Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Năng lượng điện giữ vai trò nền tảng trong sự phát triển kinh tế - xã hội và tiến trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Cùng với sự gia tăng nhanh chóng của các khu công nghiệp, hoạt động thương mại và dịch vụ công cộng, nhu cầu tiêu thụ điện năng tăng trưởng liên tục qua các năm, đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc xây dựng đội ngũ kỹ thuật có năng lực thiết kế, vận hành và cải tạo mạng lưới điện. Trong lĩnh vực hạ tầng xã hội, các công trình giáo dục mầm non đòi hỏi hệ thống điện không chỉ đáp ứng công suất vận hành cho các thiết bị sinh hoạt, dạy học, điều hòa không khí mà còn phải tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn về an toàn đối với lứa tuổi mầm non. Từ bối cảnh thực tiễn đó, đề tài đồ án tốt nghiệp "Thiết kế Cung cấp điện cho Trường mầm non Him Lam" được thực hiện nhằm củng cố kiến thức lý thuyết chuyên ngành Điện Tự Động Công Nghiệp và giải quyết bài toán thiết kế hệ thống cung cấp điện cho một công trình trường học cụ thể.

Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài được xác định rõ ràng:

  1. Mục tiêu nghiên cứu: Thiết kế hoàn chỉnh hệ thống cung cấp điện hạ áp cho Trường mầm non Him Lam, đảm bảo các tiêu chí kỹ thuật về độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện áp và tần số, an toàn tuyệt đối cho người sử dụng cùng thiết bị, đồng thời đạt hiệu quả kinh tế về chi phí đầu tư và chi phí vận hành.
  2. Nhiệm vụ nghiên cứu:
    • Nhiệm vụ 1: Khảo sát kiến trúc mặt bằng, quy mô diện tích các phân khu chức năng và xác định các yêu cầu kỹ thuật cung cấp điện của công trình.
    • Nhiệm vụ 2: Phân tích các phương pháp tính toán phụ tải và áp dụng phương pháp phù hợp để xác định công suất tính toán chiếu sáng và công suất động lực cho từng phòng, từng tầng và toàn trường.
    • Nhiệm vụ 3: Đánh giá, so sánh các dạng sơ đồ mạng điện hạ áp để lựa chọn phương án cấp điện tối ưu cho trường học.
    • Nhiệm vụ 4: Tính toán, lựa chọn tiết diện đường cáp nguồn và mạng cáp phân phối; kiểm tra điều kiện phát nóng, độ sụt áp và mật độ dòng điện kinh tế.
    • Nhiệm vụ 5: Nghiên cứu phương pháp tính toán ngắn mạch để kiểm tra và lựa chọn thiết bị đóng cắt, khí cụ bảo vệ cho hệ thống điện.
    • Nhiệm vụ 6: Thiết kế hệ thống nối đất an toàn và tính toán nối đất lặp lại cho các thiết bị điện một pha, ba pha trong khuôn viên trường học.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống mạng điện hạ áp (380/220V), mạng chiếu sáng, mạng động lực và hệ thống nối đất an toàn của công trình trường mầm non.
  • Phạm vi không gian: Trường mầm non Him Lam, địa chỉ tại Quận Hồng Bàng, Thành phố Hải Phòng. Khu nhà chính có kết cấu 3 tầng, tổng diện tích xây dựng các tầng gồm: Tầng 1 là 2022 m², Tầng 2 là 2022 m², Tầng 3 là 2022 m²; cùng diện tích sân trường là 4119 m².
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được giao thực hiện từ ngày 12 tháng 07 năm 2021 đến ngày 02 tháng 10 năm 2021, bảo vệ tốt nghiệp năm 2021 tại Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình tính toán:

  • Cơ sở lý thuyết tính toán phụ tải điện: Tác giả hệ thống hóa các phương pháp xác định phụ tải tính toán thường dùng trong kỹ thuật điện, bao gồm:
    • Phương pháp theo công suất đặt và hệ số nhu cầu: Áp dụng công thức $P_{tt} = k_{nc} \cdot P_{dm}$; $Q_{tt} = P_{tt} \cdot \tan\varphi$; $S_{tt} = \sqrt{P_{tt}^2 + Q_{tt}^2} = P_{tt} / \cos\varphi$. Trường hợp các thiết bị trong nhóm có hệ số công suất khác nhau, áp dụng công thức tính hệ số công suất trung bình: $\cos\varphi_{tb} = \frac{\sum P_i \cdot \cos\varphi_i}{\sum P_i}$.
    • Phương pháp theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất ($P_{tt} = p_0 \cdot f$).
    • Phương pháp theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm ($P_{tt} = \frac{M \cdot W_0}{T_{max}}$).
    • Phương pháp hệ số cực đại $k_{max}$ và công suất trung bình $P_{tb}$ (phương pháp số thiết bị hiệu quả $n_{hq}$).
  • Cơ sở lý thuyết tính toán chiếu sáng kỹ thuật: Tác giả tổng hợp các trường phái tính toán chiếu sáng (Liên Xô, Mỹ, Pháp) và lựa chọn phương pháp hệ số sử dụng quang thông theo tiêu chuẩn TCVN 8794. Quy trình tính toán gồm 11 bước với các công thức:
    • Chỉ số phòng/địa điểm: $k = \frac{a \cdot b}{h_{tt} \cdot (a + b)}$ (với $a, b$ là kích thước phòng; $h_{tt} = H - h' - 0{,}8$ là độ cao treo đèn so với mặt phẳng làm việc).
    • Tỷ số treo: $j = \frac{h'}{h' + h_u}$.
    • Quang thông tổng yêu cầu: $\Phi_{tong} = \frac{E_{tc} \cdot S \cdot d}{U}$ (với $E_{tc}$ là độ rọi tiêu chuẩn, $S$ là diện tích, $d$ là hệ số bù, $U$ là hệ số sử dụng).
    • Số bộ đèn cần bố trí: $N_{boden} = \frac{\Phi_{tong}}{\Phi_{den/bo}}$ và công thức kiểm tra sai số quang thông cho phép $\Delta\Phi% = \frac{N_{boden} \cdot \Phi_{den/bo} - \Phi_{tong}}{\Phi_{tong}}$ (giới hạn sai số chấp nhận được từ -10% đến +20%).
  • Lý thuyết lựa chọn tiết diện dây dẫn và đánh giá kinh tế kỹ thuật:
    • Lựa chọn tiết diện theo mật độ dòng điện kinh tế: $F_{kt} = \frac{I_{max}}{J_{kt}}$.
    • Kiểm tra dây dẫn theo điều kiện phát nóng: $I_{cp} \ge I_{sc}$ và điều kiện tổn thất điện áp cho phép $\Delta U \le \Delta U_{cp}$.
    • Đánh giá kinh tế thông qua hàm chi phí tính toán quy đổi hàng năm: $Z = (a_{ho} + a_{tc}) \cdot K + C$ (trong đó $a_{ho}, a_{tc}$ là hệ số khấu hao và hệ số hiệu quả thu hồi vốn; $K$ là vốn đầu tư cáp; $C$ là chi phí tổn thất điện năng tính theo giá điện và thời gian sử dụng công suất cực đại $T_{max}$).
  • Lý thuyết nối đất an toàn: Áp dụng phương pháp tính toán nối đất tự nhiên, nối đất nhân tạo và hệ thống nối đất lặp lại nhằm bảo vệ chống chạm vỏ, rò điện cho các thiết bị một pha và ba pha.

Phương pháp nghiên cứu thực tế:

  • Phương pháp phân tích, tổng hợp tài liệu kiến trúc công trình để phân nhóm phụ tải theo chức năng.
  • Phương pháp tính toán giải tích kỹ thuật điện để xác định cụ thể thông số chiếu sáng, công suất đặt, công suất tính toán của từng phòng học và khối hành chính.
  • Phương pháp so sánh kỹ thuật - kinh tế nhằm lựa chọn sơ đồ mạng điện hạ áp phù hợp nhất.

Nguồn dữ liệu:

  • Hồ sơ bản vẽ thiết kế mặt bằng kiến trúc Trường mầm non Him Lam, Quận Hồng Bàng, Hải Phòng.
  • Tiêu chuẩn chiếu sáng trường học TCVN 8794 (độ rọi tiêu chuẩn $E_{tc} = 300\text{ lux}$).
  • Sổ tay tra cứu kỹ thuật cung cấp điện (bảng tra hệ số nhu cầu $k_{nc}$, hệ số sử dụng $k_{sd}$, hệ số công suất $\cos\varphi$, hệ số phản xạ trần - tường - sàn, thông số kỹ thuật cáp AC-150 và cáp XLPE).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Giới thiệu đề tài

Chương 1 giới thiệu khái quát về công trình Trường mầm non Him Lam tại Quận Hồng Bàng, Hải Phòng. Tòa nhà chính có quy mô 3 tầng, phân bổ chức năng gồm các phòng học, phòng giáo viên, phòng dụng cụ hỗ trợ giảng dạy và thư viện đa năng. Phụ tải tiêu thụ điện của trường chủ yếu gồm phụ tải chiếu sáng, quạt làm mát và máy điều hòa nhiệt độ.

Số liệu diện tích chi tiết của các khu vực trong trường:

  • Tầng 1 (phòng học và phòng hành chính): 2022 m².
  • Tầng 2 (phòng học và phòng hành chính): 2022 m².
  • Tầng 3 (phòng học và phòng hành chính): 2022 m².
  • Diện tích sân trường: 4119 m².

Tác giả xác định 4 yêu cầu kỹ thuật cơ bản khi thiết kế cung cấp điện cho trường:

  • Độ tin cậy cấp điện: Đảm bảo cấp điện liên tục; khi xảy ra sự cố mất điện lưới, sử dụng máy phát điện dự phòng để cấp điện cho các phụ tải quan trọng.
  • Chất lượng điện năng: Đánh giá thông qua hai chỉ tiêu là độ ổn định tần số và độ lệch điện áp.
  • An toàn công trình: Hệ thống phải đạt mức độ an toàn cao cho cả người vận hành, người sử dụng và các thiết bị điện trong toàn bộ công trình.
  • Tính kinh tế: Cân đối giữa tổng vốn đầu tư ban đầu và chi phí tổn thất vận hành.

Chương 2. Xác định công suất tính toán

Chương 2 trình bày chi tiết cơ sở lý thuyết xác định phụ tải tính toán, quy trình 11 bước thiết kế chiếu sáng theo phương pháp hệ số sử dụng quang thông và triển khai tính toán thực tế cho công trình.

Tác giả chia phụ tải toàn trường thành 2 nhóm:

  • Nhóm 1: Hệ thống phụ tải tại các phòng học, hội trường, phòng y tế, sảnh đón, ban giám hiệu, thư viện và chiếu sáng ngoài trời.
  • Nhóm 2: Khối phòng chức năng đặc thù gồm văn phòng, phòng bú và pha sữa, kho bếp, bếp nấu (tầng 1); phòng học tiếng Anh, phòng múa (tầng 2); phòng STEM, phòng múa (tầng 3).

Số liệu tính toán mẫu cho các phòng học điển hình:

  • Phòng trẻ 18–24 tháng ($S = 45\text{ m}^2$, dài $a = 7{,}2\text{ m}$, rộng $b = 6{,}3\text{ m}$, cao $c = 3{,}6\text{ m}$): Yêu cầu độ rọi $E_{tc} = 300\text{ lux}$ (theo TCVN 8794). Bố trí đèn cách trần $h' = 0$, mặt làm việc cao $0{,}6\text{ m}$, độ cao tính toán $h_{tt} = 3\text{ m}$. Chỉ số phòng $k = 1{,}12$, hệ số bù $d = 1{,}25$, tỷ số treo $j = 0$. Hệ số phản xạ trần $\rho_{tran} = 0{,}7$, tường $\rho_{tuong} = 0{,}5$, sàn $\rho_{san} = 0{,}2$, tra được hệ số sử dụng $U = 0{,}39$. Tính toán quang thông tổng $\Phi_{tong} = 43.269\text{ lm}$. Lựa chọn đèn máng phản quang 3 bóng $3 \times 9\text{ W} = 27\text{ W}$ (quang thông 6000 lm/bộ), xác định được 7 bộ đèn. Công suất chiếu sáng $P_{cs} = 7 \times 27\text{ W} = 189\text{ W}$. Phụ tải động lực gồm 4 ổ cắm 3 chấu 16A ($4 \times 2000\text{ W} = 8000\text{ W}$) và 1 điều hòa 24000 BTU ($7031\text{ W}$). Tổng công suất một phòng đạt 15.220 W; tổng 2 phòng đạt 30.440 W.
  • Phòng trẻ 24–36 tháng ($S = 52\text{ m}^2$): Yêu cầu độ rọi $300\text{ lux}$, quang thông tổng $\Phi_{tong} = 50.000\text{ lm}$, lắp đặt 9 bộ đèn $3 \times 9\text{ W}$ ($P_{cs} = 243\text{ W}$); 4 ổ cắm 16A ($8000\text{ W}$); 2 máy điều hòa 18000 BTU ($2 \times 5274\text{ W} = 10.548\text{ W}$). Tổng công suất một phòng là 18.791 W; tổng 2 phòng là 37.582 W.
  • Phòng hội trường ($S = 75\text{ m}^2$): Lắp 12 bộ đèn phản quang ($P_{cs} = 324\text{ W}$); 5 quạt treo tường HATARI HF-W18R1 công suất 78W ($P = 390\text{ W}$); 8 ổ cắm 16A ($16.000\text{ W}$); 3 máy điều hòa 24000 BTU công suất 7031W ($P_{dh} = 21.093\text{ W}$).

Bảng tổng hợp công suất tính toán các tầng và các nhóm phụ tải:

Phân loại phụ tải Công suất đặt $P_{dat}$ (W) Hệ số tính toán Công suất tác dụng $P_{tt}$ (W) Công suất phản kháng $Q_{tt}$ (VAr) Công suất toàn phần $S_{tt}$ (VA)
Nhóm 1 - Tầng 1 188.296 $\cos\varphi=0{,}8; k_{nc}=0{,}8$ 150.636,8 112.977,6 188.296
Nhóm 1 - Tầng 2 213.904 $\cos\varphi=0{,}8; k_{nc}=0{,}8$ 171.123,2 128.342,4 213.904
Nhóm 1 - Tầng 3 265.011 $\cos\varphi=0{,}8; k_{nc}=0{,}8$ 212.008,8 159.006,6 265.011
Tổng Nhóm 1 667.211 $\cos\varphi=0{,}8; k_s=0{,}86$ 533.768,6 400.326,5 667.211
Nhóm 2 - Tầng 1 53.700 $\cos\varphi=0{,}8; k_{nc}=0{,}8$ 42.960 32.220 53.700
Nhóm 2 - Tầng 2 37.420 $\cos\varphi=0{,}8; k_{nc}=0{,}8$ 29.936 22.452 37.420
Nhóm 2 - Tầng 3 37.420 $\cos\varphi=0{,}8; k_{nc}=0{,}8$ 29.936 22.452 37.420
Tổng Nhóm 2 128.540 $\cos\varphi=0{,}8; k_{nc}=0{,}8$ 102.832 77.124 128.540

Chương 3. Chọn phương án cung cấp điện cho trường

Chương 3 phân tích ưu và nhược điểm của các dạng mạng phân phối điện hạ áp 380/220V:

  • Mạng hình tia: Có độ tin cậy cung cấp điện cao do khi xảy ra sự cố trên một đường dây thì chỉ phụ tải nối vào đường dây đó bị mất điện; nhược điểm là chi phí đầu tư lớn do chiều dài cáp và số lượng khí cụ đóng cắt nhiều.
  • Mạng phân nhánh: Tiết kiệm chi phí đầu tư nhưng độ tin cậy thấp hơn.
  • Kết luận lựa chọn: Căn cứ đặc thù của trường học, tác giả lựa chọn phương án sơ đồ hình tia kết hợp với sơ đồ trục để cấp điện cho công trình.

Tính toán và kiểm tra đường cáp nguồn chính:

  • Tuyến từ trạm biến áp trung gian về trạm phân phối trung tâm (PPTT) của trường sử dụng cáp nhôm lõi thép bọc kim chôn ngầm loại AC-150 ($r_0 = 0{,}17,\Omega/\text{km}, x_0 = 0{,}4,\Omega/\text{km}$, dòng cho phép $I_{cp} = 512\text{ A}$).
  • Kiểm tra chế độ sự cố: Khi đứt một dây, dây còn lại gánh toàn bộ công suất với dòng sự cố $I_{sc} = 2 \times 231{,}10 = 462{,}2\text{ A}$. Ta thấy $I_{sc} < I_{cp}$ (462,2 A < 512 A), thỏa mãn điều kiện phát nóng.
  • Kiểm tra sụt áp: Tổn thất điện áp tính toán $\Delta U = 224\text{ V} < \Delta U_{cp}$, đường cáp AC-150 đã chọn đạt yêu cầu kỹ thuật.

Tính toán lựa chọn cáp phân phối từ PPTT đến các trạm nhánh T1 và T2:

  • Tuyến PPTT đến T1 ($S_{tt} = 102{,}81\text{ kVA}$, dòng cực đại $I_{max} = 3\text{ A}$): Với cáp đồng, thời gian sử dụng công suất lớn nhất $T_{max} = 3000\text{ h}$, mật độ dòng kinh tế $J_{kt} = 1{,}3\text{ A/mm}^2$, tính ra tiết diện kinh tế $F_{kt} = \frac{3}{1{,}3} = 2{,}3\text{ mm}^2$. Tác giả chọn cáp 2x XLPE $3 \times 12$ và nâng lên tiết diện tiêu chuẩn tối thiểu là $16\text{ mm}^2$. Chiều dài tuyến cáp $L = 10\text{ m}$, đơn giá 48.000 đ/m, thành tiền cáp là 480.000 đ, tổng chi phí vốn đầu tư nhánh $K_1 = 960.000$ đ.
  • Tuyến PPTT đến T2 ($S_{tt} = 72{,}83\text{ kVA}$, $I_{max} = 2{,}1\text{ A}$): Tiết diện kinh tế $F_{kt} = \frac{2{,}1}{1{,}3} = 1{,}6\text{ mm}^2$, lựa chọn cáp XLPE tiết diện tiêu chuẩn tối thiểu $16\text{ mm}^2$.
  • Tính toán tổn thất công suất: Áp dụng công thức $\Delta P = \frac{S^2}{U^2} \cdot 10^{-3}$, tính được tổn thất trên nhánh PPTT-T1 là $\Delta P_1 = 0{,}18\text{ kW}$, trên nhánh PPTT-T2 là $\Delta P_2 = 0{,}09\text{ kW}$, tổng tổn thất công suất trên hai tuyến là $\sum \Delta P = 0{,}27\text{ kW}$.
  • Tính toán chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật: Với các tham số $a_{ho} = 0{,}1$; $a_{tc} = 0{,}2$; giá điện năng $c = 750\text{ đ/kWh}$, chi phí tính toán quy đổi hàng năm $Z_1 = (0{,}1 + 0{,}2) \times 2000 = 693.000$ đồng.

Chương 4. Chọn thiết bị cho mạng điện

Chương 4 tập trung vào phương pháp luận và các bước tính toán lựa chọn thiết bị cho mạng điện hạ áp:

  • Phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn và cáp truyền tải.
  • Xác định tiết diện dây dẫn theo nguyên lý chi phí kim loại cực tiểu cho đường dây không phân nhánh.
  • Xác định tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện không đổi ($J_{kt}$).
  • Phương pháp tính toán dòng ngắn mạch trong mạng hạ áp nhằm làm căn cứ kiểm tra độ bền điện động, độ bền nhiệt và lựa chọn các thiết bị đóng cắt, bảo vệ (aptomat, cầu dao, cầu chì).

Chương 5. Nối đất bảo vệ các thiết bị

Chương 5 xây dựng giải pháp an toàn điện cho công trình:

  • Phân tích nguyên lý và phương pháp tính toán hệ thống nối đất, phân biệt giữa nối đất tự nhiên và nối đất nhân tạo.
  • Thiết lập trình tự các bước tính toán hệ thống nối đất tiêu chuẩn.
  • Tính toán nối đất bảo vệ cho hệ thống điện và các thiết bị một pha, ba pha trong trường.
  • Tính toán hệ thống nối đất lặp lại cho mạng thiết bị trong trường học, đảm bảo trị số điện trở nối đất đạt yêu cầu quy chuẩn an toàn, triệt tiêu điện áp rò nguy hiểm trên vỏ kim loại của các thiết bị điện.

Thiết kế và triển khai

Cấu trúc mạng lưới và sơ đồ nguyên lý: Hệ thống cung cấp điện cho Trường mầm non Him Lam được tổ chức theo cấp điện áp 380/220V, cấu trúc hình tia kết hợp sơ đồ trục. Cáp nguồn dẫn từ trạm biến áp trung gian về tủ phân phối trung tâm (PPTT) đặt tại tầng 1. Từ thanh cái tủ phân phối trung tâm, các tuyến cáp hạ áp đi ngầm cấp điện đến các tủ điện phân phối chính của từng tầng (Tủ T1, T2, T3) và các tủ nhánh phục vụ từng khu vực chức năng riêng biệt.

Giải pháp công nghệ và quy cách vật tư, thiết bị:

  • Đường cáp nguồn chính: Sử dụng cáp nhôm lõi thép bọc kim chôn ngầm loại AC-150 ($150\text{ mm}^2$), có điện trở đơn vị $r_0 = 0{,}17,\Omega/\text{km}$ và điện kháng đơn vị $x_0 = 0{,}4,\Omega/\text{km}$. Tuyến cáp có dòng phát nóng cho phép đạt 512 A.
  • Đường cáp phân phối nhánh: Lựa chọn cáp đồng cách điện XLPE, tiết diện chuẩn $16\text{ mm}^2$ cho các tuyến từ tủ trung tâm đến các tủ phân phối tầng.
  • Thiết bị chiếu sáng: Toàn bộ phòng học sử dụng đèn máng phản quang lắp 3 bóng huỳnh quang/LED ($3 \times 9\text{ W} = 27\text{ W}$), quang thông 6000 lm/bộ, lắp ốp sát trần ($h' = 0$) đảm bảo độ rọi bề mặt bàn học đạt 300 lux.
  • Thiết bị động lực và làm mát: Bố trí quạt treo tường HATARI HF-W18R1 (công suất 78W/chiếc) tại các phòng lớn và hội trường; lắp đặt máy điều hòa không khí cục bộ loại 18000 BTU (công suất tiêu thụ điện 5274W) và loại 24000 BTU (công suất tiêu thụ điện 7031W).
  • Thiết bị cấp nguồn tiện ích: Trang bị các cụm ổ cắm 3 chấu có cực tiếp địa, dòng định mức 16A, công suất tính toán 2000W/ổ cắm.

Kiểm tra an toàn kỹ thuật:

  • Kiểm tra điều kiện phát nóng của tuyến cáp nguồn chính: Dòng điện khi xảy ra sự cố đứt một dây đạt $I_{sc} = 462{,}2\text{ A}$, thấp hơn ngưỡng dòng cho phép $I_{cp} = 512\text{ A}$.
  • Kiểm tra sụt áp: Tổn thất điện áp cực đại $\Delta U = 224\text{ V}$ nằm trong giới hạn cho phép của mạng hạ áp.
  • An toàn nối đất: Áp dụng hệ thống nối đất nhân tạo kết hợp nối đất lặp lại cho toàn bộ vỏ kim loại của thiết bị 1 pha và 3 pha, đảm bảo ngắt mạch bảo vệ kịp thời khi xảy ra rò điện.

Kết quả và đóng góp

Kết quả nghiên cứu định lượng đạt được:

  • Xác định tổng công suất đặt của Nhóm phụ tải 1 là 667.211 W, chia theo từng tầng: Tầng 1 đạt 188.296 W; Tầng 2 đạt 213.904 W; Tầng 3 đạt 265.011 W.
  • Xác định công suất tính toán toàn phần cho Nhóm phụ tải 1 là $S_{tt} = 667.211\text{ VA}$ (với công suất tác dụng $P_{tt} = 533.768{,}6\text{ W}$ và công suất phản kháng $Q_{tt} = 400.326{,}5\text{ VAr}$).
  • Xác định tổng công suất đặt của Nhóm phụ tải 2 là 128.540 W; công suất tính toán tương ứng là $P_{tt} = 102.832\text{ W}$, $Q_{tt} = 77.124\text{ VAr}$ và $S_{tt} = 128.540\text{ VA}$.
  • Lựa chọn chính xác tuyến cáp nguồn chính AC-150 ($150\text{ mm}^2$) thỏa mãn dòng phát nóng cho phép 512 A và các tuyến cáp phân phối nhánh dùng cáp cách điện XLPE tiết diện $16\text{ mm}^2$.
  • Tính toán tổn thất công suất trên các tuyến cáp cấp điện nhánh chính đạt 0,27 kW và xác định chi phí tính toán quy đổi kinh tế hàng năm $Z_1 = 693.000$ đồng.

Giải pháp và đề xuất của tác giả:

  • Phân tách phụ tải toàn trường thành 2 nhóm độc lập (Nhóm phòng học thông thường và Nhóm phòng chức năng/dịch vụ) giúp quản lý vận hành linh hoạt và tối ưu hóa biểu đồ phụ tải.
  • Sử dụng máy phát điện dự phòng để tự động cấp nguồn cho các phụ tải trọng yếu khi xảy ra sự cố mất điện lưới.
  • Áp dụng cấu trúc sơ đồ hình tia kết hợp sơ đồ trục nhằm cân bằng giữa yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện cao và mục tiêu tiết kiệm chi phí đầu tư dây dẫn, khí cụ đóng cắt.
  • Xây dựng hệ thống nối đất lặp lại bảo vệ nghiêm ngặt nhằm triệt tiêu nguy cơ tai nạn điện đối với giáo viên và học sinh mầm non.

Đóng góp của đồ án: Tác giả đã hoàn thành một bộ hồ sơ thiết kế kỹ thuật cung cấp điện hoàn chỉnh, có tính ứng dụng thực tế cho công trình trường học công cộng quy mô 3 tầng tại Hải Phòng. Các kết quả tính toán chiếu sáng và phụ tải động lực được xây dựng trên cơ sở tiêu chuẩn hiện hành, kết hợp chặt chẽ giữa tính toán kỹ thuật giải tích và kiểm tra kinh tế vận hành.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài:

  • Đồ án được thực hiện trong khoảng thời gian quy định của kỳ đồ án tốt nghiệp (từ tháng 7/2021 đến tháng 10/2021), do đó tác giả tự nhận định kiến thức và thời gian nghiên cứu còn những giới hạn nhất định, khó tránh khỏi các thiếu sót trong quá trình tính toán chi tiết.
  • Văn bản tập trung chủ yếu vào tính toán chiếu sáng, phụ tải động lực chính và mạng phân phối tổng thể; việc tính toán chi tiết các nhánh phân phối sâu bên trong từng phòng chức năng chưa được mở rộng tối đa trong phần văn bản trích lục.

Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Dựa trên phạm vi thiết kế kỹ thuật của đồ án, hướng mở rộng cần thiết là nghiên cứu tích hợp hệ thống quản lý năng lượng tòa nhà (BMS) để tự động hóa giám sát, đóng cắt thông minh cho hệ thống chiếu sáng và điều hòa không khí.
  • Nghiên cứu phương án bổ sung nguồn năng lượng tái tạo (điện mặt trời mái nhà) kết hợp hệ thống lưu trữ năng lượng nhằm gia tăng hiệu quả kinh tế và tính chủ động nguồn điện cho trường học.
  • Hoàn thiện chi tiết bài toán phối hợp bảo vệ chọn lọc giữa các cấp aptomat từ tủ phân phối nhánh đến tủ phân phối trung tâm.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế Cung cấp điện cho Trường mầm non Him Lam" mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho các đối tượng:

  • Sinh viên chuyên ngành Điện Tự Động Công Nghiệp, Kỹ thuật điện, Hệ thống điện: Tài liệu là mẫu tham khảo trực quan về quy trình lập đồ án tốt nghiệp thiết kế cung cấp điện cho công trình dân dụng, từ khâu khảo sát mặt bằng đến tính toán phụ tải và lựa chọn thiết bị.
  • Kỹ sư thiết kế cơ điện công trình (MEP): Tham khảo phương pháp phân nhóm phụ tải, phương pháp tính toán chiếu sáng phòng học theo tiêu chuẩn TCVN 8794 và quy trình lựa chọn cáp ngầm, tính toán nối đất lặp lại cho công trình giáo dục.
  • Các nội dung đáng chú ý nhất: Quy trình 11 bước tính toán chiếu sáng bằng phương pháp hệ số sử dụng quang thông; các bước kiểm tra dây dẫn theo điều kiện dòng điện sự cố $I_{sc}$ và tổn thất điện áp $\Delta U$; phương pháp tính chi phí tính toán quy đổi hàng năm $Z$.

Câu hỏi thường gặp

  1. Công trình Trường mầm non Him Lam có quy mô diện tích xây dựng như thế nào? Theo số liệu tại Chương 1 của đồ án, trường gồm tòa nhà chính 3 tầng với diện tích từng tầng bằng nhau là 2022 m² (gồm các phòng học và phòng hành chính), cùng diện tích sân trường là 4119 m².

  2. Tác giả áp dụng tiêu chuẩn và thông số nào để tính toán chiếu sáng cho các phòng học của trường? Tác giả áp dụng phương pháp hệ số sử dụng quang thông với độ rọi yêu cầu là $E_{tc} = 300\text{ lux}$ theo tiêu chuẩn TCVN 8794, sử dụng loại đèn máng phản quang lắp 3 bóng công suất $3 \times 9\text{ W} = 27\text{ W}$, quang thông 6000 lm/bộ.

  3. Tổng công suất đặt và công suất tính toán của Nhóm phụ tải 1 được xác định là bao nhiêu? Nhóm 1 có tổng công suất đặt là 667.211 W (Tầng 1: 188.296 W; Tầng 2: 213.904 W; Tầng 3: 265.011 W). Với hệ số nhu cầu $k_s = 0{,}86$ và $\cos\varphi = 0{,}8$, công suất tác dụng tính toán là $P_{tt} = 533.768{,}6\text{ W}$, công suất phản kháng $Q_{tt} = 400.326{,}5\text{ VAr}$ và công suất toàn phần $S_{tt} = 667.211\text{ VA}$.

  4. Loại cáp điện nào được chọn cho tuyến nguồn chính từ trạm biến áp về trạm phân phối trung tâm? Tác giả lựa chọn cáp nhôm lõi thép bọc kim chôn ngầm loại AC-150 ($150\text{ mm}^2$) có điện trở $r_0 = 0{,}17,\Omega/\text{km}$, điện kháng $x_0 = 0{,}4,\Omega/\text{km}$ và dòng cho phép $I_{cp} = 512\text{ A}$, đáp ứng tốt dòng sự cố $I_{sc} = 462{,}2\text{ A}$ và tổn thất điện áp tính toán $\Delta U = 224\text{ V}$.

  5. Vì sao tác giả lựa chọn cấu trúc sơ đồ hình tia kết hợp sơ đồ trục cho mạng điện của trường? Phương án này được lựa chọn nhằm kết hợp ưu điểm của cả hai loại sơ đồ: mạng hình tia đảm bảo độ tin cậy cấp điện cao cho các phụ tải quan trọng, trong khi sơ đồ trục giúp tối ưu hóa chiều dài đường dây, tiết kiệm chi phí đầu tư cáp và thiết bị đóng cắt.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế Cung cấp điện cho Trường mầm non Him Lam" của tác giả Đoàn Văn Nam là công trình thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh thuộc chuyên ngành Điện Tự Động Công Nghiệp. Đề tài đã giải quyết trọn vẹn bài toán cung cấp điện hạ áp cho một cơ sở giáo dục mầm non quy mô 3 tầng thông qua việc tính toán chính xác phụ tải chiếu sáng, phụ tải động lực và lựa chọn cấu trúc mạng hình tia kết hợp trục tối ưu. Các kiểm tra về điều kiện phát nóng, độ sụt áp, tổn thất điện năng và hệ thống nối đất bảo vệ đều đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật an toàn hiện hành. Kết quả nghiên cứu cung cấp tài liệu tham khảo có giá trị thực tiễn cao cho công tác học tập và thiết kế hệ thống cơ điện công trình dân dụng.