Báo cáo đồ án thiết kế hệ thống điện nhà dân dụng 2 tầng - ĐH Cần Thơ

Tổng hợp đồ án điện công nghiệp thiết kế mạng điện nhà dân dụng 2 tầng. Cung cấp đầy đủ file thuyết minh tính toán phụ tải và bản vẽ mặt bằng bố trí.

• Tác giả: Nguyễn Hoàng Son
• Người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Dũng
• Trường học: Đại học Cần Thơ
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Thiết kế hệ thống điện cho nhà dân dụng 2 tầng
• Loại tài liệu: Đồ án
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Cần Thơ

Tóm tắt

I. Tổng quan về đồ án điện công nghiệp thiết kế mạng điện nhà dân dụng 2 tầng

Đồ án điện công nghiệp thiết kế mạng điện cho nhà dân dụng 2 tầng là nhiệm vụ quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật điện, nhằm đảm bảo hệ thống điện hoạt động ổn định, an toàn và hiệu quả. Dự án bao gồm khảo sát hiện trạng, tính toán phụ tải, lựa chọn thiết bị bảo vệ, hệ thống chiếu sáng và chống sét phù hợp. Yêu cầu bắt buộc là tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia (TCVN) và quốc tế (IEC) như TCVN 7114-1:2008 cho chiếu sáng, TCVN 9208:2012 cho hệ thống điện nhà ở. Bên cạnh đó, đồ án cần trình bày đầy đủ bản vẽ thiết kế, thuyết minh tính toán và bảng thống kê thiết bị. Kết quả đạt được là hệ thống điện tối ưu về chi phí đầu tư nhưng vẫn đáp ứng yêu cầu vận hành bền vững.

1.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của đồ án

Mục tiêu chính của đồ án là thiết kế mạng điện cho ngôi nhà dân dụng 2 tầng tại thành phố Cần Thơ, đảm bảo đáp ứng nhu cầu sử dụng điện sinh hoạt và chiếu sáng. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khảo sát hiện trạng hệ thống điện, phân tích đặc tính phụ tải theo từng tầng, tính toán công suất chiếu sáng, điều hòa không khí và hệ thống chống sét. Đồ án cũng đề xuất giải pháp lắp đặt thiết bị bảo vệ như CB, RCCB, dây dẫn phù hợp với tiêu chuẩn TCVN 9208:2012. Ngoài ra, bản vẽ thiết kế bao gồm sơ đồ nguyên lý, mặt bằng bố trí thiết bị và bảng thống kê chi tiết.

1.2. Tầm quan trọng của thiết kế mạng điện dân dụng

Thiết kế mạng điện dân dụng 2 tầng đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo an toàn điện, tiết kiệm năng lượng và nâng cao chất lượng cuộc sống. Một hệ thống điện được thiết kế đúng tiêu chuẩn sẽ hạn chế nguy cơ cháy nổ, điện giật và hư hỏng thiết bị do quá tải. Đặc biệt, với ngôi nhà 2 tầng, việc phân chia phụ tải theo tầng, lựa chọn dây dẫn có tiết diện phù hợp và lắp đặt hệ thống chống sét là bắt buộc. Đồ án này không chỉ cung cấp giải pháp kỹ thuật mà còn là tài liệu tham khảo cho các dự án tương tự trong tương lai.

II. Phân tích các vấn đề trong thiết kế mạng điện cho nhà 2 tầng

Thiết kế mạng điện cho nhà dân dụng 2 tầng gặp nhiều thách thức do đặc thù kiến trúc, nhu cầu sử dụng điện không đồng đều giữa các tầng và yêu cầu về an toàn điện. Vấn đề phổ biến bao gồm tình trạng dây dẫn cũ, không đủ tiết diện dẫn đến quá tải; thiếu hệ thống chống sét khiến ngôi nhà dễ bị hư hại khi mưa bão; và hệ thống chiếu sáng không đạt chuẩn gây lãng phí điện. Ngoài ra, việc tính toán phụ tải thiếu chính xác dẫn đến lựa chọn thiết bị bảo vệ (CB, RCCB) không phù hợp, gây nguy hiểm khi có sự cố. Đồ án này phân tích cụ thể các vấn đề này dựa trên khảo sát thực tế và đề xuất giải pháp khắc phục.

2.1. Đánh giá hiện trạng hệ thống điện hiện hữu

Hiện trạng hệ thống điện tại ngôi nhà khảo sát gồm dây dẫn điện cũ, không có hệ thống chống sét và hệ thống chiếu sáng không đạt tiêu chuẩn. Dây dẫn có tiết diện nhỏ, không đủ khả năng tải công suất điều hòa không khí và các thiết bị gia dụng hiện đại. Hệ thống điện sinh hoạt thiếu thiết bị bảo vệ chống giật (RCCB), dẫn đến nguy cơ điện giật cao. Ngoài ra, việc bố trí ổ cắm và công tắc không hợp lý gây bất tiện trong sinh hoạt. Đồ án đề xuất thay thế toàn bộ dây dẫn, lắp đặt hệ thống chống sét và điều chỉnh bố trí thiết bị chiếu sáng theo tiêu chuẩn.

2.2. Phân tích nhu cầu phụ tải theo từng tầng

Phụ tải điện tại ngôi nhà 2 tầng phân bố không đều: tầng 1 tập trung các thiết bị sinh hoạt như tủ lạnh, máy giặt, điều hòa; tầng 2 chủ yếu là phòng ngủ và phòng học. Việc tính toán phụ tải cần xem xét công suất đỉnh (peak load) vào buổi tối khi các thiết bị hoạt động đồng thời. Theo tiêu chuẩn TCVN 9208:2012, hệ số đồng thời (diversity factor) cho nhà dân dụng là 0.7–0.8. Đồ án sử dụng phương pháp này để tính toán công suất tổng, từ đó lựa chọn CB, dây dẫn và bảng điện phân phối phù hợp, tránh tình trạng quá tải hoặc lãng phí.

III. Phương pháp thiết kế mạng điện tối ưu cho nhà 2 tầng

Phương pháp thiết kế mạng điện cho nhà 2 tầng dựa trên tiêu chuẩn TCVN 9208:2012 và IEC 60364, kết hợp khảo sát thực tế và phần mềm chuyên dụng. Bước đầu tiên là khảo sát hiện trạng, đo đạc thông số kỹ thuật và lập bảng thống kê phụ tải. Tiếp theo, tính toán công suất chiếu sáng theo TCVN 7114-1:2008, trong đó công suất chiếu sáng (PCS) được xác định bằng công thức PCS = (E × A) / (η × UF × MF). Sau đó, lựa chọn dây dẫn có tiết diện phù hợp, CB có dòng định mức đủ lớn để bảo vệ mạch. Cuối cùng, thiết kế sơ đồ nguyên lý, mặt bằng bố trí thiết bị và bảng thống kê chi tiết.

3.1. Quy trình tính toán phụ tải và lựa chọn thiết bị

Quy trình tính toán phụ tải bắt đầu bằng việc thống kê tất cả thiết bị điện trong nhà, bao gồm công suất định mức, hệ số sử dụng (utilization factor) và hệ số đồng thời (diversity factor). Công suất tính toán (Ptt) được xác định bằng Ptt = Kdt × Pdm, trong đó Kdt = 0.7–0.8. Từ Ptt, lựa chọn dây dẫn có tiết diện đủ lớn theo tiêu chuẩn TCVN 7447-5-52:2010. CB được chọn có dòng định mức lớn hơn 1.25 lần Ptt. Đối với hệ thống chống sét, sử dụng tiêu chuẩn TCVN 9385:2012 để tính toán điện trở nối đất và lựa chọn thiết bị chống sét phù hợp.

3.2. Thiết kế hệ thống chiếu sáng theo tiêu chuẩn

Hệ thống chiếu sáng được thiết kế dựa trên tiêu chuẩn TCVN 7114-1:2008, trong đó yêu cầu độ rọi (illuminance) cho từng không gian được quy định cụ thể. Ví dụ, phòng khách yêu cầu 200 lux, phòng ngủ 150 lux, nhà bếp 200 lux. Đồ án sử dụng đèn LED có hiệu suất phát quang (luminous efficacy) 100 lm/W, hệ số sử dụng (UF) 0.7 và hệ số bảo trì (MF) 0.8. Công suất chiếu sáng (PCS) được tính bằng PCS = (E × A) / (η × UF × MF). Số lượng đèn được xác định dựa trên PCS chia cho công suất mỗi đèn, đảm bảo đủ ánh sáng và tiết kiệm năng lượng.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn của đồ án

Đồ án điện công nghiệp thiết kế mạng điện cho nhà dân dụng 2 tầng đã hoàn thành đầy đủ các bước khảo sát, tính toán và thiết kế theo tiêu chuẩn kỹ thuật. Kết quả đạt được là hệ thống điện an toàn, tiết kiệm năng lượng và dễ dàng vận hành. Bản vẽ thiết kế bao gồm sơ đồ nguyên lý, mặt bằng bố trí thiết bị và bảng thống kê chi tiết, đáp ứng yêu cầu của chủ đầu tư. Đồ án cũng đề xuất giải pháp lắp đặt hệ thống chống sét, chiếu sáng LED và thiết bị bảo vệ chống giật, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống. Kết quả này có thể áp dụng cho các dự án tương tự trong lĩnh vực điện dân dụng.

4.1. Tóm tắt kết quả đạt được

Đồ án đã hoàn thành khảo sát hiện trạng, phân tích phụ tải, tính toán công suất chiếu sáng, điều hòa không khí và hệ thống chống sét. Bản vẽ thiết kế bao gồm sơ đồ nguyên lý (single-line diagram), mặt bằng bố trí thiết bị và bảng thống kê chi tiết các thiết bị như CB, RCCB, dây dẫn. Hệ thống điện được thiết kế tối ưu về chi phí đầu tư nhưng vẫn đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành. Đặc biệt, việc áp dụng tiêu chuẩn TCVN 9208:2012 và TCVN 7114-1:2008 đã đảm bảo hệ thống điện đạt chất lượng cao.

4.2. Khuyến nghị ứng dụng trong thực tế

Đồ án khuyến nghị chủ đầu tư lắp đặt hệ thống điện theo đúng bản vẽ thiết kế, sử dụng thiết bị đạt chuẩn chất lượng và tuân thủ quy trình thi công. Đối với hệ thống chống sét, cần lắp đặt kim thu sét và dây dẫn thoát sét theo tiêu chuẩn TCVN 9385:2012. Hệ thống chiếu sáng nên sử dụng đèn LED có chứng nhận năng suất năng lượng (Energy Star) để tiết kiệm điện. Ngoài ra, định kỳ kiểm tra và bảo trì hệ thống điện để đảm bảo an toàn lâu dài. Kết quả đồ án có thể tham khảo cho các dự án thiết kế mạng điện dân dụng trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING CAN THO UNIVERSITY FACULTY OF TECHNOLOGY DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING ------------ PROJECT REPORT INDUSTRIAL ELECTRICAL ENGINEERING DESIGN OF ELECTRICAL SYSTEM FOR A TWO- STOREY RESIDENTIAL BUILDING INSTRUCTORS STUDENT'S FULL NAME: PGS.TS Nguyễn Văn Dũng .; MSSV: B2204520 Field of Study: Electrical Engineering (CLC) – Course: 48 Email: ĐT: June 25, 2025 Đồ Án Điện Công Nghiệp TABLE OF CONTENTS Page TABLE OF CONTENTS. III LIST OF ACRONYMS. IV PICTURE LIST .VII CHAPTER 1: INTRODUCTION. Scope of Study.9 CHAPTER 2: THEORETICAL BASIS FOR DESIGNING THE ELECTRICAL SYSTEM OF A TWO-STORY RESIDENTIAL BUILDING.

Overview of Residential Electrical Systems. Analysis of Electrical Load Characteristics in a Two-Story Residential House. Structure of the Overall Electrical System in a Two-Story Residential House. Theoretical Basis for Calculation and Equipment Selection.

Types of Lighting Fixtures and Their Power Ratings. Detailed Design Standards. Air Conditioning Load Calculation. Requirements of the Cooling System.

Selection of Circuit Breakers (CBs), Switches, Conductors, and Other Electrical Devices. Grounding System Calculation.33 CHAPTER 3: DESIGN OF THE ELECTRICAL POWER SUPPLY SYSTEM FOR A TWO-STORY RESIDENTIAL BUILDING. General Introduction of the Two-Story Residential Building. Survey of the Electrical Power Supply System for a Two-Story Residential Building.

Survey Information Evaluation.38 SVTH: Nguyễn Hoàng Son –i– Đồ Án Điện Công Nghiệp 3. Proposed Electrical System Design for the Two-Story House. Design of the Power Supply Single-Line Diagram.73 CHAPTER IV: CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS. Summary of the results achieved by the project.

Recommendations for practical application at the surveyed house.78 SVTH: Nguyễn Hoàng Son – ii – Đồ Án Điện Công Nghiệp PROJECT SUMMARY Chapter 1: Introduction. Chapter 2: Theoretical basis of the civil power supply system of a 2-storey building. Chapter 3: Design of power supply system for 2-storey house. Chapter 4: Conclusions and recommendations.

Can Tho, June 25, 2025 Student Implementation (Sign and write your full name) SVTH: Nguyễn Hoàng Son – iii – Đồ Án Điện Công Nghiệp LIST OF ACRONYMS TCVN – Tiêu chuẩn Việt Nam (Vietnamese Standards) IEC – International Electrotechnical Commission (Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế) SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition (Hệ thống Giám sát và Thu thập Dữ liệu) BMS – Building Management System (Hệ thống Quản lý Tòa nhà) ABB – Asea Brown Boveri (Tên tập đoàn kỹ thuật điện – tự động hóa ABB, Thụy Sĩ/Thụy Điển) CB – Circuit Breaker (Máy cắt/aptomat) CBs – Circuit Breakers (Nhiều máy cắt) RCCB / ELCB – Residual Current Circuit Breaker / Earth Leakage Circuit Breaker (Thiết bị ngắt dòng rò – bảo vệ chống giật điện) PE – Protective Earth (Dây nối đất bảo vệ) LPS – Lightning Protection System (Hệ thống chống sét) SVTH – iv – Đồ Án Điện Công Nghiệp PICTURE LIST Page Figure 2. Single-Line Diagram of the First-Floor Electrical System for a Two- Story House. Single-Line Schematic of the Main Distribution Board for the First- Floor Electrical System in a Two-Story House. Lighting Load for the Living Room, Main Hall, and Staircase.

Lighting Load for Kitchen and Dining Room. Lighting Load for Bathroom. Outdoor Lighting Load. Simulation of bedroom socket loads using Sweet Home 3D software.

Simulation of air conditioning load using Sweet Home 3D software. Overview of CBs, switches, conductors, and other electrical devices. Structural layout of a two-story residential building. Actual survey photo of a two-story residential building in My Khanh, Phong Dien, Can Tho.

Devices and electrical layout in the living room space. Devices in the kitchen s. Floor plan layout of each level in the surveyed two-story residential house. 12W Recessed LED Downlight.

Lighting load of the living room area. Lighting load of Bedroom 1 and Bedroom 2. Lighting load for the first-floor corridor area. Kitchen area lighting load.

Toilet lighting load. Warehouse area lighting load 1. Bedroom Lighting Load 3. Warehouse Area Lighting Load 2.

Lighting load in the corridor on the 2nd floor. Decorative LED Wall Lights. Outdoor Area Lighting Load. Lighting load plan of the 1st and 2nd floors (simulated by Wondershare EdrawMax).

Photo of the socket load of the survey house. Floor plan of socket load on the 1st and 2nd floors (simulated by Wondershare EdrawMax). Photo of the general electrical cabinet of the survey house. Diagram of the principle of a one-strand power supply system for a 2- storey house .74 SVTH: Nguyễn Hoàng Son –v– Đồ Án Điện Công Nghiệp SVTH: Nguyễn Hoàng Son – vi – Đồ Án Điện Công Nghiệp TABLE LIST Page Table 2.

Devices in the Resistive Load Branch. Devices in the Capacitive Load Branch. Devices in the Inductive Load Branch. Devices in the High-Power Load Group.

Reference Standards for Residential Electrical Systems. Reference for Design Parameters by Area. Diversity factor Ks for each equipment group. Reference table for minimum socket numbers according to TCVN 9206:2012.

Reference for cooling system design requirements. Conversion reference for common air conditioning capacity units. Quick selection of conductor cross-section according to TCVN 9207 (single-core copper conductors in conduits). Utilization Category Reference According to IEC Standards.

Reference illuminance for different areas. Summary of the Number of Lamps for Each Area. Summary of Power Socket Load Design for Each Area. Summary of Loads and Protective Devices.

RCBO Arrangement after Optimization. Summary of Switch Selection for Each Area. Summary of Conductor Sizing Results. Summary of Grounding Resistance Results for Multiple Rods RT .73 SVTH: Nguyễn Hoàng Son – vii – Đồ Án Điện Công Nghiệp CHAPTER 1: INTRODUCTION 1.

Project Rationale In practice, for the operation of relatively large residential buildings such as two- story houses, the electrical system plays a crucial role in supplying power to all loads, including lighting, air-conditioning, water pumps, and utility services. However, potential risks such as overvoltage, undervoltage, short circuits, lightning strikes, and leakage currents may lead to fire and explosion hazards, disrupt equipment operation, or even endanger human life if not properly protected. Therefore, designing an optimized electrical system for the two-story house is essential, incorporating protective solutions against overvoltage, short circuits, lightning, and grounding failures. This approach not only ensures safety for both equipment and occupants but also enhances the reliability and operational efficiency of the electrical system.

Based on the studied knowledge, this project aims to design an optimized electrical system for the building, proposing appropriate and cost-effective protection measures under practical conditions. Project Objectives Design the electrical system for a two-story residential house, from the power supply to the main loads, ensuring safety and compliance with technical standards, including overvoltage protection, undervoltage protection, short-circuit protection, lightning protection, and grounding system. Provide knowledge on calculation methods for selecting protective devices. Enhance understanding of electrical safety and the potential hazards of electrical energy.

Scope of Study The project focuses on designing the electrical system for a two-story residential building, with the main loads including lighting, socket outlets, air conditioning, water pumps, and other service equipment. The scope of study covers electrical safety measures such as overvoltage protection, undervoltage protection, short-circuit protection, direct and indirect lightning protection, as well as the design of a reliable grounding system. SVTH: Nguyễn Hoàng Son –8– Đồ Án Điện Công Nghiệp The design scope is limited to the development of the electrical single-line diagram using QElectroTech software, along with spatial modeling and load arrangement carried out with Sweet Home 3D. The calculation and selection of protective devices are conducted at a preliminary level, appropriate for each floor and each type of load.

The project does not cover the medium-voltage system (22 kV), medium-voltage transformers, or advanced automation solutions such as SCADA and BMS. In addition, it does not include detailed construction drawings, installation, or on-site testing. The calculations are intended for reference purposes only, serving educational and simulation objectives. Research Method ✓ Method of Data Collection - Study relevant technical standards (TCVN, IEC) on protection, grounding, lightning protection, etc.

- Refer to textbooks and specialized materials on industrial electrical engineering and power systems. - Review equipment catalogs from manufacturers such as Schneider, ABB, and Siemens to select appropriate devices. ✓ Analysis and Synthesis Method - Analyze the characteristics of the electrical system of the two-story hotel. - Identify potential risks and electrical safety requirements.

- Synthesize technical protection solutions. ✓ Preliminary Technical Calculation Method - Approximate calculation of short-circuit current. - Calculation of grounding resistance using a simplified method. - Estimation of load current and selection of appropriate protective devices.

✓ Single-Line Diagram Design Method - Design the single-line diagram of the main power supply system. - Arrange protective devices at each level and load branch. ✓ Method of Evaluation and Comparison - Evaluate the rationality of the design solution. SVTH: Nguyễn Hoàng Son –9– Đồ Án Điện Công Nghiệp - Compare equipment options (technical–economic) if applicable.

SVTH: Nguyễn Hoàng Son – 10 – Đồ Án Điện Công Nghiệp CHAPTER 2: THEORETICAL BASIS FOR DESIGNING THE ELECTRICAL SYSTEM OF A TWO-STORY RESIDENTIAL BUILDING 2. Overview of Residential Electrical Systems Residential electricity refers to the electrical system that serves the daily needs of households, supplying low-power devices such as lighting, fans, air conditioners, washing machines, and so on. Unlike industrial electricity, residential electricity operates on a smaller scale, with lower power requirements and simpler equipment. In addition to its role in energy supply, residential electricity is also a professional field, encompassing the production, installation, and maintenance of household electrical devices.

Therefore, understanding and properly designing residential electrical systems not only ensures safety and convenience but also plays an important role in developing the electrical infrastructure of residential buildings. Analysis of Electrical Load Characteristics in a Two-Story Residential House [1] An electrical load is any device that consumes electricity. This includes all electrical appliances such as televisions, refrigerators, air conditioners, washing machines, and so on. These devices use electrical energy to convert it into other forms of energy to perform their intended functions.

For example, an electric kettle uses electrical energy to generate heat (thermal energy) to warm water, while a light bulb converts electrical energy into light (luminous energy) for illumination purposes. When constructing a two-story house, completion is not limited to the architectural aspects but also requires the integration of technical systems, particularly the power supply system, to ensure all daily utilities are available. In residential electrical design, loads are classified into several groups as follows: - Resistive Load: This type of load has purely resistive characteristics, meaning the current and voltage are in phase. Common household devices using this type of load include incandescent lamps, electric stoves SVTH: Nguyễn Hoàng Son – 11 – Đồ Án Điện Công Nghiệp (infrared or coil stoves), electric kettles, electric irons, hair dryers, electric heaters, and clothes dryers.

Devices in the Resistive Load Branch Device Typical Power Characteristics Electric Water Heater 1500–3000 W Uses resistive heating to boil water Electric Stove / Infrared 1500–2200 W High-power heating coil Cooker Oven / Microwave Oven 1000–2000 W Generates heat for fast cooking Electric Iron 1000–2000 W Heats up the iron plate High-Power Hair Dryer 1000–1500 W Heat with fan assistance - Capacitive Loads: Although purely capacitive loads exist in theory, in practice residential capacitive loads are rarely purely capacitive and often appear combined with resistive and inductive components, especially in electronic devices. Examples include LED lamps, fluorescent lamps with electronic ballasts, phone/laptop chargers, switch-mode power supplies, and television receivers. Devices in the Capacitive Load Branch Device Typical Power Characteristics TV (LCD, LED, OLED) 60–300 W Includes filter capacitor → capacitive load Desktop Computer 200–800 W Switch-mode power supply, non-linear load Microwave Oven with 1000–1500 W High-power circuit Inverter Electric Motorcycle/Bike 500–1000 W Filter capacitor, high inrush Charger current - Inductive Loads: These loads exhibit inductive characteristics, with current lagging the voltage. This type is common in devices with motors or coils, such as electric fans, washing machines, air conditioners, water pumps, vacuum cleaners, printers, blenders, and speakers.