liên hệ giữa các khu đô thị loại 1, giữa các khu đô thị và các điểm dân cư trong hệ thống chùm đô thị (tốc độ xe là 120km/h) Giao thông liên tục giữa các khu nhà ở, khu công nghiệp và các khu trung tâm công cộng nối với đường cao tốc trong phạm vi đô thị (tốc độ xe 100 km/h).
Đường phố đô thị
Đường phố chính cấp 2
Giao thông có điều khiển liên hệ trong phạm vi đô thị giữa các khu nhà ở, khu công nghiệp và trung tâm công cộng nối với đường phố chính cấp 1 (tốc độ xe 80km/h).
B
Đường cấp khu vực
Đường khu vực Đường vận tải
Đường nội bộ
Đường khu nhà ở
Liên hệ trong gới hạn của nhà ở nối với đường phố chính cấp đô thị (tốc độ xe 80km/h). Vận chuyển hàng hoá công nghiệp và vật liệu xây dựng ngoài khu dân dụng, giữa các khu công nghiệp và kho tàng bến bãi (tốc độ xe 80km/h). Liên hệ giữa các tiểu khu, nhóm nhà với đường khu vực, không có giao thông công cộng (tốc độ xe 60km/h).
C
Đường khu công nghiệp và kho hàng
Chuyên chở hàng hoá công nghệp và vật liệu xây dựng trong giới hạn khu công nghiệp, kho tàng nối ra đường vận tải và các đường khác (tốc độ 60km/h)
A
Quảng trường
Quảng trường chính thành phố, quảng trường giao thông, quảng trường trước cầu, quảng trường truớc ga, quảng trường đầu mối các công trình giao thông
B
Quảng trường trước các công trình công cộng và trước các khu tập trung công cộng
Sau khi phân cấp chiếu sáng đối với từng cấp đường bộ, TCXDVN259 :2001 quy định độ chói trung bình và độ rọi trung bình trên mặt đường không được nhỏ hơn giá trị quy định như bảng sau :
Cấp chiếu sáng của tuyến đường Lưu lượng xe lớn nhất trong thời gian có chiếu sáng (xe/giờ) Độ chói trung bình trên mặt đường ( cd/m2)
Độ rọi trung bình trên mặt đường ( lux) Không quy định A
Không quy định
B
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
146
C Từ 3000 trở lên Từ 1000 đến dưới 3000 Từ 500 đến dưới 1000 Dưới 500 Từ 2000 trở lên Từ 1000 đến dưới 2000 Từ 500 đến dưới 1000 Từ 200 đến dưới 500 Dưới 200 Trên 500 Dưới 500 1.6 1.2 1.0 0.8 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.6 0.4 12 8
Bài giảng Mạng lưới điện
Trụ đèn
llàn
Làn đường số 1
llàn/2
Làn đường số 2
3‚ 5m
c) Độ đồng đều của độ chói mặt đường Mặt đường, mặt sàn được chiếu sáng nói chung không phải là một mặt phản xạ khuếch tán đều mà là phản xạ khuếch tán hỗn hợp nghĩa là độ chói quan sát theo các hướng khác nhau không bằng nhau. Như vậy khi thiết kế chiếu sáng đường phố phải xem xét độ đồng đều của độ chói tại nhiều điểm trên mặt đường theo cả phương dọc và phương ngang trong tầm nhìn của người lái xe (60-170m).
Điểm tính toán thuộc ô lưới
Độ chói thực tế của mặt đường
Ô lưới tính toán
=
Để giảm bớt khối lượng tính toán, người ta không xem xét hết mọi điểm trên mặt đường mà chỉ xem xét các điểm thuộc ô lưới tính toán được TCXDVN259 :2001 quy định như sau: theo phương dọc đường, giữa 2 cột đèn liền kề khoảng cách ô lưới (3-5)m, còn theo phương ngang thường chọn tối thiểu 2 điểm trên làn xe chạy đảm bảo khoảng cách 2 điểm theo phương ngang bằng 1/2 bề rộng làn đường.
%40
U
0
‡ + Độ đồng đều chung Độ đồng đều của độ chói được đánh giá qua 2 chỉ tiêu : L min tbL
L
i min( )
Với Lmin, Ltb lần lượt là độ chói cực tiểu, độ chói trung bình trong ô lưới tính toán. Ltb lấy giá trị trung bình cộng độ chói của tất cả các điểm thuộc ô lưới tính toán.
= U Min
70%
l
L
i max ( )
‡ + Độ đồng đều dọc
Lmin(i), Lmax(i) lần lượt là độ chói cực tiểu, độ chói cực đại trên trục dọc thứ i của ô lưới tính toán.
Các giá trị độ đồng đều nói trên theo quy định của TCXDVN 259-2001 để đảm bảo tri giác nhìn chính xác. Nếu các giá trị trên không đảm bảo thì người lái xe sẽ cảm nhận được nhà cửa 2 bên đường thấp thoáng do các dải ánh sáng dọc đường có hiệu ứng bậc thang, điều đó làm cho người lái xe bị mỏi mắt. Vì lý do này mà độ đồng đều của độ chói được xem là tiêu chuẩn thứ hai để đánh giá chất lượng của một hệ thống chiếu sáng đường giao thông.
7.4.2. Phương pháp tỉ số R trong thiết kế chiếu sáng đường giao thông và quảng trường đô thị:
Phương pháp tỉ số R về bản chất cũng tính toán dựa trên độ rọi nhưng có xét tới độ chói trung bình của mặt đường thông qua tỉ số R :
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
147
R= Độ rọi trung bình Etb (lux) Độ chói trung bình Ltb(cd/m2)
Bài giảng Mạng lưới điện
=
R
E tb L tb
Bằng thực nghiệm cho thấy R là hằng số đối với mỗi loại đường như bảng sau :
Loại bộ đèn Bê tông Lớp phủ mặt đường nhựa
Hè đường Sạch Bẩn Sáng Trung bình Tối
Kiểu chụp sâu 11 14 14 19 25 18
Kiểu bán rộng 8 10 10 14 18 13
Như vậy với mỗi loại đường ta biết chỉ số R đặc trưng của nó, đồng thời căn cứ vào tiêu chuẩn độ chói trung bình quy định trong tiêu chuẩn TCXDVN259 :2001 cho mỗi cấp đường ta suy ra được độ rọi trung bình Etb và quá trình tính toán thiết kế chiếu sáng đều xuất phát từ Etb này, do đó ta có thể nói bản chất của nó là phương pháp độ rọi.
Phương pháp tỉ số R về bản chất được coi là phương pháp thiết kế sơ bộ, sau khi hoàn thành phải kiểm tra giải pháp thiết kế này bằng phương pháp độ chói điểm. Tuy nhiên nếu không yêu cầu độ chính xác cao thì phương pháp tỉ số R coi như là giải pháp thiết kế hoàn chỉnh.
Ưu điểm của phương pháp này là cho phép tính toán một cách tương đối chính xác mà không cần phải có số liệu của đèn và bộ đèn chiếu sáng. Chỉ sau khi tính ra quang thông ta mới tra catologue để chọn đèn và bộ đèn.
1) Các thông số hình học bố trí đèn Các thông số hình học liên quan đến việc phân bố ánh sáng, khi bố trí đèn phải tuân thủ các quy tắc trong TCXDVN259:2001 thì R là hằng số với từng loại đường cụ thể.
h : Chiều cao treo đèn l : Chiều rộng lòng đường e : Khoảng cách giữa 2 cột đèn liên tiếp s : Độ vươn cần đèn (khoảng cách hình chiếu đèn đến chân cột) thực tế thường dùng s = 1,2 ; 1,5 ; 2,4 ; 3m a : Khoảng cách hình chiếu của đèn đến mép đường
a : Góc nghiêng của cần đèn
a
h
s e a
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
148
l Các thông số bố trí đèn
Bài giảng Mạng lưới điện
a
- Góc nghiêng a của cần đèn : khoảng 50-150 là tốt nhất. Khi thiết kế không nên mở rộng lớn hơn 150 vì làm tăng khoảng cách tới điểm cần chiếu sáng nên độ rọi giảm và làm tăng sự chói loá cho người lái xe. Lưu ý là góc chiếu của bộ đèn không hoàn toàn đồng nghĩa với góc nghiêng cần đèn vì cấu tạo vị trí lắp bóng đèn trong bộ đèn cho phép điều chỉnh được góc chiếu, tuy nhiên phạm vi điều chỉnh khá hẹp.
M
ax
- Khoảng cách cột và chiều cao treo đèn: Để đảm bảo độ đồng đều dọc trục Ul khi sử dụng các loại choá đèn khác nhau thì khoảng cách cột (e) và chiều cao treo đèn (h) phải đảm bảo điều kiện sau :
e h
Loại bộ đèn Phương pháp bố trí đèn Ghi chú
Hạn chế dùng
Kiểu rộng (0- trên 750) Kiểu bán rộng (00-750) Kiểu hẹp (0-650) - Một bên, hai bên đối xứng, trên dải phân cách - Hai bên so le - Một bên, hai bên đối xứng, trên dải phân cách - Hai bên so le - Một bên, hai bên đối xứng, trên dải phân cách - Hai bên so le 4,0 3,7 3,5 3,2 3,0 2,7
Qua quá trình thiết kế, ứng dụng thực tế cũng như nghiên cứu thực nghiệm người ta đã đưa ra được độ cao treo đèn thông thường đối với các loại đường như sau (bảng này chỉ để tham khảo, không bắt buộc áp dụng) :
Phạm vi ứng dụng
Độ cao treo đèn thông thường 5 – 6,5 (m) 8 -10 (m) 10-12 (m) 12 – 15 (m) Khu dân cư, các đường phụ Các đường đông dân Các đường đông dân Đường cao tốc, đường có dải phân cách ở giữa Bề rộng lòng đường 3-5m 5,5m-7,5m 10,5m 15m
Ngoài ra đối với đường có cấp chiếu sáng C và D thì TCXDVN259 :2001 còn quy định độ cao treo đèn tối thiểu bắt buộc phải áp dụng như sau :
Độ cao treo đèn thấp nhất (m)
TT Tính chất đèn Bóng đèn nung sáng Bóng đèn phóng điện Tổng quang thông lớn nhất của các bóng đèn được treo lên 1 cột (lm)
3.0 Từ 6000 trở lên 3.0 1 Đèn nấm tán xạ ánh sáng 4.0 Dưới 6000 4.0
6.5 Dưới 5000 7.0
7.0 Từ 5000 đến 10000 7.5
7.5 Trên 10000 đến 20000 8.0 2 Trên 20000 đến 30000 9.0 Đèn phân bố ánh sáng bán rộng
Trên 30000 đến 40000 10.0
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
149
Trên 40000 11.5
Bài giảng Mạng lưới điện
Dưới 5000 7.0 7.5
Từ 5000 đến 10000 8.0 8.5
Trên 10000 đến 20000 9.0 9.5 3 Trên 20000 đến 30000 10.5 Đèn phân bố ánh sáng rộng Trên 30000 đến 40000 11.5
Trên 40000 13.5
2) Các phương án bố trí đèn a) Lắp một bên : Phương án này sử dụng khi bề rộng lòng đường hẹp (l £ 7,5m) hoặc một phía có hàng
cây hoặc đường uốn cong để dẫn hướng. Hệ số đồng đều của độ rọi đảm bảo khi l £ h.
b) Lắp hai bên so le Áp dụng khi đường phố có nhiều cây xanh. Nhược điểm : tính dẫn hướng thấp, độ đồng đều dọc trục của độ rọi không cao, chi phí
xây dựng lớn. Hệ số đồng đều của độ rọi đảm bảo khi 1,5h ‡ l ‡ h hay l ‡ h ‡ 2/3l
c) Lắp hai bên đối diện Áp dụng khi lòng đường rất rộng hoặc khi cần phải đặt đèn lên rất cao. Độ đồng đều của
độ rọi đảm bảo khi l > 1,5h (cid:219) h <2/3l
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
150
Ưu điểm là dẫn hướng tốt, thuận lợi cho trang trí chiếu sáng, kết hợp chiếu sáng vỉa hè.
Bài giảng Mạng lưới điện
6m.
h, trong đó lpc là bề rộng dải phân cách
Vùng chiếu sáng của 1 đèn
Nhược điểm : chi phí lắp đặt cao. d) Lắp đặt trên dải phân cách trung tâm Áp dụng khi trục đường nhiều cây, chiều rộng dải phân cách ‡ 1,5 m và nhỏ hơn £ Ưu điểm : dẫn hướng tốt, hệ số sử dụng cao, chi phí xây dựng thấp. . Nhược điểm phân bố ánh sáng không đều, hạn chế chiếu sáng vỉa hè. Điều kiện đảm bảo độ rọi đồng đều là lpc £ Một số quốc gia (Pháp, các nước Bắc Âu) người ta lại sử dụng kiểu đèn lắp trên dây treo. Trên dải phân cách người ta lắp những cột đỡ được bố trí rất xa nhau, lắp dây cáp trên các cột đỡ này để treo đèn dọc dải phân cách
3) Tính quang thông và chọn bộ đèn Trong phần trước đã đề cập, với các đường có hoạt động vận chuyển chủ yếu chọn bộ đèn phân bố ánh sáng bán rộng, còn các đường đi bộ thì có thể chọn bộ đèn phân bố ánh sáng rộng.
S
l
e/2
e
Bước đầu tiên khi thiết kế hệ thống chiếu sáng là chọn nhiệt độ màu của nguồn sáng theo biểu đồ Kruitchof, sau đó mới tính toán quang thông để chọn bộ đèn phù hợp.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
151
Với bề rộng lòng đường là l, khoảng cách giữa 2 đèn là e thì diện tích mặt đường được chiếu sáng bởi một đèn là:
Bài giảng Mạng lưới điện
e
e
=
+
=
S
le
l .
l .
2
2
E S . tb
F = S
Gọi Etb là độ rọi trung bình trên diện tích S thì quang thông hữu ích gửi đến mặt S là:
Theo định nghĩa hệ số sử dụng k, quang thông do đèn phát ra phải là:
.
F =
=
= S k
E S E l e . . tb k
tb k
F
F =
E l e . . tb Vk
Tuy nhiên do quang thông của đèn sẽ bị giảm dần theo thời gian, do đó quang thông của đèn phải chọn lớn hơn bằng cách xét đến hệ số suy giảm quang thông V:
F =
tbR L l e . . . V k .
Thay Etb=R.Ltb vào công thức ta có quang thông tính toán của bộ đèn:
Trên cơ sở quang thông tính toán ta chọn công suất đèn có quang thông gần nhất theo catolgue của các nhà chế tạo. Khi chọn được đèn có quang thông đáp ứng yêu cầu, trong catologue còn cho ta một loạt các thông số kỹ thuật khác như: công suất đèn, quang hiệu, đường cong trắc quang,…
7.5. Tính công suất tiêu thụ và suất phụ tải của hệ thống chiếu sáng giao thông: - Sau khi chọn được công suất của 1 đèn chiếu sáng là Pđ và xác định số lượng đèn chiếu sáng là n thì công suất điện của hệ thống chiếu sáng là:
(kW) P = Pđ.n
=
- Để có suất phụ tải điện chiếu sáng, trước hết xác định chiều dài tuyến đường l(km) có lắp hệ thống chiếu sáng rồi tính theo công thức:
P 0
P l
(kW/km)
Ví dụ: Cho đường phố chính có cấp chiếu sáng A, lưu lượng xe lớn nhất ban đêm trên 3000xe/giờ. Chiều dài đường 1600m, chiều rộng l = 7,5m, lớp phủ mặt đường nhựa trung bình. Cột đèn có độ vươn s = 2,4m. Giả thiết hệ số suy giảm quang thông của đèn V=0,8.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
152
Yêu cầu lắp đặt đèn 1 bên và sử dụng choá đèn kiểu bán rộng. Hãy đưa ra giải pháp chiếu sáng cho tuyến đường này bằng phương pháp tỉ số R. Hướng dẫn: - Xác định thông số hình học bố trí theo TCXDVN259-2001 : - Tính toán hệ số sử dụng: - Chọn đèn : Đáp số: F =19.600lm. Chọn đèn 250W có F =25.000lm.
Bài giảng Mạng lưới điện
7.6. Ứng dụng phần mềm Dialux trong thiết kế chiếu sáng giao thông và chiếu sáng quảng trường đô thị
7.6.1. Giới thiệu về phần mềm Dialux
Dialux là phần mềm thiết kế chiếu sáng độc lập, được tạo lập bởi công ty DIAL GmbH của Đức và cung cấp miễn phí tại địa chỉ www.Dialux.com. Đến tháng 3/2013 phiên bản mới nhất là 4.11.0.1.
Phần mềm cho phép tính toán thiết kế chiếu sáng trong nhà cũng như ngoài trời (quảng trường, đường giao thông, vườn hoa,...). Phần mềm cho phép tích hợp sẵn thông số các đèn do Dial GmbH sản xuất, ngoài ra nó còn cho phép tích hợp nhiều loại đèn của các hãng khác nhau và còn cho phép nhập dữ liệu đèn của các hãng chưa có trong thư viện.
Dialux giúp thực hiện nhanh chóng quá trình tính toán dựa trên nền tảng đồ hoạ trực quan. Người thiết kế có thể nhìn thấy hình ảnh 3D và các hình chiếu 2D ở các mặt khác nhau. Phần mềm có khả năng tính toán chiếu sáng trong những không gian đặc biệt (trần nghiêng, tường nghiêng, mặt bằng nhà hình L, có đồ vật, vật dụng trong phòng, chiếu sáng thảm cỏ, vườn hoa) trong điều kiện có và không có ánh sáng tự nhiên.
Dialux hỗ trợ xuất bản vẽ với định dạng *.DXF, *.DWG và *.PDF và hỗ trợ người thiết kế qua Wizard. Tiêu chuẩn áp dụng trong tính toán là các tiêu chuẩn châu Âu như EN 12464, CEN 8995. Tuy nhiên người thiết kế vẫn có thể nhập bằng tay các TCVN về chiếu sáng.
Phần mềm thiết kế chiếu sáng Dialux bao gồm 2 phần chính:
- Phần Dialux: Đây là phần chính với đầy đủ tính năng, công cụ hỗ trợ và thiết lập dự án một cách chi tiết và chính xác.
- Dialux Light: Đây là bản rút gọn của Dialux trợ giúp cho người thiết kế chiếu sáng qua từng bước cơ bản. Bước kết thúc là kết quả xuất dữ liệu. Với người thiết kế chuyên nghiệp không nên dùng bản này.
Sách Manual (do DIAL GmbH phát hành để hướng dẫn người dùng) có 355 trang, do đó việc khai thác hết các chức năng của Dialux đòi hỏi nhiều thời gian nghiên cứu. Một khi đã làm chủ được nó thì phần mềm có thể mô phỏng 3D rất sinh động, giống như thật các vật thể trong phòng, thậm chí có thể xuất bản thành ảnh, phim khá ấn tượng.
Do thời gian có hạn nên bài giảng chỉ trình bày những vấn đề cơ bản nhất để tiếp cận với phần mềm, mục tiêu hướng đến là tính toán các thông số chiếu sáng theo tiêu chuẩn kỹ thuật.
7.6.2. Thiết kế chiếu sáng giao thông bằng Dialux:
Chiếu sáng giao thông nhằm mục đích đảm bảo an toàn cho phương tiện lưu thông, do đó thông số quan trọng nhất đánh giá chất lượng hệ thống chiếu sáng là độ chói (TCXDVN259:2001). Các chỉ tiêu về độ chói mà tiêu chuẩn quy định gồm: Độ đồng đều chung của độ chói U0=Lmin/Lrb; Độ đồng đều dọc trục đường Ul=Lmin/Lmax; Độ chói trung bình Ltb,...
Các bước thiết kế chiếu sáng đường giao thông trong Dialux gồm:
Bước 1: Khởi động một dự án (Project) chiếu sáng giao thông:
Programsfi Dialuxfi New Street Projectfi "Chọn nút 3D standard view" (nút đầu tiên) để thấy hình 3D của con đường
Bước 2: Thiết lập con đường. Trong cửa sổ Project lúc này có các mục:
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
153
- Street: Kích chuột vào đó sẽ có các tab để nhập các số liệu gồm: General (nhập tên đường); Maintenance Plan method (nhập hệ số tổn hao quang thông; độ ô nhiễm môi
Bài giảng Mạng lưới điện
trường); Riêng tab Arangement có các nút: Roadway (tạo ra đường 2 chiều song song có dải phân cách giữa); Sidewalk (tạo đường đi bộ); Bicycle lane (tạo đường cho xe thô sơ); Grass strip (tạo dải cây xanh); Emegency lane (tạo làn đường cứu hộ). Sau khi tạo xong các dải trên đường thì cửa sổ Project manager xuất hiện các đối tượng này.
Kích chuột vào từng đối tượng sẽ cho phép thiết nhập tên, loại vật liệu, hệ số phản xạ, truyền qua, hấp thu ánh sáng của từng dải.
Riêng đường chính khi kích chuột vào sẽ có các tab sau: General (tên đường, độ rộng đường, số làn xe); Street coating (chọn lớp phủ mặt đường trong danh sách sổ xuổng); Observer (xem vị trí mắt quan sát, nhưng không điều chỉnh được); Surfaces (xác định hệ số phản xạ, truyền xạ, hấp thụ của mặt đường).
Lưu ý: Các đối tượng 3D (Object) khác như tòa nhà, ôtô,... không đưa vào bản vẽ chiếu sáng giao thông được.
Bước 3: Chọn đèn : Pastefi Luminaire Arrangementfi Street Arragnment (chỉ chọn được hệ thống đèn, Insert. Lúc này đối tượng "Street không chọn từng đèn riêng lẻ được)fi Chọn loại đènfi Arrangement" xuất hiện trong cửa sổ Project Management.
Kích chuột vào Street Arragenment sẽ có các tab sau: Luminaire (hiện lên thông số đèn); Arrangement (chọn bố trí đèn 1 bên, 2 bên so le, 2 bên đối diện); Pole Arrangement (xác định độ cao treo đèn, số đèn lắp trên 1 cột, khoảng cách 2 cột đèn liền kề). Riêng tab Boom có các mục nhập số liệu sau:
+ Boom length: khoảng cách từ tâm cột đèn đến điểm đầu tiên của đèn
+ Boom angle: góc nghiêng của cần
+ Overhang: khoảng cách từ mép đường đến tâm đèn
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
154
+ Các mục khác không nhập (Dialux tự động điền số).
Bài giảng Mạng lưới điện
Bước 4: Tính toán. Có thể tính bằng cách bấm nút "Start calculation" trong Dialux hoặc mô phỏng bằng phần mềm chiếu tia bằng cách bấm nút "Raytraycer pOV ray"
.
Kết quả thể hiện trực quan trong mô hình 3D. Ta có thể rê chuột đến vị trí bất kỳ để xem độ rọi, độ chói tại từng điểm trên mặt đường.
Bước 5: Xuất kết quả. Phải bấm nút "Start calculation" trước để Dialux tính toán. Do kết
quả trong Dialux rất nhiều loại, nếu in ra toàn bộ rất khó phân tích, do đó ta cần lựa chọn những thông số quan trọng nhất để xuất ra bằng các chọn tab "Output"fi Lựa chọn các dữ liệu sau:
- Project: chọn Project cover (thông tin về dự án); Table of contents (nội dung hồ sơ)
- Mục tên đèn chọn Luminaire data sheet (in thông tin chung về loại đèn)
- Street: chọn Luminaire Part list (Thông số quang học của đèn).
- Valuation Field: Chọn Result Overview (thông số chung của cả tuyến đường và từng làn đường gồm Ltb;U0; Ul; TI,...); Table E (Độ rọi tại từng điểm trên mắt lưới kèm theo toạ độ chính xác).
- Observer: mỗi làn đường có 1 con mắt quan sát, do đó trong mỗi Observer ta chọn Isolines (đồ thị đường đẳng L); Table (bảng L kèm theo toạ độ chính xác của mặt đường).
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
155
Các mục khác bỏ trống. Tiếp theo vào Filefi Exportfi Save output Asfi OK. Sau đây là trang "Result Overview" trong hồ sơ xuất ra:
Bài giảng Mạng lưới điện
Kết quả trên ghi bằng Tiếng Anh được hiểu như sau:
: Độ chói trung bình của mặt đường
: Độ đồng đều của độ chói trên toàn mặt đường
: Độ đồng đều của độ chói theo chiều dọc trục đường
: Độ tăng ngưỡng tương phản Lav U0 Ul TI%
Calculated Values: Giá trị tính toán
Required values according to class: Giá trị theo tiêu chuẩn
Dấu V mà xanh: Thông số đạt tiêu chuẩn kỹ thuật
Dấu X màu đỏ : Thông số không đạt tiêu chuẩn kỹ thuật.
Nguyễn Mạnh Hà - Trường Đại học kiến trúc Đà Nẵng
156
Observer: Tọa độ tiêu chuẩn mắt người quan sát trên đường
Bài giảng Mạng lưới điện
CHƯƠNG 8
MẠNG ĐIỆN TRONG NHÀ
8.1. Cấu trúc mạng cung cấp điện trong công trình xây dựng
Mạng điện trong nhà có thể là loại 1 pha hoặc 3 pha. Trường hơp tổng quát là mạngd diện 3 pha 5 dây có cấu trúc như 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 pha
A
Ud=380V
Ud=380V
B
Ud=380V
- Dây nối vỏ an toàn (dây bảo vệ, dây PE) để nối vỏ các thiết bị điện, chống bị điện giật.
C
Up=220V
Trung tính
N/O
Nối vỏ
PE
Đầu cực nối dây
Thiết bị điện 3 pha
Thiết bị điện 1 pha
Thiết bị điện 1 pha
Dây pha Dây pha
Sơ đồ mạng điện 3 pha
8.2. Sơ đồ và bản vẽ thiết kế điện bên trong công trình
Sơ đồ điện là một tài liệu quan trọng để dự trù vật tư, thi công cũng như bảo trì hệ thống điện. Bản vẽ thiết kế cấp điện phải thể hiện được sơ đồ điện một cách chính xác, rõ ràng và càng chi tiết càng tốt.
Khác với các bản vẽ trong kiến trúc và xây dựng, bản vẽ thiết kế cấp điện thường đơn giản hơn (về cách bố trí, xác định cao độ,…) nên không cần sơ đồ không gian. Bản vẽ thiết kế cấp điện thông thường chỉ có 2 loại sau đây:
- Sơ đồ mặt bằng bố trí thiết bị điện và phương pháp nối dây.
- Sơ đồ nguyên lý.
157
Nguyễn Mạnh Hà
Để xác định vị trí, cao độ của các thiết bị điện, trong bản vẽ thường ghi chú là đủ, thậm chí chỉ cần căn cứ vào tiêu chuẩn cũng lắp đặt được. Ví dụ: công tắc đèn theo quy định lắp cách sàn 1,25m.
Bài giảng Mạng lưới điện
Khi đọc bản vẽ phải kết hợp cả 2 loại sơ đồ trên mới đảm bảo độ chính xác của cả hệ thống điện, trong đó bản vẽ sơ đồ mặt bằng được đọc trước rồi mới đến bản vẽ sơ đồ nguyên lý.
Một đặc điểm riêng biệt của bản vẽ thiết kế cấp điện là các thiết bị điện thể hiện trên sơ đồ dưới dạng các ký hiệu quy ước, không phải là thiết bị thực có kích thước theo tỷ lệ.
8.2.1. Ký hiệu của thiết bị điện
Các thiết bị điện có cấu tạo phức tạp và rất đa dạng về hình dáng cũng như kích thước nên không thể thể hiện chân thực trên bản vẽ được mà phải dùng các ký hiệu đại diện.
Thiết bị điện được trình bày trên sơ đồ dưới dạng các ký hiệu thống nhất theo tiêu chuẩn Việt Nam. Một số thiết bị điện chưa có ký hiệu thì người thiết kế có thê bổ sung theo nguyên tắc dễ liên tưởng nhưng phải đơn giản và có tính nhất quán.
Để người thi công nắm bắt được sơ đồ, trên bản vẽ mặt bằng luôn luôn kèm theo một bảng “Chú giải” (Legend) để giải thích các ký hiệu thiết bị điện được bố trí trên mặt bằng. Khi đọc một bản vẽ thiết kế cấp điện, bảng chú giải bao giờ cũng là phần được đọc đầu tiên.
Dưới đây là một số ký hiệu phổ biến nhất được phân thành các nhóm khác nhau:
- Nhóm công tắc điện, thiết bị đóng cắt, bảo vệ:
Ký hiệu
Chú giải
Ký hiệu
Chú giải
Công tắc 1,2,3,4 nút
Aptomat, MCB, MCCB 1,2,3 cực (dùng cho bản vẽ mặt bằng)
D
Cầu chì
Công tắc điều chỉnh độ sáng đèn (Dimer)
VS
Chuyển mạch vôn
Công tắc 2 vị trí
AS
Chuyển mạch ampe
Cầu dao chống rò (RCD, RCBO)
Công tắc thẻ Aptomat, MCB, MCCB (dùng cho sơ đồ nguyên lý) Aptomat, MCB, MCCB (dùng cho sơ đồ nguyên lý)
- Nhóm ổ cắm:
Ký hiệu
Chú giải
Ký hiệu
Chú giải
Ổ cắm 2 lỗ
3
Ổ cắm ba, mỗi ổ cắm có 1 cực PE
Ổ cắm 2 lỗ+1 lỗ cho dây bảo vệ PE
Ổ cắm điện thoại
Ổ cắm kép (2 ổ cắm trên 1 đế)
Ổ cắm anten
2
Ổ cắm kép, mỗi ổ cắm có 1 cực PE
Ổ cắm dây mạng RJ45
D
2
Ổ cắm ba (gồm 3 ổ cắm trên 1 đế)
3
158
Nguyễn Mạnh Hà
- Nhóm đèn chiếu sáng:
Bài giảng Mạng lưới điện
Ký hiệu
Chú giải
Ký hiệu
Chú giải
Đèn huỳnh quang đơn lắp nổi
Đèn chùm
Đèn sợi đốt
Đèn đường
Đèn huỳnh quang đôi lắp nổi Đèn huỳnh quang 3 bóng lắp âm trần
150
Đèn ốp trần
Đèn pha 150W
Đèn cầu
Đèn sự cố tự cấp nguồn
Đèn downlight
Đèn thoát hiểm
EXIT
Đèn hắt tường
- Nhóm thiết bị đo lường và cấp nguồn điện:
Ký hiệu
Chú giải
Ký hiệu
Chú giải
A
Đồng hồ Ampe
Dây điện 3 pha
V
Đồng hồ Vôn
Busduct/Busway
D
kWh
Y
Công tơ đo điện năng
Máy biến áp
W
G
Đồng hồ đo công suất
Máy phát điện
Tủ điện cấp nguồn
Biến dòng điện
Dây điện
Tủ điện chiếu sáng
Nối đất
Trạm biến áp
- Nhóm thiết bị sử dụng điện:
Ký hiệu
Chú giải
Ký hiệu
Chú giải
Ký hiệu
Chú giải
B
Quạt hút gió
Bơm nước
M
Q
Động cơ điện
Máy giặt
Tủ lạnh
Điều hòa nhiệt độ
Quạt trần
Trên đây chỉ là những ký hiệu cơ bản, tùy vào thực tế của từng công trình, người thiết kế có thể bổ sung thêm các ký hiệu khác cho phù hợp. Ví dụ để phân biệt 2 loại ổ cắm 16A và ổ cắm 20A có thể dùng ký hiệu ổ cắm ở bảng trên nhưng ghi thêm số Ampe vào hoặc bổ sung thêm một đường nét để phân biệt chúng.
8.2.2. Sơ đồ mặt bằng bố trí thiết bị điện
Sơ đồ này thể hiện vị trí lắp đặt thiết bị điện trên mặt bằng công trình, được lập ra sau khi mặt bằng kiến trúc đã được duyệt.
159
Nguyễn Mạnh Hà
Thông tin thể hiện trên bản vẽ mặt bằng phải đảm bảo chính xác, thống nhất về mặt ký hiệu và phải thể hiện được những nội dung cơ bản sau đây: Vị trí lắp đặt, cách lắp đặt (trên tường, trên trần,…), cao độ lắp đặt của nó (nếu có), các thông số thiết bị kèm theo.
Bài giảng Mạng lưới điện
Do số lượng thiết bị điện bố trí trên mặt bằng khá nhiều nên trên bản vẽ không thể hiện kích thước xác định vị trí của từng thiết bị điện. Vị trí thiết bị điện được xác định thông qua tỷ lệ bản vẽ.
Cao độ lắp đặt thiết bị điện không thể hiện trên bản vẽ vì hầu hết độ cao lắp đặt của chúng đều được quy định trong tiêu chuẩn (ví dụ ổ cắm 1,25-1,5m), hoặc lắp trên trần nhà. Trường hợp lắp đặt ở độ cao khác thì phải ghi chú độ cao lắp đặt của từng thiết bị trong bản vẽ.
Thông thường việc bố trí thiết bị được phân theo các nhóm chính như:
- Tủ điện cấp nguồn.
- Nhóm các đèn chiếu sáng
- Nhóm ổ cắm
- Nhóm thiết bị cố định (điều hòa, tủ lạnh, quạt hút gió,…)
Nhóm ổ cắm
Tủ điện cấp nguồn
Nhóm chiếu sáng
Bố trí thiết bị trên mặt bằng
Nhóm thiết bị cố định
Ví dụ mặt bằng bố trí thiết bị điện
Ví dụ hình vẽ bên dưới là mặt bằng bố trí thiết bị điện trong một căn phòng của căn hộ chung cư, trong đó bao gồm: 6 bộ đèn downlight, 3 bộ đèn huỳnh quang đơn lắp nổi, một công tắc 3 nút bố trí ở cửa ra vào và 1 tủ điện cấp nguồn.
8.2.3. Phương pháp nối dây
Sau khi bố trí xong thiết bị điện, thực hiện việc nối dây giữa các thiết bị và giữa thiết bị với nguồn điện.
Đèn
Đèn
Dây nối
Dây nối
Nối vào S1
Nối vào S1
Nối dây bằng các đoạn thẳng
Nối dây bằng các đoạn cong
160
Nguyễn Mạnh Hà
Dây diện 3 pha hoặc 1 pha đều được vẽ bằng 1 nét, nét vẽ có thể là các đoạn thẳng gấp khúc hoặc các đường cong.
Bài giảng Mạng lưới điện
Một số mặt bằng có nhiều thiết bị, việc nối dây từ thiết bị này sang thiết bị kia có thể chồng chéo nhau thì người ta dùng mũi tên kèm theo vị trí nối tiếp theo mà không cần vẽ dây nối trực tiếp.
Điểm đầu của tất cả các dây dẫn đều phải xuất phát từ một tủ nguồn cấp điện nào đó và phải được ký hiệu cụ thể trên bản vẽ.
Trong thực tế các bản vẽ cấp điện đều phân thành 3 nhóm mạch, mỗi nhóm mạch được trình bày trên một layer riêng trong Autocad:
- Mạch chiếu sáng.
- Mạch ổ cắm.
- Mạch thiết bị cố định cấp cho điều hòa nhiệt độ, tủ lạnh,…
a) Với mạch chiếu sáng, một số đèn được nối chung với nhau và được bật/tắt chung bởi một công tắc, từ công tắc này mới nối đến tủ điện nguồn (được đánh số địa chỉ cụ thể).
TĐ2
3
1
2
Số thứ tự mạch đèn có thể bỏ nếu mạch đơn giản
TĐ2/L1
S1, S2 S3
3
1
2
3
2
1
Cách nối dây các đèn chiếu sáng
Nếu số lượng đèn ít, có thể dễ dàng xác định từng cụm đèn được điều khiển chung dựa theo dây nối. Tuy nhiên khi số đèn nhiều thì khó xác định cụm đèn, do đó để dễ phân biệt thì tại mỗi đèn kèm theo số thứ tự của công tắc điều khiển đèn đó. Ví dụ ở hình bên dưới:
Ba đèn downlight có gắn số 1 được điều khiển bởi nút công tắc số S1 trên bẳng công tắc 3 nút, đèn downlight có gắn số 2 được điều khiển bởi nút công tắc số S3, các đèn huỳnh quang có gắn số 3 được điều khiển bởi nút công tắc số S3. Nguồn điện cung cấp đến công tắc 3 nút được lấy từ nhánh L1 trong tủ điện TĐ2 (ký hiệu địa chỉ đấu nối là TĐ2/L1), trong đó tủ TĐ2 (lắp ở phòng bên cạnh) gồm nhiều nhánh cấp điện khác nhau.
b) Với mạch ổ cắm cách bố trí cũng như đèn chiếu sáng: một số ổ cắm được lắp trên cùng một nhánh nhưng khác với chiếu sáng ở chỗ: điểm đầu nhánh ổ cắm nối về thẳng tủ điện cấp nguồn. Ví dụ ở hình bên dưới:
161
Nguyễn Mạnh Hà
Ổ cắm được bố trí là loại có cực bảo vệ (PE). Các ổ cắm không cần đánh số mạch do sơ đồ đơn giản. Các ổ cắm được bố trí thành 2 mạch: Mạch 1 gồm 1 ổ cắm đơn và 2 ổ cắm đôi được cấp nguồn từ nhánh S1 trong tủ TĐ2 (ký hiệu địa chỉ đấu nối là TĐ2/S1). Mạch 2 gồm 3 ổ cắm đơn đấu nối tại địa chỉ TĐ2-S2.
Bài giảng Mạng lưới điện
TĐ2 TĐ2/S2
TĐ2/S1
2
2
Nối dây các ổ cắm
c) Với mạch cấp điện cho các thiết bị cố định:
Các thiết bị cố định có công suất nhỏ được cấp điện qua ổ cắm như tivi, máy vi tính thì nối dây theo ổ cắm.
Các thiết bị cố định có công suất lớn như điều hòa, bình nóng lạnh,… thì mỗi thiết bị được lắp một mạch riêng. Tại vị trí lắp thiết bị có mũi tên kèm theo ký hiệu vị trí đấu nối. Nói chung với mạch điện này sơ đồ đơn giản nên không cần đanh số mạch của từng thiết bị.
TĐ2/EQ1
TĐ2
MCB
Nối dây các thiết bị
TĐ2/EQ2
Ví dụ ở hình vẽ sau đây:
Có 2 điều hòa lắp trong phòng. Điều hòa thứ nhất nối trực tiếp đến tủ điện TĐ2 ở mạch EQ1 (ký hiệu địa chỉ TĐ2/EQ1). Điều hòa thứ hai nối đến aptomat hai cực gắn trên tường (bên dưới điều hòa), từ aptomat này mới nối đến tủ điện TĐ2 ở mạch EQ2 (ký hiệu địa chỉ TĐ2/EQ2). Như vậy điều hòa thứ hai có thể đóng cắt mạch điện tại chỗ bằng aptomat, còn điều hòa thứ nhất muốn đóng cắt mạch điện phải đến tủ điện TĐ2.
162
Nguyễn Mạnh Hà
Nếu 3 loại mạch trên được bố trí trên cùng một bản vẽ thì sơ đồ mạch tương đối phức tạp, đòi hỏi người đọc phải có chuyên môn, tính cẩn thận và sự quan sát chi tiết. Quá trình rèn luyện qua nhiều lần đọc bản vẽ cấp điện dần dần thành quen và tạo thành kỹ năng, kinh nghiệm riêng của bản thân. Thực tế các đơn vị thiết kế thường tách thành 3 bản vẽ riêng tương ứng với 3 nhóm thiết bị nói trên.
Bài giảng Mạng lưới điện
TĐ2/EQ1
TĐ2
TĐ2/S2
3
1
2
TĐ2/L1
3
2
1
TĐ2/S1
Sơ đồ cấp điện tổng quát
3
1
2
2
2
TĐ2/EQ2
8.3. Sơ đồ mạng điện cung cấp vào công trình:
Mạng điện bên ngoài công trình có nhiệm vụ dẫn điện từ trạm biến áp đến tủ điện phân phối của tòa nhà. Tùy quy mô và tính chất công trình, mạng điện ngoài nhà có những đặc điểm khác nhau.
8.3.1. Sơ đồ cấp điện toà nhà thấp tầng (≤ 5 tầng):
Sơ đồ này gồm một trạm biến áp cấp nguồn, một đường dây cung cấp điện ngoài nhà và một tủ điện tổng cung cấp cho toàn bộ nhà.
Tủ điện tổng nối theo sơ đồ hình tia gồm một đường dây vào và nhiều lộ đường dây ra. Các thiết bị dùng chung (bơm nước, cứu hỏa, thang máy,…) và phụ tải sinh hoạt đều được đấu nối chung một mạch. Mỗi lộ dây ra khỏi tủ được bảo vệ bằng 1 aptomat đặt trong tủ.
Nhược điểm: Độ tin cậy thấp. Nếu hư hỏng trục dẫn điện chính thì toàn bộ nhà sẽ mất điện do không có dự phòng. Nếu công trình gồm nhiều khối nhà thì có thể nâng cao độ tin cậy bằng cách nối liên thông các khối nhà.
Phụ tải sinh hoạt
Tầng 2
Tầng 3
Tầng 1
Bơm nước Thang máy,…
Tủ điện tổng của tòa nhà
Trục chính 1
Đến khối nhà khác
Máy biến áp
Trục chính 2
163
Nguyễn Mạnh Hà
Ưu điểm: Chi phí đầu tư thấp, thi công dễ dàng nên được sử dụng phổ biến.
Bài giảng Mạng lưới điện
8.3.2. Sơ đồ cấp điện toà nhà cao trung bình (6÷16 tầng):
Phụ tải sinh hoạt
Tầng 2
Tầng 3
Tầng 1
Bơm nước Thang máy,…
Tủ điện tổng của tòa nhà
Trục cấp sinh hoạt
Trục cấp cho thiết bị dùng chung
Máy biến áp
Sơ đồ gồm 2 đường dây cung cấp riêng biệt đến tủ điện tổng của tòa nhà, trong đó 1 đường dây cung cấp cho phụ tải sinh hoạt chung, 1 đường dây cung cấp cho các thiết bị quan trọng như thang máy, bơm nước cứu hỏa, bơm nước sinh hoạt,…
Ưu điểm của sơ đồ: đã tách riêng các phụ tải quan trọng ra thành một nhóm nên xác suất sự cố đối với nhóm này giảm đi. Ngoài ra 2 mạch có thể dự phòng cho nhau, ví dụ trục sinh hoạt mất điện thì có thể lấy điện từ trục thiết bị bằng cách đấu nối bắc cầu trong tủ từ trục thiết bị sang trục sinh hoạt.
Nhược điểm: Nếu cả 2 trục mất điện (mất điện lưới) thì toàn bộ nhà mất điện, giao thông bằng thang máy bị đình trệ, cung cấp nước bị ngừng,…
8.3.3. Sơ đồ cấp điện toà nhà cao tầng (17÷30 tầng):
Sơ đồ này giống như sơ đồ trên nhưng độ tin cậy được nâng cao vì có thêm máy phát điện dự phòng. Máy phát điện sẽ khởi động khi điện lưới mất nhưng máy phát điện chỉ cung cấp cho những thiết bị cần thiết như thang máy, bơm nước,…
Phụ tải sinh hoạt
Bơm cứu hỏa Bơm sinh hoạt Thang máy,…
Tầng 2
Tầng 3
Tầng 1
Tủ điện cấp cho thiết bị chung
Tủ điện tổng cấp điện sinh hoạt tòa nhà
Trục cấp sinh hoạt
ATS
Máy biến áp
Trục cấp cho thiết bị dùng chung
Máy phát điện
Tủ điện cũng được tách riêng thành 2 tủ là sinh hoạt và bộ phận thiết bị quan trọng. Điện lưới và điện trong máy phát không được phép cấp điện đồng thời, do đó phải thông qua bộ tự động đóng nguồn gọi là tủ ATS. Tủ ATS chỉ cho phép đóng duy nhất 1 nguồn điện tại mỗi thời điểm.
164
Nguyễn Mạnh Hà
Trong thực tế, một số công trình chỉ sử dụng 1 trục cấp điện cho cả phụ tải sinh hoạt và các thiết bị quan trọng, riêng thiết bị quan trọng còn dự phòng điện bằng máy phát. Loại sơ đồ này tuy làm giảm độ tin cậy nhưng chi phí đầu tư thấp.
Bài giảng Mạng lưới điện
Phụ tải sinh hoạt
Bơm cứu hỏa Bơm sinh hoạt Thang máy,…
Tầng 2
Tầng 3
Tầng 1
Tủ điện cấp cho thiết bị chung
Tủ điện tổng cấp điện sinh hoạt tòa nhà
Trục cấp điện chung
ATS
Máy biến áp
Máy phát điện
8.4. Sơ đồ trục đứng cấp điện trong nhà:
Trục đứng là trục cấp điện lên các tầng của tòa nhà. Trục đứng có điểm đầu là tủ điện chính của công trình và điểm cuối là các tủ điện tầng. Tùy vào quy mô, tính chất của công trình mà trục đứng có thể dùng cáp điện 3 pha, cáp điện 1 pha hoặc dùng busway, thậm chí có thể dùng cáp cao thế 22kV. Trục đứng cấp điện có thể lắp trong tường (nếu số lượng trục ít) hoặc đi trong hộp kỹ thuật (nếu số lượng trục nhiều). Vị trí lắp đặt trục đứng thường là khu vực cầu thang bộ, khu vực sảnh chung để thuận lợi cho việc vận hành và sửa chữa.
8.4.1. Sơ đồ trục đứng cấp điện trong toà nhà thấp tầng (≤ 5 tầng):
Đặc điểm của sơ đồ này là mỗi tầng được cung cấp điện bằng một trục đứng, do đó số trục đứng bằng số tầng nhà.
Hộp nối trong căn hộ
Tủ điện tầng
Trục ngang
`
g n ứ đ c ụ r T
Cầu thang
Tủ điện chính
Sơ đồ trục đứng nhà công cộng thấp tầng
Điện vào
165
Nguyễn Mạnh Hà
- Tủ phân phối chính toàn bộ tòa nhà đặt ở tầng hầm hoặc tầng 1.
Bài giảng Mạng lưới điện
Tầng 3
Tầng 2
Tầng 1
g n ứ đ c ụ r T
Sơ đồ trục đứng nhà dân dụng thấp tầng
- Với loại nhà công cộng (chung cư, trường học,…), ở mỗi tầng đặt 1 tủ phân phối của tầng đó. Nhiệm vụ của tủ tầng là nhận điện từ tủ điện chính và phân phối điện đến các căn hộ (chung cư) hoặc các phòng. Với các nhà dân dụng, do số lượng thiết bị ít nên có thể không lắp các tủ tầng, mà mỗi tầng lắp 1 trục ngang để cấp điện cho các thiết bị của tầng.
- Với loại nhà chung cư, công tơ đo điện đặt tại tủ điện tầng. Đầu vào mỗi căn hộ thường bố trí hộp nối dây (hộp kỹ thuật) ngầm trong tường để dễ phân lập mạch điện.
8.4.2. Sơ đồ trục đứng cấp điện trong toà nhà trung bình và cao (6÷30 tầng):
Do số tầng nhiều nên không thể mỗi tầng sử dụng một trục đứng sẽ chiếm nhiều không gian lắp đặt cáp điện. Trong sơ đồ này, một số tầng được cấp điện chung từ một trục đứng.
Lên các tầng trên
Cầu thang
Tủ điện tầng
Hộp nối trong căn hộ
Hộp nối trong căn hộ
,
) 3 2
,
,
1
) 6 5
,
`
g n ầ t ( 1 c ụ r T
4 g n ầ t ( 2 c ụ r T
Cầu thang
Nhà xe
Tủ điện chính
Tủ điện chung
Cáp điện đến
166
Nguyễn Mạnh Hà
Số lượng trục đứng cần phải tính toán, so sánh về mặt kinh tế-kỹ thuật. Tuy nhiên để thuận lợi khi vận hành không nên bố trí quá nhiều trục đứng, vừa khó khăn cho quản lý sau này, vừa chiếm nhiều không gian của công trình. Số trục đứng nên bố trí 3-5 trục (chưa tính trục cấp điện cho thang máy, bơm nước,…)
Bài giảng Mạng lưới điện
Tầng 9
Tầng 9
Tầng 9
Tầng 8
Tầng 8
Tầng 8
Tầng 7
Tầng 7
Tầng 7
Tầng 6
Tầng 6
Tầng 6
Tầng 5
Tầng 5
Tầng 5
Tầng 4
Tầng 4
Tầng 4
Tầng 3
Tầng 3
Tầng 3
Tầng 2
Tầng 2
Tầng 2
Tầng 1
Tầng 1
Tầng 1
Sơ đồ cách tầng
Sơ đồ liên tầng
Sơ đồ cách tầng phân nhóm
Khác với công trình thấp tầng, công trình cao tầng thường có quy mô lớn, thiết bị dùng điện nhiều nên bắt buộc mỗi tầng phải đặt ít nhất một tủ điện để phân phối điện cho tầng đó.
Tùy vào đặc điểm của mỗi công trình, sơ đồ trục đứng có thể có nhiều dạng khác nhau như sơ đồ liên tầng, sơ đồ cách tầng, sơ đồ cách tầng phân nhóm. Chọn sơ đồ nào cho công trình cần phải có sự so sánh về kinh tế cũng như độ tin cậy cấp điện của sơ đồ được chọn.
Cầu thang
Tủ điện chính cấp cho tầng 20-40
8.4.3. Sơ đồ trục đứng cấp điện toà nhà rất cao (> 30 tầng):
Tầng kỹ thuật
Máy biến áp 22/0,4kV
Cầu thang
V k 2 2
c ụ r T
`
Cầu thang
9 1 - 1 g n ầ t n ê l ế h t ạ h g n ứ đ c ụ r T
Mặt đất
Tầng hầm
Cầu thang
Tủ điện chính cấp cho tầng 1-19
Máy biến áp 22/0,4kV
Cáp ngầm 22 kV đến
167
Nguyễn Mạnh Hà
Bài giảng Mạng lưới điện
Do công suất tiêu thụ lớn và khoảng cách cấp điện rất cao nên không thể dùng đường dây hạ thế làm trục đứng vì tổn thất điện áp và tổn thất công suất đáng kể. Trường hợp này phải lắp đặt trục đứng bằng đường dây trung thế 22 kV, kết hợp đường dây hạ thế.
Theo tính toán, khoảng 20 tầng người ta phải bố trí 1 tầng kỹ thuật, trong tầng đó gồm bể nước, kho dụng cụ khẩn cấp, bơm nước chuyển tiếp lên tầng, trạm biến áp, hệ thống tủ điện, máy phát điện,… Ở tầng kỹ thuật bố trí trạm biến áp phân phối để cấp điện hạ thế cho 20 tầng kế tiếp. Trục đứng hạ thế cấp điện cho mỗi khối 20 tầng áp dụng quy tắc bố trí trục đứng như toà nhà cao trung bình.
8.5. Sơ đồ trục ngang cấp điện trong nhà
Trục ngang là đường trục chính cấp điện cho cho các căn hộ, các phòng, các thiết bị điện của một tầng. Trục ngang có điểm đầu là tủ điện tầng và điểm cuối là tủ điện căn hộ, tủ điện phòng,…. Trục ngang thường lắp đặt dọc hành lang của tầng nhà công cộng hoặc lắp dọc theo tường xuyên qua các phòng của nhà phố. Trục ngang có thể lắp ngầm, lắp nổi trên tường hoặc treo trong máng cáp.
8.5.1. Sơ đồ trục ngang kiểu hình tia
Mỗi nhóm dùng điện được cấp điện bằng một đường dây riêng. Nhóm dùng điện có thể là các căn hộ, các phòng làm việc, thiết bị chiếu sáng hành lang,…
Tủ điện tầng
Nhóm 1
Nhóm 2
Nhóm 3
Nhóm 4
Dây trục ngang
Căn hộ
Căn hộ
Tủ điện căn hộ
Căn hộ
Tủ công tơ
Căn hộ
Căn hộ
Tủ aptomat
Căn hộ
Sơ đồ này dùng phổ biến đối với các chung cư, văn phòng cho thuê,…
Ưu điểm của trục ngang hình tia là độ tin cậy cung cấp điện cao vì khi một nhánh nào bị hỏng thì các nhánh khác không bị ảnh hưởng. Ngoài ra sơ đồ này dễ sửa chữa. Tuy nhiên nhược điểm của nó là tốn nhiều dây cáp điện, khi số lượng cáp lớn có thể làm mất mỹ quan.
8.5.2. Sơ đồ trục ngang kiểu liên thông
168
Nguyễn Mạnh Hà
Sơ đồ này chỉ lắp một số trục ngang, trong đó một vài nhóm dùng điện được nối chung với một trục ngang.
Bài giảng Mạng lưới điện
Sơ đồ này dùng phổ biến đối với nhà phố, nhà công cộng (trường học, bệnh viện,...)
Tủ điện tầng
Trục ngang
Căn hộ
Hộp nối dây
Hành lang
Ưu điểm là dùng ít dây hơn, số trục cũng ít nên lắp đặt đơn giản. Nhược điểm lớn nhất của sơ đồ là độ tin cậy cung cấp điện kém (vì khi sự cố trên một trục nào đó thì toàn bộ các nhóm dùng điện nối vào trục đó đều mất điện).
Tủ điện tầng
8.6. Sơ đồ mạng điện căn hộ:
Mạng điện căn hộ bao gồm mạng điện trong các phòng của nhà công cộng, mạng điện căn hộ chung cư, mạng điện nhà phố,… gồm các thành phần theo thứ tự sau:
- Điểm bắt đầu của mạng điện căn hộ là điểm đấu nối với đường trục ngang
- Công tơ đo đếm điện (đối với căn hộ chung cư hoặc nhà phố có tính tiền điện sử dụng hằng tháng). Nếu nhà công cộng có các phòng làm việc, phòng học,… không tính tiền điện hằng tháng thì không dùng công tơ điện ở các phòng.
Công tơ
kWh
RCD
Aptomat
RCBO
RCBO
Aptomat
Công tắc
2
2
Điều hòa
2 Ổ cắm
Bình tắm nóng lạnh
Nối đất
Nối vỏ thiết bị
Nối đất chân PE ổ cắm
Nối vỏ thiết bị
169
- Thiết bị bảo vệ tổng của căn hộ: Có thể dùng aptomat để bảo vệ. Tuy nhiên để đảm bảo an toàn nên dùng thiết bị bảo vệ chống dòng điện rò RCD với dòng rò bảo vệ 300mA (giá thành đắt hơn aptomat).
- Thiết bị bảo vệ nhánh: dùng aptomat để bảo vệ cho nhánh, mỗi nhánh cung cấp điện cho một số thiết bị (gọi là nhóm dùng điện). Với nhánh ổ cắm, bình tắm nước nóng do nguy cơ chạm điện rất cao nên dùng loại RCD đặc biệt gọi là RCBO 30mA. Nguyễn Mạnh Hà
Bài giảng Mạng lưới điện
- Thiết bị đóng cắt: công tắc dùng để đóng cắt các thiết bị điện có công suất bé, chủ yếu dùng để bật/tắt đèn. Ổ cắm bố trí phân bố ở các phòng để dùng cho các thiết bị di động hoặc thiết bị công suất nhỏ có phích cắm như tivi, quạt, máy giặt, … Aptomat dùng để đóng cắt, đồng thời bảo vệ cho các thiết bị cố định có công suất lớn ≥ 1000W như điều hòa nhiệt độ, bình tắm nóng lạnh.
- Ngoài ra còn trang bị thêm hệ thống nối đất để nối vỏ các thiết bị điện, nối chân PE của ổ cắm 3 lỗ.
Kết cấu mạng căn hộ kiểu hình tia kết hợp nối liên thông. Với căn hộ dùng điện lớn thì mạng điện phải là loại 3 pha, ngược lại thì chỉ dùng điện 1 pha là đủ.
8.7. Bố trí thiết bị điện bên trong công trình xây dựng
8.7.1. Đặt dây dẫn điện trong nhà:
a) Đặt dây dẫn điện trong nhà bằng cách chôn ngầm
Chôn ngầm là phương pháp lắp đặt dây phổ biến nhất hiện nay vì nó đảm bảo mỹ quan, tiết kiệm không gian, tránh tác động của môi trường. Tuy nhiên có nhược điểm là chi phí lắp đặt cao, sửa chữa và khắc phục sự cố phức tạp, một số trường hợp không thể khắc phục được mà phải thay mới hoàn toàn.
Ống luồn đây điện đặt trong rãnh tường
Đặt dây trực tiếp trong tường
Dây diện được chôn trực tiếp vào tường, sàn, dầm nhà hoặc sử dụng các ống nhựa luồn dây. Nên hạn chế việc chôn dây trực tiếp vì nguy cơ hư hỏng khá cao, thay vào đó là dùng các ống luồn dây chống cháy, chịu nhiệt.
Box nối dây
Dây uốn cong
170
Nguyễn Mạnh Hà
Khi cần bẻ cong ống phải dùng lò xo uốn sao cho bán kính cong bằng 6-9 lần đường kính ống để thuận lợi cho việc kéo dây và thay thế dây sau này. Nếu muốn đi thẳng góc thì ngay góc vuông phải đặt box nối dây.
Bài giảng Mạng lưới điện
Box
Rẽ nhánh trong box
Rẽ nhánh trong ổ cắm
Chỗ rẽ nhánh 3 trở lên đều phải đặt các box (hộp nối) để tiện cho việc kéo dây và kiểm tra sau này. Không nối dây ở đoạn giữa ống, chỉ nối dây ở các hộp nối, hộp công tắc, hộp ổ cắm, hộp máng đèn.
- Nếu đặt ống trong sàn bê tông thì phải đặt ống sau khi đan xong lớp sắt sàn. Đặt ống giữa 2 lớp sắt sàn và hướng đi dây chọn theo hướng ngắn nhất. Các vị trí đặt hộp nối trong sàn phải đánh dấu bằng sơn trên cốt pha trước khi đổ bê tông.
0 0 4 - 0 0 3
Box rẽ nhánh
Dây điện trục ngang
Lắp dây điện âm sàn
- Dây điện đi trong phòng theo phương nằm ngang, cách trần nhà 30-40cm và thường lấy ranh giới màu trần và tường làm đường chôn ngầm dây điện, như vậy sẽ thuận lợi cho việc xác định vị trí dây.
Dây rẽ nhánh đến đèn, đến bảng công tắc đèn và đến ổ cắm đi thẳng đứng, xuất phát từ đường trục nằm ngang đến đúng đường tim bảng điện, công tắc, như vậy cũng dễ cho việc xác định vị trí các đường chôn ngầm thẳng đứng trong tường sau này.
Thi công dây ngầm trong tường thực hiện sau khi xây xong phần thô. Có nhiều phương pháp tạo rãnh đặt ống: Dùng búa để đục rãnh (thủ công), dùng cưa máy cắt rãnh sau đó đục theo rãnh, dùng thiết bị phay rãnh chuyên dụng.
171
Nguyễn Mạnh Hà
Lưu ý trong các ống đặt dây phải để dây mồi, sau này dù phần xây dựng đã hoàn thiện việc, luồn dây vào trong ống phải sử dụng đến dây mồi.
Bài giảng Mạng lưới điện
Đục rãnh tường thủ công
Máy phay rãnh
Tạo rãnh bằng máy cưa
t ậ u h t
ỹ k
t ậ u h t
p ộ H
ỹ k
p ộ H
Với đường cáp điện xuyên tầng ở các công trình lớn người ta luồn cáp trong các hộp kỹ thuật của công trình. Khi thi công xong, chỗ xuyên tầng phải có biện pháp chống cháy lan.
b) Đặt dây dẫn điện trong nhà bằng cách đi nổi
172
Nguyễn Mạnh Hà
Đặt dây dẫn nổi bằng cách luồn dây điện trong các ống nhựa tròn hoặc dẹt và ốp lên bề mặt tường, trần nhà bằng kẹp ống hoặc đinh vít. Ưu điểm của phương pháp này là chi phí thấp, dễ sửa chữa điện, dễ bổ sung, có thể thiết kế sau khi xây dựng cũng được. Nhược điểm là tính thẩm mĩ không cao, ảnh hưởng đến không gian sử dụng khi số lượng dây nhiều.
Bài giảng Mạng lưới điện
Dây điện nổi cách trần
Dây điện nổi sát trần
Dây dẫn thường đi theo các đường vuông góc với trần, tường. Nếu bố trí hộp nối thì dây dẫn nên cách trần 300-400, nếu không dùng hộp nối thì dây đi men theo các góc của tường và trần. Dây dẫn có thể lắp đặt sau khi nhà xây dựng hoàn thành.
Khi cần rẽ nhánh phải rẽ nhánh vuông góc trong các hộp nối âm tường..
Lắp sàn kỹ thuật
Trần kỹ thuật
Với những công trình có số lượng đường dây, đường ống nhiều như khách sạn, trung tâm hội nghị,…người ta lắp trần hoặc sàn kỹ thuật vừa an toàn, vừa đảm bảo thẩm mĩ.
Một số công trình kết hợp lắp dây nổi và chìm, trong đó dây nổi đi trong trần kỹ thuật, phần đi trong tường lắp chìm.
c) Đặt dây dẫn điện trong nhà bằng thang cáp (cable ladder):
173
Nguyễn Mạnh Hà
Thang cáp là giá đỡ để lắp đặt cáp dưới dạng hở gồm hai thanh dọc chịu lực và các thanh ngang đỡ cáp có hình dạng như cái thang.
Bài giảng Mạng lưới điện
Mối nối hai đoạn thang
Thang cáp được chế tạo sẵn bằng tôn sơn tĩnh điện, mạ kẽm hoặc mạ kẽm nhúng nóng. Kích thước mỗi đơn vị thang khoảng 2,4÷3m và có thể ghép nối với nhau bằng bulon.
Mối nối
Mở rộng sang trái
Rẽ chữ T
Rẽ chữ T
Thang được chế tạo với nhiều môđun khác nhau nên rất linh hoạt trong việc tạo hướng đi của cáp như các môđun: đi lên, đi xuống, rẽ ngang, mở rộng, thu hẹp,…
Mở rộng 2 bên
Lên 900
Rẽ nhánh chữ thập
Nối thẳng
Mở rộng sang phải
Rẽ 900
Lên 900
174
Nguyễn Mạnh Hà
Hệ thống thang cáp
Bài giảng Mạng lưới điện
Thang cáp lắp trên trần bằng các thanh treo, lắp ngang trên tường bằng dầm consol, lắp đứng trên tường bằng bản lề 900. Định vị thanh treo bằng cách khoan và bắt vít nở.
Phạm vi ứng dụng của thang cáp là những công trình có số lượng cáp lớn như: siêu thị, khách sạn, trung tâm thương mại,…Với những công trình quy mô lớn, sử dụng thang cáp tiết kiệm 20-25% chi phí vật liệu và nhân công lắp đặt so với dùng ống luồn cáp, dễ bổ sung, thay thế hay sửa đổi, dễ quan sát trong quá trình vận hành.
Thang cáp sử dụng được khi khu vực lắp đặt không có va chạm cơ học, có yêu cầu thoát nhiệt cao, không yêu cầu nhiều về mặt thẩm mỹ. Nếu có yêu cầu cao hơn về an toàn và tính thẩm mỹ, có thể thay thế thang cáp bằng máng cáp với giá thành máng cáp đắt hơn 1,5 lần.
d) Đặt dây dẫn điện trong nhà bằng máng cáp (Trunking), khay cáp (Cable Tray)
Máng cáp là hệ thống để lắp đặt cáp dưới dạng kín có nắp đậy. Máng cáp giống thang cáp nhưng an toàn hơn, gọn hơn và giá thành đắt hơn.
Máng cáp có 2 loại: loại có lỗ thoát nhiệt và loại kín hoàn toàn. Loại kín dùng cho hệ thống cáp ít toả nhiệt, loại có lỗ dùng cho hệ thống cáp tỏa nhiệt nhiều.
Co hẹp sang phải
Rẽ chữ T
Co hẹp
Mối nối
Đoạn trunking
Góc đứng 900
Rẽ chữ thập
Co hẹp sang trái
Rẽ 900
Góc đứng 900
Máng cáp (trunking) thực tế thường chế tạo kín, đi trên trần giả nên đảm bảo mỹ quan, sử dụng cho hệ thống điện ít khi phải mở nắp trên ra. Máng cáp đắt hơn so với thang cáp.
175
Hệ thống máng cáp (trunking)
Nguyễn Mạnh Hà
Bài giảng Mạng lưới điện
o e r t h n a h T
Máng cáp cũng được lắp đặt bằng hệ thống thanh treo và giá đỡ:
Rẽ chữ T
Co hẹp sang phải
Mối nối
Co hẹp
Rẽ chữ T
Rẽ chữ thập
Góc đứng 900
Co hẹp sang trái
Góc đứng 900
Nếu máng cáp không sử dụng nắp phía trên thì nó được gọi là khay cáp (Cable tray). Thông thường khay cáp là loại có đột lỗ, dùng cho hệ thống điện có tỏa nhiệt nhiều, dễ dàng sửa chữa thêm bớt dây trên khay cáp. Do đột lỗ và không có nắp mà khay cáp nhẹ hơn và rẻ tiền hơn so với Trunking.
Rẽ 900
Hệ thống khay cáp (cable tray)
Trên thị trường gần đây còn có loại máng cáp và khay cáp dạng lưới (Wire mesh tray) được sản xuất từ sợi thép đặc biệt có tính linh hoạt cao, có thể dễ dàng uốn cong theo nhiều chiều phù hợp với hướng rải dây cáp nên rất thuận lợi khi thi công. Ngoài ra nó có đặc điểm rất đặc biệt là khi vượt quá tải trọng cho phép nó võng xuống nhưng không bị gãy.
176
Nguyễn Mạnh Hà
Khay cáp lưới Máng cáp lưới
Bài giảng Mạng lưới điện
8.7.2 Bố trí Busway
a) Cấu tạo busway
Busway là công nghệ dẫn điện mới được sử dụng trong vài năm gần đây tại Việt Nam nhưng đang dần dần trở nên phổ biến trong các tòa nhà cao tầng nhờ ưu điểm vượt trội mà nó mang lại.
Busway là hệ thống thanh dẫn cứng, thay thế cho cáp dẫn điện. Busway gồm 4 thanh dẫn điện bằng đồng hoặc nhôm tinh khiết đến 99,99% nên năng lực tải dòng điện rất lớn đến 6300A, điện trở rất thấp.
Các thanh dẫn điện được bọc cách điện Epoxy mỏng nhưng chịu nhiệt độ đến 1500C, chống ẩm, chống thấm nước rất tốt. Các thanh dẫn được lắp trong một vỏ cứng bằng nhôm vừa bảo vệ cơ học, tản nhiệt tốt, vừa làm giá đỡ để lắp đặt mà không cần phải dùng thêm máng cáp hay thang cáp. Busway chống nhiễu tốt vì vỏ được nối đất.
Busway
Bulon
Pha A Pha B Pha C Trung tính N
Đầu nối Busway
Khớp nối
Busway được chế tạo thành các mô đun dài 3m rất dễ lắp ghép theo kiểu cài răng lược và bulon xiết chặt ở khớp nối.
Busway
Vỏ nhôm làm giá đỡ lắp đặt, làm cực nối đất
b) Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng Busway
Ưu điểm lớn nhất của busway là làm việc rất tin cậy, không có sự cố, độ an toàn rất cao vì vỏ nhôm được nối đất. Tiếp theo là không gian lắp đặt chiếm rất ít so với thang máng cáp và ống luồn cáp nếu cùng công suất truyền tải. Nhân công lắp đặt giảm, thời gian lắp đặt rút ngắn rất nhiều. Thực tế cũng đã chứng minh nếu dòng điện truyền tải ≥ 630A thì lắp busway sẽ có giá thành đầu tư thấp hơn hệ thống thang máng cáp.
Nhược điểm của busway là không uốn cong được, tuy nhiên nhược điểm này không quan trọng. Nếu dòng điện truyền tải < 630A thì giá thành đầu tư cao hơn thang máng cáp.
Trước đây do thói quen thường sử dụng cáp đồng nên khi chọn busway các kỹ sư thiết kế cũng thường chọn busway đồng. Tuy nhiên thực tế với các công trình thương mại nên chọn busway bằng nhôm, tuy kích thước lớn hơn một ít nhưng giá thành rẻ hơn 20-30%. Chỉ những công trình nào dòng điện lớn ≥ 4000A mới dùng busway đồng.
Với những ưu và nhược điểm trên, busway được ứng dụng rất hiệu quả trong tòa nhà cao tầng và thường dùng làm trục đứng cấp điện của công trình.
177
Nguyễn Mạnh Hà
c) Lựa chọn và lắp đặt Busway
Bài giảng Mạng lưới điện
Khớp nối không tháo được
Khớp nối không tháo được
Khớp nối tháo được
Busway thường dùng làm trục đứng trong nhà cao tầng. Các môđun busway đều được thiết kế dưới dạng lắp ghép cài răng lược nên thuận lợi cho thi công và vận hành. Có đủ các môđun: rẽ nhánh chữ T, bẻ góc 900, giao chữ thập,…
Khớp nối tháo được
Nắp
Khớp nối tháo được
Gai dẫn hướng
Lỗ dẫn hướng
Tầng 5
Trên busway có các lỗ cửa mở để lấy điện ra cung cấp cho tầng nhà. Tủ lấy điện ra được chế tạo đồng bộ với busway, chỉ ghép nối vào lỗ cửa mở của busway bằng liên kết cài răng lược. Các lỗ cửa mở thanh busway có thể bố trí nhiều hơn 2 và cách nhau 610mm.
Tầng 4
y a w s u B
0 1 6
Liên kết răng lược
Tầng 3
Tầng 2
Cửa mở lấy điện Nắp đậy cửa
Busway
Tủ điện chính
Tủ điện tầng
Hộp đấu nối cáp
Busway xuyên tường, xuyên sàn, ngăn lửa cháy lan
Giá đỡ chịu lực lên sàn (để đỡ 1 tầng busway)
178
Nguyễn Mạnh Hà
Để đấu nối cáp điện lực vào busway trong hệ thống điện người ta phải dùng đến các hộp nối cáp chuyên dụng. Bên ngoài hộp nối cáp có các răng lược đấu nối vào lỗ cửa busway, bên trong hộp là các đầu cực nối cáp đến. Ngoài ra còn có các môđun giá đỡ chịu lực trên sàn,… Lắp busway xuyên tường, xuyên sàn cũng ngăn chặn lửa cháy lan là vấn đề phức tạp khi lắp đặt cáp.
Bài giảng Mạng lưới điện
Lắp đặt busway nằm ngang dựa vào các thanh treo lên trần, dầm consol gắn tường
8.7.3. Bố trí tủ bảng điện
179
Nguyễn Mạnh Hà
Tủ bảng điện là loại vật liệu không thể thiếu của hệ thống điện trong công trình xây dựng, là nơi đấu nối và phân phối điện đến các thiết bị tiêu thụ điện. Tủ bảng điện có thể bằng thép, bằng nhựa compozit hoặc nhựa thông thường. Tùy vào đặc điểm mỗi công trình mà tủ bảng điện có các kích cỡ, số lượng và vị trí lắp đặt khác nhau.
Bài giảng Mạng lưới điện
Trong công trình xây dựng, việc cung cấp điện phải thông qua nhiều tầng nấc tủ điện khác nhau để nâng cao độ tin cậy, vừa thuận lợi cho thi công đấu nối, vừa có chức năng bảo vệ, đồng thời dễ dàng cho việc xác định và cô lập các vùng sự cố.
…
Tủ điện tầng
Nguồn điện
Hộp nối
Thiết bị điện
Tủ điện tầng
Tủ điện chính
Tủ điện phòng
…
Tủ điện tầng
Trong tủ điện lắp đặt các thiết bị đóng/cắt, bảo vệ, thiết bị đo đếm và hệ thống thanh dẫn điện để đấu nối các tuyến dây vào và ra.
Thanh đồng
Trong tủ luôn luôn có 1 aptomat tổng để bảo vệ toàn bộ tủ. Số aptomat nhánh phụ thuộc vào số tuyến dây đi ra khỏi tủ và nhiệm vụ của nó là bảo vệ cho mỗi nhánh đi ra từ aptomat.
Aptomat tổng
Aptomat nhánh
Thanh đồng phân phối
Cáp đi ra Cáp đi vào
Aptomat nhánh
Aptomat tổng
a) Tủ điện chính
Tủ điện phân phối chính là tủ điện tổng của toàn bộ tòa nhà. Tủ điện nhận điện từ trạm biến áp, sau đó phân phối điện lên các tủ điện tầng bằng đường cáp hoặc busway.
Nếu đường cấp điện trước bảng điện tổng là đường cáp ngầm thì bảng điện tổng nên đặt ở tầng trệt. Với các công trình lớn như khách sạn, trung thâm thương mại,… tủ điện chính đặt ở tầng hầm. Các công trình nhỏ hơn như chung cư, trường học,… lắp tủ ở gầm cầu thang bộ và được bố trí cách ly bằng tường xây hoặc rào bằng lưới thép. Với nhà thấp tầng, nhà phố thì tủ điện chính đặt ở tầng 1 bên trong nhà.
180
Nguyễn Mạnh Hà
Các tủ điện chính có kích thước và trọng lượng lớn phải lắp trên nền bê tông trong phòng riêng hoặc tầng hầm. Tác tủ điện nhỏ hơn thường được gắn âm tường để tiết kiệm không gian, độ cao lắp đặt tủ khoảng 1,3-1,5m.
Bài giảng Mạng lưới điện
Tủ điện tầng 2
Tầng 2
Tầng 1
Tủ điện chính
Dãy tủ điện trong tầng hầm khách sạn
Đặt tủ điện nhà chung cư
b) Tủ điện tầng, tủ điện phân phối (Tủ DB)
Tủ điện tầng, tủ điện phân phối là các loại tủ điện có chức năng cấp điện đến các thiết bị của một tầng nhà hoặc của một khu vực của tầng nhà. Tủ điện tầng, tủ điện phân phối nhận điện từ tủ điện chính thông qua đường cáp hoặc busway.
Khác với tủ điện chính lắp ở phòng kỹ thuật riêng, tủ DB lắp ở nơi có người qua lại nên được thiết kế gọn nhẹ, tính thẩm mỹ cao, an toàn và thuận tiện khi vận hành. các thiết bị nối vào tủ DB tgường có công suất vừa và nhỏ.
Vỏ tủ DB được chế tạo từ thép mạ kẽm hoặc vật liệu compozite không cháy. Tủ điện DB thường lắp đặt âm tường, độ cao 1,3-1,5m.
Tủ điện tầng của tòa nhà cao tầng đặt tại chiếu nghỉ của cầu thang. Nếu tủ điện này cung cấp cho các căn hộ thì tủ điện tầng còn là nơi lắp đặt công tơ đo đếm điện năng.
Tủ điện phân phối không lắp công tơ
Với nhà thấp tầng, tủ điện phân phối DB có kích thước nhỏ, gọn và được bố trí bên trong mỗi tầng nhà. Tuy nhiên, nhà thấp tầng có xu hướng dùng bảng điện thay cho tủ điện.
Tủ điện tầng lắp trong chung cư có 4 công tơ
c) Bảng điện, hộp nối:
Bảng điện, hộp nối là điểm cuối cùng của hệ thống phân phối điện và là nơi thiết bị điện được đấu nối trực tiếp. Bảng điện, hộp nối nhận điện từ tủ điện tầng và được lắp đặt trong các phòng (của khách sạn, cơ quan,…) hoặc các phòng của căn hộ.
Bảng điện là một hộp nhựa hoặc tấm nhựa dạng hình khối chữ nhật, trên đó có lắp các thiết bị đóng cắt, bảo vệ.
181
Nguyễn Mạnh Hà
Các loại bảng điện cổ điển thường là tấm nhựa, lắp nổi, trên đó lắp cầu chì, ổ cắm, công tắc và không có nắp che nên không an toàn và không đảm bảo mỹ quan.
Bài giảng Mạng lưới điện
Hiện nay, trong dân dụng người ta dùng các bảng điện hiện đại hơn có dạng hộp, trên đó chỉ lắp aptomat bảo vệ, phía trên bảng điện có lắp tấm gương che, có bản lề để dễ mở ra thao tác nên an toàn hơn. Bảng điện được lắp âm tường nên có tính thẩm mỹ cao hơn.
Bảng điện bố trí cao 1,3-1,5m, ngay cửa ra vào để thuận lợi cho việc thao tác đóng cắt.
Bảng điện cổ điển Bảng điện hiện đại
Hộp nối là hộp nhựa có kích thước nhỏ hơn bảng điện, lắp đặt ngầm trong tường, có nhiệm vụ là nơi tập trung các đầu nối dây của cả phòng. Ngoài ra hộp nối còn là nơi đấu dây vào aptomat và một số thiết bị khác.
Hộp nối thường bố trí theo độ cao của mạch dây dẫn.
Hộp nối đấu dây cách trần 30cm Hộp nối lắp aptomat
8.7.4. Aptomat (còn có các tên là MCB, CB, cầu dao tự động):
Aptomat là thiết bị điện có chức năng đóng/cắt mạch điện bằng tay và bảo vệ (cắt mạch điện khi ngắn mạch và quá tải), trong đó chức năng chính là bảo vệ. Trong dân dụng người ta cũng hay gọi aptomat là MCB, MCCB, CB.
Aptomat thường phân loại theo số cực: Loại 1 cực, 2 cực là aptomat 1 pha; Loại 3 cực là aptomat 3 pha. Thông số chính của aptomat gồm:
- Điện áp định mức Uđm: Loại 1 pha là 220V, loại 3 pha là 380V
- Dòng điện định mức Iđm : từ vài A lên đến hàng trăm A
- Dòng điện cắt Icu (kA): là khản năng của aptomat có thể cắt được khi ngắn mạch.
Aptomat 1 cực, 2 cực và 3 cực
182
Nguyễn Mạnh Hà
Trước đây khi aptomat chưa phổ biến người ta phải dùng cầu chì để bảo vệ mạch điện, ngày nay aptomat được dùng rất phổ biến do giá thành thấp, bảo vệ an toàn, tính thẩm mỹ cao.
Bài giảng Mạng lưới điện
Aptomat có nhiệm vụ bảo vệ thiết bị điện thì được lắp tập trung trong tủ phân phối điện. Nếu aptomat có nhiệm vụ đóng cắt thiết bị điện (có dòng điện > 5A như bình nóng lạnh, điều hòa,… ) thì aptomat được lắp trên tường, độ cao 1,3-1,5m ở gần nơi đặt thiết bị để dễ thao tác.
Lắp aptomat trong tủ điện rất đơn giản bằng cách gắn lên thanh ray nhôm tiêu chuẩn (tất cả các aptomat sản xuất đều có rãnh phía sau để lắp lên ray). Nếu lắp âm tường thì aptomat được lắp trong đế âm tường (loại giống như hộp nối, nhưng có điểm bắt vít cho aptomat). Cũng có thể lắp aptomat trên bảng nhựa nhưng ít dùng do không đẹp.
Ray nhôm
Lẫy kẹp
Lắp aptomat âm tường Lắp aptomat trên ray nhôm
Khi lắp aptomat cần lưu ý:
- Cần aptomat hướng lên trên là đóng mạch, hướng xuống dưới là cắt mạch. Dòng điện đi vào ở phía trên, dòng điện ra ở phía dưới
- Nếu lắp aptomat 1 cực thì phải lắp trên dây lửa. Aptomat 2 cực thì lắp cả 2 dây. Aptomat 3 cực dùng cho mạng điện 3 pha thì dây trung tính không đi qua aptomat.
- Trên núm của nó phải ghi tên mạch cung cấp để khi điện không bị nhầm lẫn.
QUẠT
Vị trí OFF
Tên mạch điện
Cáp vào Cáp ra
8.7.5. Cầu dao chống rò (RCD – Residual Current Device):
Rò điện là hiện tượng dòng điện chạm đất với giá trị rất nhỏ cỡ mA. Dòng điện chạy qua người khi người chạm vào dây điện cũng thuộc loại dòng điện rò. Nếu dòng điện qua người >10mA là nguy hiểm tính mạng, trong khi đó giá trị này rất bé mà các aptomat, cầu chì không thể phát hiện ra để cắt mạch điện Việc con người chạm vào mạch điện xảy ra thường xuyên nên cần thiết phải có biện páp phòng tránh.
183
Nguyễn Mạnh Hà
Để bảo vệ an toàn cho người trong trường hợp này người ta phải dử dụng cầu dao chống rò, gọi là RCD. Nguyên tắc của RCD là khi dòng điện trong mạch điện dù lớn hàng trăm
Bài giảng Mạng lưới điện
Ampe, nhưng nếu không có rò điện qua người thì nó không cắt mạch điện, ngược lại nếu có rò điện qua người khoảng > 10mA thì nó sẽ cắt mạch điện ngay lập tức để đảm bảo an toàn.
RCD có loại 1 pha 2 cực, có loại 3 pha. Thị trường Việt Nam phổ biến loại 30mA (1 pha) và 100mA, 300mA (3 pha), ngoài ra RCD còn có tích hợp luôn chức năng bảo vệ ngắn mạch gọi là RCBO.
a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Hình dáng bên ngoài của RCD giống như aptomat, chỉ khác là trên bề mặt có thêm một nút ấn Test và thông số của nó có giá trị mA.
RCD
Lõi thép
Bộ phận cắt của RCD
Cấu tạo gồm: 1 lõi thép hình xuyến, 2 cuộn dây và 1 lõi thép hình trụ
I2
I1
IRCD
ON/OFF
Lõi thép hình xuyến
TEST
Từ thông (cid:1)
Irò
Vỏ máy điện
Chạm tay
Dòng điện rò Irò
Chạm vỏ
Hình dáng cầu dao chống rò RCD
Nguyên lý làm việc của RCD
Nguyên lý làm việc: + Bình thường dòng điện I2 = -I1 nên từ trường trong lõi thép hình xuyến F =0, do đó dòng điện cảm ứng IRCD = 0 → RCD không cắt mạch điện.
„
I2 nên từ trường F 0 xuất hiện trong lõi 0 (cid:1) lõi thép nhiễm từ hút bộ phận cắt + Khi có dòng điện rò qua người Irò thì I1 „ théo hình xuyến, gây nên dòng điện cảm ứng IRCD „ aptomat ra làm mất điện
b) Lựa chọn và lắp đặt cầu dao chống rò
184
Nguyễn Mạnh Hà
Không phải gia đình nào cũng có thể lắp đặt được RCD vì bản thân mỗi mạng điện đều có rò điện từ các thiết bị xuống đất (ví dụ máy tính, máy in,…) đều có dòng rò nhất định. Mạng điện kém chất lượng thì dây điện cũng tạo ra dòng rò lớn, mạng điện chất lượng tốt thì dây rò điện ít chứ không bao giờ có thể triệt tiêu được. Vì nguyên nhân này mà có một số gia đình khi lắp RCD vào thì điện bị cắt liên tục.
Bài giảng Mạng lưới điện
Do đó trước khi lựa chọn phải đo đạc, khảo sát dòng điện rò hiện có trong mạng điện là bao nhiêu. Thông thường với mạng điện gia đình bình thường có thể lắp loại RCD 30mA ở đầu vào tủ điện chính, phía sau aptomat. Với những gia đình tiêu thụ điện lớn, nhiều thiết bị thì ở tủ điện chính lắp loại RCD 100mA, sau đó ở các tủ điện nhánh lắp mỗi tủ một RCD 30mA trước nhóm aptomat nhánh.
Với các mạch cung cấp cho ổ cắm điện, nguy cơ con người chạm vào điện rất cao thì đầu nguồn nên lắp loại RCD có chức năng bảo vệ ngắn mạch gọi là RCBO.
RCD 100mA Tủ điện chính
Aptomat tổng
Tủ điện nhánh
RCD 30mA RCBO 30mA
Aptomat nhánh
Mạch ổ cắm Mạch thiết bị
Với những thiết bị điện mà con người tiếp xúc trực tiếp, có mức nguy hiểm cao độ như bình nước nóng, cần thiết phải lắp loại RCD 10mA, nhưng tại Việt Nam hầu như không có loại này. Khi đó có thể dùng loại RCD 30mA kết hợp biện pháp tăng độ nhạy lên.
Lưu ý khi lắp RCD một pha: trên RCD quy định rõ các cực L và N, do đó phải xác định chính xác dây lửa để nối vào cực L, dây nguội để nối vào cực N, nếu nối sai RCD không có tác dụng.
8.7.6. Công tắc (Switch):
Công tắc là thiết bị dùng để đóng/cắt bằng tay các phụ tải điện công suất bé như đèn, quạt,…
Trên thị trường có nhiều loại công tắc với các dòng điện khác nhau: 6, 10, 15, 25, 32A tuy nhiên thông dụng nhất là loại 6-10A. Nên tính toán dòng điện trong mạch để đảm bảo dòng điện định mức của công tắc phải lớn hơn dòng điện của mạch.
185
Nguyễn Mạnh Hà
Chủng loại công tắc rất phong phú, tùy vào mục đích sử dụng:
Bài giảng Mạng lưới điện
Công tắc + ổ cắm
Công tắc thẻ
Công tắc chuông
Công tắc hành trình
Công tắc hẹn giờ
Công tắc điều chỉnh độ sáng đèn
Công tắc có đèn báo
Nút công tắc
Mặt nạ
Đế âm tường
Công tắc thường xuyên tiếp xúc với người nên cách điện phải tốt, vỏ kín. Công tắc đèn thông dụng được chế tạo dưới dạng nút, rất đẹp và gọn nhẹ. Nút ấn công tắc được đặt trên mặt nạ chữ nhật, bên trong mặt nạ là đế âm tường để đấu nối dây điện. Trên mỗi mặt nạ có thể có nhiều nút công tắc.
Lắp đặt và bố trí công tắc:
Nguyên tắc lắp đặt công tắc: phải lắp trên dây lửa, hướng nút ấn lên trên là bật điện và nút ấn xuống dưới là tắt điện.
Công tắc phòng tắm
Công tắc
m 5 , 1
L
N
186
Nguyễn Mạnh Hà
Công tắc đặt trên tường ở độ cao 1,5m, ngay cửa ra vào, phía tay nắm mở cửa để bật đèn trước khi vào phòng, tắt đèn trước khi ra khỏi phòng. Riêng buồng tắm nên để phía ngoài, cạnh cửa ra vào.
Bài giảng Mạng lưới điện
Đèn
Công tắc
Hộp nối âm tường
Mạch cấp nguồn cho các đèn nối dây theo kiểu hình tia liên thông, đầu nguồn được bảo vệ bằng aptomat. Theo TCVN9206:2012 mỗi nhóm không quá 20 bóng đèn huỳnh quang và không quá 50 bộ đèn kiểu mảng sáng, trần sáng, hắt sáng. Riêng đối với đèn chùm, đèn trang trí thì không hạn chế số lượng lắp trên mỗi mạch.
Mối nối dây mát
Aptomat
L N
≤ 20 bóng đèn huỳnh quang; ≤ 50 đèn mảng sáng, trần sáng
Mạch đèn trong tủ điện
Thông thường mỗi công tắc được lắp để đóng/cắt cho mỗi đèn, tuy nhiên cũng có trường hợp mỗi công tắc có thể đóng/cắt cho 2-3 bóng đèn. Không nên lắp một công tắc để đóng/cắt nhiều hơn 3 bóng đèn vì có trường hợp ít người làm việc mà vẫn phải bật nhiều bóng đèn, gây lãng phí điện năng.
8.7.7. Ổ cắm điện (Socket outlet)
Ổ cắm điện thực chất là một nguồn điện chờ, được đặt ở các vị trí khác nhau trong khu vực dùng điện, để các thiết bị điện lấy điện thuận lợi và an toàn thông qua phích cắm. Các thiết bị dùng điện từ ổ cắm là các thiết bị di động như điện thoại, laptop, nồi cơm điện,… ngoài ra còn có cả các thiết bị có vị trí cố định như tivi, tủ lạnh,…
Trên thị trường có nhiều hãng sản xuất ổ cắm với mẫu mã khác nhau nhưng dòng điện định mức của ổ cắm phổ biến là 10A, 16A, thậm chí có loại đến 20A. Các thiết bị điện cắm vào ổ cắm phải có dòng điện làm việc bé hơn dòng điện định mức của ổ cắm.
Ổ cắm 3 cực
Ổ cắm lỗ dẹt
Ổ cắm + công tắc
Ổ cắm 2 cực
187
Trên thị trường Việt Nam phổ biến loai ổ cắm 2 cực và 3 cực. Loại 3 cực ngoài cực L và N còn có 1 cực nối đất gọi là PE. Theo TCVN và tiêu chuẩn quốc tế thì mạng điện dân dụng phải dùng loại 3 cực mới đảm bảo an toàn (với yêu cầu phải dùng loại phích cắm 3 chấu)
Ổ cắm là nơi nguy hiểm cao độ, dễ rò rỉ, dễ phát sinh sự cố và con người rất dễ tiếp xúc với các cực mang điện nên khi thiết kế và lắp đặt phải tuân thủ chặt chẽ tiêu chuẩn. Ổ cắm thường được lắp trên tường, phía dưới là đế âm tường để nối dây điện, bên ngoài được che bởi mặt nạ. Trên mỗi mặt nạ có thể có nhiều nút công tắc. Nguyễn Mạnh Hà
Bài giảng Mạng lưới điện
Dây nguội
Dây Lửa
Dây PE
Đế âm tường
Lắp ổ cắm vào đế âm tường
Nối dây ổ cắm
Hoàn chỉnh ổ cắm
Lắp mặt nạ
Ổ cắm đôi
a) Lắp đặt và bố trí ổ cắm:
Trong công trình dân dụng nhất thiết phải dùng loại ổ cắm 3 cực, trong đó cực PE nằm dưới, hai cực còn lại bên trên. Nên dùng loại ổ cắm đôi hoặc ổ cắm ba, hạn chế dùng ổ cắm đơn, không dùng loại ổ cắm và công tắc chung.
Vị trí lắp ổ cắm tùy thuộc vào loại nhà:
Ổ cắm âm sàn có nắp che
Ổ cắm âm sàn có nắp che và nắp sàn
- Ổ cắm âm sàn: áp dụng cho nhà yêu cầu thẩm mỹ và độ an toàn cao hoặc nhà làm việc chuyên dụng, có máy móc đặc biệt cần phải cắm điện xuống sàn thì lắp ổ cắm âm sàn. Các ổ cắm này đều có nắp che mà trẻ em không thể tháo ra được. Loại này hiếm thấy ở Việt Nam.
188
Nguyễn Mạnh Hà
- Ổ cắm lắp trên tường cách sàn 400-500mm: Loại này dùng cho các công trình không có trẻ em như: công sở, doanh nghiệp, nhà làm việc,… Ưu điểm của cách bố trí này là tính thẩm mỹ vì bàn làm việc sẽ che khuất các ổ cắm. Đối với khu vực bếp hoặc thiết bị đặt trên bề mặt làm việc, ổ cắm nên bố trí ở độ cao 500-600m so với bề mặt kệ bếp hoặc bề mặt đặt thiết bị (nhưng tránh xa vị trí bếp gas, vòi nước)
Bài giảng Mạng lưới điện
500-600
500-600
400-500
Ổ cắm bố trí ở trụ sở làm việc
Ổ cắm bố trí ở khu vực bếp và bàn đặt thiết bị
Ổ cắm
2250
600
600
Ổ cắm
m 5
,
1
- Ổ cắm lắp trên tường, cách sàn 1500mm: áp dụng cho khu vực có trẻ em như nhà dân, nhà trẻ, mẫu giáo, trường học,… Với độ cao này, trẻ em không với đến được. Đặc biệt nếu bố trí ổ cắm trong nhà tắm, bắt buộc phải bố trí ở độ cao ≥ 2,25m, cách mép bồn tắm và bồn rửa 0,6m và ổ cắm phải được bảo vệ bằng cầu dao chống rò 30mA.
b) Xác định số lượng ổ cắm và khoảng cách bố trí ổ cắm:
Số lượng ổ cắm không thể xác định một cách chính xác mà chỉ là gần gần đúng. Số lượng thay đổi theo sự phát triển của khoa học, công nghệ. Ngày này cuộc sống càng hiện đại, sử dụng nhiều thiết bị di động thì nhu cầu dùng ổ cắm tăng lên so với 5 năm trước.
Khu vực
Phòng sinh hoạt chung, phòng khách Phòng ăn Phòng ngủ đơn Phòng ngủ đôi Phòng khách (có dùng để ngủ) Phòng đọc sách, phòng học tập,… Phòng bếp Buồng chứa đồ đạc Gara để xe, tầng hầm để xe Hành lang Gác lửng Phòng tắm (máy giặt, máy cạo râu, sấy tóc)
Số ổ cắm tối thiểu theo diện tích sử dụng >25m2 12÷25m2 8 6 5 4 4 3 5 4 6 5 6 5 8-10 6-8 5 4 4 3 3 2 3 2 3 2
< 12m2 4 3 2 3 4 4 4-6 3 2 1 1 1
189
Nguyễn Mạnh Hà
Tiêu chuẩn Việt Nam không chỉ dẫn rõ ràng cách xác định số lượng ổ cắm, tuy nhiên khi tham khảo tiêu chuẩn của các nước, số lượng ổ cắm tối thiểu trong từng khu vực cụ thể trong nhà được xác định như sau (dùng ổ cắm đôi):
Bài giảng Mạng lưới điện
- Về việc bố trí ổ cắm: Ổ cắm được bố trí phân tán trong phòng để sử dụng được dễ dàng. Khoảng cách giữa các ổ cắm có thể điều chỉnh khoảng 2,5-4m tùy vào từng căn phòng, trong đó ưu tiên lắp ổ cắm gần vị trí góc tường nhưng phải cách góc tường tối thiểu 300mm.
0,3m
Ở một góc tường không bố trí 2 ổ cắm gần nhau trên 2 bức tường liền kề.
c) Nối dây ổ cắm:
Hộp nối ổ cắm cuối
Hộp nối ổ cắm trung gian
Dây trung tính
Dây PE
Dây lửa
Cáp 3 ruột
Dây cáp mạch ổ cắm phải là cáp bọc 3 ruột hay 2 ruột. Nếu dùng dây 3 ruột thì có 1 ruột nối đến cực L, một ruột nối đến cực trung tính, một ruột nối vào cực PE. Có thể nối dùng cáp 2 ruột nối các cực L và N, còn cực PE được nối bằng một sợi cáp riêng nhưng phương án này không kinh tế.
Ổ cắm nối tia
Ổ cắm nối vòng
Nối hình tia
Nối vòng kín
Nối hỗn hợp
190
Nguyễn Mạnh Hà
Mạch ổ cắm có thể bố trí thành vòng kín, bố trí hình tia hoặc bố trí kiểu hỗn hợp hình tia và vòng kín
Bài giảng Mạng lưới điện
- Mạch ổ cắm kiểu vòng kín có độ tin cậy cao, chất lượng điện tốt hơn, công suất truyền tải cao hơn, tổn hao điện áp và tổn hao công suất ít nhưng dây điện sẽ dài hơn một ít. Mỗi mạch vòng ổ cắm phục vụ diện tích sàn là 100m2, tổng chiều dài cáp điện ≤ 50m.
Dây cáp nối các ổ cắm có tiết diện 2,5mm². Trong mạch vòng sẽ có 1 ổ cắm là điểm lấy điện vào mạch vòng, thông qua đường dây nối đến tủ điện phân phối và ở đầu nguồn đặt thiết bị bảo vệ dòng rò RCBO có dòng định mức là 32A, dòng rò 30mA.
- Mạch ổ cắm kiểu hình tia ít dây điện hơn mạch vòng, có 1 ổ cắm đầu tiên để nhận điện từ đầu nguồn và 1 ổ cắm cuối cùng trong mạch.
+ Nếu dùng dây 2,5mm2 thì mạch chỉ phục vụ diện tích sàn 50m2, chiều dài cáp 33m, ở đầu nguồn đặt thiết bị bảo vệ dòng rò RCBO có dòng định mức là 16A, dòng rò 30mA.
Dây cáp 3×2,5mm2
Dây cáp 3×2,5mm2 (3×4mm2)
Ổ cắm
Ổ cắm
Tủ điện
RCBO-16A(32A)-30mA
RCBO-32A-30mA
+ Nếu dùng dây 4mm2 thì mạch chỉ phục vụ diện tích sàn 75m2, chiều dài cáp 33m, ở đầu nguồn đặt thiết bị bảo vệ dòng rò RCBO có dòng định mức là 32A, dòng rò 30mA
Nối hình tia
Nối vòng kín
Tủ điện
- Không nên lắp đặt mạch ổ cắm và mạch công tắc chung.
- Số lượng ổ cắm bố trí trên mỗi mạch phải tính toán dựa vào chiều dài cho phép của mỗi mạch, tuy nhiên thực tế thiết kế thường bố trí mỗi mạch 8-13 ổ cắm.
8.7.8. Cầu dao cách ly:
- Cầu dao cách ly là thiết bị điện chỉ dùng để đóng/cắt mạch điện khi không có dòng điện, nghĩa là mạch điện phải được cắt bằng aptomat rồi mới cắt bằng cầu dao và aptomat phải đóng mạch điện sau khi đã đóng cầu dao xong.
191
Nguyễn Mạnh Hà
- Cầu dao được chế tạo loại 1 pha và 3 pha, đế bằng sứ hoặc bằng nhựa.
Bài giảng Mạng lưới điện
- Ngày nay các công trình dân dụng rất ít dùng cầu dao do đã có aptomat thay thế. Tuy nhiên cầu dao có vai trò vô cùng quan trọng về mặt an toàn điện mà không phải ai cũng nhận thấy được.
192
Nguyễn Mạnh Hà
Như tên gọi của nó, cầu dao có nhiệm vụ quan trọng là cách ly phần mang điện và phần không mang điện, tạo ra khoảng cách an toàn trông thấy được, phục vụ cho công tác sửa chữa, kiểm tra, bảo dưỡng lưới điện và hệ thống điện. Nếu chỉ dùng aptomat để cắt điện phục vụ bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống điện toàn tòa nhà sẽ không đảm bảo tin cậy vì aptomat cắt nhưng mắt người không nhìn thấy khoảng hở cách ly.
CÁC PHỤ LỤC
/km) của các loại dây dẫn điện Phụ lục 1: Điện trở r0 (W
Dây đồng (M) Dây nhôm lõi thép (AC) Dây nhôm (A)
Mã dây Mã dây Mã dây
Tiết diện (mm2) 16 25 Điện trở (W /km) 1,2 0,74 M-16 M-25 A-16 A-25 Tiết diện (mm2) 16 25 Điện trở (W /km) 2,06 1,38 Tiết diện (mm2) 16 25 Điện trở (W /km) 1,98 1,28 AC-16 AC-25
35 0,54 M-35 A-35 35 0,92 AC-35 35 0,85
50 70 95 0,39 0,28 0,2 M-50 M-70 M-95 A-50 A-70 A-95 50 70 95 0,64 0,46 0,34 AC-50 AC-70 AC-95 50 70 95 0,65 0,46 0,33
120 150 185 240 0,158 0,123 0,103 0,078 M-120 M-150 M-185 M-240 A-120 A-150 A-185 A-240 120 150 185 240 0,27 0,21 0,17 0,132 0,27 AC-120 0,21 AC-150 0,17 AC-185 0,132 AC-240
120 150 185 240 /km) và điện dung C0 (m F/km) Phụ lục 2: Điện kháng x0 (W
của cáp điện 3 lõi (tham khảo hãng FURUKAWA)
Điện áp của cáp < 1kV Điện áp của cáp 12-24kV Điện áp của cáp 25-36kV Điện kháng Điện kháng Điện kháng Tiết diện danh định (mm2) (W (W (W
Điện dung (m F/km) - Điện dung (m F/km) - /km) - Điện dung (m F/km) - /km) 0,073 10 /km) -
0,0675 0,0662 0,0637 16 25 35 - - - - - 0,13 - - 0,16 - - - - - -
0,0625 50 - 0,124 0,17 0,137 0,13
0,0612 0,0602 70 95 - - 0,117 0,112 0,19 0,21 0,129 0,123 0,15 0,16
0,0602 120 - 0,108 0,23 0,118 0,18
0,0596 0,0596 150 185 - - 0,104 0,100 0,25 0,27 0,114 0,110 0,19 0,20
0,0587 240 - 0,3 0,105 0,22
Phụ lục
193
0,0963
Phụ lục 3: Điện cảm L0 (mH/km) và điện dung C0 (m F/km) của cáp điện 1 lõi (tham khảo hãng ALCATEL)
Điện áp của cáp < 1kV
Điện áp của cáp 6-10kV Điện áp của cáp 12-24kV
Tiết diện danh định (mm2)
Điện cảm (mH/km)
Điện cảm (mH/km)
Điện dung (m F/km)
Điện dung (m F/km)
Điện cảm khi lắp riêng một sợi cáp (mH/km)
Điện cảm khi lắp chung nhiều sợi cáp (mH/km)
25
0,859
0,223
0,42
0,19
0,13
0,46
35
0,828
0,191
0,4
0,21
0,15
0,44
50
0,796
0,191
0,38
0,24
0,17
0,42
70
0,764
0,191
0,36
0,27
0,19
0,39
95
0,732
0,191
0,34
0,3
0,21
0,38
120
0,700
0,191
0,33
0,33
0,22
0,36
150
0,668
0,191
0,32
0,35
0,24
0,35
185
0,668
0,191
0,31
0,39
0,26
0,34
240
0,637
0,191
0,3
0,43
0,29
0,33
300
0,605
0,191
0,3
0,48
0,32
0,32
400
-
0,36
-
0,54
0,31
0,29 Phụ lục 4: Dòng điện cho phép của dây điện trần
Icp(A) với Tmttc=250C ; Tpntc=700C
Tiết diện (mm2)
Đồng (M)
Nhôm (A)
Nhôm lõi thép (AC)
16
130
105
105
25
180
135
135
35
220
170
170
50
270
215
220
70
340
265
275
95
415
325
335
120
485
375
380
185
510
Phụ lục
194
Phụ lục 5: Dòng điện cho phép của dây bọc cách điện PVC ở mọi cấp điện áp
Icp(A) với Tmttc=250C ; Tpntc=650C
Đồng
Nhôm
Tiết diện 1 ruột (mm2)
25
140
105
35
170
130
50
215
165
70
270
210
95
330
255
120
385
295
Phụ lục 6: Dòng điện cho phép cáp ngầm <1 kV, cách điện PVC của hãng Lens
Icp(A) với Tmttc=150C ; Tpntc=650C
Tiết diện (mm2)
Đồng
Nhôm
1. Cáp 1 ruột
25
138
101
35
169
126
50
207
154
70
268
198
95
328
241
120
382
280
2. Cáp 3 ruột + ruột trung tính
3x25+1x16
149
97
3x35+1x25
158
120
3x50+1x35
192
146
3x70+1x50
246
187
3x95+1x70
298
227
3x120+1x95
346
263
3x240+1x120
538
409
Phụ lục
195
Phụ lục 7: Dòng điện cho phép cáp ngầm 10-24kV, cách điện XLPE của hãng Alcatel
Icp(A) với Tmttc=150C ; Tpntc=650C
Tiết diện (mm2)
Đồng (M)
Nhôm (A)
1. Cáp 1 ruột
25
163
---
35
197
152
50
236
183
70
294
228
95
359
279
120
414
321
185
540
420
240
637
498
300
732
574
2. Cáp 3 ruột
25
143
111
35
172
133
50
204
158
70
253
196
95
306
238
120
350
272
185
453
353
240
533
416
300
609
477
Tiết diện Đường Lực kéo Kh.lượng Môđun
Hệ số
ứng suất ứng suất
tính toán kính dây đứt min
đơn vị
Loại dây
Mã hiệu
mm
N
kg/km
đàn hồi N/mm2
p é h t i õ l
m ô h n y â D
`
AC25/4,2 AC35/6,2 AC50/8 AC70/11 AC70/72 AC95/16 AC95/141 AC120/19 AC120/27 AC150/19 AC150/24
mm2 29,05 43,05 56,28 79,30 140,60 111,30 232,20 136,80 140,60 166,80 173,20
6,90 9296 8,40 13524 9,60 17112 11,40 24130 15,40 96826 13,50 33369 19,80 180775 15,15 41521 15,40 49465 16,75 46307 17,10 52279
100,3 80800,00 148,0 80800,00 195,0 80895,52 276,0 80751,58 755,0 130616,22 385,0 80800,00 1357,0 143212,40 471,0 80070,18 528,0 87027,03 554,0 76748,20 599,0 80378,75
19,19 19,19 19,17 19,20 14,52 19,19 13,86 19,30 18,31 19,83 19,25
Phụ lục
nở nhiệt s cp khi Tmin s cp khi Ttb 10-6.1/oC N/mm2 N/mm2 80,00 112,00 78,54 125,66 76,01 121,62 76,07 121,72 275,47 172,17 119,92 74,95 311,41 194,63 75,88 151,76 87,95 175,91 69,40 138,81 75,46 150,92 196
Phụ lục 8: Bảng tra thông số cơ khí của dây dẫn điện
18,31 19,79 19,29 18,32 15,46 19,78 19,22 18,31
86,38 172,76 68,74 137,49 73,88 147,75 170,47 85,23 291,77 145,89 68,05 136,11 73,59 147,19 82,62 165,24
AC150/34 AC185/24 AC185/29 AC185/43 AC185/128 AC240/32 AC240/39 AC240/56
181,30 211,20 210,00 228,10 315,00 275,70 274,80 297,30
17,50 62643 18,90 58075 18,82 62055 19,60 77767 23,10 183816 21,60 75050 21,55 80895 22,40 98253
675,0 87027,03 705,0 77000,00 728,0 80160,00 848,0 86995,18 1525,0 116213,33 921,0 77053,32 952,0 80576,42 1106,0 87051,46
TK-35
38,01
8,00 52100
330,5 19979,61
12,00
685,35 411,21
TK-50
48,64
9,10 66700
417,6 19979,61
12,00
685,65 411,39
p é h t y â D
n ầ r t
m ô h n y â D
n ầ r t
g n ồ đ
y â D
TK-70 A-25 A-35 A-50 A-70 A-95 A-120 A-150 A-185 A-240 M25 M35 M38 M50 M70 M95 M120
n ắ o x
n ặ v
p á C
12,00 23,00 23,00 23,00 23,00 23,00 23,00 23,00 23,00 23,00 17,00 17,00 17,00 17,00 17,00 17,00 17,00 23,00 23,00 23,00 23,00 23,00 23,00 23,00 23,00
685,40 411,24 45,18 63,25 36,96 51,74 41,40 66,25 40,72 65,15 40,00 64,00 42,50 76,50 41,25 74,25 40,80 73,44 72,00 40,00 200,41 120,25 200,38 120,23 189,67 113,80 195,84 117,50 200,43 120,26 203,12 121,87 200,44 120,27 8,08 12,57 9,48 14,74 10,59 16,47 11,33 17,62 12,14 18,89 12,06 18,76 12,57 19,56 13,47 20,96
72,95 24,90 40,00 49,50 69,30 92,40 117,00 148,00 182,80 238,70 24,25 34,36 37,17 49,48 65,81 93,27 116,99 196,07 ABC(4x16) V L 265,90 ABC(4x25) p á 333,29 ABC(4x35) ạ h 444,88 ABC(4x50) 581,07 ABC(4x70) 794,23 ABC(4x95) ABC(4x120) 962,11 ABC(4x150) 1122,21
627,4 19979,61 11,00 100000 6279,31 68,0 4500 5,64 6279,31 94,0 5913 6,68 6279,31 135,0 7,98 8198 6279,31 189,0 9,44 11288 6279,31 252,0 11,00 14784 6279,31 321,0 12,36 19890 6279,31 406,0 13,82 24420 6279,31 502,0 15,35 29832 655,0 6279,31 17,48 38192 218,0 12945,97 9720 6,30 310,0 12945,97 7,50 13770 334,0 12945,97 7,80 14100 446,0 12945,97 9,00 19380 596,0 12945,97 10,50 26380 12,50 37890 845,0 12945,97 14,00 46900 1060,0 12945,97 275,0 59000,00 19,10 8800 400,0 59000,00 22,20 14000 529,0 59000,00 24,90 19600 721,0 59000,00 28,70 28000 32,80 39200 981,0 56000,00 38,40 53200 1348,0 56000,00 42,20 67200 1628,0 56000,00 45,60 84000 2074,0 56000,00
Phụ lục
197
Phụ lục 9: Công suất và quang thông các loại đèn phóng điện thông dụng
Công suất (W) Công suất (W)
Loại bóng đèn Cao áp thuỷ ngân Loại bóng đèn Cao áp Sodium hình trụ trong
Cao áp Metal Halide
Cao áp Sodium bầu đục mờ
Phụ lục
198
Quang thông (lm) 3.800 6.300 13.000 22.000 40.000 58.000 5.600 14.000 25.000 47.000 120.000 150 250 400 1000 250 400 1000 Quang thông (lm) 14.500 27.000 48.000 130.000 20.000 32.000 80.000 80 125 250 400 7000 1000 70 150 250 400 1000
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN
Id
Ud
Nguồn điện
P,cosj
Bài 1.1 Cho mạch điện 3 pha như hình vẽ bên dưới. Biết P=500kW, cosj =0,7, điện áp đường dây Ud=22kV. Bỏ qua tổng trở của dây dẫn, hãy tính dòng điện chạy trên dây dẫn.
Đáp số: 18,7 A
Bài 1.2 Đường dây điện 3 pha cấp cho 4 hộ tiêu thụ với các thông số cho trên hình vẽ. Tính công suất biểu kiến và dòng điện mà nguồn điện cấp cho các hộ tiêu thụ này (Giả thiết bỏ qua tổn thất công suất trên đường dây). Cho Ud=22kV. Hộ tiêu thụ nào sử dụng điện tốt nhất?
So sánh I với I1 + I2 + I3 + I4
=S
151, 47
Tính cosj chung của toàn bộ các phụ tải.
kVA
Bài tập
199
Đáp số: P = 118,92kW; Q = 93,82kVAr;
CHƯƠNG 2
NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ QUY HOẠCH HOẠCH CẤP ĐIỆN
a) Đường dây có đảm bảo chất lượng điện cung cấp hay không? Vì sao? b) Điện áp điểm cuối đường dây phải có giá trị nhỏ nhất và lớn nhất bằng bao nhiêu thì Bài 2.1 Đường dây điện 3 pha điện áp Ud=22 kV cấp điện cho các hộ tiêu thụ bằng đường dây dài 5km. Điện áp đo được ở cuối đường dây là 20kV. đảm bảo chất lượng điện? c) Có thể tăng điện áp tại nguồn điện lên 23.200V được không? Khi đó những phụ tải điện
nào bị ảnh hưởng và điện áp cuối nguồn điện bằng bao nhiêu?
Đáp số: a) Không đảm bảo; b)Umin=20,9kV và Umax=23,1kV; c) Không được. Ucuối =22kV. Bài 2.2: Hai cột điện của đường dây tải điện 220kV nằm trong khu vực quy hoạch cách nhau 230m. Hãy tính diện tích đất tối thiểu dành cho hành lang đường điện nằm giữa 2 cột này
\
3604m2.
Bài tập
200
Đáp số:
CHƯƠNG 3: QUY HOẠCH TRẠM BIẾN ÁP
= 0,87. Hãy đánh giá mức độ mang tải trung bình của máy biến áp.
kmt = 0,605
= 0,82. Hãy đánh giá mức độ mang tải trung bình của máy biến áp
Bài tập
201
Bài tập 3.1. Chỉ số công tơ tổng tại thanh cái trạm biến áp phân phối công suất đặt là 250kVA, cho biết điện năng A=3160 kWh trong một ngày đêm (T=24h), hệ số công suất của phụ tải là cosj Đáp số: Bài tập 3.2. Chỉ số công tơ tổng tại thanh cái trạm biến áp phân phối công suất đặt là 250kVA, cho biết điện năng A=6785 kWh trong một ngày đêm (T=24h), hệ số công suất của phụ tải là cosj Đáp số: kmt = 1,38
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN NHU CẦU ĐIỆN
Đất công viên 2500m2
Đường 7,5m dài 77m
Đường 7,5m dài 90m
Đường 7,5m dài 100m
Ranh giới quy hoạch
Đất ở chia lô 5x18m Khu nhà thấp tầng
Quy mô dân số: 21.000 dân Kho, cảng: 92ha Cụm công nghiệp nhỏ: 57ha Khu công nghiệp nặng: 361ha
Bài tập
202
Bài tập 4.1: Quy hoạch chung dài hạn (trên 10 năm) của một khu đô thị loại 2 có các chỉ tiêu cơ bản sau: Hãy tính phụ tải điện theo chỉ tiêu cấp điện tối thiểu. Đáp số: 117,58 MW; 138,33 MVA Bài tập 4.2: Cho mặt bằng quy hoạch chi tiết xây dựng một khu đô thị như hình vẽ. Hãy tính phụ tải điện theo chỉ tiêu cấp điện tối thiểu Đáp số: 151,94kW; 178,75 kVA Đất biệt thự
Bài tập 4.3: Cho mặt bằng quy hoạch chi tiết xây dựng một khu đô thị như hình vẽ. Hãy tính phụ tải điện theo chỉ tiêu cấp điện tối thiểu.
Ranh giới quy hoạch
Khu liên hợp thể thao 23.400m2
Đường 7,5m dài 195m
Đất biệt thự
Đất ở chia lô nhà thấp tầng
Đáp số: 635,10 kW; 747,18 kVA
Bài tập 4.4: Xây dựng mô hình dự báo phụ tải dạng tuyến tính và xác định phụ tải dự báo ở năm 2015, biết số liệu thống kê về phụ tải tiêu thụ của các năm như sau: 2006 1892 Năm P, kW 2005 1659 2007 2130 2001 1168 2002 1236 2004 1472 2003 1336
Đáp số: 3332,19 kW
Bài tập
203
Bài tập 4.5: Số liệu công suất điện tiêu thụ trong các năm được thu thập như bảng sau:
Năm (t) P (kW) 0 1260 1 1339 2 1438 3 1571 4 1661 5 1999 6 2270 7 2392
Hãy dự báo công suất điện tiêu thụ ở năm t=9 bằng phương pháp ngoại suy sử dụng mô hình hồi quy parabol
Đáp số: 3.083,05kW
Bài tập 4.6: Số liệu công suất điện tiêu thụ trong các năm được thu thập như bảng sau:
Năm (t) P (kW) 0 1260 1 1339 2 1438 3 1571 4 1661 5 1999 6 2270 7 2392
Hãy dự báo công suất điện tiêu thụ ở năm t=9 bằng phương pháp ngoại suy sử dụng mô hình hồi quy tuyến tính.
Bài tập
204
Đáp số: 2680,96kW
=
3206,5
kVar
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN MẠNG ĐIỆN
CQ
=
379,81
kVar
); R =21 W ; X = 42,8W B = 2,65.10-4 (1/W
CQ
); ; X = 1,12W ; B = 65,94.10-5 (1/W
0, 016
D =U
436, 75
kV ;
VA
; X = 2,16W
205
Bài 5.1 Xác định tham số đường dây trên không điện áp 110KV, dài 100km, dây dẫn loại AC- 150 bố trí trên các đỉnh của tam giác đều cạnh 5m. Vẽ sơ đồ thay thế. Đáp số: ; Bài 5.2 Xác định tham số đường cáp điện ngầm 3 pha 24kV, dài 10km, ruột dẫn bằng đồng tiết diện 95mm2. Vẽ sơ đồ thay thế. Đáp số: R = 2 W Bài 5.3: Xác định tham số đường cáp điện ngầm 3 pha 15kV, dài 20km, ruột dẫn bằng đồng tiết diện 120mm2. Vẽ sơ đồ thay thế. Đáp số: R =3,16 W . Bài 5.4: Một đường dây tải điện trên không 3 pha 35 kV cung cấp cho phụ tải điện có công suất và chiều dài đường dây ghi trên sơ đồ. Hãy tính các đại lượng: dòng điện chạy trên dây dẫn, tổn thất công suất trên đường dây, tổn thất điện áp trên đường dây. Đáp số: Iab=94,8A; D Sab=21494,3Var; D Uab=0,096kV. Bài 5.5: Một đường dây tải điện trên không 3 pha 35 kV cung cấp cho 2 phụ tải có công suất và chiều dài đường dây ghi trên sơ đồ. Hãy tính dòng điện trên các đoạn đường dây, tổn thất công suất toàn phần D S, tổn thất điện áp D U trên toàn bộ đường dây. Tổn thất điện áp có nằm trong giới hạn cho phép không ? D =S Đáp số: Iab=12,34A; Ibc=8,25A; Bài 5.6 : Một đường dây tải điện trên không 3 pha 35 kV cung cấp cho 3 phụ tải có công suất và chiều dài đường dây ghi trên sơ đồ. Hãy cho biết điểm d hay điểm c có điện áp thấp hơn? Đáp số: Điện áp điểm d thấp hơn. Bài tập
2
1
l =14km
=
AD
Spt=5+j3MVA
Bài 5.7 : Một đường cáp điện ngầm 3 pha 22 kV dài 14km cung cấp cho phụ tải có công suất và chiều dài đường dây ghi trên sơ đồ. Cáp ngầm dùng loại 3 ruột đồng tiết diện 120mm2. Biết phụ tải có Tmax = 2000h hãy xác định tổn thất điện năng Đáp số : D A = 422.761,52 kWh; % 4,2%
2
Bài 5.8: Mạng điện cáp ngầm 22 kV cấp cho khu quy hoạch với số liệu cho trên sơ đồ nguyên lý. Cho biết:
3
5km
Spt3=7+j4MVA
- Cáp ngầm sử dụng loại 3 pha ruột đồng, cách điện XLPE
1
3
2
- Phụ tải 3 có Tmax3=1500h - Môi trường lắp đặt có các hệ số K1 = 0,9; K2 = 1; K3 = 0,87 Chọn tiết diện dây dẫn.
4km 5km
Ppt3=4000kW cosj =0,85 Ppt2=3000kW cosj =0,85 Đáp số: Cáp được chọn là M-95 Bài 5.9: Mạng điện ngầm 15kV dùng cáp đồng 3 lõi, ruột bằng nhôm, cách điện XLPE cấp cho hai phụ tải điện ba pha tại điểm 2 và 3, công suất mỗi phụ tải là 3000kW, hệ số công suất cosj =0,85, thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax = 4000h. Nguồn điện đặt tại điểm 1 (độ dài các đường dây cho trên sơ đồ) và giả thiết tiêu chuẩn tổn thất điện áp cho phép là D U%<6%. Cho biết nhiệt độ của đất nơi lắp đặt cáp là +170C, môi trường đất ẩm. Hãy xác định tiết diện cáp của các đường dây cung cấp cho các phụ tải a và b.
= 60N/m.mm2.
206
Đáp số: Đoạn 2-3 có tiết diện A-120; Đoạn 1-2 có tiết diện A-240 Bài 5.10: Có 2 cột điện dựng tại 2 điểm A, B trên mặt đất bằng phẳng cách nhau 130m. Số liệu thiết kế gồm: - Cấp điện áp: 22 kV - Loại dây AC-70/11 - Điều kiện khu vực lắp đặt: thuộc phân vùng gió II-B và thuộc khu vực đô thị. - Độ cao lắp đặt dây = 10m - Ứng suất trong dây dẫn s Hãy tính: - Độ võng của dây dẫn - Khoảng cách từ dây dẫn đến mặt đất tại điểm cách cột A một khoảng 100m Đáp số: f = 2,43m; h1 = 8,28m Bài 5.11 (Bài thực hành): Dùng phần mềm Netdaw vẽ sơ đồ mạng điện trên không 22kV có thông số như hình vẽ dưới đây. Nút 1 là nút hệ thống điện quốc gia có điện áp 1,05Uđm. Các đường dây 1-2 và 1-4 là những đường dây mạch kép. Tính toán mạng điện này bằng phần mềm Netdraw. Bài tập
2
2+j1.3 MVA
1 1
3
3+j1,9 MVA
4
4+j2,5 MVA
43=0,3746MVAr; Sc
43=2,0763MW; Qc
P
= %
= .100%
= .100% 5,1%
P
458,27 + + (2000 3000 4000)
P pt
Bài tập
207
Đáp số: - File kết quả như sau: --------------------------------------------------------------------------------------------------------- | Node | Volt. value| Volt. angle| Branch | Act. power | Rea. power | App. power | Nom. volt. | | | pu | Degree | | MW | Mvar | MVA | kV | --------------------------------------------------------------------------------------------------------- | 1 | 1.0500 | 0.0000 | HTDQG | 9.4579 | 6.3272 | 11.3792 | 22.0000 | | 1 | 1.0500 | 0.0000 | 1-4 | -6.4356 | -3.2049 | 7.1895 | 22.0000 | | 1 | 1.0500 | 0.0000 | 1-2 | -3.0223 | -3.1223 | 4.3454 | 22.0000 | --------------------------------------------------------------------------------------------------------- | 4 | 0.9887 | -1.0158 | PT1 | -4.0000 | -2.5000 | 4.7170 | 22.0000 | | 4 | 0.9887 | -1.0158 | 1-4 | 6.1125 | 2.9100 | 6.7699 | 22.0000 | | 4 | 0.9887 | -1.0158 | 3-4 | -2.1127 | -0.4098 | 2.1520 | 22.0000 | --------------------------------------------------------------------------------------------------------- | 2 | 0.9923 | -1.7482 | PT3 | -2.0000 | -1.3000 | 2.3854 | 22.0000 | | 2 | 0.9923 | -1.7482 | 1-2 | 2.9449 | 2.8622 | 4.1066 | 22.0000 | | 2 | 0.9923 | -1.7482 | 2-3 | -0.9450 | -1.5621 | 1.8257 | 22.0000 | --------------------------------------------------------------------------------------------------------- | 3 | 0.9693 | -1.7670 | PT2 | -3.0000 | -1.9000 | 3.5511 | 22.0000 | | 3 | 0.9693 | -1.7670 | 2-3 | 0.9236 | 1.5256 | 1.7834 | 22.0000 | | 3 | 0.9693 | -1.7670 | 3-4 | 2.0763 | 0.3746 | 2.1098 | 22.0000 | ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- Ví dụ tìm công suất cuối đoạn 4-3: Công suất này đổ vào nút 3 nên tìm đến cột Node=3, dóng ngang đến cột Branch=3-4 ta thấy kết quả: Pc 43=2,1098MVA. Ngoài ra ta thấy nhánh 2-3 và 4-3 đều đổ công suất vào nút 3 nên nút 3 là điểm phân công suất. - Xuất kết quả tổn hao công suất ra màn hình như sau: D P=458,27kW; D Q=626,80 kVAr; D S=776,46kVA D D Tỷ lệ tổn thất công suất tác dụng:
K’1B
B
A
B
K1B
A
K1A
K”1B
h
K’2A
K”2A
K2A
K2B
K = (K1A + K2A) + (K’1B – K”1B)
K = (K1B + K2B) + (k’2A - K”2A)
CHƯƠNG 7: HỆ THỐNG ĐIỆN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG
Bài 7.1 : Xác định công thức tính hệ số sử dụng tổng hợp dựa theo cách bố trí đèn và đường cong hệ số sử dụng của từng đèn như các hình vẽ dưới đây. Giải : Bài 7.2: Một đường phố có yêu cầu về chiếu sáng với độ chói trung bình Ltb=1,2cd/m2. Yêu cầu thiết kế chiếu sáng cho tuyến đường này với các số liệu cho trước như sau: - Chiều rộng lòng đường l = 15,5m - Lớp phủ mặt đường nhựa trung bình có R=14 - Độ vươn cần đèn s = 1,0m. - Bố trí cột đèn 2 bên đường kiểu đối diện nhau, cột nằm trên vỉa hè và cách mép đường 2,0m. - Đèn: Sử dụng đèn kiểu bán rộng có hệ số suy giảm quang thông V=0,87. Giả thiết trên thị trường chỉ có 3 loại đèn bán rộng với thông số như sau: 150W-14.500lm ; 175W-19.000lm và 250W-27.000lm. - Cột đèn: trên thị trường chỉ có các loại cột với độ cao h = 10m ; 12m ; 14m - Hệ số sử dụng trước k1 và hệ số sử dụng sau k2 cho trong các bảng sau:
Hệ số sử dụng trước 0,5 0,1 0,75 1 1,25 1,5 1,75
0,02 0,17 0,23 0,30 0,37 0,39 0,41 l1/h k1 =f (l1/h)
Hệ số sử dụng sau 0,15 0,05 0,20 0,06 0,1 0,02 0,25 0,08 0,3 0,1 0,35 0,12 l2/h k2 =f (l2/h)
F =13.712lm
Bài tập
208
Hãy thiết kế chiếu sáng cho tuyến đường này bằng phương pháp tỉ số R. Đáp số: Giải:
s
K1A
K1
K2
K1B
2m
lđường
l1B
l1
k=2(k1A – k1B)
3,5 : điều kiện độ treo cao
+
(
)
0,39
0, 41 0,39
) = )
( 1, 65 1, 5 ( 1, 75 1, 5
- Xác định thông số hình học bố trí theo TCXDVN259-2001 : * e/h £ đèn cực đại * l > 1,5h : lắp 2 bên đối diện Như vậy ta có h < l/1,5 = 10,3m nên ta chọn h=10m. Do đó e £ 3,5h = 35m tức là emax = 35m. - Tính toán hệ số sử dụng s = 1,0m nên hình chiếu đèn nằm trên vỉa hè k = 2(k1A - k1B) do kiểu lắp đối diện nên k đối xứng. l1A = lđường + (2-s) = 15,5+(2-1) = 16,5m l1B = (2-s)=2-1 = 1m l1A/h = 16,5/10 = 1,65 l1B/h = 1/10 = 0,1 Tra bảng có ngay k1B = 0,02 - - 0,402 Tính nội suy ta có: k1A = f(l1A/h) = -
.
F =
Vậy k = 2.(0,402-0,02) =0,764 - Chọn đèn : Giả thiết cho R = 14
l e L R . . = tb V k .
15,5.35.1, 2.14 0,87.0, 764
Quang thông đèn là = 13.712 lm
Ta chọn đèn 150W, quang thông 14.500lm Bài 7.3: Một đường phố có yêu cầu về chiếu sáng với độ chói trung bình Ltb=1,0cd/m2. Yêu cầu thiết kế chiếu sáng cho tuyến đường này với các số liệu cho trước như sau: - Chiều rộng lòng đường l = 10,5m - Lớp phủ mặt đường nhựa trung bình có R=14 - Độ vươn cần đèn s = 1,0m. - Bố trí cột đèn 1 bên đường, trên vỉa hè và cách mép đường 2,5m. - Đèn: Sử dụng đèn kiểu bán rộng có hệ số suy giảm quang thông V=0,86. Giả thiết trên thị trường chỉ có 4 loại đèn bán rộng với thông số như sau: 150W-14.500lm ; 175W-19.000lm ; 250W-27.000lm và 400W-38.500lm - Cột đèn: trên thị trường chỉ có các loại cột với độ cao h = 10m ; 12m - Hệ số sử dụng trước k1 và hệ số sử dụng sau k2 cho trong các bảng sau:
Hệ số sử dụng trước 0,25 0,125 0,75 0,5 0,85 1,25 1,5
Bài tập
209
0,06 0,1 0,17 0,23 0,30 0,37 0,39 l1/h k1 =f (l1/h)
Hệ số sử dụng sau 0,15 0,20 0,1 0,05 0,06 0,02 0,25 0,08 0,3 0,1 0,35 0,12 l2/h k2 =f (l2/h)
F =26.989lm
Hãy thiết kế chiếu sáng cho tuyến đường này bằng phương pháp tỉ số R. Đáp số: Bài 7.4.: Một đường phố có yêu cầu về chiếu sáng với độ chói trung bình Ltb=1,2cd/m2. Yêu cầu thiết kế chiếu sáng cho tuyến đường này với các số liệu cho trước như sau: - Chiều rộng lòng đường l = 15,5m - Lớp phủ mặt đường nhựa trung bình có R=14 - Độ vươn cần đèn s = 1,5m. - Bố trí cột đèn 2 bên đường kiểu đối diện nhau, cột nằm trên vỉa hè và cách mép đường 0,3m. - Đèn: Sử dụng đèn kiểu bán rộng có hệ số suy giảm quang thông V=0,8. Giả thiết trên thị trường chỉ có 3 loại đèn bán rộng với thông số như sau: 150W-14.500lm ; 175W-19.000lm và 250W- 27.500lm. - Cột đèn: trên thị trường chỉ có các loại cột với độ cao h = 10m ; 11m ; 12m - Hệ số sử dụng trước k1 và hệ số sử dụng sau k2 cho trong các bảng sau:
1
Hệ số sử dụng trước 0,75 0,5 0,23 0,30 0,17 1,25 0,37 1,5 0,39 1,75 0,41 l1/h k1 =f (l1/h)
Hệ số sử dụng sau 0,15 0,20 0,1 0,05 0,06 0,02 0,25 0,08 0,3 0,1 0,35 0,12 l2/h k2 =f (l2/h)
F =13.676lm
Hãy thiết kế chiếu sáng cho tuyến đường này bằng phương pháp tỉ số R. Đáp số: Bài 7.5: Một đường phố có yêu cầu về chiếu sáng với độ chói trung bình Ltb=1,0cd/m2. Yêu cầu thiết kế chiếu sáng cho tuyến đường này với các số liệu cho trước như sau: - Chiều rộng lòng đường l = 7,5m - Lớp phủ mặt đường nhựa trung bình có R=14 - Độ vươn cần đèn s = 1,5m. - Bố trí cột đèn 1 bên đường, trên vỉa hè và cách mép đường 0,3m. - Đèn: Sử dụng đèn kiểu bán rộng có hệ số suy giảm quang thông V=0,75. Giả thiết trên thị trường chỉ có 3 loại đèn bán rộng với thông số như sau: 150W-14.500lm ; 175W-19.000lm và 250W-22.500lm. - Cột đèn: trên thị trường chỉ có các loại cột với độ cao h = 7m; 10m ; 20m - Hệ số sử dụng trước k1 và hệ số sử dụng sau k2 cho trong các bảng sau:
1
Hệ số sử dụng trước 0,75 0,5 0,23 0,29 0,15 1,25 0,34 1,5 0,39 1,75 0,41 l1/h k1 =f (l1/h)
210
Bài tập
Hệ số sử dụng sau 0,15 0,20 0,1 0,05 0,06 0,02 0,25 0,08 0,3 0,1 0,35 0,12 l2/h k2 =f (l2/h)
F =21.875lm
Hãy thiết kế chiếu sáng cho tuyến đường này bằng phương pháp tỉ số R. Đáp số: Bài 7.6 : Cho đường phố chính có cấp chiếu sáng A, lưu lượng xe lớn nhất ban đêm trên 3000xe/giờ. Chiều dài đường 1600m, chiều rộng l = 10m, lớp phủ mặt đường nhựa trung bình. Cột đèn có độ vươn s = 2,4m. Giả thiết hệ số suy giảm quang thông của đèn V=0,8. Yêu cầu lắp đặt đèn 2 bên đường kiểu so le và sử dụng choá đèn kiểu bán rộng.
Đèn 0,5
K1 0,4
0,3
K2 0,2
1l h
2l h
0,1
0,5 3 0,5 1,5 2,5 1 1 2 0
211
Hãy đưa ra giải pháp chiếu sáng cho tuyến đường này bằng phương pháp tỉ số R. Đáp số: F = 22.400 lm Bài 7.7: Lòng đường rộng 14m, lớp phủ mặt đường nhựa màu sáng trung bình. Cho biết đây là phố buôn bán nên ánh sáng quảng cáo và tủ trưng bày hàng hoá rọi xuống mặt đường tạo thành vệt sáng gây hiệu ứng thấp thoáng cho người lái xe. Để xoá được các vệt sáng, cần thiết kế hệ thống chiếu sáng đường với độ chói trung bình Ltb=2,2cd/m2. Bố trí trên đèn hai bên đối xứng, cột đèn nằm trên vỉa hè cách mép đường 0,3m, độ vươn cần đèn s=1,5m. Bộ đèn sử dụng là sodium áp suất cao, kiểu phân bố ánh sáng bán rộng, hệ số suy giảm quang thông v=0,8 và đường cong hệ số sử dụng như hình sau Hãy tính đưa ra giải pháp chiếu sáng cho tuyến đường này theo phương pháp tỉ số R. Đáp số: F =14.700lm Bài 7.8: Tuyến đường dài 690m, lớp phủ nhựa đường sáng trung bình, độ chói trung bình yêu cầu Ltb = 2cd/m2. Bố trí đèn trên dải phân cách với các kích thước như hình vẽ bên dưới. Do đường đôi đòi hỏi mỹ quan nên yêu cầu độ cao treo đèn tối thiểu h=10m. Bộ đèn sử dụng là sodium áp suất cao, kiểu phân bố ánh sáng bán rộng, hệ số suy giảm quang thông v=0,8 và đường cong hệ số sử dụng như hình sau. Hãy tính đưa ra giải pháp chiếu sáng cho tuyến đường này theo phương pháp tỉ số R. Bài tập
Đèn 0,5
K1 0,4
0,3
K2 0,2
1l h
2l h
0,1
0,5 3 1 0,5 0 1 1,5 2 2,5
Bài tập
212
Đáp số: F =23.819 lm
MỤC LỤC CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN
1.1. Các thông số đặc trưng cho quá trình năng lượng của mạch điện 1.2. Điện trở và điện kháng của dây dẫn điện 1.3. Biểu diễn một số đại lượng điện dưới dạng số phức 1.4. Các dạng sự cố thường xảy ra trong mạng điện 1.5. Dòng điện xoay chiều hình sin 1.6. Mạch điện 3 pha 1.7. Sơ đồ một sợi (single line) của mạch điện 3 pha 1.8. Tính công suất của các phụ tải điện 3 pha nối tập trung tại một nút 1.9. Tính tổng công suất của toàn mạng điện 3 pha
CHƯƠNG 2 : NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ QUY HOẠCH CẤP ĐIỆN
2.1. Khái niệm 2.2. Phân loại hệ thống điện 2.3. Chất lượng điện năng 2.4. Phân cấp quản lý hệ thống điện 2.5. Đầu tư xây dựng các công trình điện 2.6. Dây dẫn và cáp điện lực của mạng điện 2.7. Các thiết bị, vật tư chính của mạng điện 2.8. Hành lang bảo vệ an toàn của các công trình điện 2.9. Bố trí tuyến đường dây tải điện và các khoảng cách an toàn 2.10. Nội dung công tác lập quy hoạch cấp điện 2.11. Các ký hiệu thường dùng trong quy hoạch cấp điện
CHƯƠNG 3 : TRẠM BIẾN ÁP CẤP ĐIỆN
3.1. Khái niệm máy biến áp 3.2. Trạm biến áp 3.3. Phân loại trạm biến áp 3.4 Kết cấu của các trạm biến áp phân phối 3.5 Sơ đồ nối điện của trạm biến áp phân phối 3.6. Trạm biến áp có các máy biến áp làm việc song song 3.7. Xác định số lượng và quy hoạch vị trí các trạm biến áp phân phối 3.8. Đánh giá khả năng mang tải của các trạm biến áp hiện trạng
Mục lục
213
CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN NHU CẦU ĐIỆN
4.1. Các thông số đặc trưng cho phụ tải điện 4.2. Xác định phụ tải điện theo chỉ tiêu cấp điện tối thiểu 4.3. Xác định phụ tải điện theo suất phụ tải 4.4. Dự báo phụ tải điện bằng phương pháp ngoại suy theo thời gian:
CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN MẠNG ĐIỆN
5.1. Sơ đồ nguyên lý của mạng điện 5.2. Sơ đồ thay thế mạng điện. 5.3. Tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện 5.4. Tổn thất điện áp trong mạng điện 5.5. Phát nóng của dây dẫn và dây cáp điện khi có dòng điện chạy qua 5.6. Xác định tiết diện dây dẫn điện 5.7. Tính toán mạng điện kín 5.8. Tính toán cơ khí dây dẫn của đường dây tải điện trên không 5.9. Ứng dụng phần mềm Netdraw trong tính toán mạng điện CHƯƠNG 6: CẤU TRÚC MẠNG ĐIỆN VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ TUYẾN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
6.1. Cấu trúc mạng điện. 6.2. Cấu trúc điển hình mạng điện khu vực đô thị 6.3. Cấu trúc điển hình mạng điện khu vực nông thôn 6.4. Bố trí mạng điện ngầm 6.5. Bố trí mạng điện nổi 6.6. Bố trí hệ thống kỹ thuật dùng chung
CHƯƠNG 7 : HỆ THỐNG ĐIỆN CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG
7.1. Các khái niệm cơ bản và đại lượng đo ánh sáng 7.2. Mắt người và sự cảm thụ ánh sáng 7.3. Cấu tạo bộ đèn chiếu sáng công cộng 7.4. Thiết kế chiếu sáng giao thông bằng phương pháp tỉ số R 7.5. Tính công suất tiêu thụ và suất phụ tải của hệ thống chiếu sáng giao thông: 7.6. Ứng dụng phần mềm Dialux trong thiết kế chiếu sáng giao thông và chiếu sáng quảng trường đô thị
CHƯƠNG 8: MẠNG ĐIỆN TRONG NHÀ
8.1. Cấu trúc mạng cung cấp điện trong công trình xây dựng Mục lục
214
8.2. Sơ đồ và bản vẽ thiết kế điện bên trong công trình
8.2.1. Ký hiệu của thiết bị điện 8.2.2. Sơ đồ mặt bằng bố trí thiết bị điện 8.2.3. Phương pháp nối dây
8.3. Sơ đồ mạng điện cung cấp vào công trình:
8.3.1. Sơ đồ cấp điện toà nhà thấp tầng (≤ 5 tầng): 8.3.2. Sơ đồ cấp điện toà nhà cao trung bình (6÷16 tầng): 8.3.3. Sơ đồ cấp điện toà nhà cao tầng (17÷30 tầng):
8.4. Sơ đồ trục đứng cấp điện trong nhà:
8.4.1. Sơ đồ trục đứng cấp điện trong toà nhà thấp tầng (≤ 5 tầng): 8.4.2. Sơ đồ trục đứng cấp điện trong toà nhà trung bình và cao (6÷30 tầng): 8.4.3. Sơ đồ trục đứng cấp điện toà nhà rất cao (> 30 tầng):
8.5. Sơ đồ trục ngang cấp điện trong nhà
8.5.1. Sơ đồ trục ngang kiểu hình tia 8.5.2. Sơ đồ trục ngang kiểu liên thông
8.6. Sơ đồ mạng điện căn hộ: 8.7. Bố trí thiết bị điện bên trong công trình xây dựng
8.7.1. Đặt dây dẫn điện trong nhà: 8.7.2 Bố trí Busway 8.7.3. Bố trí tủ bảng điện 8.7.4. Aptomat (còn có các tên là MCB, CB, cầu dao tự động): 8.7.5. Cầu dao chống rò (RCD – Residual Current Device): 8.7.6. Công tắc (Switch): 8.7.7. Ổ cắm điện (Socket outlet) 8.7.8. Cầu dao cách ly:
PHẦN PHỤ LỤC BÀI TẬP (Bài tập các chương 1, 2, 3, 4, 5, 7)
Mục lục
215