Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập kinh tế, nhu cầu sử dụng năng lượng điện tại Việt Nam tăng trưởng nhanh chóng. Sự phát triển mạnh mẽ của các cơ sở hạ tầng thương mại, văn phòng cho thuê và tổ hợp dịch vụ cao tầng đòi hỏi hệ thống cung cấp điện phải đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt nhằm duy trì tính liên tục và chất lượng vận hành. Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế cung cấp điện cho tòa nhà 7 tầng" được sinh viên Lê Quang Minh (Lớp DC 2001, Ngành Điện Tự Động Công Nghiệp, Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng) thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Đoàn Phong vào năm 2021, nhằm vận dụng khối kiến thức chuyên ngành vào một bài toán kỹ thuật công trình cụ thể.

Mục tiêu nghiên cứu của đồ án là xây dựng một phương án thiết kế hệ thống cung cấp điện toàn diện, tối ưu hóa về mặt kinh tế - kỹ thuật cho tòa nhà văn phòng 7 tầng, thỏa mãn 4 yêu cầu cốt lõi được tác giả nêu trong văn bản:

  1. Độ tin cậy cấp điện: Đảm bảo cấp điện liên tục phù hợp với tính chất của phụ tải tòa nhà cao tầng, tích hợp hệ thống nguồn dự phòng để vận hành khi xảy ra sự cố mất điện lưới.
  2. Chất lượng điện áp: Duy trì độ lệch điện áp trung áp và hạ áp nằm trong phạm vi cho phép là ±5%, trong khi chỉ tiêu tần số do hệ thống điện lực quốc gia điều tiết.
  3. An toàn điện: Đảm bảo độ an toàn cao nhất cho người vận hành, người trực tiếp sử dụng thiết bị và bảo vệ toàn bộ cấu trúc công trình trước các sự cố quá tải, ngắn mạch và sét đánh.
  4. Tính kinh tế: So sánh, tính toán và chọn lọc các giải pháp thiết kế hợp lý nhằm giảm thiểu chi phí đầu tư thiết bị mà vẫn đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật vận hành.

Nhiệm vụ cụ thể cần giải quyết bao gồm: tính toán, xác định phụ tải tính toán cho từng tầng và toàn bộ công trình; lựa chọn dung lượng và vị trí đặt trạm biến áp, máy phát điện dự phòng; tính toán, chọn lựa các thiết bị đóng cắt, đo lường và bảo vệ phía cao áp (22 kV) và hạ áp (0,4 kV); tính chọn dây dẫn, thanh cái và kiểm tra tổn thất điện áp; tính toán thiết kế mạng lưới chiếu sáng chức năng; và thiết kế hệ thống chống sét đánh trực tiếp cùng hệ thống tiếp địa an toàn.

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống cung cấp và phân phối điện của tòa nhà văn phòng cao 7 tầng (có thêm 1 tầng hầm), diện tích xây dựng mặt sàn 310 m², phục vụ mục đích làm trụ sở văn phòng làm việc và khu thương mại cho thuê. Phạm vi không gian nghiên cứu gắn liền với công trình tại khu vực đô thị, nhận nguồn từ lưới điện 22 kV; phạm vi thời gian hoàn thành theo nhiệm vụ được giao là trước ngày 30 tháng 6 năm 2021.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đồ án dựa trên các quy luật truyền tải, phân phối điện năng và các phương pháp kỹ thuật điện chuẩn tắc dùng trong thiết kế hệ thống điện dân dụng - công nghiệp. Để xác định công suất yêu cầu của công trình mà không làm tăng chi phí đầu tư do việc cộng cơ học đơn thuần các công suất định mức, tác giả ứng dụng phương pháp xác định phụ tải tính toán dựa trên hệ số sử dụng ($K_{sd}$) và hệ số đồng thời ($K_{đt}$).

Các công thức toán học và mô hình giải tích được tác giả sử dụng bao gồm:

  • Công suất biểu kiến của tải đơn lẻ: $S = \frac{P_{đm}}{\eta \cdot \cos\varphi}$
  • Dòng điện định mức và dòng điện làm việc: $I_b = I_{đm} \cdot K_{sd}$
  • Dòng điện tổng hợp có xét hệ số đồng thời: $I_{b(tổng)} = K_{đt} \cdot I_b$
  • Công suất tác dụng tính toán tổng: $P_{tt} = K_{đt} \cdot \sum (K_{sdi} \cdot P_{đmi})$ (kW)
  • Công suất phản kháng: $Q_{tt} = P_{tt} \cdot \tan\varphi$ (kVAR)
  • Hệ số công suất trung bình của hệ thống: $\cos\varphi_{tb} = \cos(\arctan(Q_{tt} / P_{tt}))$ hoặc tính theo tỷ số có trọng số: $\cos\varphi_{tb} = \frac{\sum (P_{dmi} \cdot \cos\varphi_i)}{\sum P_{dmi}}$
  • Kiểm tra sụt áp đường dây: $\Delta U = \sqrt{3} \cdot I \cdot (R_0 \cdot \cos\varphi + X_0 \cdot \sin\varphi) \cdot L$ và độ sụt áp phần trăm: $\Delta U% = \frac{100 \cdot \Delta U}{U_n} \le 5%$

Phương pháp nghiên cứu thực tế là sự kết hợp giữa phân tích - tổng hợp số liệu mặt bằng kiến trúc, thống kê và phân nhóm thiết bị tiêu thụ điện, tính toán giải tích kỹ thuật và tra cứu đối chiếu catalog thiết bị từ các nhà sản xuất công nghiệp. Nguồn dữ liệu phục vụ nghiên cứu bao gồm: bản vẽ mặt bằng kiến trúc của công trình 7 tầng; các chỉ số suất phụ tải chiếu sáng ($p_0 = 20\text{ W/m}^2$ cho siêu thị, $p_0 = 24\text{ W/m}^2$ cho văn phòng), suất làm mát điều hòa ($p_0 = 700\text{ BTU/m}^2$); catalog kỹ thuật của Siemens, Merlin Gerin, Hyundai, Cooper, Cadivi, Daikin, Rạng Đông; cùng các giáo trình và tiêu chuẩn thiết kế cung cấp điện hiện hành.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống cung cấp điện cho tòa nhà được thiết kế theo mô hình phân phối hình tia từ trạm biến áp trung tâm đến các tủ phân phối cục bộ của từng tầng và các tủ động lực chuyên dụng. Nguồn cấp chính lấy từ lưới phân phối trung áp 22 kV của khu vực, đưa vào trạm biến áp hạ áp bố trí tại tầng hầm tòa nhà.

Hệ thống kỹ thuật được cấu thành từ các phân hệ chính sau:

  • Trạm biến áp và nguồn điện dự phòng: Lựa chọn 1 máy biến áp 3 pha cấp điện áp 22/0,4 kV với công suất 630 kVA (đáp ứng công suất tính toán yêu cầu là 540 kVA). Nguồn dự phòng là một máy phát điện diesel 3 pha 220 kVA - 0,4 kV đặt tại tầng hầm, kết hợp tủ chuyển nguồn để duy trì nguồn cho các phụ tải quan trọng khi mất điện lưới.
  • Phân hệ cao áp (22 kV): Bố trí tại buồng cao áp tầng hầm với các thiết bị đóng cắt và bảo vệ chọn từ hãng Siemens và Cooper:
    • Dao cách ly cao áp: Loại 3DC do Siemens chế tạo ($U_{lvmax} = 24\text{ kV}$, $I_{đm} = 630\text{ A}$, $I_{Nmax} = 40\text{ kA}$, $I_{Nt} = 16\text{ kA}$).
    • Cầu chì cao áp: Loại 3GD1408-4B của Siemens ($U_{lvmax} = 24\text{ kV}$, $I_{đm} = 40\text{ A}$, $I_N = 31,5\text{ kA}$, khối lượng 3,8 kg), dòng làm việc cưỡng bức tính toán là 14,2 A ($I_{cp} = 35,5\text{ A}$).
    • Chống sét van: Loại phi tuyến AZLP501B24 của Cooper (Mỹ), điện áp định mức 24 kV.
    • Máy biến điện áp đo lường (BU): Mã hiệu HK-220 ($U_{đm} = 24\text{ kV}$, sơ cấp 22 kV, thứ cấp 380/400 V, $S_{đm} = 400\text{ VA}$, cấp chính xác 0,5).
    • Máy biến dòng đo lường (CT): Mã hiệu 4MA74 do Siemens chế tạo ($U_{đm} = 24\text{ kV}$, $I_{1đm} = 50\text{ A}$, $I_{2đm} = 5\text{ A}$, $I_{dn1s} = 80\text{ kA}$, $I_{odd} = 120\text{ kA}$).
    • Thanh cái cao áp 22 kV: Đồng thanh cái kích thước 25x3 mm², tiết diện 75 mm², dòng cho phép $I_{cp} = 340\text{ A}$ (vượt trội so với $I_{lvmax} = 14,2\text{ A}$).
  • Phân hệ tủ hạ áp tổng (MBS) và tuyến cấp nguồn chính:
    • Áptômát tổng: Loại M32 do Merlin Gerin chế tạo (4 cực, $I_{đm} = 800\text{ A}$, $U_{đm} = 690\text{ V}$, dòng cắt $I_N = 25\text{ kA}$).
    • Thanh cái hạ áp tủ MBS: Đồng kích thước 50x5 mm² (tiết diện 250 mm², $I_{cp} = 860\text{ A}$ lớn hơn $I_{lvmax} = 780\text{ A}$).
    • Biến dòng hạ áp: Loại TKM-05 do Công ty Thiết bị đo điện chế tạo ($U \le 600\text{ V}$, 800/5 A, 1 vòng sơ cấp, dung lượng 10 VA, cấp chính xác 0,5).
    • Cáp nối từ máy biến áp về tủ MBS: Cáp đồng hạ áp 1 lõi bọc PVC của hãng Lens, mỗi pha dùng 2 sợi cáp đơn tiết diện 240 mm² (mang dòng 390 A/sợi, $I_{cp} = 439\text{ A}$), dây trung tính dùng $2 \times 240\text{ mm}^2$. Quy cách: $[(240\text{ mm}^2 \times 2) \times 3] + N(240\text{ mm}^2 \times 2)$. Chiều dài tuyến $L = 20\text{ m}$, sụt áp tính toán $\Delta U = 3,3\text{ V}$ tương đương $\Delta U% = 0,87% < 5%$.
  • Phân hệ phân phối nhánh hạ áp:
    • Tuyến cấp tủ tầng hầm (TĐ-TH): Áptômát Hyundai HiBE33 ($I_{đm} = 20\text{ A}$, 600 V), cáp mềm CADIVI 4 lõi bọc PVC gồm $3 \times 4\text{ mm}^2 + 1 \times 2,5\text{ mm}^2$ (N), $L = 25\text{ m}$, sụt áp $\Delta U% = 0,88%$.
    • Tuyến cấp tủ bơm nước sinh hoạt và nước thải (TĐ-BN): Áptômát Hyundai HiBE53 ($I_{đm} = 50\text{ A}$, 600 V, 2,5 kA), cáp CADIVI $3 \times 16\text{ mm}^2 + 1 \times 10\text{ mm}^2$ (N), $L = 25\text{ m}$, sụt áp $\Delta U% = 0,63%$.
    • Tuyến cấp tủ bơm chữa cháy (TĐ-BCC): Áptômát Hyundai HiBE63 ($I_{đm} = 60\text{ A}$, 500 V, 7,5 kA), cáp CADIVI $16\text{ mm}^2$.
  • Phân hệ chống sét và nối đất: Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp sử dụng công nghệ đầu thu sét phát tia tiên đạo sớm ESE (Early Streamer Emission), kết hợp dây dẫn thoát sét chuyên dụng dẫn dòng sét xuống hệ thống bãi tiếp địa chôn ngầm dưới đất để tiêu tán dòng sét, bảo vệ công trình và người vận hành.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Xác định phụ tải tính toán cho tòa nhà 7 tầng

Chương I tập trung khảo sát đặc điểm cấu trúc kiến trúc của công trình và thực hiện tính toán chi tiết nhu cầu phụ tải của từng hạng mục. Mặt bằng tòa nhà 7 tầng (diện tích 310 m²) được phân chia công năng rõ ràng: tầng hầm bố trí gara (250 m²), trạm biến áp, máy phát điện, phòng kỹ thuật (20 m²); tầng 1 là khu siêu thị; tầng 2 đến tầng 5 gồm 7 phòng làm việc (16 m²/phòng) mỗi tầng; tầng 6 gồm phòng hội nghị (120 m²) và 2 phòng họp (32 m²/phòng); tầng 7 là khu kỹ thuật thang máy, kho và giải lao.

Tác giả tính toán chi tiết phụ tải tầng hầm bao gồm: hệ thống chiếu sáng gara (7 bộ đèn LED tuýp 2x36W), phòng kỹ thuật và phòng máy phát/MBA (mỗi phòng 2 bộ 2x36W), quạt thông gió (2 chiếc 25W), tổng công suất chiếu sáng 0,842 kW ($I_n = 5,98\text{ A}$, $S_{tt} = 1,87\text{ kVA}$); phụ tải 2 ổ cắm đôi 1 kW ($P_{tt} = 1,6\text{ kW}$, $I_{tt} = 5,2\text{ A}$, $S_{tt} = 2\text{ kVA}$); điều hòa Daikin 18.000 BTU/h ($P = 5,3\text{ kW}$, $P_{tt} = 4,71\text{ kW}$, $I_n = 26,77\text{ A}$, $S_{tt} = 5,89\text{ kVA}$); chiếu sáng sự cố và cầu thang ($P_{cs} = 0,086\text{ kW}$, $S_{tt} = 1,36\text{ kVA}$). Tổng công suất tầng hầm (TĐ-TH) được lựa chọn là $S_{tt} = 12\text{ kVA}$ ($K_{đt} = 0,75$).

Đối với khu siêu thị tầng 1, phụ tải chiếu sáng sử dụng 44 bộ đèn 4 bóng 36W ($P_{đặt} = 6,34\text{ kW}$), phân bố đều cho 3 pha (pha A: 15 bộ, pha B: 15 bộ, pha C: 14 bộ); phụ tải 28 ổ cắm gồm 14 ổ 1 kW và 14 ổ 0,5 kW bố trí cách nhau 2,5 m; phụ tải 12 máy điều hòa Daikin 18.000 BTU/h ($P_{tt} = 63,6\text{ kW}$, $I_n = 30,11\text{ A}$); đèn chiếu sáng cầu thang và WC gồm 6 bóng 18W ($P_{tt} = 0,108\text{ kW}$). Tổng phụ tải tầng 1 đạt $P_{tt} = 86,988\text{ kW}$, $I_{tt} = 165,2\text{ A}$, công suất biểu kiến tính toán chọn là $S_{tt} = 66\text{ kVA}$, hệ số $\cos\varphi_{tb} = 0,77$. Phụ tải các tầng 2-5 được tính toán với suất chiếu sáng văn phòng 24 W/m², bố trí 6 bộ đèn LED 2x36W và 2 đèn ốp trần WC 18W ($P_{cs} = 0,468\text{ kW}$). Ngoài ra, chương này cũng tính toán phụ tải động lực gồm 2 thang máy (công suất 22 kW mỗi thang), phụ tải hệ thống bơm nước sinh hoạt, bơm nước thải và bơm chữa cháy.

Chương II: Lựa chọn phương án cấp điện cho tòa nhà 7 tầng

Nội dung chương này giải quyết việc xác định quy mô nguồn điện và tính chọn toàn bộ thiết bị mạng điện từ trạm biến áp đến tủ phân phối chính và các tủ nhánh. Tổng hợp phụ tải toàn tòa nhà cho thấy tổng công suất biểu kiến đặt tại tủ hạ áp chính (MBS) là 488,2 kVA. Trên cơ sở đó, tác giả lựa chọn lắp đặt 1 máy biến áp hạ áp 22/0,4 kV có công suất định mức 630 kVA (với công suất tính toán yêu cầu là 540 kVA).

Chương II đi sâu vào tính chọn và kiểm tra ổn định nhiệt, ổn định động cho các thiết bị cao áp 22 kV dựa trên dòng làm việc cưỡng bức $I_{cb} = 14,2\text{ A}$: dao cách ly Siemens 3DC (630 A), cầu chì cao áp Siemens 3GD1408-4B (40 A), chống sét van Cooper AZLP501B24 (24 kV), biến điện áp HK-220, biến dòng 4MA74 và thanh dẫn đồng cao áp 25x3 mm² ($I_{cp} = 340\text{ A}$). Ở phía hạ áp 0,4 kV với dòng làm việc cưỡng bức 780 A, tác giả chọn áptômát tổng Merlin Gerin M32 (800 A), thanh cái đồng 50x5 mm² ($I_{cp} = 860\text{ A}$), biến dòng TKM-05 (800/5 A), tuyến cáp nguồn chính Lens $[(240\text{ mm}^2 \times 2) \times 3] + N(240\text{ mm}^2 \times 2)$ với độ sụt áp 0,87%. Tiếp đó, tác giả tính toán chọn áptômát và cáp điện CADIVI đi ngầm trong ống cách điện cấp cho tủ tầng hầm TĐ-TH ($3 \times 4\text{ mm}^2 + 1 \times 2,5\text{ mm}^2$, $\Delta U% = 0,88%$), tủ bơm nước TĐ-BN ($3 \times 16\text{ mm}^2 + 1 \times 10\text{ mm}^2$, $\Delta U% = 0,63%$), tủ bơm chữa cháy TĐ-BCC và các tủ phân phối tầng.

Chương III: Tổng quan về thiết kế chiếu sáng

Chương III trình bày cơ sở lý thuyết về các dạng chiếu sáng trong công trình dân dụng (chiếu sáng chung, chiếu sáng sự cố, chiếu sáng bảo vệ, trang trí) và triển khai các bước tính toán chiếu sáng chi tiết cho ba khu vực chức năng chính: khu văn phòng làm việc (đảm bảo độ rọi làm việc, phân bố đèn đều), khu vực hội trường tại tầng 6 (yêu cầu chất lượng quang thông cao, không gây chói lóa) và khu vực đường nội bộ xung quanh tòa nhà nhằm bảo đảm an ninh và mỹ quan ngoại cảnh.

Chương IV: Sơ đồ hệ thống điện tòa nhà 7 tầng và bảo vệ chống sét đánh trực tiếp

Chương này hoàn thiện sơ đồ nguyên lý tổng thể của mạng điện tòa nhà và tập trung xử lý vấn đề an toàn trước thiên tai sấm sét. Tác giả phân tích khái niệm, nguyên nhân hình thành và các tác hại phá hủy cơ học, nhiệt, điện từ của sét đánh trực tiếp đối với công trình xây dựng. Thay vì chỉ sử dụng kim Franklin truyền thống, đồ án đi sâu vào giải pháp bảo vệ hiện đại bằng đầu thu sét phát tia tiên đạo sớm ESE (Early Streamer Emission), giúp mở rộng đáng kể bán kính bảo vệ cho toàn bộ phần mái và thân tòa nhà 7 tầng. Chương này thực hiện các tính toán chi tiết về: lựa chọn thiết bị đầu thu ESE, tính toán trị số điện trở nối đất chống sét, thiết kế hệ thống cọc tiếp địa chôn sâu và lựa chọn cáp thoát sét chuyên dụng dẫn dòng năng lượng cao từ đầu thu xuống mạng lưới tiếp địa an toàn.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã đưa ra các kết quả định lượng cụ thể, được thể hiện qua các bảng thông số kỹ thuật và phụ tải được tính toán trực tiếp trong văn bản:

Đi từ Đến tủ phân phối Phụ tải tầng / chức năng Công suất đặt tầng (kVA)
MBS TĐ-TH Tầng hầm (gara, phòng máy, kỹ thuật) 12,0
MBS TĐ-BN Phụ tải máy bơm cấp nước và nước thải 34,5
MBS TĐ-BCC Phụ tải bơm chữa cháy 34,7
MBS TD-T1 Tầng 1 (khu siêu thị thương mại) 48,9
MBS TD-T2 ÷ TD-T5 Tầng 2 đến tầng 5 (khối văn phòng làm việc) 157,5
MBS TD-T6 Tầng 6 (phòng hội nghị 120 m², 2 phòng họp) 99,2
MBS TD-T7 Tầng 7 (sảnh, phòng thang máy, kho, giải lao) 2,8
MBS TD-TM Hệ thống 2 thang máy (22 kW/thang) 58,6
Tổng MBS Toàn bộ phụ tải đặt của tòa nhà 488,2

Các kết quả kỹ thuật chính đạt được:

  • Xác định chính xác tổng công suất biểu kiến đặt toàn tòa nhà là 488,2 kVA; công suất tính toán yêu cầu $S_{đm} = 540\text{ kVA}$.
  • Lựa chọn máy biến áp 22/0,4 kV công suất định mức 630 kVA, đảm bảo hệ số dự phòng phát triển tải trong tương lai. Nguồn dự phòng dùng máy phát điện 3 pha 220 kVA - 0,4 kV tại tầng hầm.
  • Xác định và kiểm tra đầy đủ danh mục khí cụ điện cao áp 22 kV (dao cách ly Siemens 3DC, cầu chì Siemens 3GD1408-4B, chống sét van Cooper AZLP501B24, BU HK-220, CT Siemens 4MA74).
  • Toàn bộ kết quả kiểm tra tổn thất điện áp trên các tuyến cáp động lực chính từ máy biến áp đến MBS và từ MBS đến các tủ nhánh đều đạt chuẩn dưới mức cho phép 5% (tuyến chính đạt 0,87%, tuyến tầng hầm đạt 0,88%, tuyến bơm nước đạt 0,63%).

Về mặt giải pháp, tác giả đề xuất phân chia tải theo tuyến độc lập cho từng tầng và tách riêng các phụ tải động lực lớn (thang máy, hệ thống bơm nước, hệ thống phòng cháy chữa cháy) nhằm cô lập sự cố, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Về mặt đóng góp so với các bài toán lý thuyết thông thường, đồ án không áp dụng các công thức tính toán đơn giản hóa mà xây dựng quy trình thiết kế bám sát thực tế thi công: kết hợp chi tiết giữa phương pháp hệ số sử dụng/hệ số đồng thời với các thông số vật lý của thiết bị có sẵn trên thị trường, đưa ra phương án chống sét tiên tiến sử dụng đầu thu phát xạ sớm ESE thay cho các cột thu lôi cổ điển.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Phạm vi nghiên cứu chủ yếu tập trung vào các tính toán kỹ thuật tại các điểm nút chính (từ trạm biến áp đến tủ phân phối tổng MBS và các tủ phân phối tầng/động lực), chưa đi sâu vào sơ đồ đấu nối chi tiết đến từng thiết bị tải tiêu thụ cuối cùng ở từng phòng làm việc.
  • Dữ liệu phụ tải được tính toán dựa trên các hệ số định mức và suất phụ tải giả định theo tiêu chuẩn thiết kế kiến trúc, chưa có điều kiện đo đạc thực tế từ quá trình vận hành thực tế của một tòa nhà cụ thể sau khi đưa vào sử dụng.
  • Văn bản đồ án chưa đề cập sâu đến bài toán tự động hóa tòa nhà tích hợp (BMS) hoặc việc bù tự động công suất phản kháng chuyên sâu ở các chế độ tải biến động mạnh.

Hướng mở và nghiên cứu tiếp:

  • Mở rộng tính toán thiết kế tủ bù tụ điện tự động hạ áp (Cos $\varphi$ Controller) nhằm nâng cao hệ số công suất của toàn tòa nhà, giảm tổn thất công suất phản kháng trên lưới.
  • Thiết kế tích hợp hệ thống quản lý năng lượng thông minh và điều khiển tự động hóa (BMS/SCADA) cho hệ thống chiếu sáng, điều hòa không khí và bơm cấp thoát nước.
  • Tính toán chi tiết dòng ngắn mạch tại tất cả các thanh cái phân phối nhánh tầng để kiểm tra chọn lọc sâu hơn các dải cắt của thiết bị bảo vệ hạ áp.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp này là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Điện Tự động công nghiệp, Hệ thống điện, Kỹ thuật điện công trình khi thực hiện đồ án môn học Cung cấp điện hoặc đồ án tốt nghiệp thiết kế điện tòa nhà dân dụng/thương mại.
  • Kỹ sư thiết kế cơ điện (M&E) mới vào nghề cần tra cứu quy trình tính toán phụ tải hỗn hợp (chiếu sáng, ổ cắm, điều hòa, động cơ bơm, thang máy) và phương pháp lựa chọn, kiểm tra sụt áp đường cáp hạ thế.
  • Người làm các đề tài tương tự có thể tham khảo trực tiếp:
    • Phương pháp luận phân chia công suất và tính toán hệ số đồng thời cho khu siêu thị và khối văn phòng tại Chương I.
    • Bảng thông số kỹ thuật, quy cách lựa chọn thiết bị cao áp 22 kV của Siemens, Cooper và thiết bị hạ áp của Merlin Gerin, Hyundai tại Chương II.
    • Quy trình ứng dụng công nghệ đầu phát tia tiên đạo sớm ESE và nối đất chống sét tại Chương IV.

Câu hỏi thường gặp

1. Tổng công suất biểu kiến đặt tính toán tại tủ điện chính (MBS) của tòa nhà là bao nhiêu và tác giả lựa chọn máy biến áp có thông số như thế nào?
Tổng công suất biểu kiến đặt tại tủ điện hạ thế chính MBS được thống kê từ tất cả các tầng và phụ tải động lực là 488,2 kVA, với công suất tính toán yêu cầu là 540 kVA. Tác giả đã lựa chọn 1 máy biến áp 3 pha cấp điện áp 22/0,4 kV có công suất định mức 630 kVA để cấp nguồn cho toàn bộ tòa nhà.

2. Suất phụ tải chiếu sáng và điều hòa được tác giả lựa chọn cho siêu thị tầng 1 và văn phòng làm việc là bao nhiêu?
Theo tính toán của tác giả, suất phụ tải chiếu sáng được chọn là $p_0 = 20\text{ W/m}^2$ cho khu vực siêu thị tầng 1 và $p_0 = 24\text{ W/m}^2$ cho khu văn phòng làm việc các tầng 2 đến tầng 5. Suất phụ tải điều hòa làm mát cho cả hai khu vực này đều được tính theo chỉ số $p_0 = 700\text{ BTU/m}^2$.

3. Tuyến cáp hạ thế nối từ máy biến áp về tủ phân phối chính MBS sử dụng loại cáp nào và độ sụt áp tính toán được là bao nhiêu?
Tuyến cáp này sử dụng cáp đồng hạ áp 1 lõi cách điện PVC do hãng Lens chế tạo, mỗi pha sử dụng 2 sợi cáp đơn tiết diện 240 mm² ($I_{cp} = 439\text{ A}$), dây trung tính dùng 2 sợi 240 mm² ($[(240\text{ mm}^2 \times 2) \times 3] + N(240\text{ mm}^2 \times 2)$). Với chiều dài tuyến 20 m, độ sụt áp tính toán là 3,3 V, tương đương $\Delta U% = 0,87%$, thỏa mãn điều kiện nhỏ hơn 5%.

4. Thiết bị bảo vệ đóng cắt và đo lường phía cao áp 22 kV được lựa chọn từ những thương hiệu nào với thông số ra sao?
Phía cao áp 22 kV sử dụng các thiết bị cao cấp gồm: dao cách ly Siemens 3DC ($24\text{ kV} - 630\text{ A}$), cầu chì cao áp Siemens 3GD1408-4B ($24\text{ kV} - 40\text{ A} - 31,5\text{ kA}$), chống sét van Cooper AZLP501B24 (24 kV), biến điện áp HK-220 ($24\text{ kV} - 400\text{ VA}$), biến dòng Siemens 4MA74 ($24\text{ kV} - 50/5\text{ A}$) và thanh dẫn đồng kích thước 25x3 mm² ($I_{cp} = 340\text{ A}$).

5. Hệ thống chống sét đánh trực tiếp của tòa nhà 7 tầng được thiết kế theo nguyên lý công nghệ nào?
Hệ thống chống sét đánh trực tiếp của công trình được thiết kế sử dụng đầu thu sét công nghệ phát tia tiên đạo sớm ESE (Early Streamer Emission) kết hợp hệ thống dây dẫn thoát sét và mạng lưới cọc tiếp địa chôn sâu dưới đất, giúp mở rộng bán kính bảo vệ an toàn cho toàn bộ công trình so với kim thu lôi truyền thống.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế cung cấp điện cho tòa nhà 7 tầng" của sinh viên Lê Quang Minh đã giải quyết hoàn chỉnh các yêu cầu thiết kế hệ thống điện kỹ thuật cho một công trình cao tầng thực tế. Bằng việc áp dụng phương pháp tính phụ tải theo hệ số sử dụng và hệ số đồng thời, tác giả đã tính chọn chính xác cấu hình nguồn điện gồm 1 máy biến áp 630 kVA, 1 máy phát điện dự phòng 220 kVA cùng hệ thống thiết bị đóng cắt, đo lường và bảo vệ đồng bộ từ lưới trung áp 22 kV đến mạng phân phối hạ áp 0,4 kV. Toàn bộ các kiểm tra về phát nóng, ổn định nhiệt và tổn thất điện áp đường dây đều thỏa mãn tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành, chứng minh tính khả thi và an toàn của phương án thiết kế.