Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Sự gia tăng nhanh chóng của các công trình nhà cao tầng tại các đô thị đặt ra yêu cầu nghiêm ngặt về kỹ thuật và an toàn trong thiết kế hệ thống cung cấp điện. Tòa nhà cao tầng là loại công trình có mật độ phụ tải tập trung cao trong không gian xây dựng giới hạn, phụ tải phong phú về điện áp, công suất, số pha và đòi hỏi tính liên tục cấp điện cao đối với các hệ thống phòng cháy chữa cháy, chiếu sáng sự cố và thang máy. Việc thiết kế hệ thống điện không chỉ phải thỏa mãn các tiêu chuẩn kỹ thuật xây dựng hiện hành mà còn phải giải quyết bài toán cân bằng giữa độ tin cậy vận hành và chi phí đầu tư kinh tế.
Đồ án tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Minh Tâm (ngành Kỹ thuật Điện, dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Phúc Huy) thực hiện đề tài thiết kế cung cấp điện cho công trình chung cư A2 tại 54 Hạ Đình. Mục tiêu nghiên cứu tổng thể của đồ án được cụ thể hóa thành 7 nhiệm vụ kỹ thuật chính:
- Khảo sát hiện trạng kiến trúc và đặc điểm công trình, phân loại phụ tải và xác định các yêu cầu kỹ thuật cấp điện cho tòa nhà cao tầng.
- Xác định phụ tải tính toán cho toàn bộ công trình (khối căn hộ, phụ tải động lực, khu thương mại dịch vụ) và tính toán bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất.
- So sánh, lựa chọn phương án cấp điện trung áp, phương án trạm biến áp, dung lượng máy biến áp, máy phát điện dự phòng và tủ chuyển nguồn tự động ATS.
- Tính toán dòng ngắn mạch, lựa chọn dây dẫn, thanh dẫn Busway và các thiết bị đóng cắt, đo lường, bảo vệ phía trung áp và hạ áp; kiểm tra sụt áp mạng điện.
- Tính toán xác suất sét đánh, lựa chọn giải pháp chống sét và thiết kế hệ thống nối đất an toàn cho tòa nhà.
- Lập dự toán chi phí đầu tư xây dựng các hạng mục hệ thống điện của công trình.
- Triển khai chuyên đề ứng dụng mô hình thông tin công trình (BIM) và phần mềm Autodesk Revit để thực hiện bản vẽ thi công (shopdrawing).
Đối tượng nghiên cứu là toàn bộ hệ thống cung cấp điện động lực, chiếu sáng, điều hòa, phòng chống sét và tiếp địa của công trình nhà chung cư A2. Phạm vi không gian nghiên cứu giới hạn trong khuôn viên khu đất xây dựng tại địa chỉ 54 Hạ Đình, với quy mô 14 tầng nổi và 1 tầng hầm, tổng diện tích sàn xây dựng là 12.561,56 m². Phạm vi kỹ thuật bao gồm hệ thống điện trung áp cấp điện áp 22 kV từ tủ RMU đô thị, trạm biến áp hạ áp 22/0,4 kV, máy phát điện dự phòng 0,4 kV và mạng phân phối nội bộ đến các tủ điện căn hộ, tuân thủ các quy chuẩn và tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam hiện hành.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Để giải quyết các bài toán thiết kế kỹ thuật, tác giả đã áp dụng hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn xây dựng Việt Nam cùng tài liệu hướng dẫn kỹ thuật quốc tế:
- Tiêu chuẩn TCVN 9206:2012: Đặt thiết bị điện trong nhà ở và công trình công cộng (xác định hệ số đồng thời, hệ số nhu cầu, định mức phụ tải ổ cắm, chiếu sáng và phân loại hộ tiêu thụ).
- Tiêu chuẩn TCVN 9207:2012: Đặt đường dẫn điện trong nhà ở và công trình công cộng (quy định giới hạn độ sụt áp cho phép và phương pháp tính toán sụt áp).
- Tiêu chuẩn TCVN 7830:2015: Máy điều hòa không khí không ống gió – Hiệu suất năng lượng (xác định cấp hiệu suất năng lượng và quy đổi công suất điện của máy lạnh).
- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN: 2015/BCT: Quy chuẩn kỹ thuật điện (áp dụng Điều 24 và Điều 327 về yêu cầu hệ thống và hố thu gom dầu máy biến áp).
- Tài liệu hướng dẫn thiết kế "Electrical Installation Guide 2009" của hãng Schneider Electric (áp dụng tra cứu hệ số mạch ổ cắm và giải pháp lựa chọn khí cụ điện).
Phương pháp nghiên cứu trong đồ án thuộc loại hình thiết kế kỹ thuật công trình, kết hợp giữa tính toán giải tích lý thuyết và mô phỏng chuyên ngành:
- Phương pháp xác định phụ tải tính toán: Sử dụng phương pháp hệ số sử dụng lớn nhất ($K_u$), hệ số đồng thời ($K_s$) và hệ số yêu cầu ($K_{yc}$) dựa trên danh mục công suất đặt thực tế của các căn hộ và thiết bị động lực.
- Phương pháp mô phỏng chiếu sáng: Ứng dụng phần mềm DIALux để tính toán quang thông, xác định số lượng bóng đèn, khoảng cách bố trí và xuất biểu đồ đẳng rọi, hình ảnh mô phỏng không gian 3D dựa trên catalog của hãng Philips.
- Phương pháp giải tích điện kỹ thuật: Thiết lập sơ đồ thay thế để tính toán dòng ngắn mạch tại các thanh cái trung áp 22 kV và hạ áp 0,4 kV; tính toán độ lệch điện áp cực đại; tính toán dung lượng bù công suất phản kháng theo chỉ số $\tan\varphi$; tính toán xác suất sét đánh theo mô hình điện hình học (quả cầu lăn) và mô hình phát xạ sớm.
- Phương pháp lập dự toán công trình: Tổng hợp khối lượng bóc tách từ thiết kế, áp dụng định mức chi phí xây dựng, chi phí thiết bị, chi phí quản lý dự án, tư vấn và dự phòng theo quy định quản lý chi phí đầu tư xây dựng hiện hành.
- Nguồn dữ liệu sử dụng: Bản vẽ thiết kế mặt bằng kiến trúc chung cư A2; thông số kỹ thuật thiết bị từ catalog của các nhà sản xuất gồm Philips (đèn chiếu sáng), Schneider Electric (tủ RMU, thiết bị đóng cắt hạ áp, tủ ATS), Công ty Cổ phần Thiết bị điện Đông Anh - EEMC (máy biến áp) và Cummins (tổ máy phát điện diesel).
Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật
Hệ thống điện tòa nhà chung cư A2 được cấu thành từ các phân hệ trung áp, trạm biến áp, nguồn phát dự phòng, hệ thống phân phối hạ áp trục đứng và các tủ chức năng. Cấu trúc tổng thể được lựa chọn trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật nhằm đáp ứng tiêu chuẩn độ tin cậy cấp điện loại 1 và loại 2:
| Hạng mục thiết bị |
Chủng loại / Model được chọn |
Thông số kỹ thuật chính |
Nhà sản xuất / Cung cấp |
| Nguồn trung áp & RMU |
Cáp ngầm chống thấm, tủ RMU |
Cấp điện áp 22 kV, gồm cầu dao phụ tải, máy cắt kèm rơ le |
Schneider Electric |
| Máy biến áp (02 máy) |
Máy biến áp dầu 3 pha |
$S_{đm} = 560\text{ kVA}$, $22/0,4\text{ kV}$, $\Delta P_0 = 870\text{ W}$, $\Delta P_N = 4310\text{ W}$, $I_0% = 1,5%$, $U_N% = 6%$ |
EEMC (Đông Anh) |
| Máy phát điện dự phòng |
Tổ máy diesel C500 D5 |
Công suất cực đại 500 kVA (400 kW), liên tục 455 kVA (364 kW), $230/400\text{ V}$, 50 Hz |
Cummins |
| Tủ chuyển nguồn tự động |
Tủ ATS tự động |
Dòng điện định mức 1000 A, thời gian chuyển đổi tự động/tay |
Schneider Electric |
| Hệ thống bù hạ áp |
Tụ bù tự động (bù động) BLRCS277A332B40 |
06 bình $\times$ 25 kVAr (tổng 150 kVAr) cho mỗi thanh cái hạ áp của từng máy biến áp |
Schneider Electric |
| Trục dẫn điện chính |
Thanh dẫn Busway nhôm (Al) |
Cấp điện trục đứng xuyên tầng kết hợp các bộ lấy điện (plug-in unit) |
Tiêu chuẩn kỹ thuật |
| Đèn chiếu sáng chính |
Đèn downlight âm trần DN 131B D165 |
$1\times\text{LED}10\text{S}/840$, công suất 10,6 W, cấp bảo vệ tiêu chuẩn |
Philips |
Hệ thống phân phối điện nội bộ được triển khai theo sơ đồ một trục đứng đi trong hộp kỹ thuật cạnh buồng thang máy. Điện áp từ tủ phân phối tổng trạm biến áp cấp đến tủ phân phối chính LVSB tại tầng hầm, sau đó dẫn lên các tủ phân phối tầng bằng thanh dẫn Busway. Tủ điện tầng chứa công tơ đo đếm độc lập cho từng căn hộ và cấp nguồn riêng qua cáp đồng luồn ống PVC đi trong máng cáp hành lang.
Mỗi căn hộ được cấp 2 đường nguồn: nguồn thông thường lấy từ máy biến áp và nguồn ưu tiên khống chế mức công suất 500 W qua rơ le nhiệt đặt tại tủ tầng. Khi mất điện lưới, tủ ATS tự động phát tín hiệu khởi động máy phát điện Cummins 500 kVA và chuyển mạch cấp nguồn cho các phụ tải ưu tiên (bơm cứu hỏa, bơm sinh hoạt, quạt tăng áp, chiếu sáng sự cố, thang máy và đường dây ưu tiên 500 W của các căn hộ).
Nội dung chính theo từng chương
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN
Chương này giới thiệu tổng quan quy mô xây dựng công trình chung cư A2 tại 54 Hạ Đình với tổng diện tích $12.561,56\text{ m}^2$, gồm 1 tầng hầm ($948,22\text{ m}^2$), tầng 1 dịch vụ ($928,25\text{ m}^2$) chia thành 5 khu dịch vụ, 13 tầng ở ($11.633,31\text{ m}^2$) bố trí 8 căn hộ/tầng thuộc 3 loại hình diện tích ($104,96\text{ m}^2$, $89,19\text{ m}^2$, $102,32\text{ m}^2$) và tầng mái kỹ thuật. Phụ tải được phân chia thành hai nhóm: phụ tải ưu tiên (hệ thống PCCC, bơm cấp thoát nước, thang máy, quạt tăng áp, chiếu sáng thoát nạn có ắc quy dự phòng 2 giờ) và phụ tải không ưu tiên (sinh hoạt, văn phòng, cho phép mất điện không quá 12 giờ). Chương 1 cũng xác định 4 yêu cầu kỹ thuật: độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng (độ sụt áp cho phép $\le 5%$ theo TCVN 9207:2012), an toàn vận hành và tính kinh tế.
CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA TÒA NHÀ
Tác giả trình bày phương pháp giải tích xác định phụ tải tính toán theo TCVN 9206:2012. Kết quả tính toán chiếu sáng bằng DIALux xác định công suất chiếu sáng căn hộ loại 1 là $673\text{ W}$, loại 2 là $641,2\text{ W}$, loại 3 là $683,6\text{ W}$, khu thương mại tầng 1 là $8.018\text{ W}$, tầng hầm là $1.420\text{ W}$. Tổng công suất tính toán của từng căn hộ gồm chiếu sáng, ổ cắm, bình nước nóng và điều hòa không khí lần lượt là: loại 1 đạt $10.911,08\text{ W}$ ($I_{tt} = 58,35\text{ A}$), loại 2 đạt $10.052,93\text{ W}$ ($I_{tt} = 53,76\text{ A}$), loại 3 đạt $10.746,38\text{ W}$ ($I_{tt} = 57,47\text{ A}$).
| Khối phụ tải |
Công suất đặt / Tổng (W) |
Hệ số áp dụng |
Công suất tính toán $P_{tt}$ (W) |
| Khối căn hộ (toàn bộ 13 tầng) |
$1.085.846,67$ |
$K_s = 0,40$ |
$434.338,7$ |
| Tủ phân phối bơm |
$148.800,0$ |
$K_{yc} = 0,75$ |
$148.800,0$ |
| Tủ phân phối quạt thông gió, tăng áp |
$21.408,0$ |
$K_{yc} = 0,60$ |
$21.408,0$ |
| Khu dịch vụ tầng 1 (5 khu, bảo vệ, SHCĐ) |
$60.393,1$ |
$K_{yc}$ theo lộ |
$60.393,1$ |
| Điều hòa trung tâm |
$150.000,0$ |
$K_{yc} = 1,0$ |
$150.000,0$ |
| Thang máy (02 thang) |
$24.200,0$ |
$K_{nc}$ tra bảng |
$24.200,0$ |
| Tổng phụ tải ưu tiên |
- |
- |
$465.801,1$ |
Ở chế độ bình thường, tổng công suất tính toán sau hệ số đồng thời và dự phòng phát triển $10%$ đạt $P_{yc} = 477.772,5\text{ W}$ (không ưu tiên) và $358.666,8\text{ W}$ (ưu tiên), tương đương tổng công suất biểu kiến yêu cầu toàn tòa nhà là $880.462,5\text{ VA}$. Tại chế độ sự cố mất điện lưới, tổng công suất biểu kiến yêu cầu cấp từ máy phát là $448.333,6\text{ VA}$. Tác giả tính toán bù công suất phản kháng tại thanh cái hạ áp để nâng $\cos\varphi$ từ 0,85 lên 0,95 ($\tan\varphi$ giảm từ 0,620 xuống 0,329), công suất bù tính toán cho MBA1 là $139,06\text{ kVAr}$ và MBA2 là $104,39\text{ kVAr}$, quyết định lắp đặt 6 bộ tụ 25 kVAr cho mỗi thanh cái.
CHƯƠNG 3: CHỌN PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN, TRẠM BIẾN ÁP CHO TÒA NHÀ
Chương này đánh giá các giải pháp cấp điện trung áp 22 kV và cấu hình trạm. Tác giả so sánh 3 phương án bảo vệ trung áp và chọn phương án dùng máy cắt phụ tải kết hợp cầu chì tại tủ RMU Schneider nhằm cân bằng giữa chi phí và độ an toàn. Về trạm biến áp, tác giả chọn phương án đặt 2 máy biến áp vận hành độc lập qua thanh cái có phân đoạn thay vì phương án 1 máy biến áp lớn, giúp giảm thiểu nguy cơ gián đoạn điện toàn phần.
Qua phân tích so sánh kỹ thuật giữa máy biến áp khô và máy biến áp dầu (chi phí, độ ồn, kích thước, khả năng bảo dưỡng), tác giả chọn kiểu trạm kín 4 buồng sử dụng 2 máy biến áp dầu công suất $560\text{ kVA}$ ($22/0,4\text{ kV}$) của EEMC, có bố trí hệ thống thu gom dầu và lớp sỏi chống cháy lan theo QCVN: 2015/BCT. Đối với nguồn điện dự phòng, đồ án lựa chọn 1 tổ máy phát điện diesel Cummins C500 D5 công suất cực đại $500\text{ kVA}$ ($I_{max} = 721,7\text{ A}$) đi kèm tủ chuyển nguồn ATS dòng định mức $1000\text{ A}$ của hãng Schneider.
CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH, LỰA CHỌN DÂY DẪN VÀ CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ
Nội dung chương tập trung xác định dòng ngắn mạch trên thanh cái trung áp 22 kV và thanh cái hạ áp $0,4\text{ kV}$ làm cơ sở kiểm tra độ bền điện động và độ bền nhiệt của khí cụ. Tác giả tiến hành tính toán lựa chọn chi tiết mạng dây dẫn và thiết bị bảo vệ: cáp ngầm trung áp từ cột vào RMU, cáp ngầm từ RMU đến máy biến áp, thanh cái hạ áp, aptomat tổng và aptomat nhánh cho các tủ phân phối LVSB, tủ tầng, tủ căn hộ và các tủ động lực bơm, quạt. Đồng thời, chương 4 thực hiện tính toán tổn thất điện áp cực đại trên các nhánh dẫn xa nhất từ thanh cái hạ áp đến phụ tải căn hộ, đối chiếu và kết luận độ lệch điện áp nằm trong giới hạn cho phép $\le 5%$.
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN NỐI ĐẤT VÀ CHỐNG SÉT CHO TÒA NHÀ
Chương 5 tính toán xác suất sét đánh vào công trình chung cư A2 dựa trên các thông số kích thước hình học (dài, rộng, cao) và mật độ sét đánh tại khu vực Hà Nội. Tác giả phân tích các mô hình bảo vệ chống sét gồm mô hình hình học, mô hình điện hình học (phương pháp quả cầu lăn) và mô hình kim thu sét phát xạ sớm (ESE). Từ đó, đồ án thiết kế giải pháp bảo vệ kết hợp kim thu sét hiện đại lắp đặt trên tầng mái, hệ thống dây dẫn thoát sét xuống đất và hệ thống cọc tiếp địa đóng sâu liên kết mạch vòng, đảm bảo trị số điện trở nối đất an toàn và chống sét đạt yêu cầu quy chuẩn kỹ thuật.
CHƯƠNG 6: DỰ TOÁN CÔNG TRÌNH
Tác giả trình bày phương pháp lập dự toán chi phí đầu tư xây lắp và thiết bị cho hệ thống điện công trình. Các bảng tính chi tiết bóc tách khối lượng và chi phí được lập cho từng hạng mục cụ thể: chi phí tuyến cáp ngầm trung thế, chi phí thiết bị trạm biến áp và tủ hạ thế, chi phí trục dẫn Busway và cáp hạ thế, chi phí hệ thống chiếu sáng và tủ điện tầng. Dự toán tổng hợp bao gồm 4 thành phần chi phí chính: Chi phí xây dựng ($G_{XD}$), Chi phí thiết bị ($G_{TB}$), Chi phí quản lý dự án và tư vấn đầu tư xây dựng ($G_{QLDA}$, $G_{TV}$) và Chi phí dự phòng ($G_{DP}$), cung cấp bức tranh hoàn chỉnh về vốn đầu tư của dự án.
CHƯƠNG 7: CHUYÊN ĐỀ ỨNG DỤNG BIM VÀ REVIT
Chuyên đề tập trung giới thiệu tổng quan về quy trình Mô hình hóa thông tin công trình (Building Information Modeling - BIM) trong xây dựng hiện đại. Tác giả trình bày các công cụ dựng hình chuyên nghiệp của phần mềm Autodesk Revit và trực tiếp triển khai mô hình kiến trúc không gian 3D, mặt bằng tầng dịch vụ và hệ thống cơ điện (shopdrawing) cho chung cư A2. Việc ứng dụng Revit giúp trực quan hóa không gian bố trí hộp kỹ thuật, đường đi của thanh dẫn Busway, máng cáp và giải quyết các xung đột không gian thực tế giữa hệ thống điện với các kết cấu xây dựng và đường ống kỹ thuật khác.
Kết quả và đóng góp
Đồ án đã giải quyết hoàn chỉnh các nội dung tính toán thiết kế hệ thống cung cấp điện cho một công trình cao tầng thực tế với các số liệu cụ thể:
- Xác định chính xác tổng công suất biểu kiến tính toán toàn công trình là $880,46\text{ kVA}$ ở chế độ làm việc bình thường và $448,33\text{ kVA}$ ở chế độ sự cố mất điện lưới.
- Thiết lập giải pháp trạm biến áp 2 máy công suất $2\times 560\text{ kVA}$ của EEMC, vận hành phân đoạn độc lập, kết hợp tổ máy phát điện diesel dự phòng Cummins $500\text{ kVA}$ và tủ ATS Schneider $1000\text{ A}$, đảm bảo cấp điện liên tục cho $100%$ phụ tải ưu tiên.
- Tính toán tối ưu hóa hệ thống bù công suất phản kháng với 12 bộ tụ bù hạ áp $25\text{ kVAr}$ (mỗi MBA 6 bộ), nâng hệ số công suất $\cos\varphi$ toàn công trình từ 0,85 lên 0,95, giúp giảm tổn thất công suất và tổn thất điện áp trên lưới hạ thế.
- Ứng dụng giải pháp kỹ thuật thanh dẫn Busway nhôm thay thế cáp trục đứng truyền thống, kết hợp rơ le nhiệt khống chế phụ tải ưu tiên $500\text{ W}$ tại từng căn hộ.
- Điểm đóng góp mới của đồ án là việc kết hợp phương pháp tính toán truyền thống theo tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam với các công cụ số hóa hiện đại: sử dụng phần mềm DIALux để mô phỏng chiếu sáng 3D và ứng dụng quy trình BIM qua phần mềm Autodesk Revit để triển khai bản vẽ thi công shopdrawing.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Bên cạnh các kết quả đạt được, đồ án tồn tại một số điểm hạn chế gắn liền với phạm vi dữ liệu thiết kế:
- Việc tính toán công suất điều hòa trung tâm phải áp dụng phương pháp quy đổi qua công suất đặt do hồ sơ kỹ thuật ban đầu chưa cung cấp đầy đủ thông số trao đổi nhiệt chi tiết.
- Các tính toán kinh tế mới dừng lại ở bước lập dự toán tổng mức đầu tư ban đầu cho xây lắp và mua sắm thiết bị, chưa xây dựng mô hình đánh giá chi phí vòng đời (Life Cycle Costing - LCC) cũng như chi phí vận hành, bảo dưỡng dài hạn của trạm biến áp và máy phát.
Hướng mở rộng nghiên cứu từ đồ án bao gồm:
- Nghiên cứu tích hợp nguồn năng lượng tái tạo phân tán (như hệ thống điện mặt trời áp mái tòa nhà) kết hợp hệ thống lưu trữ năng lượng (BESS) vào sơ đồ cung cấp điện chung cư.
- Phát triển mô hình tích hợp hệ thống quản lý năng lượng thông minh (BMS/BEMS) nhằm giám sát, tự động sa thải phụ tải không ưu tiên theo thời gian thực.
- Nâng cấp mô hình Revit MEP sang cấp độ BIM 4D (tiến độ thi công) và BIM 5D (quản lý chi phí chi tiết) phục vụ công tác quản lý vận hành tòa nhà.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích đối với sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật điện, Hệ thống điện, Thiết bị điện và Kỹ thuật công trình (MEP) khi thực hiện đồ án môn học hoặc đồ án tốt nghiệp về thiết kế cung cấp điện công trình dân dụng cao tầng. Cụ thể:
- Chương 2 và hệ thống phụ lục cung cấp quy trình tính toán chi tiết phụ tải căn hộ, phụ tải động lực (bơm, quạt, thang máy) và phương pháp xác định dung lượng tụ bù theo đúng TCVN 9206:2012.
- Chương 3 và Chương 4 mang lại giá trị thực hành cao về phương pháp so sánh kinh tế - kỹ thuật lựa chọn máy biến áp, tổ chức sơ đồ nguyên lý trạm phân đoạn, tính toán chọn tủ ATS và kiểm tra ngắn mạch, sụt áp.
- Chương 7 cung cấp góc nhìn thực tiễn về ứng dụng Revit và BIM trong thiết kế cơ điện, phù hợp với xu hướng chuyển đổi số trong ngành xây dựng hiện nay.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao đồ án lại lựa chọn phương án lắp đặt 2 máy biến áp 560 kVA thay vì chọn 1 máy biến áp có công suất lớn tương đương?
Việc lựa chọn 2 máy biến áp $560\text{ kVA}$ vận hành phân đoạn độc lập giúp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Khi một máy biến áp gặp sự cố hoặc cần bảo dưỡng định kỳ, máy biến áp còn lại vẫn duy trì cấp điện cho phụ tải quan trọng mà không làm mất điện toàn bộ tòa nhà. Ngoài ra, giải pháp này giúp giảm dòng ngắn mạch phía hạ áp, đơn giản hóa việc lựa chọn thiết bị bảo vệ và giảm thiểu công suất máy phát điện dự phòng cần huy động.
2. Giải pháp cấp điện cho căn hộ khi có sự cố mất điện lưới được thiết kế như thế nào?
Mỗi căn hộ được cấp nguồn qua hai đường riêng biệt: nguồn chính (cấp toàn bộ thiết bị qua máy biến áp) và nguồn ưu tiên khống chế ở mức $500\text{ W}$ qua rơ le nhiệt đặt tại tủ điện tầng. Khi mất điện lưới, tủ ATS tự động chuyển mạch sang nguồn máy phát Cummins $500\text{ kVA}$, contactor tại tủ tầng tự động kích hoạt đường cấp nguồn ưu tiên $500\text{ W}$ vào căn hộ để duy trì chiếu sáng sảnh, phòng khách và ổ cắm tủ lạnh.
3. Dung lượng hệ thống tụ bù hạ áp được xác định dựa trên những chỉ tiêu nào?
Dung lượng tụ bù được tính toán theo công thức $Q_b = P(\tan\varphi_1 - \tan\varphi_2)$ nhằm nâng hệ số công suất từ $\cos\varphi_1 = 0,85$ ($\tan\varphi_1 = 0,620$) lên $\cos\varphi_2 = 0,95$ ($\tan\varphi_2 = 0,329$). Công suất tính toán bù cho MBA1 là $139,06\text{ kVAr}$ và MBA2 là $104,39\text{ kVAr}$. Tác giả chọn phương án bù động tự động tại thanh cái hạ áp, mỗi máy biến áp lắp đặt 6 bình tụ bù $25\text{ kVAr}$ (tổng dung lượng bù $150\text{ kVAr}$/máy).
4. Vì sao đồ án lựa chọn máy biến áp dầu thay vì máy biến áp khô cho công trình chung cư A2?
Qua bảng so sánh đặc tính kỹ thuật, máy biến áp dầu có giá thành thấp hơn khoảng hai lần so với máy biến áp khô, độ ồn thấp hơn và quy trình bảo dưỡng dễ dàng hơn tại hiện trường. Nhược điểm về nguy cơ cháy nổ của máy biến áp dầu được khắc phục bằng giải pháp thiết kế trạm kín riêng biệt có bố trí hố thu dầu sự cố và lớp sỏi chống cháy lan tuân thủ Điều 24 và Điều 327 của QCVN: 2015/BCT.
5. Khí cụ đóng cắt và rơ le bảo vệ phía trung áp 22 kV được lựa chọn theo cấu hình nào?
Tác giả chọn phương án sử dụng máy cắt phụ tải kết hợp cầu chì đặt trong tủ RMU của hãng Schneider. Cấu hình này cho phép đóng cắt mạch điện khi có tải an toàn, bảo vệ sự cố ngắn mạch máy biến áp bằng cầu chì tin cậy, đồng thời tối ưu hóa chi phí đầu tư hơn so với phương án dùng máy cắt chân không độc lập kết hợp dao cách ly.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Minh Tâm đã xây dựng thành công phương án thiết kế hệ thống cung cấp điện kỹ thuật toàn diện cho tòa nhà chung cư A2 tại 54 Hạ Đình. Các giải pháp kỹ thuật từ lựa chọn nguồn trung áp 22 kV, cấu hình 2 máy biến áp dầu 560 kVA, máy phát Cummins 500 kVA, thanh dẫn Busway và hệ thống tụ bù tự động đều được tính toán nhất quán, chặt chẽ dựa trên các tiêu chuẩn TCVN 9206:2012, TCVN 9207:2012 và QCVN: 2015/BCT. Việc kết hợp phần mềm mô phỏng chiếu sáng DIALux và triển khai chuyên đề BIM/Revit shopdrawing khẳng định tính thực tiễn cao, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu kinh tế - kỹ thuật trong thiết kế cơ điện công trình cao tầng hiện đại.
