Giáo trình Thiết kế điện công trình - Chương 4: Chống sét cho các công trình xây dựng

Thiết Kế Điện Cơng Trình 
79 
Chương 4 : CHỐNG SÉT CHO CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG 
I. Khái niệm về sét và những nơi dễ bị sét đánh 
1.Khái niệm 
2.Những nơi dễ bị sét đánh 
- Vùng đồi núi cao. 
- Vùng đất có mỏ kim loại, bờ sông, bờ suối, 
Nóc nhọn của tòa nhà, ống khói cao, ống thông gió, chòi, cột cờ, 
II. .Hệ thống chống sét 
Hệ thống chống sét có nhiệm vụ thu dòng điện sét đánh, dẫn và phân tán dòng sét thu được 
vào trong lòng. Một hệ thống chống sét sẽ bao gồm 3 bộ phận chính sau: 
- Bộ phận thu sét: có thể là kim thu sét (dùng cho những công trình có độ cao) hoặc là 
lưới thu sét (dùng cho những công trình có diện tích rộng) có nhiệm vụ thu dòng điện 
sét đánh. 
- Bộ phận dẫn sét: có nhiệm vụ dẫn dòng điện sét thu được xuống đất. 
Bộ phận nối đất: có nhiệm vụ tản nhanh dòng điện sét thu được vào trong lòng đất. 
III.Phạm vị bảo vệ của kim thu sét 
1.Phạm vi bảo vệ của một kim thu sé 
 : phạm vi bảo vệ của kim thu sét. 
 : phạm vi bảo vệ tòa nhà. 
h : chiều cao của kim tính từ 
 mặt đất đến đỉnh kim. 
hx : chiều cao tòa nhà cần 
 bảo vệ. 
rx : bán kính vùng cần bảo vệ 
 tương ứng chiều cao hx . 
Sét là hiện tượng phóng tia lửa điện giữa hai đám mây tích điện trái dấu khi chúng lại gần nhau, hoặc giữa đám mây với nhà cửa, 
với cây cối và quặng kim loại dưới lòng đất, 
Chớp là những tia lửa điện phóng ra khi có sét. 
Sấm là tiếng nổ lớn gây ra do sự giãn nở đột ngột của không khí tại vùng không khí xung quanh nơi sét đánh. 
Cường độ dòng điện khi sét đánh có thể lên tới 200.000A. 
Nhiệt độ không khí trong rãnh sét có thể lên tới 10.000
0
C, do đó khi sét đánh xuống đất sẽ xuyên thủng một lớp đất và nung cát 
chảy thành thủy tinh có dạng hình ống dài mà thường được gọi là lưỡi tầm sét. 
Thiết Kế Điện Cơng Trình 
80 
Biết hx và h, tính rx : 
( )
( )
 −
 −
=
3
2
h
h
 if ,hh75,0
3
2
h
h
 if ,h25,1h5,1
r
x
x
x
x
x 
Biết hx và rx , tính h: 
+
+
=
67,2
r
h
 if ,
75,0
h75,0r
67,2
r
h
 if ,
5,1
h9,1r
h
x
xxx
x
xxx
Ví dụ: 
Một đài nước cao 20m, trên đỉnh có lắp một kim thu sét dài 2m. Đài nước đặt trong một bồn 
nước tròn có bán kính 3m. Hỏi toàn bộ đài nước có được bị sét đánh không, nếu không thì hãy 
tính chọn lại chiều cao của kim? 
Lời giải: 
=
=+=
m
x
mmm
20h
22220h
=> 
3
2
22
20
h
hx = 
=> 
( )
( ) ( )m
xx
1,5 20-220,75 
hh75,0r
==
−=
Thiết Kế Điện Cơng Trình 
81 
Do rx = 1,5m tính chọn lại chiều cao của kim: 
=
=
m
x
m
x
3r
20h
=> 67,2
3
20
r
h
x
x = 
=> 
( )m
xx
 24 
75,0
0,75.203
75,0
h75,0r
h
=
+
=
+
=
=> Chiều cao của kim thu sét: 
 24
m
 – 20m = 4m 
2.Phạm vi bảo vệ của hai kim thu sét cùng chiều cao 
 : 2 kim thu sét cùng chiều cao. 
 : cung tròn giới hạn phạm vi bảo vệ. 
 : tòa nhà cần được bảo vệ. 
 : vùng bảo vệ của 2 kim. 
h : chiều cao kim tính từ mặt đất đến đỉnh kim. 
hx : chiều cao tòa nhà cần bảo vệ. 
rx : bán kính vùng cần bảo vệ tương ứng chiều cao hx . 
a : khoảng cách giữa 2 kim. 
h0 : chiều cao bảo vệ thấp nhất tại nơi giao nhau vùng bảo vệ của 2 kim. 
bx : bề ngang nhỏ nhất tại nơi giao nhau vùng bảo vệ của 2 kim. 
Tính h0 : 
22
0 a25,0h9h4h +−= 
Thiết Kế Điện Cơng Trình 
82 
Tính chiều cao mỗi kim: 
22
00 a0357,0h183,0h571,0h ++= 
Tính rx khi biết hx và h: 
( )
( )
 −
 −
=
3
2
h
h
 if ,hh75,0
3
2
h
h
 if ,h25,1h5,1
r
x
x
x
x
x 
Tính bx khi biết hx và h0: 
( )
( )
 −
 −
=
3
2
h
h
 if ,hh75,0
3
2
h
h
 if ,h25,1h5,1
b
0
x
x0
0
x
x0
x 
Tính h0 khi biết hx và bx : 
+
+
=
67,2
b
h
 if ,
75,0
h75,0b
67,2
b
h
 if ,
5,1
h9,1b
h
x
xxx
x
xxx
0 
Tính h khi biết hx và rx : 
+
+
=
67,2
r
h
 if ,
75,0
h75,0r
67,2
r
h
 if ,
5,1
h9,1r
h
x
xxx
x
xxx
Ví dụ: Cho ngôi nhà như hình vẽ, tính chiều cao của 2 kim thu sét. 
Lời giải: 
2 kim thu sét chỉ có thể bảo vệ được ngôi nhà khi đồng thời thỏa cả 3 điều kiện sau: 
( )
( )
( ) 
33b
225,4r
111h
m
x
m
x
m
0
Thiết Kế Điện Cơng Trình 
83 
Xét điều kiện (1) : 
Chiều cao bảo vệ thấp nhất h0 tối thiểu là 11
m
, như vậy có thể chọn h0 = 11
m
. 
=> 
( )m12,32 20.0357,00,183.110,571.11 
a0357,0h183,0h571,0h
22
22
00
=++=
++=
Xét điều kiện (2) : 
Chiều cao của toàn bộ ngôi nhà là ( )mmm 1192 =+ . Trong đó mái nhà là 2m, chỉ cần 2 kim bảo 
vệ được cho thân nhà cao 9
m
 là có thể bảo vệ được toàn bộ tòa nhà, do đó có thể chọn chiều 
cao cần bảo vệ là hx = 9
m
. 
Bán kính vùng bảo vệ tương ứng chiều cao hx theo như hình vẽ là rx = 4,25
m
. 
=> 67,211,2
25,4
9
r
h
x
x == 
=> 
( )m14,24 
5,1
1,9.94,25
5,1
h9,1r
h xx
=
+
=
+
=
Xét điều kiện (3) : 
Bề ngang nhỏ nhất tại nơi giao nhau vùng bảo vệ của 2 kim tối thiểu phải bằng 3m, do đó có 
thể chọn bx = 3
m
. 
=> 67,23
3
9
b
h
x
x == 
=> 
( )m13 
75,0
0,75.93
75,0
h75,0b
h xx0
=
+
=
+
=
=> 
( )m14,14 20.0357,00,183.130,571.13 
a0357,0h183,0h571,0h
22
22
00
=++=
++=
Để thỏa đồng thời 3 điều kiện, chúng ta chọn h = max = 14,24
m
. 
=> Chiều cao của mỗi kim: 
 ( ) ( )m24,39224,14 mmm =+− 
Thiết Kế Điện Cơng Trình 
84 
CHƯƠNG IV: HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ 
CUNG CẤP ĐIỆN CƠNG TRÌNH 
Bài 1: KHÁI QUÁT VỀ THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN CƠNG TRÌNH 
I. Mục đích thiết kế cấp điện cơng trình: 
- Khi thiết lập hệ thống điện cho cơng trình địi hỏi phải nghiên cứu bản vẽ thiết kế kiến 
trúc, ý đồ của người sử dụng, cơng năng của cơng trình để tính tốn và bố trí đủ cơng suất của hệ 
thống cấp điện cho cơng trình cũng như trang thiết bị sử dụng, trang thiết bị đĩng cắt và bảo vệ, 
chọn lựa và bố trí dây cấp điện hợp lý, mỹ quan, an tồn, tránh thiếu hụt và dư thừa lãng phí. 
II. Yêu cầu: 
1. Chọn thiết bị điện hợp lý, thiết bị đĩng cắt bảo vệ chính xác bố trí đúng chỗ. 
2. Xác định đúng cơng suất sử dụng điện của từng thiết bị điện. 
3. Chọn lựa tiết diện các dây dẫn điện và bố trí dây hợp lý, rành mạch, an tồn, mỹ quan, và 
dễ thay thế sửa chữa. 
4. Lấy cơng suất của phụ tải làm căn cứ để chọn cơng suất tram hạ áp làm cơng suất nguồn. 
5. Chọn vị trí bố trí nguồn hợp lý với phụ tải và cơng năng của cơng trình. 
6. Chọn vị trí bố trí nguồn hợp lý, phù hợp về mặt cung cấp điện, an tồn, mỹ quan, dễ dàng 
thay thế, sửa chữa, bảo trì, đảm bảo an tồn phịng chống cháy nổ. 
III. Cơ sở để thiết kế cấp điện cơng trình: 
1. Tồn bộ bản vẽ kiến trúc cơng trình (mặt bằng, các mặt cắt, mặt đứng). 
2. Bản vẽ vị trí và điện áp của các trạm biến áp, đường dây hạ áp, trung áp và cao áp gần 
cơng trình (cĩ khả năng cấp điện cho cơng trình). 
3. Yêu cầu cấp điện cho cơng trình. 
4. Khả năng về điện dự phịng. 
Thiết Kế Điện Cơng Trình 
85 
Bài 2: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN CHO CƠNG TRÌNH 
I. Tìm hiểu nhu cầu điện của cơng trình kiến trúc: 
- Tính phụ tải điện. 
- Thiết lập bản vẽ mặt bằng kiến trúc. 
- Tính tốn lựa chọn các loại đèn, bố trí đen theo yêu cầu chiếu sáng qui định và nhu cầu 
của người sử dụng cho từng căn phịng. 
- Chọn và xác định vị trí bố trí các thiết bị đĩng mở đèn. 
- Chọn và bố trí các thiết bị điện sinh hoạt cố định (quạt trần, quạt hút giĩ, điều hịa khơng 
khí, máy đun nước nĩng.). 
- Chọn và bố trí các ổ cấm điện (sử dụng các thiết bị khơng cố định như: ti vi, tủ lạnh, bàn 
ủi, quạt bàn, quạt đứng và các thiết bị gia dụng khác). 
- Lập bảng liệt kê thiết bị điện trong từng phịng (đối với xí nghiệp sản xuất tính cho từng 
phân xưởng). 
- Tính tổng cơng suất đặt của tất cả các phụ tải (∑Pđ). 
- Tính tổng cơng suất tính tốn cho tồn cơng trình (∑Ptt). 
II. Thiết lập mặt bằng bố trí thiết bị điện cho cơng trình kiến trúc: 
- Vẽ mặt bằng bố trí thiết bị điện chiếu sáng và các thiết bị điện sinh hoạt, bố trí dây dẫn 
điện từ nguồn đến các thiết bị điện tiêu thụ cho từng phịng, từng tầng của cơng trình và mặt 
bằng tổng thể cho chiếu sáng ngoại vi. 
- Vẽ mặt bằng bố trí các thiết bị điện khác bao gồm mặt bằng thiết bị điện sản xuất cho 
từng phân xưởng, từng cơng đoạn sản xuất của xí nghiệp của nhà máy. 
III. Chọn loại nguồn điện, điện áp, cơng suất và vị trí đặt nguồn: 
- Căn cứ tổng cơng suất tính tốn (∑Ptt) của phụ tải để chọn cơng suất nguồn điện, loại 
nguồn điện, số pha, vị trí đặt nguồn điện. 
- Căn cứ điện áp của lưới điện cung cấp và điện áp của thiết bị sử dụng điện để chọn điện 
áp cho nguồn điện (MBA). 
- Căn cứ phương án cấp điện hợp lý (theo cơng năng, theo yêu cầu an tồn cung cấp điện) 
để xác định yêu cầu về nguồn điện dự phịng (cĩ cần nguồn điện dự phịng hay khơng, cần loại 
nguồn gì, khả năng đĩng mở mạch tự động hay bằng tay). 
IV. Thiết lập sơ đồ cấp điện: 
- Vẽ sơ đồ cấp điện cho từng phịng, từng phân xưởng. Các sơ đồ này cần chi tiết đến từng 
phụ tải và chỉ rõ cơng suất yêu cầu của từng phụ tải, hướng cấp điện cũng như vị trí và khả năng 
làm việc của các thiết bị đĩng cắt bảo vệ trên từng nhánh mạch điện. 
- Vẽ sơ đồ cấp điện tổng thể cho tồn cơng trình. Trong sơ đồ thể hiện nguồn điện, nguồn 
dự phịng, thiết bị đĩng mở nguồn dự phịng, hướng cấp điện đến bảng điện phụ, bảng điện ánh 
sáng trong từng phịng, từng phân xưởng. 
V. Tính tốn tiết diện các loại dây dẫn cĩ trong sơ đồ điện: 
- Xác định tiết diện các dây cấp điện. 
- Chọn cơng suất, điện áp, dịng điện làm việc., của các thiết bị đĩng cắt và bảo vệ mạch 
theo sơ đồ cấp điện. 
Thiết Kế Điện Cơng Trình 
86 
❖ Tĩm tắt: 
▪ Các bước tính tốn, lựa chọn, thiết kế cung cấp điện cơng trình: 
- Bước 1: Tìm hiểu nhu cầu điện của cơng trình kiến trúc. 
o Tính phụ tải điện. 
o Chọn mặt bằng kiến trúc của các căn hộ chung cư. 
- Bước 2: Tính tốn, lựa chọn các loại đèn, bố trí đèn theo yêu cầu chiếu sáng qui định và 
nhu cầu của người sử dụng. 
- Bước 3: Chọn và bố trí các thiết bị điện sinh hoạt cố định (quạt trần, máy lạnh, máy nước 
nĩng). 
- Bước 4: Chọn và bố trí các ổ cắm điện (sử dụng cho các thiết bị khơng cố định). 
o Phịng khách: bố trí 4 ÷ 5 ổ cắm trên từng cách sàn 0,3(m). 
Với: S ≥ 24 (m2) ⟹ Chọn số ổ cắm > 5 (cái) 
 S ≤ 12 (m2) ⟹ Chọn số ổ cắm = 2 (cái) 
 12(m2)≤ S < 24(m2) ⟹ Chọn số ổ cắm = 2 ÷ 4 (cái) 
o Phịng ngủ: bố trí 4 ổ cắm 
o Phịng ăn: bố trí 2 ổ cắm điện 
o Bếp: bố trí ngay trên tường bếp, cách mặt bếp 0,2(m) ÷ 0,3(m), 2 bộ ổ cắm 2 pha 3 
cực (mỗi bộ 2 ổ cắm điện). 
- Bước 5: Tính cơng suất điện chiếu sáng và cơng suất điện sinh hoạt 
∑Ptt = Kc Pnhĩm căn hộ 
∑Ptt = Kc (Pcs + Psh) ⟹ Stt = 
∑𝑷𝒕𝒕
𝒄𝒐𝒔𝝋
⟹ chọn nguồn cung cấp(MBA);chọn nguồn dự phịng (MPĐ) 
- Bước 6: Thiết lập sơ đồ cấp điện (đi dây điện) 
- Bươc 7: Tính chọn tiết diện dây dẫn và thiết bị đĩng cắt bảo vệ mạch điện 
o Tính tiết diện dây nhánh trên từng thiết bị điện 1 pha (chỉ tính theo điều kiện phát 
nĩng vì dây bố trí trong căn hộ ngắn). 
o Tính tiết diện dây cho máy lạnh, máy nước nĩng. 
o Tính tiết diện dây chính. 
- Bước 8: Tính chọn thiết bị đĩng cắt, bảo vệ mạch điện. 
o Chọn CB đặt tại mỗi phịng trong căn hộ. 
o Chọn CB cho máy lạnh, máy nước nĩng, máy bơm nước. 
Tính ICB Máy lạnh = IML. 
𝑲𝒕
𝜶
o Chọn CB tổng. 
❖ Note: Đối với hộ gia đình ta cĩ thể tính tương đối số lượng đèn và máy lạnh theo cơng 
thức sau 
1) Cơng thức tính số lượng bĩng đèn: 
Đọ rọi = 
𝑷đè𝒏 (𝑾). 𝑸𝒖𝒂𝒏𝒈 𝒕𝒉ơ𝒏𝒈 đè𝒏 (
𝒍𝒎
𝒎
) . 𝒔ố 𝒍ượ𝒏𝒈 đè𝒏 𝒔ử 𝒅ụ𝒏𝒈
𝑫𝒊ệ𝒏 𝒕í𝒄𝒉 𝒄ầ𝒏 𝒄𝒉𝒊ế𝒖 𝒔á𝒏𝒈 (𝒎𝟐)
 ⟹ 
Số lượng đèn cần dùng = 
𝑫𝒊ệ𝒏 𝒕í𝒄𝒉 𝒄ầ𝒏 𝒄𝒉𝒊ế𝒖 𝒔á𝒏𝒈(𝒎𝟐). Độ 𝒓ọ𝒊
𝑪ơ𝒏𝒈 𝒔𝒖ấ𝒕 đè𝒏 (𝑾). 𝑸𝒖𝒂𝒏𝒈 𝒕𝒉ơ𝒏𝒈 đè𝒏 (
𝒍𝒎
𝒎
)
Thiết Kế Điện Cơng Trình 
87 
Với: Quang thơng đèn là hiệu năng phát sáng trên 1(W) của đèn do nhà cung cấp 
cơng bố những quang hiệu. (Quang thơng(lm/w) = Hiệu suất chiếu sáng (lm/w)). 
▪ Đối với hệ thống chiếu sáng sử dụng đèn Led hộ gia đình: 
o Phịng khách: E (lux) = 250 ÷ 300 
o Phịng ngủ: E (lux) = 100 ÷ 200 
o Phịng bếp: E (lux) = 200 ÷ 300 
o Phịng WC: E (lux) = 150 hoặc 180 ÷ 200 
o Sân: E (lux) = 100 
o Phịng học: E (lux) = 600 
Số lượng đèn cần dùng = 
𝑫𝒊ệ𝒏 𝒕í𝒄𝒉 𝒄ầ𝒏 𝒄𝒉𝒊ế𝒖 𝒔á𝒏𝒈(𝒎𝟐). Độ 𝒓ọ𝒊
𝑪ơ𝒏𝒈 𝒔𝒖ấ𝒕 đè𝒏 (𝑾). 𝑸𝒖𝒂𝒏𝒈 𝒕𝒉ơ𝒏𝒈 đè𝒏 (
𝒍𝒎
𝒎
)
Quang thơng(lm/w) = Hiệu suất chiếu sáng (lm/w) 
Nếu: 
- Tính chiếu sáng cho hộ gia đình, văn phịng làm việc ta chọn 
Hiệu suất chiếu sáng = 70 ÷ 90 (lm/w) 
 - Tính chiếu sáng cho nhà xưởng (đèn cơng nghiệp), chiếu sáng ngồi trời, sàn thể 
thao, những nơi cần độ sáng cao 
 Hiệu suất chiếu sáng = 100 ÷ 110 (lm/w) 
 - Đối với đèn Led cĩ Pđ = 5(w); hiệu suất chiếu sáng = 70 ÷ 90 (lm/w). 
 - Đối với đèn Led cĩ Pđ = 18(w); hiệu suất chiếu sáng = 100 (lm/w). 
 - Đối với đèn Led cĩ Pđ = 20(w); hiệu suất chiếu sáng = 100 ÷ 110 (lm/w). 
2) Cơng thức tính máy lạnh: 
Cơng suất điện máy lạnh (Hp) = V 
𝟐𝟎𝟎
𝟗𝟎𝟎𝟎
1 (m3) ≈ 200(BTU) 
 1 (Hp) ≈ 9000(BTU/h) 
 Với: 
 V (m3): thể tích máy lạnh 
 V(m3) = D(m). R(m). C(m) 
 D(m): chiều dài máy lạnh 
 R(m): chiều rộng máy lạnh 
 C(m): chiều cao máy lạnh 
Bài tập: Cho căn hộ loại 1 cĩ các phịng sau: 1 phịng khách, 2 phịng ngủ, 1 bếp, 1 WC 
Với: 
- Điều kiện nhiệt độ mơi trường 37oC, ρtr = 0,7; ρt = 0,5 
- Kích thước: Chiều cao các phịng H = 3 (m) 
 Phịng khách: D = 4,6 (m); R = 3,6 (m) 
 Phịng ngủ: D = 3,6 (m); R = 3,6 (m) 
 Phịng bếp D = 2 (m); R = 2,8 (m) 
a) Tính lựa chọn đèn, bố trí đèn theo yêu cầu chiếu sáng sử dụng đèn 
Thiết Kế Điện Cơng Trình 
88 
Led 18(w) – 220 (V), bố trí ổ cắm điện. 
b) Tính cơng suất phụ tải điện chiếu sáng, cơng suất điện sinh hoạt. 
c) Tính chọn tiết diện dây dẫn đến các đèn, ổ cắm, máy lạnh, máy nước nĩng, máy 
hút mùi, quạt hút giĩ, đèn trang trí. 
d) Vẽ sơ đồ điện nguyên lý. 
e) Tính chọn CB trong sơ đồ sa cho đảm bảo tính chọn lọc.