Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho tòa nhà Viettel Kon Tum" được thực hiện bởi sinh viên Vũ Văn Hòa (lớp DHDI12A1HN, mã sinh viên 18104100008), dưới sự hướng dẫn của ThS. Trần Quốc Đạt tại Khoa Điện, Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp (năm 2022), thuộc ngành đào tạo Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử (mã ngành: 7510301).

Trong bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa và sự gia tăng nhanh chóng của các hoạt động thương mại, dịch vụ, nhu cầu tiêu thụ điện năng tại các công trình kiến trúc cao tầng ngày càng tăng. Việc thiết kế hệ thống cung cấp điện cho các tòa nhà văn phòng làm việc đòi hỏi phải giải quyết đồng thời nhiều yêu cầu kỹ thuật đặc thù: phụ tải đa dạng, mật độ tập trung cao trong không gian hẹp, đòi hỏi nguồn cấp dự phòng chuyển mạch nhanh, hạn chế về không gian lắp đặt nhằm bảo đảm mỹ quan kiến trúc, đồng thời phải đáp ứng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về an toàn vận hành và hiệu quả kinh tế.

Mục tiêu chính của đề tài là xây dựng một phương án thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho hệ thống cung cấp điện động lực, chiếu sáng, điện nhẹ, chống sét và điều khiển thông minh cho công trình Tòa nhà Viettel Kon Tum, bảo đảm cấp điện liên tục, chất lượng điện áp ổn định và an toàn cho người sử dụng.

Các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể trong đồ án được xác định gồm:

  1. Khảo sát hiện trạng mặt bằng công trình, phân loại phụ tải và xác định các yêu cầu kỹ thuật cấp điện.
  2. Tính toán phụ tải điện chi tiết cho từng khu vực chức năng (chiếu sáng, ổ cắm, điều hòa không khí, thang máy, máy bơm) và xác định tổng công suất toàn tòa nhà; kiểm chứng phân bố quang thông bằng phần mềm Dialux.
  3. Lựa chọn phương án cấp điện, thiết kế trạm biến áp, tính toán dòng ngắn mạch trung áp và hạ áp, chọn khí cụ đóng cắt bảo vệ và hệ thống chuyển nguồn tự động ATS.
  4. Tính chọn tiết diện cáp dẫn điện, dây phân phối hạ áp và thiết bị đóng cắt cho từng tầng, từng phòng.
  5. Thiết kế các phân hệ điện nhẹ gồm mạng điện thoại - dữ liệu (Tel - LAN), camera giám sát (CCTV) và âm thanh thông báo.
  6. Thiết kế hệ thống chống sét trực tiếp và mạng tiếp địa an toàn.
  7. Thiết kế và mô phỏng hệ thống chiếu sáng thông minh theo tiêu chuẩn KNX.
  8. Đo bóc khối lượng và lập dự toán hạng mục cung cấp điện.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống phân phối và cung cấp điện, thiết bị trạm biến áp, mạng điện hạ thế, hệ thống điện nhẹ, chống sét và điều khiển chiếu sáng thông minh KNX.
  • Phạm vi không gian: Công trình Tòa nhà Viettel Kon Tum tọa lạc tại ngã tư đường Phan Đình Phùng và Trần Hưng Đạo, thành phố Kon Tum, tỉnh Kon Tum, với diện tích khu đất là 970,7 m² (chủ đầu tư: Tập đoàn Viễn thông Quân đội; đơn vị tư vấn: Công ty Cổ phần Tư vấn Thiết kế Viettel). Tòa nhà có quy mô gồm 1 tầng hầm, 6 tầng nổi và 1 tầng tum.
  • Phạm vi thời gian: Đồ án được hoàn thành và bảo vệ trong năm 2022.

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

Thiết kế hệ thống điện của đồ án được xây dựng dựa trên hệ thống quy chuẩn xây dựng, tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia của Việt Nam và các tài liệu tra cứu chuyên ngành:

  • Tiêu chuẩn chiếu sáng: TCVN 7114-2008 về độ rọi nơi làm việc; Quy chuẩn Xây dựng QCXD 09-2005 về định mức mật độ công suất chiếu sáng (LPD).
  • Tiêu chuẩn lắp đặt và đường dẫn điện: TCVN 9206-2012 (Lắp đặt thiết bị điện trong nhà ở và công trình công cộng); TCVN 9207-2012 (Đặt đường dẫn điện trong nhà ở và công trình công cộng – Tiêu chuẩn thiết kế).
  • Quy phạm trang bị điện: 11 TCN 18-2006 (Phần I: Quy định chung); 11 TCN 19-2006 (Phần II: Hệ thống đường dẫn điện); 11 TCN 20-2006 (Phần III: Trang bị phân phối và trạm biến áp).
  • Tiêu chuẩn chống sét: TCXDVN 46-2007 (Chống sét cho công trình xây dựng – Hướng dẫn thiết kế, kiểm tra và bảo trì hệ thống).
  • Tiêu chuẩn điều khiển thông minh: Tiêu chuẩn truyền thông tự động hóa tòa nhà KNX (KNX Standard).
  • Tài liệu tham khảo chuyên khảo: Giáo trình "Kỹ thuật chiếu sáng – chiếu sáng tiện nghi và hiệu quả năng lượng", giáo trình "Hệ thống cung cấp điện của xí nghiệp công nghiệp đô thị và nhà cao tầng", và "Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0,4 đến 500kV" của TS. Ngô Hồng Quang.

Phương pháp nghiên cứu và tính toán kỹ thuật được áp dụng trong đồ án:

  • Phương pháp tính toán chiếu sáng: Sử dụng phương pháp hệ số sử dụng quang thông ($K_{sd}$) theo yêu cầu độ rọi $E$ ($lx$), kết hợp tính toán chỉ số phòng $\varphi$, hệ số phản xạ của trần ($\rho_{tr}$), tường ($\rho_{tg}$), sàn ($\rho_s$), hệ số dự trữ $k$ và hệ số tính toán $Z$. Kết quả được đối chiếu, mô phỏng không gian 3D trên phần mềm Dialux.
  • Phương pháp tính toán phụ tải ổ cắm và điều hòa: Tính công suất ổ cắm dựa trên diện tích sàn với suất phụ tải $P_{0oc}$ kết hợp công suất định mức ổ cắm đôi (300 W/bộ) theo TCVN 9206-2012; tính công suất nhiệt lạnh điều hòa theo thể tích phòng ($200\text{ BTU}/m^3$, tỷ lệ chuyển đổi $1\text{ BTU} = 0,09\text{ W}$).
  • Phương pháp chọn tiết diện dây dẫn và cáp: Áp dụng phương pháp mật độ dòng điện kinh tế ($J_{kt}$) đối với lưới trung áp 22 kV dựa trên thời gian sử dụng công suất cực đại $T_{max}$ ($3000 \div 5000\text{ h}$); đối với hạ áp, tính chọn theo dòng phát nóng lâu dài cho phép ($I_{cp}$) có xét đến hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ $k_1$ và số lượng cáp đặt chung rãnh $k_2$.
  • Phương pháp kiểm tra kỹ thuật: Kiểm tra độ sụt áp lúc làm việc bình thường ($\Delta U_{bt} \le 5% U_{đm}$) và khi sự cố ($\Delta U_{sc} \le 10% U_{đm}$); kiểm tra độ ổn định nhiệt và ổn định động đối với dòng ngắn mạch ($I_N$, $I_{xk}$).
  • Phương pháp tính toán ngắn mạch: Sử dụng phương pháp đơn vị có tên, giả định ngắn mạch xa nguồn để xác định dòng ngắn mạch chu kỳ siêu quá độ ($I''$), dòng ngắn mạch xung kích ($I_{xk}$) và công suất ngắn mạch ($S''$).
  • Nguồn dữ liệu: Bản vẽ thiết kế mặt bằng kiến trúc công trình do Công ty Cổ phần Tư vấn Thiết kế Viettel cung cấp; dữ liệu khí tượng, địa hình thành phố Kon Tum; bảng tra thông số kỹ thuật của các hãng chế tạo thiết bị điện (Thibidi, Furukawa, Siemens, ABB, LENS, MPE).

Thiết kế và triển khai kỹ thuật hệ thống cung cấp điện

Đồ án triển khai thiết kế hệ thống cung cấp điện tổng thể bao gồm các phân hệ trung áp, trạm biến áp, phân phối hạ áp, chống sét, điện nhẹ và tự động hóa:

1. Kiến trúc nguồn và phân phối điện

  • Nguồn trung thế: Đấu nối từ lưới điện 3 pha 110/22 kV trên không của thành phố Kon Tum, đi cáp ngầm vào trạm biến áp đặt tại khu đất công trình.
  • Trạm biến áp: Thiết kế trạm xây kín gồm 2 máy biến áp Thibidi công suất định mức $100\text{ kVA} - 22/0,4\text{ kV}$.
  • Nguồn dự phòng: Trang bị máy phát điện dự phòng kết hợp tủ chuyển nguồn tự động ATS, bảo đảm cấp điện cho các phụ tải ưu tiên (chiếu sáng, ổ cắm, thang máy, máy bơm sinh hoạt và chữa cháy) trong thời gian 5 giây sau khi mất điện lưới.
  • Trục phân phối chính: Sử dụng hệ thống thanh dẫn Busway đi dọc theo thang cáp trong hộp kỹ thuật từ tủ điện tổng lên tủ phân phối các tầng.
  • Phân phối nhánh: Từ tủ tầng dẫn đến các bảng điện phòng bằng máng cáp PVC ($60\times 40\text{ mm}$) lắp sát trần kết hợp ống gen PVC chôn ngầm sàn, tường, trần giả. Mạch chiếu sáng/ổ cắm được tách độc lập với mạch nguồn chờ cấp cho điều hòa nhiệt độ.
Thiết bị / Vật tư Thông số kỹ thuật lựa chọn Nhà sản xuất / Tiêu chuẩn Ghi chú kiểm tra kỹ thuật
Máy biến áp (2 máy) $S_{đm} = 100\text{ kVA}$, $22/0,4\text{ kV}$, $\Delta P_0 = 1750\text{ W}$, $U_k% = 4%$ Thibidi Đạt điều kiện quá tải $k=1,4$ khi sự cố 1 máy
Cáp trung áp CU/XLPE/PVC/DSTA/PVC 24 kV - $(3\times 35)\text{ mm}^2$ Furukawa $\Delta U = 562,73\text{ V} < \Delta U_{cp} = 1100\text{ V}$; $F = 35\text{ mm}^2 > F_{ôđn} = 25,58\text{ mm}^2$
Dao cắt phụ tải (CDPT) NPS24B1-K4J2, $U_{đm} = 24\text{ kV}$, $I_{đm} = 400\text{ A}$, $I_{Nmax} = 40\text{ kA}$ ABB / Siemens $I_{đm} = 400\text{ A} \ge I_{cb} = 125,96\text{ A}$; $I_{ôđđ} = 45\text{ kA} > I_{xk} = 15,34\text{ kA}$
Cầu chì ống trung áp 3GD1 432-4B, $U_{đm} = 24\text{ kV}$, $I_{đm} = 160\text{ A}$, $I_{cđm} = 31,5\text{ kA}$ Siemens $I_{cđm} = 31,5\text{ kA} \ge I'' = 6,03\text{ kA}$
Cáp hạ áp (từ MBA sang tủ tổng) Gộp 7 cáp CU/XLPE/PVC 0,6/1 kV - $(3\times 240 + 1\times 95)\text{ mm}^2$ LENS Dòng cho phép 1 sợi $I_{cp} = 538\text{ A}$, thỏa mãn hệ số $k_1 = 1$, $k_2 = 0,75$
Máy biến dòng TI 300/5A mã BD38, cấp chính xác 0,5, $U \le 600\text{ V}$ Cty Thiết bị đo điện $I_{cb} = 144,34\text{ A}$, tỷ số biến đổi 300/5A
Máy cắt hạ áp (Aptomat tổng) 3AF 117-3, $U_{đm} = 3600\text{ V}$, $I_{đm} = 2500\text{ A}$, $I_{cđm} = 50\text{ kA}$ Siemens $I_{đm} = 2500\text{ A} > I_{cb} = 2309,4\text{ A}$; $I_{cđm} = 50\text{ kA} > I_N = 41,38\text{ kA}$
Thanh cái đồng hạ áp Tiết diện $(120\times 10)\text{ mm}$, 1 thanh/pha, $I_{cp} = 2650\text{ A}$ Thanh đồng định hình Ứng suất uốn $\sigma_{tt} = 44,49\text{ kg/cm}^2 < [\sigma_{cp}] = 1400\text{ kg/cm}^2$

2. Quy tắc lắp đặt thiết bị

  • Tủ điện tổng và tủ điện sự cố đặt trên sàn có giá đỡ chịu lực.
  • Hộp công tơ các tầng bố trí tại độ cao +1,5m trong phòng kỹ thuật.
  • Bảng điện phân phối phòng và cụm công tắc lắp ở độ cao +1,5m so với mặt sàn hoàn thiện.
  • Ổ cắm thông thường lắp cao +0,4m; ổ cắm chuyên dụng cho bếp và máy giặt lắp ở độ cao +1,5m.
  • Đèn huỳnh quang gắn tường lắp ở cao độ +2,6m; đèn hắt tường bố trí ở cao độ +2,4m.
  • Dây dẫn mạch đèn dùng tiết diện tối thiểu $1,5\text{ mm}^2$, mạch ổ cắm dùng tiết diện tối thiểu $2,5\text{ mm}^2$.

Nội dung chính theo từng chương của đồ án

Chương I: Giới thiệu công trình

Chương I trình bày cơ sở lý luận về phân loại phụ tải theo độ tin cậy cung cấp điện (hộ loại I, II, III), các chỉ tiêu chất lượng điện năng ($\Delta U_{bt} \le 5%$, $\Delta U_{sc} \le 10%$), và chỉ tiêu kinh tế (tổng chi phí tính toán hàng năm nhỏ nhất). Tác giả tổng hợp các tiêu chuẩn thiết kế (TCVN 7114-2008, TCVN 9206-2012, TCVN 9207-2012, TCXDVN 46-2007, 11 TCN 18/19/20-2006). Phần giới thiệu công trình nêu chi tiết địa điểm xây dựng tại ngã tư Phan Đình Phùng - Trần Hưng Đạo (diện tích khu đất 970,7 m²), đặc điểm địa hình đồi núi cao 500-700m và khí hậu nhiệt đới cao nguyên Kon Tum (lượng mưa trung bình 2.121 mm/năm, nhiệt độ trung bình 22-23°C). Bảng bố trí mặt bằng kiến trúc chi tiết được thống kê cho toàn bộ 7 tầng:

  • Tầng hầm: Đội xe (6,82 m²), để xe (324 m²), sảnh và bể tự hoại (65 m²), hộp cáp C, D.
  • Tầng 1: Lễ tân (162 m²), siêu thị (148 m²), phòng kỹ thuật nước (12,5 m²), kỹ thuật điện (12 m²), tiền sảnh 1, 2, 3, WC.
  • Tầng 2: Phòng máy dự phòng (53 m²), phòng máy (63 m²), phòng nguồn (40 m²), phòng NOC (42 m²), phòng LAB (25 m²), dự trữ phát triển (33 m²), phòng kỹ thuật (6,82 m²).
  • Tầng 3: Phòng giao ban (87 m²), phòng hành chính (57 m²), tài chính (45 m²), ban chính trị (46 m²), phòng Giám đốc và Phó Tổng giám đốc (mỗi phòng 25 m²), văn thư (12 m²).
  • Tầng 4: Phòng kế hoạch (87 m²), phòng kỹ thuật (66 m²), phòng kinh doanh di động (39 m²), dịch vụ giải pháp (33 m²), ban TKTU (25 m²).
  • Tầng 5: Trung tâm Viettel thành phố (180 m²), kho (30 m²), phòng họp nhỏ (30 m²), dự trữ phát triển (60 m²).
  • Tầng 6: Phòng ăn (80 m²), kho chi nhánh (50 m²), kho tài chính (40 m²), bếp (18 m²), phòng tưởng niệm (13 m²).
  • Tầng 7 (tum): Cầu thang bộ (26,4 m²).

Chương II: Tính toán phụ tải điện và lựa chọn phương án cấp điện

Chương II thiết lập công thức và quy trình tính toán phụ tải chiếu sáng, ổ cắm, điều hòa, thang máy và máy bơm nước:

  • Chiếu sáng: Tính toán điển hình cho phòng giao ban tầng 3 ($S = 87\text{ m}^2$, dài $10,1\text{ m}$, rộng $8,614\text{ m}$, cao $3,5\text{ m}$). Yêu cầu độ rọi $E = 500\text{ lx}$, $k = 1,3$, $Z = 0,8 \div 1,4$, $\rho_{tr} = 70%$, $\rho_{tg} = 50%$, $\rho_s = 30%$, tra bảng được hệ số sử dụng $K_{sd} = 0,86$. Chọn bộ đèn LED Big Panel MPE FPD-6060T ($40\text{ W}$, quang thông $4000\text{ lm}$), xác định số lượng thực tế là 18 bộ đèn ($P_{ttcs} = 0,72\text{ kW}$). Mô phỏng trên phần mềm Dialux cho kết quả độ rọi trung bình đạt $E_{av} = 532\text{ lx}$ (thỏa mãn tiêu chuẩn $500\text{ lx}$).
  • Ổ cắm: Suất phụ tải chọn $P_0 = 45\text{ W/m}^2$, công suất ổ cắm đôi $P_{đm} = 300\text{ W}$, tính ra số lượng 13 ổ cắm, hệ số đồng thời $K_{đt} = 0,8$, thu được $P_{ttoc} = 1,95\text{ kW}$.
  • Điều hòa không khí: Suất tải lạnh $200\text{ BTU/m}^3$, thể tích phòng giao ban $304,5\text{ m}^3$ tương ứng $60.900\text{ BTU}$. Chọn 2 máy điều hòa công suất $30.000\text{ BTU}$ ($P_{đh} = 2,7\text{ kW}$/máy), tổng công suất $P_{ttđh} = 5,4\text{ kW}$.
  • Tổng hợp phụ tải: Tổng công suất tính toán phòng giao ban là $P = 0,9 \times (0,72 + 1,95 + 5,4) = 7,263\text{ kW}$. Tổng công suất tầng 3 là $P_{tt} = 27,54\text{ kW}$ ($\cos\varphi = 0,85$, $\tan\varphi = 0,62$).
  • Phụ tải động lực: Thang máy $700 \div 900\text{ kg}$ lấy $11\text{ kW}$; máy bơm sinh hoạt $11\text{ kW}$, bơm cứu hỏa $110\text{ kW}$.
  • Tổng công suất toàn tòa nhà: $P_{tttoa} = 130,3548\text{ kW}$, $S_{tttoa} = 153,359\text{ kVA}$. Phương án cấp điện sử dụng trạm biến áp trạm xây và máy phát điện dự phòng, chuyển đổi qua tủ ATS trong 5 giây.

Chương III: Thiết kế trạm biến áp

Chương III so sánh phương án đặt 1 máy biến áp ($S_{đm} = 100\text{ kVA}$) và phương án 2 máy biến áp ($S_{đm} = 100\text{ kVA}$). Do $S_{tttoa} = 153,359\text{ kVA}$, tác giả chọn phương án 2 máy biến áp Thibidi $100\text{ kVA} - 22/0,4\text{ kV}$ làm việc song song, bảo đảm hệ số quá tải sự cố $k = 1,4$ ($1,4 \times 100 = 140\text{ kVA}$).

  • Cáp trung áp: Chọn theo mật độ dòng kinh tế $J_{kt} = 3,1\text{ A/mm}^2$ ($T_{max} = 3000 \div 5000\text{ h}$), dòng làm việc $I = 5,25\text{ A}$, chọn cáp đồng Furukawa 24 kV CU/XLPE/PVC/DSTA/PVC $(3\times 35)\text{ mm}^2$. Tổn thất điện áp tổng cộng trên 5 km đường dây trên không AC-35 và 20m cáp ngầm là $\Delta U = 562,73\text{ V} < \Delta U_{cp} = 1100\text{ V}$ ($5%$).
  • Ngắn mạch trung áp: Tính toán với công suất cắt máy cắt đầu nguồn $S_{cđm} = 250\text{ MVA}$, điện áp trung bình $U_{tb} = 23,1\text{ kV}$, điện kháng hệ thống $X_H = 2,1344\ \Omega$, dòng ngắn mạch $I_N = 6,03\text{ kA}$. Tiết diện cáp $35\text{ mm}^2$ đáp ứng điều kiện ổn định nhiệt ($F_{ôđn} = 25,58\text{ mm}^2$ với thời gian cắt $t_c = 0,5\text{ s}$).
  • Khí cụ trung áp: Dao cắt phụ tải SF6 NPS24B1-K4J2 ($24\text{ kV}$, $400\text{ A}$, dòng ổn định động $45\text{ kA} > I_{xk} = 15,34\text{ kA}$) và cầu chì ống Siemens 3GD1 432-4B ($24\text{ kV}$, $160\text{ A}$, dòng cắt $31,5\text{ kA} > I'' = 6,03\text{ kA}$).
  • Khí cụ và thanh cái hạ áp: Dòng ngắn mạch phía hạ áp máy biến áp $I_{NB1} = 20,75\text{ kA}$, dòng xung kích $I_{xk} = 52,82\text{ kA}$. Chọn máy cắt hạ áp 3AF 117-3 ($I_{đm} = 2500\text{ A}$, $I_{cđm} = 50\text{ kA}$), máy biến dòng BD38 (tỷ số 300/5A), thanh cái đồng đặt đứng tiết diện $(120\times 10)\text{ mm}$ ($I_{cp} = 2650\text{ A}$, mômen uốn $M = 56,945\text{ kg}\cdot\text{cm}$, ứng suất uốn tính toán $\sigma_{tt} = 44,49\text{ kg/cm}^2 \ll [\sigma_{cp}] = 1400\text{ kg/cm}^2$).
  • Tủ ATS: Giới thiệu tổng quan cấu tạo, chức năng, nguyên lý hoạt động tự động chuyển mạch lưới - máy phát và các tiêu chí lựa chọn hệ thống ATS.

Chương IV: Tính chọn thiết bị đóng cắt và dây dẫn

Chương IV trình bày bảng điều kiện lựa chọn Aptomat (MCCB, MCB) theo điện áp định mức, dòng định mức và dòng cắt ngắn mạch. Lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp phân phối hạ áp theo điều kiện phát nóng ($k_1 k_2 I_{cp} \ge I_{tt}$), kiểm tra theo độ sụt áp cho phép và điều kiện phối hợp bảo vệ với Aptomat ($k_1 k_2 I_{cp} \ge 1,25 I_{đmA}$). Bảng tra các hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ môi trường $k_1$ và hệ số số lượng cáp đi chung $k_2$ được thiết lập cụ thể cho từng nhánh tủ tầng.

Chương V: Thiết kế hệ thống điện nhẹ

Chương V thiết kế các giải pháp kỹ thuật cho hệ thống điện nhẹ:

  • Mạng Tel - LAN: Thiết kế sơ đồ kết nối cáp mạng Cat 6 UTP, sơ đồ tủ rack ODF phân phối từ tổng đài và phòng máy chủ đến các nút mạng văn phòng tại từng tầng.
  • Hệ thống camera giám sát (CCTV): Thiết kế mạng camera IP giám sát an ninh các lối ra vào, sảnh lễ tân, hành lang và bãi đỗ xe; cấu tạo tủ CCTV và chức năng quan sát trực tiếp, lưu trữ và xem qua mạng.
  • Hệ thống âm thanh thông báo: Xây dựng sơ đồ nguyên lý tổng quát mạng loa thông báo công cộng phục vụ điều hành và cảnh báo khẩn cấp.

Chương VI: Thiết kế hệ thống chống sét

Chương VI xác định cấp bảo vệ của công trình theo tiêu chuẩn TCXDVN 46-2007. Đề xuất giải pháp chống sét trực tiếp sử dụng kim thu sét phát tia tiên đạo sớm (ESE), bố trí dây thoát sét bằng cáp đồng bọc đi trong ống bảo vệ dẫn thẳng xuống mạng cọc tiếp địa. Thiết kế hệ thống nối đất chống sét kết hợp tiếp địa an toàn điện với điện trở nối đất đáp ứng quy chuẩn kỹ thuật.

Chương VII: Thiết kế hệ thống chiếu sáng thông minh sử dụng thiết bị điện theo tiêu chuẩn KNX

Chương VII phân tích cấu trúc phần cứng của hệ thống điều khiển tự động hóa KNX và thông số kỹ thuật chi tiết của các module:

  • Bộ cấp nguồn: KNX Power Supply (cung cấp nguồn bus 29-30V DC).
  • Cơ cấu chấp hành đóng cắt: KNX Switch Actuator (điều khiển on/off các lộ đèn).
  • Cơ cấu chấp hành điều khiển rèm: KNX Shutter Actuator.
  • Cơ cấu chấp hành điều chỉnh độ sáng: KNX Dimming Actuator.
  • Thiết bị đầu vào: Bàn phím điều khiển cảm biến KNX Push Button.
  • Thiết bị giao tiếp và mở rộng mạng: KNX USB Interface và KNX Line Coupler.

Chương VIII: Mô phỏng hệ thống nhà thông minh trên mô hình KNX

Chương VIII hướng dẫn kết nối phần cứng thông qua giao tiếp USB Interface, kết nối phần mềm chuyên dụng (ETS), thiết lập dự án mới và gán địa chỉ vật lý, địa chỉ nhóm (Group Address). Triển khai lập trình mô phỏng các bài toán điều khiển:

  • Bài toán chiếu sáng: Điều khiển bật/tắt đèn đơn qua nút bấm cảm ứng; điều khiển tự động bật/tắt theo lịch trình thời gian (Timer).
  • Bài toán điều khiển rèm: Đóng/mở và dừng rèm bằng nút bấm tay; điều khiển rèm tự động theo kịch bản vận hành.

Chương IX: Bóc tách khối lượng và lập dự toán

Chương IX trình bày cơ sở lý luận, vai trò, ý nghĩa, trình tự và nguyên tắc đo bóc khối lượng xây lắp điện. Thiết lập danh mục khối lượng vật tư, thiết bị (máy biến áp, tủ điện, dây cáp, máng cáp, bóng đèn, thiết bị đóng cắt, thiết bị KNX) và phương pháp tính toán chi phí dự toán phục vụ công tác đấu thầu và thi công công trình.

Kết quả và đóng góp của đồ án

1. Kết quả tính toán kỹ thuật chính

Đồ án đã hoàn thành toàn bộ các hạng mục tính toán kỹ thuật cho Tòa nhà Viettel Kon Tum với các thông số cụ thể:

  • Xác định chính xác tổng công suất biểu kiến tính toán toàn tòa nhà là $S_{tttoa} = 153,359\text{ kVA}$ ($P_{tttoa} = 130,3548\text{ kW}$).
  • Xác lập cấu hình trạm biến áp gồm 2 máy biến áp Thibidi $100\text{ kVA} - 22/0,4\text{ kV}$, bảo đảm cấp điện liên tục khi có sự cố 1 máy nhờ hệ số quá tải $1,4$.
  • Chọn tuyến cáp ngầm trung áp Furukawa $(3\times 35)\text{ mm}^2$ với độ sụt áp tính toán $\Delta U = 562,73\text{ V}$, thấp hơn giới hạn cho phép $\Delta U_{cp} = 1100\text{ V}$.
  • Xác định dòng ngắn mạch trung áp $I_N = 6,03\text{ kA}$, dòng ngắn mạch hạ áp $I_{NB1} = 20,75\text{ kA}$ và dòng xung kích $I_{xk} = 52,82\text{ kA}$; qua đó kiểm tra thanh cái đồng $(120\times 10)\text{ mm}$ chịu ứng suất uốn $\sigma_{tt} = 44,49\text{ kg/cm}^2$, đạt tiêu chuẩn an toàn cơ điện học ($[\sigma_{cp}] = 1400\text{ kg/cm}^2$).
  • Thiết lập hệ thống chuyển nguồn tự động ATS bảo đảm chuyển sang nguồn máy phát trong 5 giây.
  • Mô phỏng Dialux kiểm chứng phân bố quang thông đèn LED Big Panel MPE 40W cho phòng giao ban đạt độ rọi trung bình $E_{av} = 532\text{ lx}$, đồng đều và không gây chói lóa.
  • Xây dựng thành công mô hình cấu hình và kịch bản điều khiển chiếu sáng, rèm cửa trên nền tảng KNX.

2. Giải pháp và kiến nghị kỹ thuật của tác giả

  • Đề xuất phân tách hoàn toàn mạng phân phối cấp điện cho chiếu sáng/ổ cắm độc lập với mạng cấp nguồn cho điều hòa nhiệt độ, giúp nâng cao độ an toàn và dễ dàng quản lý vận hành.
  • Sử dụng hệ thống thanh dẫn Busway cho trục phân phối đứng thay cho phương án rải cáp truyền thống, giúp tiết kiệm không gian hộp kỹ thuật, giảm tổn hao điện áp và nâng cao độ an toàn phòng cháy chữa cháy.
  • Tích hợp chuẩn điều khiển mở KNX vào hệ thống chiếu sáng tòa nhà nhằm nâng cao tính tiện nghi và tiết kiệm điện năng tiêu thụ.

3. Đóng góp của đề tài

Đề tài cung cấp một bộ hồ sơ thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh từ khâu khảo sát phụ tải, tính chọn trạm biến áp, mạng lưới phân phối động lực, chống sét, điện nhẹ đến tự động hóa tòa nhà và bóc tách khối lượng dự toán, tuân thủ chặt chẽ các quy phạm kỹ thuật điện hiện hành của Việt Nam.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Trong tính toán ngắn mạch lưới trung áp, do chưa có thông số tổng trở chi tiết của lưới điện khu vực thành phố Kon Tum, tác giả phải giả định công suất ngắn mạch đầu nguồn tương đương công suất cắt định mức của máy cắt trạm trung gian ($S_{cđm} = 250\text{ MVA}$).
    • Phần phụ tải điều hòa không khí mới dừng lại ở bước tính toán công suất điện tiêu thụ tổng thể và thiết kế đầu chờ cấp nguồn tại các phòng, chưa đi sâu vào sơ đồ nguyên lý chi tiết của hệ thống điều hòa không khí trung tâm VRV/Chiller.
  • Hướng phát triển:
    • Nghiên cứu tích hợp toàn diện hệ thống quản lý tòa nhà BMS (Building Management System), kết nối giao thức KNX với các hệ thống điều hòa HVAC, báo cháy tự động và giám sát an ninh tập trung.
    • Xây dựng thêm các kịch bản tự động hóa nâng cao, tích hợp cảm biến hiện diện (Presence Sensor) và cảm biến đo độ rọi tự nhiên để tối ưu hóa năng lượng tiêu thụ theo thời gian thực.

Giá trị tham khảo của đồ án

  • Đối tượng sử dụng: Sinh viên ngành Kỹ thuật điện, Điện tự động công nghiệp, Hệ thống điện và Kỹ thuật công trình xây dựng (M&E) có thể sử dụng đồ án làm tài liệu tham khảo cho đồ án môn học Thiết kế cung cấp điện, đồ án Kỹ thuật chiếu sáng và đồ án tốt nghiệp kỹ sư.
  • Nội dung tham khảo giá trị:
    • Quy trình và biểu thức tính toán chi tiết về lựa chọn, kiểm tra ổn định nhiệt và ổn định động của thanh cái hạ áp, máy cắt và cáp trung áp.
    • Phương pháp thiết kế chiếu sáng kết hợp phần mềm mô phỏng không gian 3D Dialux.
    • Cấu hình phần cứng và phương pháp lập trình điều khiển thiết bị tự động hóa tòa nhà theo chuẩn KNX.

Câu hỏi thường gặp

1. Tổng công suất tính toán của Tòa nhà Viettel Kon Tum là bao nhiêu và tác giả đã lựa chọn cấu hình máy biến áp như thế nào?

Tổng công suất tính toán toàn tòa nhà là $P_{tttoa} = 130,3548\text{ kW}$, tương đương công suất biểu kiến $S_{tttoa} = 153,359\text{ kVA}$. Tác giả lựa chọn phương án trạm biến áp gồm 2 máy biến áp Thibidi $100\text{ kVA} - 22/0,4\text{ kV}$ làm việc song song; khi một máy gặp sự cố, máy còn lại với hệ số quá tải $1,4$ ($140\text{ kVA}$) sẽ bảo đảm cấp điện cho các phụ tải ưu tiên.

2. Tuyến cáp trung áp cấp nguồn vào tòa nhà được lựa chọn và kiểm tra theo những thông số nào?

Tuyến cáp trung áp được chọn là cáp đồng 3 lõi Furukawa 24 kV CU/XLPE/PVC/DSTA/PVC tiết diện $(3\times 35)\text{ mm}^2$, lựa chọn theo mật độ dòng kinh tế $J_{kt} = 3,1\text{ A/mm}^2$ ($I = 5,25\text{ A}$). Kết quả kiểm tra tổn thất điện áp đạt $\Delta U = 562,73\text{ V} < \Delta U_{cp} = 1100\text{ V}$ ($5%$), và tiết diện $35\text{ mm}^2$ thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt dòng ngắn mạch ($F_{ôđn} = 25,58\text{ mm}^2$).

3. Kết quả tính toán chiếu sáng và mô phỏng phòng giao ban tầng 3 đạt thông số ra sao?

Phòng giao ban tầng 3 có diện tích $87\text{ m}^2$, yêu cầu độ rọi thiết kế $E = 500\text{ lx}$. Tác giả tính toán và bố trí 18 bộ đèn LED âm trần MPE FPD-6060T ($40\text{ W}$, quang thông $4000\text{ lm}$), tổng công suất chiếu sáng là $0,72\text{ kW}$. Kết quả chạy mô phỏng trên phần mềm Dialux cho độ rọi trung bình thực tế đạt $E_{av} = 532\text{ lx}$.

4. Điều kiện ổn định lực điện động của thanh cái đồng hạ áp được kiểm tra như thế nào?

Với dòng ngắn mạch hạ áp $I_{NB1} = 20,75\text{ kA}$ và dòng xung kích $I_{xk} = 52,82\text{ kA}$, lực tính toán tác động lên thanh dẫn là $F_{tt} = 8,135\text{ kg}$, tạo mômen uốn $M = 56,945\text{ kg}\cdot\text{cm}$. Thanh cái đồng đặt đứng tiết diện $(120\times 10)\text{ mm}$ có mômen chống uốn $W = 1,28\text{ cm}^3$, ứng suất uốn sinh ra là $\sigma_{tt} = 44,49\text{ kg/cm}^2$, nhỏ hơn nhiều so với ứng suất cho phép của đồng ($[\sigma_{cp}] = 1400\text{ kg/cm}^2$).

5. Hệ thống điều khiển chiếu sáng thông minh KNX trong đồ án gồm những khối thiết bị nào?

Hệ thống gồm bộ nguồn KNX Power Supply, module đóng cắt KNX Switch Actuator, module điều khiển rèm KNX Shutter Actuator, module điều chỉnh độ sáng KNX Dimming Actuator, bàn phím điều khiển cảm biến KNX Push Button, cùng các thiết bị kết nối mở rộng KNX USB Interface và KNX Line Coupler, được cấu hình trên phần mềm ETS.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho tòa nhà Viettel Kon Tum" của sinh viên Vũ Văn Hòa đã giải quyết bài toán kỹ thuật cung cấp điện cho một công trình văn phòng viễn thông 7 tầng. Đề tài kết hợp phương pháp tính toán truyền thống theo các quy chuẩn TCVN, 11 TCN với các công cụ mô phỏng Dialux và công nghệ tự động hóa KNX. Toàn bộ các kết quả tính toán dung lượng máy biến áp, mạng phân phối hạ thế, kiểm tra ngắn mạch khí cụ điện và dự toán khối lượng cung cấp cơ sở kỹ thuật phục vụ thi công và lắp đặt công trình.