Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Kỹ thuật điện công trình (Mã số môn học: MH11) do Bộ môn Máy điện xây dựng thuộc Trường Cao đẳng Xây dựng số 1 biên soạn, với ThS. Nguyễn Trường Sinh làm chủ biên cùng sự tham gia của tác giả Lê Anh Đức và các giảng viên trong bộ môn. Tài liệu được ban hành chính thức theo Quyết định số 389ĐT/QĐ-CĐXD1 ngày 30 tháng 9 năm 2021 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Xây dựng số 1. Môn học được phân bổ vào giai đoạn giữa khóa học, thuộc khối kiến thức cơ sở ngành bắt buộc trong chương trình đào tạo trình độ Cao đẳng và Trung cấp cho ngành Công nghệ kỹ thuật tài nguyên nước, đồng thời phục vụ đào tạo các khối ngành: Xây dựng dân dụng và công nghiệp (XDDD&CN), Cấp thoát nước, Công nghệ kỹ thuật kiến trúc và Kinh tế xây dựng. Thời lượng học phần được thiết kế 2 đơn vị học trình (ĐVHT) với tổng cộng 60 giờ học, phân bổ gồm 30 giờ lý thuyết, 26 giờ thực hành/thảo luận/bài tập và 4 giờ kiểm tra.

Mục tiêu đào tạo của giáo trình hướng tới việc cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện về mạng lưới điện công trình:

  • Trình bày tổng quan các khâu của hệ thống điện, nguồn điện, phụ tải điện và mạng lưới điện trong công trình xây dựng cấp III.
  • Trình bày cấu tạo, nguyên lý vận hành, thông số kỹ thuật và công dụng của các khí cụ điện hạ áp, thiết bị phân phối và bảo vệ.
  • Giải thích cấu tạo và phạm vi bảo vệ của hệ thống chống sét công trình cấp III theo tiêu chuẩn kỹ thuật.
  • Đọc, phân tích bản vẽ thiết kế điện công trình và bóc tách khối lượng xây lắp điện.
  • Xác định phương pháp tính chọn tiết diện dây dẫn, cáp điện, khí cụ điện và xác định các quy chuẩn kỹ thuật áp dụng trong công tác lắp đặt và giám sát thi công.

Giáo trình được cấu trúc thành 06 chương, tiếp cận theo trình tự logic từ lý thuyết mạch cơ sở, hệ thống tiêu chuẩn quy phạm hiện hành, cấu tạo thiết bị đóng cắt - bảo vệ, kỹ thuật tính toán thiết kế đến quy trình kiểm tra, giám sát và thực hành lắp đặt thực tế tại xưởng. Điểm đặc thù của giáo trình là sự kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết kỹ thuật điện với quy trình kiểm tra, nghiệm thu xây lắp điện theo các tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam và quy phạm ngành điện hiện hành.

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương và chủ đề chính

Nội dung giáo trình gồm 60 giờ học, được chia thành 06 chương cụ thể:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống điện trong XDDD&CN (5 giờ: 3 LT - 2 TH)
   ↓
Chương 2: Các bộ tiêu chuẩn cơ bản trong xây lắp điện đối với công trình xây dựng (3 giờ: 1 LT - 2 TH)
   ↓
Chương 3: Khí cụ điện bên trong công trình xây dựng (17 giờ: 11 LT - 5 TH - 1 KT)
   ↓
Chương 4: Chọn dây, cáp điện và khí cụ điện cho công trình xây dựng (8 giờ: 4 LT - 4 TH)
   ↓
Chương 5: Chống sét cho công trình xây dựng (10 giờ: 6 LT - 3 TH - 1 KT)
   ↓
Chương 6: Thực hành điện (17 giờ: 5 LT - 10 TH - 2 KT)

  1. Chương 1: Tổng quan về hệ thống điện trong XDDD&CN (5 giờ)

    • Phân tích các khâu sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng.
    • Định nghĩa cấp điện áp danh định: Hạ áp ($\le 1\text{ kV}$), Trung áp (trên $1\text{ kV}$ đến $35\text{ kV}$: $6, 10, 15, 22, 35\text{ kV}$), Cao áp (trên $35\text{ kV}$: $110, 220, 500\text{ kV}$).
    • Bảng quy định khoảng cách an toàn tối thiểu theo cấp điện áp (Bảng 1-1): Hạ thế ($0{,}3\text{ m}$), $1 - 15\text{ kV}$ ($0{,}7\text{ m}$), $15 - 35\text{ kV}$ ($1{,}00\text{ m}$), $35 - 110\text{ kV}$ ($1{,}50\text{ m}$), $110 - 220\text{ kV}$ ($2{,}50\text{ m}$), $220 - 500\text{ kV}$ ($4{,}50\text{ m}$).
    • Các đại lượng mạch điện xoay chiều: Điện áp $U_{AB} = V_A - V_B = -U_{BA}$, dòng điện $i = \frac{dq}{dt}$, công suất tác dụng $P = U_p I_p \cos\varphi$ (1 pha) hoặc $P = \sqrt{3} U_d I_d \cos\varphi$ (3 pha), công suất phản kháng $Q = U_p I_p \sin\varphi$, công suất biểu kiến $S = \sqrt{P^2 + Q^2}$, hệ số công suất $\cos\varphi = \frac{P}{S} = \frac{R}{Z}$, điện năng tiêu thụ $A = P \cdot t$.
    • Mạch điện 3 pha đối xứng: Quan hệ nối hình sao $Y$ ($I_d = I_p$, $U_d = \sqrt{3} U_p$) và nối tam giác $\Delta$ ($U_d = U_p$, $I_d = \sqrt{3} I_p$).
    • Phân loại phụ tải điện theo độ tin cậy cung cấp điện: Phụ tải loại 1 (không được phép cắt điện, cần từ 2 nguồn cung cấp trở lên), Phụ tải loại 2 (cắt điện phải báo trước, dùng 1 hoặc 2 nguồn), Phụ tải loại 3 (mất điện không quá 1 ngày đêm, 1 nguồn cung cấp).
    • Tham số tính toán phụ tải: Công suất định mức $P_{đm}$, công suất trung bình $P_{tb}$, công suất cực đại ổn định $P_M$, công suất đỉnh nhọn $P_{đnh}$, công suất tính toán $P_{tt}$.
    • Khái niệm và ký hiệu dây dẫn: Dây đồng trần (M), dây nhôm trần (A), dây nhôm lõi thép (AC); Dây bọc cách điện PVC (Cu/PVC, CVV); Cáp cách điện XLPE/PVC (ví dụ: Cu/XLPE/PVC 3c x 50 + 1c x 25 $\text{mm}^2$ 0.6/1kV).

  2. Chương 2: Các bộ tiêu chuẩn cơ bản trong xây lắp điện đối với công trình xây dựng (3 giờ)

    • Hệ thống hóa các tiêu chuẩn kỹ thuật: TCXD 25:1991, TCXD 27:1991, TCXDVN 263:2002, TCVN 185:1986, TCXDVN 319:2004, TCXDVN 46:2007, TCXDVN 333:2005, TCVN 5828:1994, TCVN 4086:1985, TCVN 4756:1989, TCVN 7447 (các phần 1, 5-51, 5-53, 5-54, 5-55), Quy phạm trang bị điện 2006 (11 TCN-18-2006 đến 11 TCN-21-2006), Nghị định 209/2004/NĐ-CP, TCXDVN 371:2006.
    • Trình tự kiểm tra giám sát: Năng lực nhà thầu, chứng nhận xuất xứ/chất lượng vật tư thiết bị, quy trình vận chuyển máy biến áp và bảo quản cuộn cáp.
    • Tiêu chuẩn kiểm tra lắp đặt ống luồn cáp: Khoảng cách giá đỡ, hộp nối (đoạn ống $>6\text{ m}$ hoặc $>3$ đoạn gấp khúc), bán kính uốn cong ống (đặt kín $\ge 10D$, đặt hở $\ge 4D$, trường hợp khác $\ge 6D$, cáp bọc thép $\ge 15D$), dung sai độ thăng bằng $<5\text{ mm}$, độ vuông góc $<3\text{ mm}$.
    • Tiêu chuẩn kiểm tra kéo rải cáp, lắp đặt tủ điện, thiết bị chiếu sáng, nút ấn điều khiển và thiết bị tự động hóa.

  3. Chương 3: Khí cụ điện bên trong công trình xây dựng (17 giờ)

    • Khái niệm và phân loại các loại tủ điện: Tủ phân phối chính, tủ chuyển mạch tự động ATS ($380\text{V}/415\text{V}$, dòng $1600\text{A} - 6300\text{A}$, thời gian chuyển mạch $5 - 10\text{s}$), tủ điều khiển trung tâm, tủ phân phối nhánh (DB), tủ điều khiển chiếu sáng, tủ tụ bù công suất phản kháng (đến $600\text{ kVAR}$).
    • Cấu tạo và nguyên lý của khí cụ đóng cắt và điều khiển: Công tắc (đơn, đôi, ba, hai cực, ba cực, công tắc hành trình), nút ấn (đơn, kép, tiếp điểm thường mở, thường đóng).
    • Thiết bị bảo vệ: Cấu tạo và đặc tính Ampe - giây của cầu chì, phân loại cầu chì (loại g - cắt mạch quá tải và ngắn mạch; loại a - bảo vệ duy nhất ngắn mạch), điều kiện chọn dòng định mức và dòng tới hạn ($I_{th}/I_{đm} = 1{,}6 \div 2$ đối với đồng; $I_{th}/I_{đm} = 1{,}15$ đối với hợp kim chì - thiếc); Cầu dao đóng cắt bằng tay (1 pha, 3 pha), aptomat và rơle.

  4. Chương 4: Chọn dây, cáp điện và khí cụ điện cho công trình xây dựng (8 giờ)

    • Phương pháp tính toán và lựa chọn tiết diện ruột dẫn của dây, cáp điện hạ áp theo điều kiện phát nóng cho phép, điều kiện tổn thất điện áp cho phép ($\Delta U% \le 5%$ cho động lực, $\le 2{,}5%$ cho chiếu sáng) và độ bền cơ học.
    • Tính chọn khí cụ đóng cắt và bảo vệ (aptomat, cầu chì, contactor, rơle nhiệt) phù hợp với phụ tải tính toán $P_{tt}, I_{tt}$.

  5. Chương 5: Chống sét cho công trình xây dựng (10 giờ)

    • Cấu tạo hệ thống chống sét: Kim thu sét, dây thoát sét, hệ thống nối đất tiếp địa.
    • Nguyên lý hoạt động và xác định phạm vi bảo vệ của kim thu sét đối với công trình xây dựng cấp III theo tiêu chuẩn TCXDVN 46:2007.

  6. Chương 6: Thực hành điện (17 giờ)

    • Quy trình sử dụng dụng cụ và thiết bị đo: Thước kẹp, thước mét, li vô, nivo, đồng hồ vạn năng (VOM), đồng hồ đo điện trở cách điện (Megaohmmeter), ampe kìm.
    • Đọc bản vẽ mặt bằng bố trí điện, lập bảng bóc tách khối lượng vật tư.
    • Thao tác thực hành: Lắp đặt ống luồn, luồn dây, đấu nối phụ tải chiếu sáng, công tắc, ổ cắm, lắp ráp và đấu nối tủ phân phối điện.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  • Cơ sở lý thuyết mạch điện: Cung cấp mô hình toán học giải tích mạch điện xoay chiều một pha và ba pha, quan hệ giữa các đại lượng dòng điện pha - dòng điện dây, điện áp pha - điện áp dây, và sự cân bằng công suất biểu kiến qua quan hệ vector $S = P + jQ$.
  • Nguyên lý nhiệt và bảo vệ ngắn mạch: Ứng dụng định luật Joule - Lenz để giải thích quá trình phát nóng của dây dẫn và cơ chế tự chảy đứt của dây chì/hợp kim trong cầu chì khi xuất hiện dòng điện tới hạn $I_{th}$ hoặc dòng ngắn mạch $I_{sc}$.
  • Khung tiêu chuẩn kỹ thuật chuyên ngành: Thiết lập hệ thống căn cứ pháp lý và tiêu chuẩn thiết kế, lắp đặt và an toàn điện trong xây dựng dân dụng và công nghiệp (hệ thống TCVN, TCXD, TCXDVN, 11 TCN và IEC 364).

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật chuyên môn (Technical skills): Sử dụng các dụng cụ đo kiểm điện chuyên dụng (đồng hồ vạn năng, ampe kìm, Megômmét); lắp đặt đường ống luồn dây, luồn cáp, đấu nối dây dẫn vào tủ điện và các thiết bị tiêu thụ đúng yêu cầu kỹ thuật.
  • Kỹ năng phân tích và tính toán (Analytical skills): Phân tích đồ thị phụ tải điện; tính toán phụ tải tính toán $P_{tt}$; xác định tiết diện dây, cáp và chọn định mức dòng điện cho khí cụ bảo vệ dựa trên các công thức giải tích.
  • Năng lực thực tế tại công trình (Practical competencies): Đọc hiểu bản vẽ mặt bằng kỹ thuật điện công trình cấp III; bóc tách khối lượng vật tư phục vụ thi công; thực hiện quy trình giám sát, kiểm tra sai số hình học (độ thăng bằng, độ vuông góc) và đo kiểm tra điện trở cách điện phục vụ công tác nghiệm thu.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình Kỹ thuật điện công trình áp dụng phương pháp tiếp cận tích hợp giữa lý thuyết nguyên lý và thực hành kỹ năng. Thời lượng thực hành, bài tập và kiểm tra chiếm 30 giờ trên tổng số 60 giờ (tương đương 50% thời lượng học phần), đảm bảo sinh viên chuyển hóa kiến thức lý thuyết thành năng lực thao tác kỹ thuật thực tế.

  • Tiếp cận sư phạm (Pedagogical approach): Giảng dạy lý thuyết trên lớp kết hợp hướng dẫn trực quan tại phòng thực hành/xưởng điện. Giảng viên trình bày cấu tạo thiết bị dựa trên hình vẽ kỹ thuật, sơ đồ nguyên lý và mẫu vật thực tế (dây trần M/A/AC, dây Cu/PVC, cáp Cu/XLPE/PVC, tủ điện ATS, cầu dao, cầu chì).
  • Hệ thống bài tập và nghiên cứu tình huống: Sau mỗi chương lý thuyết đều có hệ thống câu hỏi củng cố và bài tập định lượng. Ví dụ:
    • Câu hỏi tính toán điện năng tiêu thụ: Một thiết bị điện có công suất định mức $500\text{W}$, mỗi ngày hoạt động trong $5\text{ giờ}$. Tính điện năng tiêu thụ trong $1\text{ tháng}$ và xác định thiết bị đo tương ứng.
    • Phân tích tình huống kỹ thuật trong giám sát xây lắp: Yêu cầu xử lý các vị trí ống luồn có chiều dài $>6\text{ m}$ hoặc có trên 3 đoạn gấp khúc bằng cách bố trí hộp nối trung gian.
  • Thực hành xưởng (Practical exercises): Sinh viên thực hiện các bài tập thực hành theo quy chuẩn:
    • Đo điện áp và dòng điện bằng đồng hồ vạn năng, ampe kìm.
    • Kiểm tra thông mạch, đo điện trở cách điện giữa pha - đất và trung tính - đất bằng Megômmét theo tiêu chuẩn 20 TCN 27-91 trước khi xông điện.
    • Lắp đặt hệ thống ống luồn dây với bán kính uốn cong đúng quy phạm ($\ge 10D, \ge 4D, \ge 6D, \ge 15D$).
  • Phương pháp đánh giá (Assessment methods):
    • Đánh giá quá trình: Gồm điểm kiểm tra định kỳ (1 giờ tại Chương 3, 1 giờ tại Chương 5, 2 giờ tại Chương 6) kết hợp đánh giá thái độ tiếp thu và kỹ năng thao tác tại xưởng.
    • Đánh giá kết thúc: Bài thi kết thúc môn học đánh giá toàn diện về khả năng trình bày nguyên lý, tính chọn thiết bị và đọc bản vẽ xây lắp điện công trình.
  • Hướng dẫn tự học (Self-study guidelines): Sinh viên cần nghiên cứu độc lập danh mục các tiêu chuẩn xây dựng được trích dẫn (TCVN 7447, TCXDVN 263:2002), tra cứu thông số kỹ thuật từ catalogue của các nhà sản xuất thiết bị điện (Cadisun, Trần Phú, LS) và giải các bài tập xác định phụ tải $P_{đm}, P_{tb}, P_{max}, P_{tt}$.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Bổ sung nội dung giám sát thi công thực tế: Khác với các tài liệu thuần lý thuyết mạch điện, giáo trình cập nhật chi tiết các bước kiểm tra của cán bộ kỹ thuật (CBKT) tại hiện trường từ giai đoạn chuẩn bị, giám sát lắp đặt đến kiểm tra và nghiệm thu hạng mục điện (lắp đặt ống luồn, kéo rải cáp, tủ điện, hệ thống chiếu sáng, nút ấn điều khiển và thiết bị tự động hóa).
  • Tích hợp hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật đồng bộ: Tài liệu dẫn chiếu chi tiết các bộ tiêu chuẩn xây dựng và quy phạm kỹ thuật chuyên ngành như:
    • Hệ thống tiêu chuẩn lắp đặt điện tòa nhà: TCVN 7447-1:2004, TCVN 7447-5-51:2004, TCVN 7447-5-53:2005, TCVN 7447-5-54:2005, TCVN 7447-5-55:2005.
    • Tiêu chuẩn thi công và nghiệm thu: TCXDVN 263:2002, TCXDVN 319:2004, TCXDVN 46:2007, TCXDVN 371:2006, Nghị định 209/2004/NĐ-CP và tiêu chuẩn quốc tế IEC 364.
    • Quy phạm trang bị điện: 11 TCN-18-2006, 11 TCN-19-2006, 11 TCN-20-2006, 11 TCN-21-2006.
  • Tính gắn kết với thực tế sản xuất và công nghiệp:
    • Cung cấp các ví dụ thực tế về thông số thương mại của dây và cáp điện: Dây Cu/PVC 2c x 4 $\text{mm}^2$ (Cadisun), CVV 2 x 6 $\text{mm}^2$ (Trần Phú), Cu/PVC 1 x 2,5 $\text{mm}^2$ (LS), Cáp Cu/XLPE/PVC 3c x 50 + 1c x 25 $\text{mm}^2$ 0.6/1kV.
    • Đưa ra các chỉ số kỹ thuật dung sai cụ thể trong lắp đặt tủ điện và thiết bị: Độ thăng bằng cho phép $<5\text{ mm}$, độ vuông góc $<3\text{ mm}$, khe hở giữa 2 tủ $<3\text{ mm}$.
    • Hướng dẫn các yêu cầu bảo quản máy biến áp, rulo cáp điện, cấp bảo vệ chống thâm nhập (chỉ số IP) cho thiết bị ngoài trời.

Đối tượng sử dụng giáo trình

Nhóm đối tượng Phạm vi áp dụng & Mục đích sử dụng Yêu cầu kiến thức tiên quyết
Sinh viên Cao đẳng & Trung cấp - Ngành Công nghệ kỹ thuật tài nguyên nước
- Ngành Xây dựng dân dụng và công nghiệp (XDDD&CN)
- Ngành Cấp thoát nước, Công nghệ kỹ thuật kiến trúc, Kinh tế xây dựng		 Kiến thức cơ bản về Vật lý đại cương (phần điện học, điện từ học) và kỹ thuật đọc bản vẽ xây dựng cơ bản.
Giảng viên chuyên ngành - Giảng dạy học phần Kỹ thuật điện công trình (MH11)
- Xây dựng giáo án bài giảng lý thuyết và bài tập thực hành xưởng theo khung phân bổ 60 giờ.		 Chuyên môn sâu về Kỹ thuật điện, Máy điện xây dựng và hệ thống cơ điện công trình (MEP).
Kỹ thuật viên & Cán bộ giám sát - Cán bộ kỹ thuật thi công, giám sát xây dựng tại công trường
- Tra cứu quy chuẩn, tiêu chuẩn nghiệm thu lắp đặt điện và chống sét công trình cấp III.		 Nắm vững quy trình quản lý chất lượng công trình và an toàn lao động trong xây dựng.

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng người học nào?

Giáo trình được biên soạn phục vụ giảng dạy cho sinh viên trình độ Cao đẳng và Trung cấp các ngành kỹ thuật công trình, bao gồm: Công nghệ kỹ thuật tài nguyên nước, Xây dựng dân dụng và công nghiệp, Cấp thoát nước, Công nghệ kỹ thuật kiến trúc và Kinh tế xây dựng.

2. Cần chuẩn bị kiến thức nền tảng nào trước khi học môn này?

Người học cần có kiến thức cơ bản về mạch điện một chiều và xoay chiều (điện áp, dòng điện, công suất, định luật Ohm, định luật Joule - Lenz), hiểu biết đại cương về an toàn điện và kỹ năng đọc hiểu bản vẽ kỹ thuật xây dựng cơ sở.

3. Điểm khác biệt của giáo trình này so với các tài liệu kỹ thuật điện thông thường là gì?

Giáo trình không đi sâu vào lý thuyết điện từ thuần túy mà tập trung vào các nội dung chuyên môn phục vụ trực tiếp cho công trình xây dựng: Phân loại phụ tải, hệ thống tiêu chuẩn xây lắp điện Việt Nam (TCVN, TCXDVN, 11 TCN), quy trình kiểm tra nghiệm thu tại hiện trường của cán bộ kỹ thuật và kỹ thuật chống sét cho công trình cấp III.

4. Làm thế nào để học tập và tự nghiên cứu giáo trình hiệu quả?

Người học cần kết hợp việc tiếp thu lý thuyết với việc giải các bài tập tính toán phụ tải ($P_{đm}, P_{tb}, P_{max}, P_{tt}$), đối chiếu các quy định lắp đặt với tiêu chuẩn hiện hành (TCVN 7447, TCXDVN 263:2002), đồng thời tích cực rèn luyện kỹ năng sử dụng thiết bị đo kiểm (đồng hồ vạn năng, ampe kìm, Megômmét) và đọc bản vẽ thi công điện trong các giờ thực hành.

5. Những tài liệu tiêu chuẩn kỹ thuật nào được trích dẫn kèm theo trong giáo trình?

Giáo trình trích dẫn hệ thống tiêu chuẩn quy phạm gồm: TCXD 25:1991, TCXD 27:1991, TCXDVN 263:2002, TCVN 185:1986, TCXDVN 319:2004, TCXDVN 46:2007, TCVN 7447 (các phần), Quy phạm trang bị điện 2006 (Bộ Công nghiệp), tiêu chuẩn nghiệm thu TCXDVN 371:2006 và Nghị định 209/2004/NĐ-CP.

Kết luận

Giáo trình Kỹ thuật điện công trình (Mã số: MH11) của Trường Cao đẳng Xây dựng số 1 là tài liệu học tập chuẩn hóa, cung cấp hệ thống kiến thức từ cơ sở lý thuyết mạch điện, thông số khí cụ điện, quy chuẩn xây lắp điện đến kỹ năng thực hành kiểm tra, nghiệm thu công trình cấp III. Lộ trình học tập 60 giờ được thiết kế liên kết chặt chẽ giữa 30 giờ lý thuyết và 30 giờ thực hành, bài tập và kiểm tra, giúp người học phát triển năng lực tính chọn thiết bị và kiểm tra giám sát xây lắp điện. Để mở rộng kiến thức, người học được khuyến nghị tham khảo bổ sung hệ thống Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7447 (Hệ thống lắp đặt điện của các tòa nhà), Quy phạm trang bị điện 11 TCN-2006 và các tài liệu hướng dẫn kỹ thuật của các nhà chế tạo thiết bị điện công trình.