Giáo trình Hệ thống điện căn hộ, đường ống PVC nổi - Bài 5: Tính toán, lựa chọn tiết diện dây dẫn và thiết bị đóng cắt

BÀI 05

TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN VÀ

THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT

Mã bài MĐ 30.05

Giới thiệu:

Bài số 05, với thời lượng 05 giờ, trong đó có 01 giờ lý thuyết và 04 giờ

thực hành, nhằm cung cấp cho sinh viên kiến thức, kỹ năng tính toán và lựa

chọn tiết diện dây dẫn cùng các thiết bị đóng cắt phù hợp trong khi lắp đặt hệ

thống điện căn hộ đường ống PVC nổi.

Mục tiêu:

• Trình bày được cách tính tiết diện dây dẫn và lựa chọn các thiết bị đóng

cắt khi lắp đặt hệ thống điện căn hộ đường ống nổi PVC cho một căn hộ;

• Tính toán thuần thục và lựa chọn phù hợp thiết bị dây dẫn, thiết bị đóng

cắt khi lắp đặt hệ thống điện căn hộ đường ống nổi PVC;

• Có được tính tư duy sáng tạo, độc lập, khéo léo, cẩn trọng; ý thức kỷ

luật, an toàn và vệ sinh công nghiệp trong quá trình học tập.

Nội dung:

1. TÍNH TOÁN, LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN

Mục tiêu của tiểu đề là cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản khi

tính toán tiết diện dây dẫn, các tiêu chuẩn cụ thể khi lựa chọn các loại dây dẫn

phù hợp cho hệ thống điện căn hộ đường ống PVC nổi hoặc chìm.

1.1. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

Có hai phương pháp chọn tiết diện dây dẫn sau công tơ điện, đó là [1]:

• Phương pháp mật độ kinh tế,

• Phương pháp dòng điện cho phép.

1.1.1. Phương pháp mật độ kinh tế:

Mật độ dòng điện kinh tế được chon trong bảng 5.1:

Bảng 5.1.

T_max

1000 ÷ 3000 3000 ÷ 5000

>5000

Vật liệu

Dây đồng một ruột [A/mm²]

Dây nhôm một ruột [A/mm²]

3,5

1,8

3,1

1,7

2,7

1,6

Ở đây, T_maxđược hiểu là tần suất sử dụng hệ thống cấp điện trong năm.

Trên cơ sở các giá trị chọn được từ bảng 5.1 có thể tính tiết diện dây dẫn theo

công thức:

I_0,max

s 

[mm²]

,

(5.1)

j_kt

sau đó kiểm tra điều kiện phát nhiệt:

44

I_max I_cp

(5.2)

Ở đây,

I_max– dòng điện lớn nhất xuất hiện trong mạch do các điều kiện làm việc

khác thường như: sự cố mạch điện, cấp điện hỗ trợ cho hộ khác,

hoặc tương lai có thêm các thiết bị dùng điện công suất lớn.

I_cp- dòng điện cho phép của dây dẫn, tra trong bảng 5.2

Bảng 5.2. Dây bọc, đặt trong ống

Dòng cho phép đối với các loại dây dẫn [A]

Tiết diện

[số dây bọc (trần) trong 1 vỏ bọc PVC]

Số tt

dây dẫn

S [mm²]

2x1

3x1

4x1

(1x2)

(1x3)

1

2

3

1

1.5

2.5

4

16

19

24

15

17

25

14

16

24

15

18

25

`14

15

21

4

38

35

32

33

28

5

6

46

42

40

42

34

6

7

8

9

10

11

12

13

14

10

16

25

35

50

70

95

120

150

70

85

60

80

50

75

90

115

150

185

255

260

55

80

50

70

85

100

135

175

215

250

115

135

185

225

275

315

360

115

135

185

255

290

330

100

125

160

195

245

295

1.1.2. Phương pháp dòng điện cho phép.

Điều kiện chọn dây dẫn theo dòng điện cho phép được xác định:

I_cp k_dp.I_0,max

(5.3)

Ở đây, k_dp- là hệ số dự phòng cho nhu cầu điện tăng thêm khi trang bị thêm các

thiết bị điện mới,k_dp1,25 2,0

.

Tuy nhiên, trong thực tế có thể áp dụng phương pháp kinh nghiệm sau:

• Mạch nhánh cấp I lấy nhỏ hơn mạng điện chính một cấp và kiểm tra điều

kiện phát nhiệt.

• Mạch nhánh cấp II lấy nhỏ hơn mạch nhánh cấp I một cấp và kiểm tra

điều kiện phát nhiệt.

Cứ thế đến mạch nhánh cuối cùng, và cỡ dây của các mạch nhánh thường không

nhiều, nên có thể chọn chúng cùng cỡ với nhau hoặc thậm chí cùng cỡ với mạch

chính,

1.2. QUY TRÌNH TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN

Quy trình tính toán tiết diện dây dẫn cấp điện cho hệ thống điện căn hộ

45

dựa trên hai cơ sở chính:

• Về phương pháp, dựa trên những kiến thức đã được cung cấp trong tiêu

đề 1;

• Về số liệu được lấy ở các bài 02, 03, 04.

Tuy nhiên, để đảm bảo tính an toàn lâu dài ở đây chúng ta nên chọn các

giá trị phụ tải tính toán và chỉ số kinh tế trung bình là hợp lý.

Về phương pháp, trong quá trình tính toán sẽ áp dụng cả hai phương pháp

đã được giới thiệu trong tính toán cho tiết diện dây dẫn từ sau công tơ đến tầng I

là:

• Phương pháp mật độ kinh tế

• Phương pháp dòng điện cho phép.

Đồng thời, tiết diện dây dãn đến các tầng (II và III) và đến các khu vực và

đến mạch nhánh sẽ được tính toán theo phương pháp kinh nghiệm.

1.2.1. Trục chính đến công tơ tổng

A. Theo phương pháp mật độ kinh tế

Bao gồm các bước sau:

1. Tính giá trị dòng phụ tải theo trên cơ sở công suất phụ tải tính toán theo

cả ba phương pháp được giới thiệu trong bảng 5.3.

Bảng 5.3.

Công suất phụ tải tính toán

Dòng điện tải

theo phương pháp

Chú thích

I_max[A]

CS đặt

CS trung bình Gần đúng

P

tt

I_0,max



62,090

58,636

52,363

220V

2. Chọn giá trị mật độ kinh tế.

Nếu chọn mật độ kinh tế là trung bình (T_max= 3000 ÷5000), tra bảng 5.1

chúng ta có j_kt=3.1.

3. Tính giá trị tiết diện dây dẫn theo công thức (5.1) ứng với giá trị mật độ

kinh tế có trong bước 2 chúng ta có kết quả như trong bảng 5.4.

Bảng 5.4.

Tiết diện dây dẫn S [mm²] &

Đường kính dây dẫn [mm],

với các T_maxkhác nhau

Công suất phụ tải tính toán

theo các phương pháp

Đặt

Chú

thích

Tr. Bình Gần đúng

17,740 16,753

14,960

1000÷3000

I_0,max

s 

[mm²]

20,029 18,914

16,891

3000÷5000

j_kt

>5000

22,996 21,717

4,753 4,619

5,051 4,908

5,412 5,259

19,393

4,365

4,638

4,970

1000÷3000

3000÷5000

d  2 s / [mm]

>5000

4. Kiểm tra điều kiện phát nhiệt.

46

So sánh các giá trị tính được của bảng 5.4 và các giá trị cho phép trong

bảng 5.2 chúng ta thấy điều kiện (5.2) luôn được đảm bảo với mọi loại

dây điện trong bảng. Mặt khác, các giá trị tiết điện tính toán được trong

bảng không có trong các loại dây chuẩn của thực tiễn, cho nên có thể chọn

thiết diện dây dẫn cho căn hộ là 25mm²hay đường kính của dây tương

ứng là 6mm

B. Phương pháp dòng điện cho phép

Trên cơ sở dòng điện phụ tải tính được từ bảng 5.3. với hệ số dự phòng được

chọn là 2 chúng ta có dòng điện cho phép trong bảng 5.5.

Bảng 5.5.

Công suất phụ tải tính toán

Dòng điện tải

theo các phương pháp

Chú thích

I_max[A]

Đặt

trung bình Gần đúng

P

tt

I_0,max



62,090

58,636

52,363

220V

K_dp=1,25

K_dp=2

77,615

124,1

73,295

117,372

65,453

104,726

I_cp k_dp.I_0,max

Tra bảng 5.2 chúng ta có các cỡ dây cần chọn như trong bảng 5.6.

Bảng 5.6

Dòng cho phép đối với các loại dây dẫn [A]

[số dây bọc (trần) trong 1 vỏ bọc PVC]

Số

tt

Tiết diện

[mm²]

2x1

3x1

4x1

(1x2)

(1x3)

S[mm ²] = 16

d[mm] ≅ 4.51

S[mm²] = 35

d[mm] = 6,68

1

2

85

80

75

80

70

135

115

125

100

Giữa hai giá trị tính toán nhận được từ bảng 5.6, có thể lấy giá trị trung

bình của chúng d = (6,68 +4,51)/2=5,59 mm, ứng với dây tiêu chuẩn cỡ 6mm

hay thiết diện là 25 mm². Kết quả này phù hợp với kết quả tính toán trong

phương pháp mật độ kinh tế và có hệ số dự phòng đáng kể hợp với thực tiễn lắp

đặt.

1.2.2. Trục chính trong các tầng

Như đã đề cập ở trên, các đường dây cấp điên tiếp theo có thể chọ bằng

phương pháp kinh nghiệm. Nghĩa là, đường trục chính đến tầng II và tầng II có

thể chọn thấp hơn một cấp và có giá trị:

• S = 16mm²;

• d = 4 mm;

• dòng cho phép đến 70 ÷ 88 A > 62 A (bảng 5.3)

Đường điện điện đến các khu vực trong tần có thể chọn thấp hơn một cấp

nữa, nghĩa là:

• S = 10 mm²;

47

• d = 3,54 ≅ 4 mm;

• dòng cho phép không nhỏ hơn 70A là đủ.

Các đường phân nhánh (đến tải) lại thấp hơn một cấp nữa, nghĩa là:

• S = 4 mm²;

• d = 2,257 mm ≅ 2 mm;

• dòng cực đại cho phép, không nhỏ hơn 38 A nếu dùng dây đôi có bọc.

1.2.3. Các mạch nhánh

Việc tính toán kích cỡ dây dẫn các mạch phân nhánh có thể đơn giản hóa

như tình bày trong mục 1.1.2., nghĩa là:

• Lấy thấp hơn một cấp so với mạch trục chính.

• Đối với các mạch nhánh kép đôi hoặc kép ba có thể thay thế các đường

điện đơn đến các phụ tải riêng biệt bằng một đường điện có kích cỡ lớn

hơn một bậc như trong bài 09 của mô đun.

2. TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT.

Mục tiêu của tiểu đề là cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản,

các tiêu chuẩn cụ thể khi tính toán và lựa chọn các thiết bị đóng cắt trong hệ

thống điện căn hộ đường ống PVC nổi hoặc chìm.

2.1. NGUYÊN TẮC CHỌN THIẾT BỊ

2.1.1. Nguyên tắc bố trí và phân loại.

Bảo vệ mạng điện sau công tơ là yêu cầu bắt buộc và đảm bảo các chỉ tiêu

lắp đặt sau:

• Ở đầu mỗi nhánh (chính / rẽ nhánh) đều phải có thiết bị bảo vệ,

• Mỗi thiết bị dùng điện đều phải có thiết bị bảo vệ đi kèm,

• Các thiết bị bảo vệ phải thỏa mãn các điều kiện như: độ tin cậy, kịp thời

và độ nhạy là tỷ số giã dòng ngắn mạch với dòng tác động.

Có hai loại thiết bị bảo vệ phổ biến hiện nay, đó là cầu chì và cầu dao tự

động CB (automat). Cầu chì tuy rẻ tiền, dễ thay thế nhưng độ tin cậy kém và

không an toàn trong khi thay thế. Thiết bị đóng cắt tự động tuy giá thành có cao

nhưng độ tin cậy và an toàn sinh mạng tốt hơn và thường được trang bị trong

các hệ thống điện công nghiệp và dân dụng.

2.1.2. Phương pháp lựa chọn

Các thiết bị đóng ngắt tự động được lựa chọn theo hai thông số, đó là điện

áp danh định U_n,CBvà dòng điện định mức I_n,CB. Các thông số này phải thỏa

mãn điều kiện:

U_n,CBU_n,HT







(5.9)

I_n,CB k_TC.I_lv,max

trong đó,

k_TC– hệ số tin cậy, lấy bằng 1,25

U_n,HT– là điện áp hệ thống.

Thông thường dòng điện định mức I_{n, CB}được chọ trong dãy giá trị :

48

{6, 10, 12,5, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 200 A} và khi chọn

các giá trị trên cần kiểm tra theo các điều kiện sau:

• Điều kiện bảo vệ dây dẫn:

I_n,CB 0,8.I_CPdd

(5.10)

Ở đây, I_CPdddòng tải cho phép của dây dẫn

• Các nhánh tiếp theo có dòng bảo vệ nhỏ hơn các nhánh đầu tiên:

I_n,CB1 I_n,CB2 ......I_n,CBn

• Kiểm tra độ nhạy:

I_nm,min

k_dn

1

(5.11)

I_cCB

trong đó, I_cCB, là dòng cắt mạch của CB (có thể tra trong bảng 5.7.

Bảng 5.7. Cầu dao cắt tự động CB (Automat) tiêu chuẩn IEC 60898

b_cực,

mm

Đ.Tính cắt

Bội số cắt dạng

Số

tt

U

[V]

I

[A]

I_c[

kA]

Số

cực

Loại

B.số

B

C

D

CB CÔNG SUẤT

3

50

10

20

18

1

2

3

4

6

4,5

6

C

5→10

4,0 7,5 15,0 1→3

10

16

20

1→3

5 220/380 25

6

7

8

9

32

40

50

63

6

CB CHỐNG DÒNG DÒ

IEC 1008/EN61008

Đặc tính cắt

Số

tt

U_n

[V]

I_n

I_cắt

b_cực,

mm

Dòng dò

Số cực

mA

B.số

[A] [kA]

Loại

(I_n)

3

CB CÔNG SUẤT

30

2→4

18

C

30

1

2

3

4

40 4,5

5→10

18

63

100

6

30

40 4,5

220/380 63 6

100

300

5

6

7

8

9

100

6

40 4,5

63

100

6

49

2.2. QUY TRÌNH CHỌN

2.2.1. Thiết bị bảo vệ tầng 3

Tầng 3 có ba mạch điện khu vực và một mạch điện chiếu sáng cầu thang

cùng chuông báo do đó trong hộp đấu dây của tầng này cần có bao bộ cầu dao

đóng ngắt tự động cho các khu vực tải và một công tắc khống chế đèn chiếu

sáng cầu thang. Các bộ cầu dao đóng cắt tự động được chọn cùng loại vì tải của

các khu vực này tương đối đồng đều. Dòng điện định mức và điện áp danh định

của chúng được chọn là 220V/10A.

2.2.2. Thiết bị bảo vệ tầng 2

Tầng II có ba mạch điện khu vực và một mạch điện chiếu sáng cầu thang

cùng chuông báo do đó trong hộp đấu dây của tầng này cần có bao bộ cầu dao

đóng ngắt tự động cho các khu vực tải và một công tắc khống chế đèn chiếu

sáng cầu thang. Các bộ cầu dao đóng cắt tự động được chọn cùng loại vì tải của

các khu vực này tương đối đồng đều. Dòng điện định mức và điện áp danh định

của chúng được chọn là 220V/10A.

2.2.3. Thiết bị bảo vệ tầng 1 và bảng điện chính

Tầng I có ba mạch điện khu vực và một mạch điện chiếu sáng cầu thang

cùng chuông báo do đó trong hộp đấu dây của tầng này cần có bao bộ cầu dao

đóng ngắt tự động cho các khu vực tải và một công tắc khống chế đèn chiếu

sáng cầu thang. Các bộ cầu dao đóng cắt tự động được chọn cùng loại vì tải của

các khu vực này tương đối đồng đều. Dòng điện định mức và điện áp danh định

của chúng được chọn là 220V/10A.

Bảng điện chính của toàn căn hộ bao gồm hộp đấu dây từ nguồn điện đến

căn hộ và công tơ tổng. Để đảm bảo khả năng dự phòng về cung cấp điện, đầu

vào của hộp đấu dây cần trang bị một cầu dao chuyển nguồn: điện lưới và máy

phát tại chỗ. Cầu dao chuyển mạch nguồn trong trường hợp này thường được

chọn là cầu dao ngắt bằng tay.

CÂU HỎI VÀ VẤN ĐỀ

1 Trình bày quy trình tính toán và chọn tiết diện dây dẫn cho đường trục chính

cấp điện tới các tầng của căn hộ nói chung.

2. Trình bày quy trình tính toán và chọn thiết bị đóng cắt tiết đường trục chính

cho căn hộ và đến các tầng.

3. Trình bày quy trình tính toán và chọn tiết diện dây dẫn và các thiết bị đóng cắt

cho đường trục chính trong mỗi tầng.

50