Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế đô thị hóa và phát triển hạ tầng xây dựng hiện đại, các khu chung cư cao tầng tập trung mật độ dân cư lớn, đòi hỏi hệ thống hạ tầng kỹ thuật đồng bộ, đặc biệt là hệ thống cung cấp điện. Hệ thống điện chung cư có đặc thù phụ tải đa dạng, mật độ phụ tải tập trung cao trong không gian kiến trúc hạn chế, đòi hỏi phương án cấp nguồn dự phòng, thỏa mãn đồng thời các yêu cầu nghiêm ngặt về độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện áp, an toàn vận hành và hiệu quả kinh tế.

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho chung cư Nơ 23 Pháp Vân" (thuộc Đề số 8) được thực hiện bởi sinh viên Võ Văn Thọ, ngành Công nghệ kỹ thuật Điện – Điện tử, Khoa Điện, Trường Đại học Kinh tế – Kỹ thuật Công nghiệp, dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Thùy Dung (năm 2021).

Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu, thiết kế được phân định cụ thể thành 3 phần chính:

  1. Thiết kế hệ thống cung cấp điện tòa nhà: Nghiên cứu tổng quan yêu cầu thiết kế; tính toán phụ tải điện (chiếu sáng, ổ cắm, điều hòa, động lực) và lựa chọn phương án cấp điện; lựa chọn thiết bị bảo vệ, dây dẫn, thanh dẫn Busway; ứng dụng phần mềm DIALux để tính toán và mô phỏng không gian chiếu sáng căn hộ điển hình.
  2. Thiết kế trạm biến áp và hệ thống nối đất, chống sét: Lựa chọn dung lượng, loại và cấu hình trạm biến áp (TBA); tính toán ngắn mạch và chọn lựa các phần tử trung áp, hạ áp; tính toán hệ thống nối đất cho trạm biến áp và thiết kế mạng lưới chống sét, nối đất an toàn cho toàn bộ công trình.
  3. Thiết kế hệ thống điện nhẹ và bóc tách khối lượng: Thiết kế mạng hạ tầng viễn thông/internet sử dụng mạng quang nội bộ và định hình công tác bóc tách khối lượng thiết bị, vật tư phần điện.

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống phân phối và cung cấp điện của công trình Chung cư cao tầng Nơ 23 Pháp Vân, địa chỉ tại Khu đô thị mới Pháp Vân – Tứ Hiệp, huyện Thanh Trì, thành phố Hà Nội. Phạm vi không gian thiết kế bao gồm toàn bộ công trình trên khu đất $7.443,\text{m}^2$, diện tích xây dựng khối nhà chính $781,\text{m}^2$, tổng diện tích sàn $8.224,\text{m}^2$ với quy mô 10 tầng (gồm 1 tầng dịch vụ, 9 tầng căn hộ để ở và 1 tầng áp mái). Phạm vi kỹ thuật giới hạn từ điểm đấu nối lưới điện trung áp $22,\text{kV}$ của thành phố đến các tủ phân phối căn hộ và tải tiêu thụ cuối cùng.

Cơ sở lý thuyết, quy chuẩn và phương pháp tính toán

Thiết kế dựa trên hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn xây dựng và quy phạm kỹ thuật điện hiện hành của Việt Nam, kết hợp các tài liệu chuyên ngành:

  • Quy chuẩn và tiêu chuẩn kỹ thuật: TCVN 9206-2012 (Thiết bị điện trong nhà ở và công trình công cộng – Tiêu chuẩn thiết kế và lắp đặt); TCVN 9207-2012 (Đặt đường dẫn điện trong nhà ở và công trình công cộng); QCXD 09-2005 (Quy chuẩn xây dựng Việt Nam về các công trình sử dụng năng lượng có hiệu quả); TCXD 27:1991; TCXDVN 46-2007 và TCVN 46-84 (Tiêu chuẩn chống sét cho công trình xây dựng); tiêu chuẩn chống sét của Pháp NFC 17-102/1995; TCVN 8698:2011 (Mạng viễn thông – Cáp sợi đồng thông tin CAT.6E).
  • Quy phạm ngành điện: 11 TCN 18-2006, 11 TCN 19-2006, 11 TCN 20-2006 (Quy phạm Trang bị Điện: Phần I – Quy định chung, Phần II – Hệ thống đường dẫn điện, Phần III – Trang bị phân phối và trạm biến áp).
  • Tài liệu tra cứu: Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ $0,4$ đến $500,\text{kV}$ của tác giả Ngô Hồng Quang.

Phương pháp nghiên cứu và tính toán kỹ thuật được áp dụng bao gồm:

  • Phương pháp xác định phụ tải tính toán: Sử dụng phương pháp suất phụ tải trên đơn vị diện tích ($P_0$ tính bằng $\text{W/m}^2$), kết hợp hệ số nhu cầu ($K_{nc}$), hệ số sử dụng đồng thời ($K_{dt}$) theo quy định TCVN 9206-2012 đối với từng nhóm hộ tiêu thụ và số mạch nhánh. Phụ tải động lực (thang máy, hệ thống bơm nước) tính theo công suất định mức và hệ số yêu cầu.
  • Phương pháp lựa chọn dây dẫn và cáp điện: Lựa chọn tiết diện dây dẫn trung áp theo mật độ dòng điện kinh tế ($J_{kt}$) kết hợp kiểm tra độ sụt áp ($\Delta U_{cp}$) và điều kiện ổn định nhiệt dòng ngắn mạch; lựa chọn cáp hạ áp và thanh dẫn theo điều kiện dòng điện phát nóng lâu dài cho phép ($I_{cp} \ge I_{tt}$), có xét đến hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ môi trường ($K_1$) và hệ số gộp cáp đặt chung rãnh ($K_2$).
  • Phương pháp tính toán ngắn mạch: Giả thiết ngắn mạch xa nguồn, xác định dòng ngắn mạch chu kỳ siêu quá độ ($I''$), dòng ngắn mạch ổn định và dòng xung kích ($I_{xk}$) để kiểm tra khả năng đóng cắt của máy cắt, dao cách ly và độ ổn định điện động của thanh dẫn.
  • Phương pháp tính toán nối đất và chống sét: Tính toán điện trở nối đất theo phương pháp mạch vòng cọc thép góc và thanh thép dẹt liên kết; xác định bán kính bảo vệ chống sét theo mô hình phát tia tiên đạo sớm (E.S.E).
  • Nguồn dữ liệu: Bản vẽ mặt bằng kiến trúc công trình chung cư Nơ 23 Pháp Vân, số liệu công suất thiết bị từ các nhà sản xuất (Mitsubishi, Philips, CADIVI, ABB, Siemens).

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Hệ thống cung cấp điện cho công trình được triển khai theo giải pháp kỹ thuật tích hợp:

  • Hệ thống cấp nguồn trung áp và trạm biến áp: Nguồn cấp nhận từ tuyến đường dây trên không $110/22,\text{kV}$ của thành phố, chuyển tiếp bằng cáp ngầm $22,\text{kV}$ vào trạm biến áp đặt tại khuôn viên khu đất. Trạm biến áp được thiết kế theo kiểu trạm kín (trạm xây độc lập) gồm 3 khoang chức năng riêng biệt: phòng cao áp, phòng máy biến áp và phòng hạ áp. Cấu hình sử dụng 01 máy biến áp 3 pha ngâm dầu $22/0,4,\text{kV}$ công suất $560,\text{kVA}$.
  • Hệ thống phân phối điện tòa nhà và thanh dẫn Busway: Nguồn hạ áp từ tủ phân phối chính của trạm biến áp cấp vào tủ điện tổng tòa nhà (MSB). Trục cấp điện đứng dọc theo hộp kỹ thuật tòa nhà sử dụng hệ thống thanh dẫn Busway vỏ nhôm cách điện màng polyester cấp B/F (Dupont Mylar/Melinex), thay thế cáp truyền thống nhằm tối ưu hóa khả năng chịu quá tải, giảm tổn thất điện năng, tiết kiệm không gian lắp đặt và giảm chi phí đầu tư. Từ tủ điện các tầng, nguồn phân phối tới tủ điện căn hộ qua máng cáp và ống luồn bảo vệ.
  • Ứng dụng phần mềm DIALux trong thiết kế chiếu sáng: Tác giả sử dụng công cụ mô phỏng chuyên dụng DIALux để dựng mô hình không gian 3D phòng sinh hoạt chung căn hộ điển hình (diện tích $23,\text{m}^2$, kích thước $4,8,\text{m} \times 4,7,\text{m} \times 2,4,\text{m}$), đưa thông số trắc quang của bộ đèn âm trần LED Philips DN130B (công suất $11,\text{W}$, quang thông $1.100,\text{lm}$) để tính toán biểu đồ độ rọi, kiểm chứng chỉ tiêu quang thông thực tế ($9.900,\text{lm}$) và đạt độ rọi thiết kế $300,\text{lx}$.
  • Hệ thống chống sét và tiếp địa: Bảo vệ chống sét trực tiếp bằng kim thu sét phát tia tiên đạo sớm PDC E60 (bán kính bảo vệ cấp III đạt $102,\text{m}$ tại độ cao $H = 5,\text{m}$). Công trình bố trí 2 hệ thống nối đất riêng biệt: hệ thống nối đất an toàn điện (yêu cầu $R_{nđ} \le 4,\Omega$) và hệ thống nối đất chống sét (yêu cầu $R_{nđ} \le 10,\Omega$).
  • Hạ tầng điện nhẹ (ELV): Thiết kế mạng cáp quang FTTH singlemode với tủ phân phối ODF 144FO đặt tại tầng hầm, kết nối cáp trục 8FO đến các tủ kỹ thuật tầng và cáp 2FO vào từng căn hộ, kết thúc bằng mạng nội bộ cáp đồng UTP Cat6e.

Nội dung chính theo từng phần và chương

Phần I: Thiết kế hệ thống cung cấp điện tòa nhà

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về thiết kế

Chương này thiết lập 4 tiêu chí cốt lõi trong thiết kế cung cấp điện: độ tin cậy cung cấp điện (phân loại hộ tiêu thụ loại 1, loại 2, loại 3); chất lượng điện năng (giới hạn sai lệch tần số và điện áp); tính kinh tế (tối ưu hóa tổng chi phí đầu tư và chi phí vận hành hàng năm $Z = K \cdot k_{tc} + C_{vh}$); an toàn điện cho người và thiết bị. Đồng thời, chương 1 giới thiệu chi tiết kiến trúc công trình Chung cư Nơ 23 Pháp Vân với bảng phân bố diện tích 10 tầng:

Tầng Diện tích sàn ($m^2$) Chức năng bố trí
Tầng 1 928 Khu dịch vụ, sảnh, phòng kỹ thuật
Tầng 2 276 Khối căn hộ ở
Tầng 3 276 Khối căn hộ ở
Tầng 4 276 Khối căn hộ ở
Tầng 5 276 Khối căn hộ ở
Tầng 6 276 Khối căn hộ ở
Tầng 7 276 Khối căn hộ ở
Tầng 8 276 Khối căn hộ ở
Tầng 9 276 Khối căn hộ ở
Tầng 10 276 Khối căn hộ ở và tầng áp mái

Chương 2: Tính toán phụ tải điện và chọn phương án

Tác giả trình bày phương pháp giải tích xác định phụ tải tính toán cho từng thành phần:

  • Chiếu sáng: Áp dụng suất phụ tải $P_0$ theo QCXD 09-2005 (phòng khách/bếp: $10 - 15,\text{W/m}^2$, tiền sảnh: $5 - 10,\text{W/m}^2$, hành lang: $3 - 5,\text{W/m}^2$).
  • Ổ cắm: Áp dụng TCXD 27:1991, công suất một bộ ổ cắm đôi lấy $300,\text{W}$, suất phụ tải phòng sinh hoạt $P_{0oc} = 30,\text{W/m}^2$.
  • Điều hòa không khí: Tính toán theo thể tích không gian với quy đổi $1,\text{BTU} \approx 0,09,\text{W}$.
  • Áp dụng căn hộ điển hình (phòng sinh hoạt chung $23,\text{m}^2$ - Tầng 3): Phụ tải chiếu sáng chọn 9 bộ đèn LED Philips $11,\text{W}$ ($P_{tt_cs} = 99,\text{W}$); phụ tải ổ cắm gồm 3 bộ ổ đôi ($P_{tt_oc} = 540,\text{W}$ với $K_{sd} = 0,6$); phụ tải điều hòa 1 máy $18.000,\text{BTU}$ ($P_{tt_đh} = 1.620,\text{W}$). Tổng công suất tính toán của phòng với hệ số đồng thời 3 nhánh ($K_{dt} = 0,9$) đạt $P_p = 2.033,1,\text{W} = 2,0331,\text{kW}$.
  • Mô phỏng DIALux: Thiết lập thông số và chạy mô phỏng chiếu sáng 3D cho phòng sinh hoạt chung, thẩm định độ rọi thực tế đạt yêu cầu kỹ thuật.
  • Phụ tải động lực: Hệ thống thang máy Mitsubishi ACE-P-1350-10CO ($11,\text{kW}$, tải trọng $700 - 900,\text{kg}$) có tổng công suất $P_{tm} = 23,\text{kW}$; hệ thống trạm bơm gồm 2 bơm sinh hoạt ($5,5,\text{kW/bơm}$), 1 bơm nước thải ($1,\text{kW}$), 1 bơm chữa cháy chính ($110,\text{kW}$), tổng công suất bơm $P_{bơm} = 122,\text{kW}$. Tổng phụ tải động lực $P_{đl} = 145,\text{kW}$.
  • Tổng hợp phụ tải toàn tòa nhà: Kết hợp phụ tải các tầng và phụ tải động lực có xét hệ số đồng thời, xác định công suất tác dụng tính toán $P_{Toà} = 279,784,\text{kW}$. Với hệ số công suất tính toán $\cos\varphi = 0,85$, công suất biểu kiến yêu cầu của tòa nhà là $S_{Toà} = 329,15,\text{kVA}$.

Chương 3: Chọn các thiết bị trong tủ điện tòa nhà

Chương này đưa ra quy trình tính chọn thiết bị đóng cắt và dẫn điện hạ áp:

  • Tính chọn Aptomat (MCCB/MCB): Căn cứ theo điện áp định mức ($U_{đm} \ge U_{lưới}$), dòng điện định mức ($I_{đm} \ge I_{tt}$) và dòng cắt ngắn mạch định mức ($I_{cđm} \ge I_N$). Với căn hộ mẫu, công suất tính toán $P_{ch} = 6.328,\text{W}$, tính chọn MCB bảo vệ loại 2 cực $40,\text{A}$.
  • Lựa chọn cáp và dây dẫn: Áp dụng điều kiện dòng phát nóng lâu dài $I_{cp} \ge I_{tt}$, cáp cấp nguồn cho căn hộ chọn loại dây đồng bọc PVC ký hiệu CU/PVC $2(1 \times 4,\text{mm}^2) + \text{E}4,\text{mm}^2$ với $I_{đm} = 44,\text{A}$.
  • Tính chọn thanh cái và Busway: Tính toán lựa chọn thanh Busway nhôm dọc trục tòa nhà; thanh cái phân phối tại tủ điện tầng 3 với dòng tính toán $I_{tt} = 212,61,\text{A}$ được chọn là thanh đồng kích thước $20 \times 6,\text{mm}^2$.

Phần II: Thiết kế trạm biến áp và hệ thống nối đất, chống sét

Chương 1: Giới thiệu trạm biến áp và cấu hình trạm biến áp

Phân tích lựa chọn công suất máy biến áp dựa trên công suất tính toán toàn tòa nhà ($S_{Toà} = 329,15,\text{kVA}$). Tác giả lựa chọn phương án lắp đặt 01 máy biến áp 3 pha ngâm dầu công suất định mức $S_{đm} = 560,\text{kVA}$, cấp điện áp $22/0,4,\text{kV}$. Trạm được xây dựng theo kiểu trạm kín trong khuôn viên công trình nhằm bảo đảm an toàn, giảm độ ồn và đáp ứng yêu cầu mỹ quan đô thị. Tính toán thời gian sử dụng công suất lớn nhất $T_{max} = 4.500,\text{h}$, xác định tổn thất công suất không tải $\Delta P_0 = 1.000,\text{W}$, tổn thất ngắn mạch $\Delta P_n = 5.500,\text{W}$, điện áp ngắn mạch $U_N% = 4,5%$, dòng không tải $i_0% = 2%$.

Chương 2: Lựa chọn các phần tử trong trạm biến áp

Chương 2 trình bày chi tiết các phép tính kiểm tra phần tử thiết bị phía trung và hạ áp:

  • Cáp trung áp 22 kV: Tuyến cáp gồm $3,\text{km}$ đường dây trên không AC-6 kết hợp $20,\text{m}$ cáp ngầm. Tính chọn theo mật độ dòng kinh tế $J_{kt} = 3,1,\text{A/mm}^2$, sử dụng cáp đồng 3 lõi CADIVI ký hiệu CU/XLPE/PVC/DSTA/PVC $24,\text{kV} - (3 \times 35),\text{mm}^2$. Tổn thất điện áp tính toán $\Delta U = 28,01,\text{V}$, nhỏ hơn nhiều so với tổn thất cho phép $\Delta U_{cp} = 5% \times 22.000,\text{V} = 1.100,\text{V}$.
  • Tính toán ngắn mạch trung áp: Giả thiết trạm biến áp trung gian có công suất cắt máy cắt $S_{cđm} = 250,\text{MVA}$, tính toán dòng ngắn mạch chu kỳ siêu quá độ tại thanh cái $22,\text{kV}$ đạt $I_N = 6,03,\text{kA}$. Cáp $35,\text{mm}^2$ được kiểm tra thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch.
  • Thiết bị bảo vệ trung áp: Chọn bộ chống sét van Siemens 3EG4 ($U_{đm} = 24,\text{kV}$, dòng thoát sét định mức $5,\text{kA}$, điện trở phi tuyến Cacbuasilic); chọn dao cắt phụ tải ABB loại NPS24B1-K4J2 dập hồ quang bằng khí SF6 ($U_{đm} = 24,\text{kV}$, $I_{đm} = 400,\text{A}$, dòng ổn định động $40,\text{kA}$); phối hợp bảo vệ bằng cầu chì ống Siemens ($I_{đm} = 32,\text{A}$, dòng cắt định mức $40,\text{kA}$).
  • Cáp hạ áp tổng và máy cắt hạ áp: Dòng làm việc cưỡng bức qua hạ áp máy biến áp $560,\text{kVA}$ là $808,29,\text{A}$. Tác giả chọn giải pháp gộp 7 sợi cáp CADIVI CU/XLPE/PVC $0,6/1,\text{kV} - (2 \times 50),\text{mm}^2$ ($I_{cp} = 225,\text{A}$ mỗi sợi, xét hệ số $K_1 = 1$, $K_2 = 0,7$). Máy cắt tổng hạ áp chọn loại 3 cực hạ áp ABB dòng định mức $1.250,\text{A}$ (mã hiệu CM1600N / 3AF), dòng cắt ngắn mạch định mức $25,\text{kA}$.

Chương 3: Tính toán hệ thống nối đất trạm biến áp

Trạm biến áp yêu cầu điện trở nối đất $R_{nđ} \le 4,\Omega$. Đất khu vực đồng bằng có điện trở suất tính toán $\rho = 0,4 \times 10^4,\Omega\cdot\text{cm}$, hệ số mùa $k_m = 1,5$. Hệ thống tiếp địa sử dụng cọc thép góc L60x60x6 dài $2,5,\text{m}$, liên kết bằng thanh thép dẹt $40 \times 4,\text{mm}$ chôn sâu $0,8,\text{m}$ theo mạch vòng chu vi $34,\text{m}$. Tính toán xác định điện trở 1 cọc $R_{1c} = 17,88,\Omega$. Kết quả tính toán thiết kế bố trí mạch vòng gồm 4 cọc thép góc đóng cách nhau trên $2,5,\text{m}$, thỏa mãn trị số điện trở nối đất thực tế nhỏ hơn $4,\Omega$. Trung tính máy biến áp nối đất bằng cáp đồng $95,\text{mm}^2$, vỏ kim loại thiết bị nối bằng thép tròn $\phi 10$.

Chương 4: Thiết kế hệ thống chống sét và nối đất cho tòa nhà

  • Hệ thống chống sét: Phân tích so sánh 3 giải pháp chống sét (mô hình cột Franklin, mô hình quả cầu lăn, mô hình phát tia tiên đạo sớm). Tác giả lựa chọn kim thu sét phát tia tiên đạo E.S.E loại PDC E60 (chiều cao $410,\text{mm}$, bầu kim đường kính $83,\text{mm}$ bằng thép không gỉ), đặt tại vị trí cao nhất trên mái công trình. Với chiều cao kim so với mái $h = 5,\text{m}$, chiều cao ảo xung phát tia tiên đạo $D = 60,\text{m}$ theo NFC 17-102/1995, kim tạo bán kính bảo vệ cấp III $R_{bv} = 102,\text{m}$, bao bọc toàn bộ khối nhà chính diện tích $781,\text{m}^2$.
  • Hệ thống nối đất tòa nhà: Bố trí hệ thống tiếp địa an toàn điện ($R_{nđ} \le 4,\Omega$) độc lập với tiếp địa chống sét ($R_{nđ} \le 10,\Omega$). Hệ thống tiếp địa chống sét bố trí mạch vòng gồm các cọc thép dẹt/thép góc chôn sâu $0,8,\text{m}$, tính toán mạch gồm 6 cọc khuếch tán dòng sét, đạt tổng trở nối đất thực tế nhỏ hơn $10,\Omega$, đảm bảo an toàn tuyệt đối khi thoát dòng sét.

Phần III: Thiết kế hệ thống điện nhẹ và bóc tách khối lượng phần điện

Chương 1: Thiết kế hệ thống điện nhẹ

Hạ tầng viễn thông nội bộ sử dụng mạng cáp quang singlemode FTTH theo tiêu chuẩn TCVN 8698:2011:

  • Đặt 01 tủ phối quang ODF 144FO tại phòng kỹ thuật tầng hầm làm điểm tập trung dữ liệu nhà mạng.
  • Trục đứng sử dụng cáp quang singlemode 8FO dẫn từ tầng hầm lên các tủ kỹ thuật tầng (trung bình 3 tầng bố trí 1 tủ tầng).
  • Từ tủ tầng, kéo cáp quang 2FO vào hộp kỹ thuật của từng căn hộ.
  • Trong từng căn hộ trang bị modem quang, module VoIP và bộ chia truyền hình, phân phối ra các ổ cắm điện thoại, internet bằng cáp xoắn đôi 4 đôi dây Cat6e UTP.

Chương 2: Bóc tách khối lượng phần điện

Thực hiện công tác tổng hợp, lập danh mục định lượng chi tiết vật tư, thiết bị điện theo các bảng tính toán thiết kế (tham chiếu hệ thống phụ lục bảng tính Excel số 4, 5 và 6 về quy cách aptomat, chiều dài và chủng loại cáp điện, kích thước thanh dẫn Busway và thiết bị trạm biến áp).

Kết quả và đóng góp kỹ thuật

Kết quả tính toán kỹ thuật chính

Hệ thống các thông số và cấu hình thiết bị được xác lập xuyên suốt đồ án được tổng hợp trong bảng sau:

Hạng mục kỹ thuật Thông số / Quy cách lựa chọn trong đồ án Căn cứ kỹ thuật / Giá trị kiểm tra
Phụ tải tác dụng tòa nhà ($P_{Toà}$) $279,784,\text{kW}$ Tổng hợp phụ tải sinh hoạt và $145,\text{kW}$ động lực
Công suất biểu kiến tòa nhà ($S_{Toà}$) $329,15,\text{kVA}$ Tính toán với $\cos\varphi = 0,85$
Máy biến áp trạm 01 máy 3 pha ngâm dầu $560,\text{kVA} - 22/0,4,\text{kV}$ Thỏa mãn $S_{đm} \ge S_{Toà}$ ($560 > 329,15,\text{kVA}$)
Cáp trung áp 22 kV CU/XLPE/PVC/DSTA/PVC $24,\text{kV} - (3 \times 35),\text{mm}^2$ $J_{kt} = 3,1,\text{A/mm}^2$; $\Delta U = 28,01,\text{V} \le 1.100,\text{V}$
Chống sét van trung áp Siemens 3EG4 vỏ sứ, điện trở SiC $U_{đm} = 24,\text{kV} \ge 22,\text{kV}$, dòng xả $5,\text{kA}$
Thiết bị đóng cắt trung áp Dao cắt phụ tải SF6 ABB NPS24B1-K4J2 + Cầu chì Siemens $U_{đm} = 24,\text{kV}$, $I_{đm} = 400,\text{A}$, chì $32,\text{A}$ ($I_{cđm} = 40,\text{kA}$)
Cáp hạ áp tổng trạm Gộp 7 sợi CU/XLPE/PVC $0,6/1,\text{kV} - (2 \times 50),\text{mm}^2$ Đáp ứng dòng cưỡng bức $I_{cb} = 808,29,\text{A}$
Máy cắt tổng hạ áp ABB mã CM1600N / 3AF $I_{đm} = 1.250,\text{A}$, dòng cắt ngắn mạch $I_N = 25,\text{kA}$
Trục phân phối đứng Hệ thống thanh dẫn Busway vỏ nhôm Dòng định mức cao, cách điện màng polyester cấp B/F
Kim thu sét tòa nhà Kim phóng tia tiên đạo E.S.E PDC E60 Bán kính bảo vệ $R_{bv} = 102,\text{m}$ (Cấp III, $h = 5,\text{m}$)
Hệ thống nối đất Cọc thép góc L60x60x6 chôn sâu $0,8,\text{m}$ + thép dẹt $40 \times 4$ Trạm biến áp: $R_{nđ} < 4,\Omega$; Chống sét: $R_{nđ} < 10,\Omega$

Đóng góp thực tiễn của đồ án

Đồ án đã xây dựng một hồ sơ thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một công trình chung cư cao tầng thực tế, kết nối xuyên suốt từ khâu phân tích mặt bằng kiến trúc, dự báo phụ tải, lựa chọn trạm biến áp, đến mạng phân phối hạ tầng và bảo vệ an toàn. Việc áp dụng công nghệ thanh dẫn Busway thay cho phương án cáp truyền thống dọc trục kỹ thuật tòa nhà và lựa chọn kim thu sét phát tia tiên đạo sớm PDC E60 thể hiện tính cập nhật về công nghệ thiết bị điện hiện đại, đảm bảo tính kinh tế, tính linh hoạt trong vận hành và nâng cao thẩm mỹ công trình. Đồng thời, việc ứng dụng phần mềm DIALux vào thiết kế chiếu sáng giúp trực quan hóa và nâng cao độ chính xác của kỹ thuật trắc quang so với các phương pháp tính toán hệ số sử dụng truyền thống.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Dựa trên nội dung và phạm vi được trình bày trong thuyết minh đồ án, công trình tồn tại một số điểm hạn chế kỹ thuật:

  • Mức độ chi tiết của phụ tải điều hòa: Hệ thống cấp điện cho điều hòa không khí mới dừng lại ở bước tính toán công suất quy đổi tổng thể theo diện tích sàn ($1,\text{BTU} \approx 0,09,\text{W}$) và để sẵn đầu chờ nguồn tại tủ phòng, chưa thiết kế mạng cấp nguồn chi tiết và phương án điều khiển cho các hệ thống điều hòa trung tâm (VRV/VRF) hoặc hệ thống thông gió sự cố (hút khói hành lang, tăng áp cầu thang).
  • Giả định thông số ngắn mạch đầu nguồn: Do không có đầy đủ số liệu thực tế về tổng trở của hệ thống điện phân phối khu vực, phép tính ngắn mạch trung áp phải dựa trên giả thiết định mức công suất cắt máy cắt đầu nguồn của trạm trung gian ($S_{cđm} = 250,\text{MVA}$ của Liên Xô).
  • Nguồn điện dự phòng: Thuyết minh có đề cập đến sự cần thiết của hệ thống máy phát điện dự phòng cho phụ tải ưu tiên loại 1 và động lực (bơm chữa cháy, thang máy), nhưng chưa trình bày chi tiết chương tính toán chọn dung lượng máy phát điện Diesel và cấu hình tủ chuyển nguồn tự động (ATS).
  • Bóc tách khối lượng: Phần bóc tách khối lượng chủ yếu dẫn chiếu sang các phụ lục bảng tính Excel mà chưa được tích hợp chi tiết đơn giá, dự toán tổng mức đầu tư hoàn chỉnh trong văn bản chính.

Hướng phát triển tiếp theo của đề tài bao gồm việc bổ sung tính toán chi tiết hệ thống máy phát điện tự động ATS, thiết kế chi tiết mạng điều khiển BMS (Building Management System) cho toàn bộ tòa nhà và mở rộng tính toán hệ thống phòng cháy chữa cháy liên động với hệ thống cắt điện tự động khi xảy ra sự cố.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện, Điện tử, Hệ thống điện, Cơ điện công trình (M&E): Làm tài liệu mẫu phục vụ học phần Đồ án Cung cấp điện, Đồ án tốt nghiệp đại học chuyên ngành thiết kế điện công trình dân dụng và công nghiệp.
  • Kỹ sư thiết kế M&E mới vào nghề: Tham khảo các bước tính toán thực tế từ xác định phụ tải, ứng dụng DIALux, tra cứu thông số cáp CADIVI, thiết bị đóng cắt ABB/Siemens, thiết kế trạm biến áp kiểu xây và lựa chọn thanh dẫn Busway.
  • Các phần đáng tham khảo nhất trong văn bản: Quy trình ứng dụng DIALux tính toán phòng điển hình (Chương 2 Phần I); phương pháp tính toán kiểm tra ổn định nhiệt và tổn thất điện áp cho tuyến cáp trung áp kết hợp đường dây không và cáp ngầm (Chương 2 Phần II); phương pháp tính toán nối đất mạch vòng cho trạm biến áp và nối đất chống sét bằng kim phát tia tiên đạo PDC E60 (Chương 3 và Chương 4 Phần II).

Câu hỏi thường gặp

1. Tổng công suất tính toán và phương án cấp nguồn tổng thể cho Chung cư Nơ 23 Pháp Vân là gì?
Tổng công suất tác dụng tính toán của toàn bộ tòa nhà là $P_{Toà} = 279,784,\text{kW}$. Với hệ số công suất $\cos\varphi = 0,85$, công suất biểu kiến tính toán là $S_{Toà} = 329,15,\text{kVA}$. Nguồn cấp điện được lấy từ lưới điện $110/22,\text{kV}$ của thành phố qua đường dây trung áp $22,\text{kV}$, đưa vào 01 trạm biến áp kiểu kín đặt tại khu đất công trình, trang bị 01 máy biến áp ngâm dầu công suất định mức $560,\text{kVA} - 22/0,4,\text{kV}$.

2. Tại sao tác giả lựa chọn thanh dẫn Busway thay thế cáp điện truyền thống cho trục đứng tòa nhà?
Busway được lựa chọn cho trục cấp điện đứng vì các ưu điểm vượt trội: khả năng dẫn dòng lớn (lên tới $6.300,\text{A}$), khả năng chịu nhiệt và quá tải cao (vật liệu cách điện chịu nhiệt đến $150^\circ\text{C}$ so với $120^\circ\text{C}$ của vỏ XLPE trên cáp thường), ít tổn hao, dễ dàng trích công suất tại từng tầng qua các hộp cắm (plug-in), tính thẩm mỹ cao, tiết kiệm diện tích hộp kỹ thuật và giá thành tổng thể khi dùng lõi nhôm rẻ hơn từ $30% - 50%$ so với phương án dùng cáp đồng truyền thống có cùng dòng tải.

3. Tuyến cáp trung áp cấp nguồn cho trạm biến áp sử dụng loại cáp nào và tổn thất điện áp tính toán là bao nhiêu?
Tác giả lựa chọn tuyến cáp ngầm trung áp $22,\text{kV}$ là loại cáp đồng 3 lõi cách điện XLPE, giáp băng thép, vỏ PVC do CADIVI sản xuất, mã hiệu CU/XLPE/PVC/DSTA/PVC $24,\text{kV} - (3 \times 35),\text{mm}^2$. Tổng tổn thất điện áp trên cả đoạn đường dây trên không ($3,\text{km}$) và đoạn cáp ngầm ($20,\text{m}$) là $\Delta U = 28,01,\text{V}$, hoàn toàn thỏa mãn giới hạn cho phép $\Delta U_{cp} = 5% \times 22.000,\text{V} = 1.100,\text{V}$.

4. Thiết bị và giải pháp chống sét cho công trình được thiết kế như thế nào?
Công trình áp dụng giải pháp chống sét đánh trực tiếp theo mô hình phát tia tiên đạo sớm (E.S.E), sử dụng 01 kim thu sét PDC E60 (chiều cao $410,\text{mm}$, bầu kim đường kính $83,\text{mm}$ bằng thép không gỉ). Đặt kim trên mái với độ cao $h = 5,\text{m}$, bán kính bảo vệ ở cấp bảo vệ III đạt $R_{bv} = 102,\text{m}$ (tính toán theo tiêu chuẩn NFC 17-102/1995 với chiều cao ảo xung $D = 60,\text{m}$), bảo vệ an toàn cho toàn bộ mặt bằng khối nhà chính diện tích $781,\text{m}^2$.

5. Cấu trúc mạng điện nhẹ hạ tầng Internet của tòa nhà được thiết kế ra sao?
Hệ thống mạng internet sử dụng công nghệ cáp quang singlemode FTTH theo TCVN 8698:2011. Tòa nhà sử dụng 01 tủ phối quang tổng ODF 144FO đặt tại tầng hầm. Từ tầng hầm, cáp quang singlemode 8FO được kéo lên các tủ kỹ thuật tầng (3 tầng chung 1 tủ). Từ tủ tầng kéo cáp quang singlemode 2FO đến hộp kỹ thuật từng căn hộ. Đầu ra đến các ổ cắm internet/thoại trong phòng khách và phòng ngủ sử dụng cáp mạng 4 đôi UTP Cat6e.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Võ Văn Thọ đã hoàn thành đầy đủ nhiệm vụ thiết kế hệ thống cung cấp điện cho Chung cư cao tầng Nơ 23 Pháp Vân với quy mô 10 tầng, đáp ứng đúng các quy phạm và tiêu chuẩn xây dựng hiện hành. Bản thiết kế giải quyết đồng bộ từ việc tính toán phụ tải điện, ứng dụng phần mềm DIALux mô phỏng chiếu sáng, thiết kế trạm biến áp kín $560,\text{kVA}$, cho đến phương án phân phối điện bằng thanh dẫn Busway và bảo vệ chống sét bằng kim phát tia tiên đạo PDC E60. Toàn bộ nội dung là tài liệu thực hành thiết kế kỹ thuật điện công trình dân dụng rõ ràng, chuẩn xác về mặt phương pháp và số liệu tính toán.