I. Tổng quan đồ án thiết kế điện cho tòa nhà chung cư tại Quảng Ninh
Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống cung cấp điện cho tòa nhà chung cư Quảng Ninh giải quyết bài toán cấp điện an toàn cho công trình cao tầng. Tỉnh Quảng Ninh có tốc độ đô thị hóa nhanh. Nhu cầu xây dựng các khu chung cư hiện đại tăng cao liên tục. Hệ thống điện đóng vai trò huyết mạch trong toàn bộ tòa nhà. Công trình đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện ở mức cao nhất. Sự cố mất điện gây gián đoạn sinh hoạt và nguy hiểm đến tính mạng cư dân. Đồ án tập trung nghiên cứu toàn diện từ khâu khảo sát phụ tải đến thiết kế chi tiết mạng điện. Người thiết kế áp dụng các quy chuẩn xây dựng Việt Nam như TCVN 9206:2012 và TCVN 5:2008. Mục tiêu cốt lõi là đảm bảo cấp điện liên tục, tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí đầu tư ban đầu. Bản thiết kế hoàn chỉnh cung cấp sơ đồ nguyên lý phân phối điện, vị trí đặt trạm biến áp và các tuyến cáp động lực. Nghiên cứu tạo tiền đề vững chắc cho việc triển khai thi công thực tế tại địa phương ven biển.
1.1. Mục tiêu và phạm vi thiết kế hệ thống điện chung cư
Đề tài xác định rõ mục tiêu xây dựng phương án cấp điện tối ưu cho tòa nhà chung cư cao tầng. Phạm vi thiết kế bao gồm toàn bộ hệ thống chiếu sáng sinh hoạt, mạng động lực và hệ thống an toàn công trình. Các khu vực tính toán gồm tầng hầm giữ xe, khối trung tâm thương mại dịch vụ và các căn hộ ở. Đồ án đưa ra phương án phân chia phụ tải khoa học giữa các tầng. Nguồn điện chính lấy từ lưới điện trung áp quốc gia 22kV khu vực Quảng Ninh. Hệ thống hạ áp 380/220V phân phối trực tiếp đến từng tủ điện tầng và từng căn hộ. Giải pháp thiết kế đáp ứng đầy đủ yêu cầu kỹ thuật hiện đại, bảo đảm tính thẩm mỹ và thuận tiện trong công tác quản lý vận hành.
1.2. Đặc điểm phụ tải và tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng
Tòa nhà chung cư bao gồm nhiều nhóm phụ tải với mức độ ưu tiên khác nhau. Phụ tải loại 1 đòi hỏi cấp điện liên tục tuyệt đối gồm bơm cứu hỏa, quạt tăng áp buồng thang và thang máy cứu hộ. Phụ tải loại 2 và loại 3 bao gồm bơm cấp nước sinh hoạt, chiếu sáng hành lang và điện sinh hoạt gia đình. Thiết kế áp dụng tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9206:2012 về đặt thiết bị điện trong nhà ở và công trình công cộng. Tiêu chuẩn TCVN 5:2008 định mức thông gió cơ khí cho tầng hầm. Các thông số điện áp định mức 380V và 220V được duy trì ổn định. Thiết kế bảo đảm chất lượng điện năng theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 12:2014/BXD.
II. Phân tích phụ tải khi thiết kế hệ thống điện chung cư Quảng Ninh
Tính toán phụ tải là bước quan trọng nhất trong thiết kế hệ thống điện tòa nhà chung cư. Việc đánh giá sai công suất dẫn đến chọn sai tiết diện dây cáp và máy biến áp. Nếu công suất tính toán quá nhỏ, hệ thống sẽ quá tải và nhảy aptomat liên tục. Nếu chọn công suất quá lớn, chi phí đầu tư ban đầu sẽ tăng cao và lãng phí điện năng không tải. Tòa nhà chung cư Quảng Ninh có hệ thống động lực phức tạp tại tầng hầm và mái. Các máy bơm nước sinh hoạt Pentax CM 40-250B công suất 16kW hoạt động luân phiên. Hệ thống bơm nước thải Tsurumi KTZ 45.5 công suất 1,5kW xử lý nước ngầm tầng hầm. Hệ thống phòng cháy chữa cháy gồm bơm vách tường 30kW, bơm tự động 60kW và bơm bù áp 30kW. Ngoài ra, quạt thông gió ly tâm tầng hầm DWCP-6-NOL công suất 25kW yêu cầu lưu lượng khí lớn đạt 30.277,38 m3/h. Người kỹ sư phải xác định chính xác hệ số nhu cầu và hệ số đồng thời để tính công suất tổng hợp.
2.1. Phân loại phụ tải sinh hoạt và công suất động lực tòa nhà
Phụ tải sinh hoạt căn hộ được xác định theo diện tích sàn và suất tiêu hao điện năng chuẩn. Mỗi căn hộ trang bị các thiết bị điện như điều hòa, bếp từ, tủ lạnh, bình nóng lạnh và chiếu sáng. Phụ tải động lực tòa nhà bao gồm hệ thống máy bơm nước và thông gió hoạt động với công suất lớn. Bơm cấp nước sinh hoạt Pentax có hệ số công suất cos phi bằng 0,7 với công suất phản kháng 32,64 kVAR. Quạt thông gió tầng hầm tính toán theo bội số trao đổi không khí 7 lần trên giờ cho thể tích 4.325,34 m3. Việc phân chia nhóm tải riêng biệt giúp tối ưu hóa biểu đồ phụ tải hàng ngày và giảm tổn hao điện.
2.2. Thách thức sụt áp và ổn định nguồn điện tại khu vực ven biển
Quảng Ninh có đặc thù khí hậu ven biển với độ ẩm cao và nồng độ muối trong không khí lớn. Yếu tố môi trường thúc đẩy quá trình ăn mòn điện hóa đối với các tiếp điểm và thanh cái tủ điện. Hệ thống phân phối điện cao tầng gặp thách thức lớn về tổn thất điện áp trên các trục đứng cáp điện. Các căn hộ ở tầng cao đối mặt nguy cơ sụt áp khi phụ tải đỉnh xuất hiện vào giờ cao điểm. Tình trạng sụt áp gây giảm tuổi thọ động cơ máy giặt, tủ lạnh và điều hòa không khí. Việc tính toán độ sụt áp giới hạn delta U cho phép không được vượt quá 5% theo quy phạm. Giải pháp bù công suất phản kháng cần được bố trí hợp lý tại trạm biến áp hạ thế.
III. Giải pháp kỹ thuật thiết kế cung cấp điện cho chung cư Quảng Ninh
Đồ án đề xuất giải pháp kỹ thuật tổng thể nhằm đảm bảo cung cấp điện liên tục và an toàn. Nguồn điện lưới 22kV kết nối qua máy cắt và trạm biến áp hạ thế đặt tại tầng hầm tòa nhà. Máy biến áp chuyển đổi điện áp xuống mức hạ áp 380/220V 3 pha 4 dây. Hệ thống máy phát điện Diesel dự phòng trang bị bộ chuyển nguồn tự động ATS chuyển đổi nguồn trong 15 giây khi xảy ra sự cố lưới. Mạng điện hạ áp phân phối theo cấu trúc hình tia kết hợp phân nhánh qua hệ thống tủ điện tầng. Tính toán dòng điện làm việc bình thường và dòng ngắn mạch ba pha IN3 làm cơ sở chọn thiết bị. Công thức tính dòng điện phụ tải 3 pha dựa trên công suất tính toán Ptt và hệ số công suất cos phi. Thiết bị đóng cắt Aptomat được lựa chọn đáp ứng đầy đủ tiêu chí điện áp định mức, dòng định mức và dòng cắt ngắn mạch định mức. Dây dẫn và cáp ngầm bọc cách điện XLPE/PVC được kiểm tra chặt chẽ theo điều kiện phát nóng và tổn thất điện áp cho phép.
3.1. Lựa chọn trạm biến áp và nguồn máy phát điện dự phòng
Trạm biến áp được tính toán chọn dung lượng định mức dựa trên công suất tính toán toàn phần Stt của công trình có xét đến hệ số dự phòng mở rộng 15-20%. Máy biến áp kiểu kín làm mát bằng dầu hoặc loại khô chống cháy nổ thích hợp cho không gian tầng hầm. Máy phát điện dự phòng Diesel tự khởi động cung cấp 100% công suất cho tải ưu tiên loại 1 và loại 2. Hệ thống chống sét van 3EG4 vỏ sứ cấp điện áp 24kV dòng xả định mức 5kA làm bằng vật liệu Cacbuasilic bảo vệ đầu vào trạm. Bể dầu phụ máy phát đảm bảo thời gian chạy liên tục tối thiểu 8 giờ phục vụ công tác cứu hộ cứu nạn.
3.2. Tính toán ngắn mạch và chọn thiết bị bảo vệ aptomat hạ áp
Tính toán dòng ngắn mạch là cơ sở kỹ thuật bắt buộc để chọn và kiểm tra độ bền nhiệt, lực điện động của khí cụ điện. Dòng ngắn mạch ba pha IN3 được xác định dựa trên điện áp trung bình Utb cùng tổng điện trở R và điện kháng X tại điểm sự cố. Thiết bị đóng cắt Aptomat tổng và nhánh được lựa chọn theo ba điều kiện cơ bản gồm điện áp định mức Udm, dòng làm việc định mức Idm và dòng cắt ngắn mạch Icdm. Cáp phân phối hạ áp được chọn theo dòng điện cho phép Jcp kết hợp kiểm tra độ sụt áp delta U và điều kiện tổn thất kinh tế Jkt. Giải pháp bảo đảm aptomat tác động nhanh, phân cấp chọn lọc chính xác và ngắt nguồn kịp thời khi xảy ra sự cố.
IV. Đánh giá ứng dụng đồ án thiết kế điện chung cư tại Quảng Ninh
Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống cung cấp điện cho tòa nhà chung cư Quảng Ninh hoàn thành xuất sắc các mục tiêu đề ra. Toàn bộ các công đoạn tính toán công suất phụ tải, chọn trạm biến áp và mạng phân phối hạ áp đều bám sát thực tế thi công. Kết quả thiết kế chứng minh tính khả thi cao về mặt kỹ thuật và tối ưu về mặt kinh tế. Bản vẽ thiết kế bố trí mặt bằng đi dây mạch lạc, khoa học và thuận lợi cho việc lắp đặt bảo trì. Hệ thống bảo vệ nối đất an toàn và chống sét đánh thẳng đạt tiêu chuẩn xây dựng quốc gia. Phương án cung cấp điện đảm bảo khả năng cung ứng liên tục, đáp ứng yêu cầu sinh hoạt của cư dân và vận hành các tổ hợp dịch vụ. Đồ án cung cấp tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và ứng dụng cao cho sinh viên ngành kỹ thuật điện và kỹ sư tư vấn thiết kế công trình công cộng.
4.1. Hiệu quả kinh tế kỹ thuật và mức độ an toàn vận hành
Giải pháp thiết kế cân bằng giữa chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành lâu dài của tòa nhà. Việc tính toán dung lượng biến áp hợp lý giúp giảm dòng điện tổn hao không tải và nâng cao hệ số công suất. Cáp điện và thanh cái chọn theo mật độ dòng kinh tế giảm thiểu lãng phí nhiệt lượng tỏa ra. Hệ thống tiếp địa an toàn liên hoàn giữa tiếp địa làm việc và tiếp địa chống sét bảo vệ tính mạng người dân. Các thiết bị aptomat chống dòng rò bảo vệ tối đa người dùng trước các sự cố rò điện cục bộ trong môi trường ẩm ướt.
4.2. Khả năng nhân rộng mô hình cho công trình dân dụng ven biển
Quy trình thiết kế trong đồ án có tính chuẩn hóa cao và áp dụng được cho nhiều dự án dân dụng tương tự. Các thông số tính toán tải động lực bơm nước, quạt hút khói và dự phòng máy phát được xây dựng theo modul chuẩn. Phương pháp chọn thiết bị điện chống ăn mòn là giải pháp mẫu cho các công trình tại vùng biển duyên hải phía Bắc. Đồ án đóng góp phương pháp luận rõ ràng cho công tác giảng dạy và nghiên cứu khoa học chuyên ngành điện tử tự động hóa. Mô hình thiết kế vừa đảm bảo các tiêu chuẩn an toàn hiện đại vừa thích ứng với biến đổi khí hậu ven biển.
