Đồ án thiết kế cung cấp điện cho cao ốc văn phòng 281-283 Nguyễn Văn Trỗi ĐH Sư phạm Kỹ thuật

Đồ án thiết kế cung cấp điện cho cao ốc văn phòng 281-283 Nguyễn Văn Trỗi, tính toán phụ tải, lựa chọn máy biến áp, tụ bù và hệ thống bảo vệ an toàn.

• Tác giả: Nguyễn Viết Mạnh
• Người hướng dẫn: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử
• Đề tài: Thiết kế cung cấp điện cho cao ốc văn phòng 281-283 Nguyễn Văn Trỗi
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan thiết kế cung cấp điện cao ốc 281 283 Nguyễn Văn Trỗi

Công trình cao ốc văn phòng 281-283 Nguyễn Văn Trỗi tọa lạc tại vị trí trung tâm đô thị. Dự án đòi hỏi một hệ thống kỹ thuật điện hiện đại và đồng bộ. Thiết kế cung cấp điện cho tòa nhà phải đáp ứng tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt. Hệ thống điện bao gồm trạm biến áp, tủ điện phân phối tổng MSB, hệ thống chuyển nguồn tự động ATS và máy phát điện dự phòng. Các khu vực văn phòng tiêu thụ lượng điện lớn từ điều hòa không khí, chiếu sáng và thiết bị công nghệ. Hoạt động thương mại đòi hỏi tính liên tục cao của dòng điện. Mọi sự cố gián đoạn nguồn đều gây thiệt hại kinh tế đáng kể. Do đó, thiết kế hệ thống điện phân loại phụ tải rất chi tiết. Các phụ tải loại một được ưu tiên bảo vệ đặc biệt. Nguồn điện dự phòng sẵn sàng kích hoạt ngay khi lưới điện quốc gia gặp sự cố. Tiêu chuẩn thiết kế áp dụng các quy chuẩn xây dựng hiện hành của Việt Nam. Giải pháp kỹ thuật bảo đảm tính kinh tế, tính linh hoạt và khả năng mở rộng trong tương lai. Đồ án tạo nền tảng vững chắc cho quá trình thi công và vận hành thực tế.

1.1. Quy mô công trình và mục tiêu cung cấp điện

Cao ốc văn phòng 281-283 Nguyễn Văn Trỗi có quy mô nhiều tầng với công năng hỗn hợp. Tòa nhà gồm khu vực văn phòng cho thuê, khu thương mại dịch vụ và tầng hầm kỹ thuật. Mục tiêu hàng đầu của đồ án là bảo đảm nguồn điện ổn định 24/7. Hệ thống thiết kế phải tối ưu hóa tổn thất điện áp trên đường dây truyền tải. Các thiết bị chọn lựa phải có độ bền cao, hoạt động êm ái và thân thiện môi trường. Ngoài ra, thiết kế cần đáp ứng tiêu chí tiết kiệm năng lượng theo xu hướng kiến trúc xanh. Sơ đồ cung cấp điện bố trí mạch lạc, tạo điều kiện thuận lợi cho việc kiểm tra định kỳ và sửa chữa khẩn cấp.

1.2. Các tiêu chuẩn kỹ thuật điện áp dụng

Thiết kế tuân thủ nghiêm ngặt hệ thống tiêu chuẩn quốc gia TCVN và quy chuẩn xây dựng Việt Nam. Tiêu chuẩn áp dụng gồm quy định về an toàn điện, chống sét công trình và phòng cháy chữa cháy. Hệ thống dây dẫn và thiết bị bảo vệ phải thỏa mãn các tiêu chuẩn quốc tế IEC liên quan. Việc lựa chọn thông số kỹ thuật căn cứ vào điều kiện khí hậu nhiệt đới thực tế tại Thành phố Hồ Chí Minh. Nhiệt độ môi trường tính toán chuẩn là 30 độ C. Máng cáp và thang cáp được thiết kế đáp ứng hệ số hiệu chỉnh đầy đủ. Nhờ đó, công trình luôn duy trì sự ổn định nhiệt và cơ học của toàn bộ tuyến cáp.

II. Phân tích phụ tải điện tại cao ốc văn phòng 281 283 Nguyễn Văn Trỗi

Phụ tải điện tại cao ốc 281-283 Nguyễn Văn Trỗi rất phong phú và phức tạp. Nhu cầu tiêu thụ điện năng phân bố không đồng đều giữa các khung giờ trong ngày. Phụ tải chiếu sáng và ổ cắm văn phòng chiếm tỷ trọng lớn trong giờ hành chính. Hệ thống điều hòa không khí trung tâm tiêu tốn công suất điện lớn nhất toàn nhà. Phụ tải động lực gồm thang máy, máy bơm nước sinh hoạt và quạt thông gió tầng hầm. Đặc biệt, nhóm phụ tải ưu tiên phòng cháy chữa cháy có yêu cầu khắt khe về độ tin cậy. Khi xảy ra hỏa hoạn, các máy bơm PCCC và quạt tăng áp cầu thang phải hoạt động ngay lập tức. Tính toán phụ tải chính xác là tiền đề lựa chọn thiết bị điện phù hợp. Việc ước tính thiếu chính xác sẽ gây quá tải hoặc lãng phí đầu tư ban đầu. Sự sụt áp trên các nhánh dây trục đứng cũng là vấn đề kỹ thuật trọng tâm. Nhiệt độ môi trường 30 độ C và mật độ dây dẫn trong máng cáp làm giảm khả năng tải dòng. Kỹ sư thiết kế phải tính toán các hệ số hiệu chỉnh dòng điện cho phép cẩn trọng.

2.1. Phân loại và tính toán công suất phụ tải

Phụ tải được phân chia theo từng khu vực chức năng riêng biệt. Nhóm thương mại và công cộng tại khối đế có chế độ làm việc liên tục. Khối văn phòng cho thuê được phân nhóm theo từng tầng để dễ kiểm soát. Phương pháp tính toán công suất sử dụng hệ số nhu cầu và hệ số đồng thời. Việc gom nhóm phụ tải giúp xác định chính xác công suất biểu kiến cực đại. Từ đó, dung lượng trạm biến áp và máy phát điện được tính toán sát thực tế. Dòng điện tính toán của từng tủ nhánh được kiểm tra nghiêm ngặt. Điều này giúp ngăn chặn hiện tượng nhảy aptomat bất thường trong vận hành.

2.2. Yêu cầu cấp điện liên tục và an toàn cháy nổ

Cao ốc văn phòng tập trung mật độ người làm việc rất lớn. An toàn sinh mạng và tài sản được đặt lên mức ưu tiên cao nhất. Hệ thống báo cháy tự động sử dụng kết hợp đầu báo địa chỉ và đầu báo thường. Các môđun giám sát MM, môđun điều khiển chuông CM và môđun rơle RM thang máy hoạt động nhịp nhàng. Khi phát hiện đám cháy, hệ thống điện phải lập tức cắt điện phụ tải thông thường. Nguồn điện ưu tiên chuyển ngay sang cấp cho quạt tăng áp và bơm cứu hỏa. Cáp điện cấp cho bơm chữa cháy EMCC-FP-B1.1 phải là loại chống cháy chịu nhiệt cao.

III. Giải pháp thiết kế cung cấp điện cao ốc 281 283 Nguyễn Văn Trỗi

Giải pháp thiết kế cấp điện cho cao ốc 281-283 Nguyễn Văn Trỗi sử dụng sơ đồ hình tia kết hợp phân tầng. Tủ điện phân phối tổng MSB đặt tại tầng hầm nhận điện từ trạm biến áp. Thanh cái tủ MSB trang bị aptomat khối MCCB định mức 1000A để bảo vệ dòng tổng. Hệ thống tủ chuyển nguồn tự động ATS liên kết chặt chẽ giữa lưới điện và máy phát dự phòng. Dòng điện cho phép của cáp được xác định chính xác theo công thức Iz bằng In chia hệ số hiệu chỉnh K. Với dòng định mức 1000A và hệ số k bằng 0,77 trong máng cáp, giá trị Iz đạt mức 1298A. Tuyến cáp hạ thế sử dụng sản phẩm đồng Cadivi cách điện XLPE chất lượng cao. Dây bảo vệ PE được lựa chọn đồng bộ theo tiết diện dây pha để triệt tiêu dòng rò. Hệ thống báo cháy tự động cấu hình theo các mạch vòng khép kín. Các môđun I/O và môđun cách ly ISO bảo vệ đường tín hiệu an toàn. Sơ đồ phân phối điện độc lập giữa khu thương mại và văn phòng nâng cao độ an toàn vận hành.

3.1. Thiết kế tủ phân phối MSB và tủ chuyển nguồn ATS

Tủ MSB đóng vai trò trung tâm phân phối nguồn điện hạ thế cho toàn bộ cao ốc. Tủ được bố trí các ngăn chức năng cách ly để ngăn ngừa sự cố phóng điện lan truyền. Aptomat tổng bảo vệ quá tải và ngắn mạch bằng thiết bị cắt tự động đóng mở nhanh. Tủ ATS thực hiện chuyển đổi nguồn cấp chỉ trong thời gian vài giây khi mất điện lưới. Tín hiệu khởi động tự động gửi đến máy phát điện diesel để cấp bù năng lượng kịp thời. Tuyến cáp nối giữa tủ MSB, máy phát điện và tủ ATS đi trên thang cáp chuyên dụng. Nhiệt độ môi trường 30 độ C được áp dụng xuyên suốt để tính toán dự phòng nhiệt phát sinh.

3.2. Tính chọn dây dẫn và tích hợp hệ thống báo cháy

Cáp điện lựa chọn từ bảng tra catalogue Cadivi chính hãng. Việc tính toán căn cứ trên dòng phát nóng lâu dài và điều kiện tản nhiệt trong máng. Tuyến cáp cấp cho tủ bơm PCCC EMCC-FP-B1.1 lắp đặt trên thang cáp chịu lực vững chắc. Hệ thống báo cháy tự động tích hợp cảm biến nhiệt và cảm biến khói quang điện gắn trần. Môđun địa chỉ MM tiếp nhận tín hiệu từ các nút nhấn báo cháy khẩn cấp tại hành lang. Môđun điều khiển CM kích hoạt còi và chuông báo động toàn khu vực khi xảy ra hỏa hoạn. Sự đồng bộ giữa hệ thống phân phối điện và hệ thống báo cháy mang lại mức độ an toàn tối đa.

IV. Đánh giá hiệu quả cung cấp điện cao ốc 281 283 Nguyễn Văn Trỗi

Đồ án thiết kế cung cấp điện cho cao ốc văn phòng 281-283 Nguyễn Văn Trỗi giải quyết toàn diện bài toán cấp điện hạ thế hiện đại. Kết quả nghiên cứu chứng minh tính đúng đắn qua các bảng tính toán phụ tải và lựa chọn thiết bị chi tiết. Việc sử dụng thiết bị đóng cắt MCCB cùng hệ thống chuyển nguồn ATS nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Tuyến cáp Cadivi được kiểm tra tổn thất điện áp và ổn định nhiệt đầy đủ. Hệ thống đảm bảo vận hành ổn định trong điều kiện làm việc khắc nghiệt của môi trường nhiệt đới. Sự phối hợp ăn khớp giữa cấp điện động lực và báo cháy tự động tạo thành lớp phòng vệ an toàn vững chắc. Thiết kế tối ưu hóa chi phí đầu tư ban đầu nhưng vẫn đáp ứng khả năng nâng công suất phụ tải trong tương lai. Công trình có khả năng tiết kiệm điện năng nhờ việc phân chia tủ nhánh khoa học. Hồ sơ thiết kế hoàn chỉnh đáp ứng đầy đủ yêu cầu cho các bước thi công thực tế tại hiện trường. Đồ án là tài liệu tham khảo giá trị cho các kỹ sư cơ điện công trình cao tầng.

4.1. Khả năng ứng dụng thực tế và tính khả thi

Mô hình thiết kế cung cấp điện sở hữu tính ứng dụng thực tiễn rất cao trong xây dựng dân dụng. Các chủng loại cáp điện, tủ điện phân phối và máy phát điện đều là thiết bị thông dụng trên thị trường. Sơ đồ bố trí thiết bị tuân theo cấu trúc mô-đun hóa linh hoạt. Việc bảo trì hoặc nâng cấp hệ thống trong tương lai diễn ra thuận lợi mà không làm gián đoạn nguồn cấp điện chung. Toàn bộ tính toán kỹ thuật dựa trên dữ liệu công trình thực tế tại địa chỉ 281-283 Nguyễn Văn Trỗi. Đây là căn cứ kỹ thuật chuẩn xác phục vụ cho công tác bóc tách khối lượng và dự toán vật tư thi công.

4.2. Giá trị học thuật và đóng góp nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử thể hiện năng lực giải quyết vấn đề kỹ thuật chuyên sâu. Nghiên cứu kết hợp nhuần nhuyễn giữa cơ sở lý thuyết truyền thống và các tiêu chuẩn thiết kế quốc gia hiện hành. Các phương pháp lựa chọn dây dẫn, kiểm tra sụt áp và phối hợp bảo vệ ngắn mạch được trình bày logic, chặt chẽ. Hệ thống bảng biểu tính toán dòng điện cho phép và lựa chọn thiết bị bảo vệ mang tính thực tiễn cao. Đồ án cung cấp quy trình thiết kế mẫu mực cho dạng công trình cao ốc văn phòng phức hợp. Đây là tài liệu học thuật bổ ích cho sinh viên kỹ thuật và kỹ sư cơ điện công trình tham khảo ứng dụng.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong kiến trúc đô thị hiện đại, hệ thống cơ điện nói chung và hệ thống cấp điện nói riêng đóng vai trò cốt lõi trong việc duy trì vận hành liên tục, an toàn cho các công trình cao tầng. Hệ thống không chỉ cấp nguồn cho các phụ tải tiện nghi thông thường như điều hòa không khí, thang máy, chiếu sáng mà còn phải đảm bảo tính liên tục tuyệt đối cho hệ thống an toàn phòng cháy chữa cháy (PCCC) và an ninh kỹ thuật. Việc thiết kế hệ thống cung cấp điện cho các công trình cao ốc văn phòng đòi hỏi sự tính toán chuẩn xác, tuân thủ nghiêm ngặt các quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành, tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng và tích hợp khả năng dự phòng linh hoạt khi có sự cố lưới điện hoặc hỏa hoạn.

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế cung cấp điện cho cao ốc văn phòng 281-283 Nguyễn Văn Trỗi" do sinh viên Nguyễn Viết Mạnh (MSSV: 20142371) và Vũ Tiến Dũng (MSSV: 20142293) thuộc ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Quyền Huy Ánh. Nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế của đồ án được triển khai theo 9 nội dung cụ thể:

1. Tính toán phụ tải cho toà nhà.
2. Thiết kế trạm biến áp cho toà nhà.
3. Thiết kế máy phát điện dự phòng.
4. Tính toán dây dẫn cho toà nhà.
5. Lựa chọn các thiết bị đóng cắt, bảo vệ hạ thế.
6. Lựa chọn các thiết bị đo lường và bảo vệ phía trung thế.
7. Thiết kế hệ thống chiếu sáng.
8. Thiết kế hệ thống chống sét, nối đất an toàn.
9. Lập bảng dự toán và lựa chọn các thiết bị.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là toàn bộ hệ thống phân phối điện động lực, hệ thống chiếu sáng, hệ thống an toàn tiếp địa - chống sét và các phân hệ điện nhẹ (ELV) phục vụ cho một công trình cao ốc văn phòng nhiều tầng.

Phạm vi nghiên cứu xác định theo không gian xây dựng thực tế tại số 281-283 đường Nguyễn Văn Trỗi, Phường 10, Quận Phú Nhuận, Thành phố Hồ Chí Minh. Khu đất có mặt tiền tiếp giáp đường Nguyễn Văn Trỗi, phía Tây giáp đường Nguyễn Trọng Tuyển và phía Nam giáp khu dân cư hiện hữu. Công trình bao gồm 2 tầng hầm, tầng trệt, các tầng văn phòng chức năng đến tầng 11, tầng kỹ thuật và tum thang (với diện tích sàn tầng văn phòng mẫu điển hình là 280 m²). Về mặt thời gian, đề tài được giao ngày 25/09/2024 và hoàn thành nghiệm thu vào ngày 26/12/2024. Báo cáo đã qua kiểm tra tính trùng lặp học thuật với tỷ lệ trùng lặp toàn văn là 36% và mức trùng lặp cao nhất từ một nguồn đơn lẻ là 7%.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án xây dựng các phương án kỹ thuật dựa trên hệ thống quy chuẩn kỹ thuật quốc gia và tiêu chuẩn quốc tế chuyên ngành điện lực, xây dựng và PCCC:

• Quy chuẩn xây dựng và an toàn: QCXDVN 05:2008/BXD (An toàn sinh mạng và sức khỏe trong nhà và công trình công cộng), QCXDVN 08:2009/BXD (Công trình ngầm đô thị), QCVN 09:2013/BXD (Các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả), QCVN 12:2014/BXD (Hệ thống điện của nhà ở và nhà công cộng), QCVN 06:2010/BXD (An toàn cháy nổ cho nhà ở và công trình).
• Tiêu chuẩn lắp đặt và thiết bị điện: TCVN 9206:2012 (Đặt thiết bị trong nhà ở và công trình công cộng), TCVN 9207:2012 (Đặt đường dẫn điện trong nhà ở và công trình công cộng), TCVN 9208:2012 (Lắp đặt cáp và dây điện trong các công trình công nghiệp), TCVN 7447:2010 / IEC 60364:2009 (Hệ thống lắp đặt điện hạ áp), TCVN 6592:2009 (Thiết bị đóng cắt và điều khiển hạ áp), TCVN 6434:2008 và TCVN 6950:2007 (Khí cụ aptomat và RCCB).
• Tiêu chuẩn máy biến áp, máy phát và tụ bù: IEC 60076 (Biến áp công suất), TCVN 6306-1:2006, TCVN 8525:2010, Quy phạm trang bị điện 11TCN-20-2006, TCVN 6627-1:2014, IEC 60034, IEC 60831-2014, TCVN 8083:2013, IEC 61000-6-2.
• Tiêu chuẩn phòng cháy và viễn thông: TCVN 6160:1996, TCVN 5738:2001, TCVN 3890:2009, TCVN/TCN 68-136-1995, TCVN/TCN 68-146-1995, ISO/IEC 11801.

Phương pháp nghiên cứu và thiết kế kỹ thuật thực tế được triển khai theo các bước tính toán giải tích kết hợp mô phỏng kỹ thuật:

• Phương pháp xác định phụ tải tính toán: Sử dụng phương pháp hệ số nhu cầu và hệ số đồng thời theo công thức $S_{tt} = k_s \sum_{i=1}^n k_{ui} S_i$. Trong đó hệ số đồng thời $k_s$ của các tủ phân phối và nhóm thiết bị được tra cứu theo IEC 60364 và TCVN 9206:2012. Mật độ công suất chiếu sáng (LPD) áp dụng cho khu văn phòng là 11 W/m² theo quy định của QCVN 09:2013/BXD. Phụ tải ổ cắm đơn pha 16A được tính toán với hệ số công suất $\cos\varphi = 0.85$, công suất quy ước 1500 W/line.
• Phương pháp lựa chọn máy biến áp và máy phát điện: Xác định công suất máy biến áp theo điều kiện công suất biểu kiến định mức lớn hơn hoặc bằng phụ tải tính toán tổng ($S_{dmMBA} \ge S_{tt}$). Công suất máy phát điện dự phòng xác định dựa trên phân tích chế độ vận hành không đồng thời giữa phụ tải thương mại - công cộng và phụ tải chữa cháy PCCC ($S_s \le S_G \le k% \cdot S_T$).
• Phương pháp bù công suất phản kháng: Tính toán dung lượng bộ tụ bù theo công thức $Q_b = P_{tt}(\tan\varphi_1 - \tan\varphi_2)$ nhằm nâng hệ số công suất từ $\cos\varphi_1 = 0.62$ lên $\cos\varphi_2 = 0.95$.
• Phương pháp tính toán bảo vệ và kiểm tra ngắn mạch: Xác định dòng làm việc cưỡng bức cực đại, tính toán dòng ngắn mạch ba pha tại các nút phân phối chính để chọn dòng định mức $I_n$ và khả năng cắt ngắn mạch định mức $I_{cu}$ của máy cắt không khí (ACB), máy cắt khối (MCCB) và máy cắt tép (MCB).
• Phương pháp tính toán dây dẫn và sụt áp: Xác định dòng cho phép $I_z \ge I_n / K$, trong đó hệ số hiệu chỉnh $K$ bao gồm nhiệt độ môi trường, cách thức đặt cáp và số lượng mạch cáp song song. Kiểm tra độ sụt áp theo quy định của IEC 60364 và TCVN 9207:2012 ($\Delta U \le 5% - 8%$).
• Mô phỏng chiếu sáng: Ứng dụng phần mềm chuyên dụng DIALux để tính toán phân bố độ rọi và kiểm tra độ chói cho khu vực tầng hầm 2.

Nguồn dữ liệu đầu vào phục vụ thiết kế gồm hồ sơ bản vẽ kiến trúc cao ốc, các thông số đấu nối từ tuyến trung thế 22kV hiện hữu của Điện lực khu vực trên đường Nguyễn Văn Trỗi, bảng tra thông số dây cáp Cadivi, thiết bị đóng cắt và tụ bù Mikro, biến áp Thibidi.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Hệ thống kỹ thuật của công trình được thiết kế đồng bộ từ khâu tiếp nhận trung thế đến phân phối hạ thế, an toàn và điều khiển phụ tải:

Cấu trúc cấp nguồn trung thế và trạm biến áp

• Nguồn cấp điện được trích từ tuyến trung thế 22kV chạy dọc đường Nguyễn Văn Trỗi, đấu nối vào tủ trung thế RMU 7 ngăn (gồm 2 ngăn vào, 3 ngăn ra, 1 ngăn dự phòng, 1 ngăn biến thế dòng với khả năng chịu dòng ngắn mạch 25 kA/s). Tuyến cáp ngầm trung thế dẫn từ RMU về trạm biến áp sử dụng cáp đồng cách điện 24kV-XLPE/PVC/DSTA/PVC tiết diện $1 \times 3C \times 70\text{ mm}^2$, được luồn bảo vệ trong ống nhựa xoắn HDPE D150.
• Trạm biến áp được thiết kế theo dạng trạm hợp bộ (Ki-ốt) đặt tại tầng 1 trong khuôn viên tòa nhà. Lắp đặt 01 máy biến áp dầu 3 pha 400 kVA - 22/0.4 kV của hãng Thibidi (đáp ứng phụ tải tính toán toàn tòa nhà $S_{yc} = 388\text{ kVA}$).

Hệ thống phân phối hạ thế và nguồn dự phòng

• Phân phối hạ thế: Nguồn điện 0.4 kV từ biến áp được dẫn bằng tuyến cáp $12 \times (1C \times 240\text{ mm}^2)$ Cu/XLPE/PVC về máy cắt chính ACB (630A, $I_{cu} = 50\text{ kA}$) của tủ phân phối tổng hạ thế (MSB) đặt tại tầng hầm 1. Từ MSB, nguồn điện phân nhánh đến các tủ phân phối khu vực (MDB, DB) và tủ điều khiển động cơ (MCC).
• Tuyến dẫn trục đứng: Sử dụng hệ thống thanh dẫn điện nhôm (Busway) định mức 630A chạy thẳng trong hộp kỹ thuật xuyên tầng từ tầng 1 đến tầng 11. Tại mỗi tầng, nguồn điện được trích qua bộ chia nguồn cắm sẵn (Plug-in Unit) để cấp cho tủ phân phối tầng.
• Máy phát điện dự phòng: Trang bị 01 máy phát điện Diesel công suất liên tục (Prime) 400 kVA - 380V - 50Hz, đặt tại tầng hầm 1 cạnh trạm biến áp. Máy tích hợp bồn dầu vận hành liên tục tối thiểu 8 giờ, hệ thống máng thu gom dầu rò rỉ bằng thép không gỉ kèm đường ống xả 32mm nối về bồn chứa HDPE, vỏ cách âm đạt độ ồn $\le 75\text{ dB}$ ở khoảng cách 3m và 02 nút dừng khẩn cấp đường kính 40mm theo chuẩn IEC 60947-5-1.
• Nguyên lý vận hành liên động: Hệ thống điều khiển qua tủ chuyển nguồn tự động ATS và khóa liên động cơ - điện (ME interlock). Khi mất điện lưới, máy phát tự động khởi động sau 10 giây; MCCB-1 (từ MBA) mở, MCCB-2 đóng, MCCB-3 đóng để cấp điện cho phụ tải. Khi phát hiện sự cố cháy, tủ báo cháy kích hoạt ngắt toàn bộ phụ tải thông thường qua việc mở MCCB-3, máy phát điện chỉ duy trì cấp nguồn ưu tiên tuyệt đối cho hệ thống PCCC (bơm chữa cháy, quạt hút khói hành lang, quạt tạo áp cầu thang, thang máy chữa cháy).
• Tụ bù công suất phản kháng: Bố trí tủ tụ bù tập trung nối vào thanh cái tủ MSB. Với dung lượng bù yêu cầu tính toán là 102 kVAr, hệ thống lựa chọn bù 160 kVAr theo quy định ngành điện, chia thành 4 cấp đóng ngắt (mỗi cấp 40 kVAr), sử dụng tụ khô Mikro MKC-445500KT (50 kVAr / 440V) kết hợp cuộn kháng lọc sóng hài và bộ điều khiển tự động Mikro PFR120-415-50 (12 cấp).

Hạng mục thiết bị	Thông số kỹ thuật / Chủng loại được chọn	Vị trí lắp đặt
Máy biến áp phân phối	01 máy 400 kVA - 22/0.4 kV, kiểu dầu, 3 pha 50Hz (Thibidi)	Trạm Ki-ốt tầng 1
Máy phát điện dự phòng	01 máy Prime 400 kVA - 380V, bồn dầu $\ge 8\text{h}$, độ ồn $\le 75\text{ dB}$	Tầng hầm 1
Máy cắt hạ thế chính MSB	ACB 3 pha, $I_n = 630\text{ A}$, dòng cắt $I_{cu} = 50\text{ kA}$	Tủ MSB - Hầm 1
Thanh dẫn trục đứng	Busway nhôm định mức 630A, kèm Plug-in Unit	Hộp gen kỹ thuật tầng 1-11
Bộ tụ bù hạ thế	160 kVAr (4 bước $\times$ 40 kVAr), bộ điều khiển Mikro 12 cấp	Thanh cái tủ MSB
Cáp nguồn MBA đến MSB	$12 \times (1C \times 240\text{ mm}^2)$ Cu/XLPE/PVC	Đi nổi trong hộp/máng cáp

Hệ thống chiếu sáng và tiếp địa - chống sét

• Chiếu sáng: Sử dụng công nghệ LED hiệu suất cao theo định hướng tiêu chuẩn LEED, công tắc bố trí ở độ cao 1.200 mm, dây dẫn Cu/PVC 1.5mm² luồn ống PVC D16. Hệ thống chiếu sáng sự cố, thoát hiểm trang bị pin tự sạc Ni-CD lưu điện $\ge 2$ giờ, bảo đảm độ rọi 5-10 lux. Đỉnh tháp lắp đèn báo không LED năng lượng mặt trời (thời lượng pin 60 giờ, tần suất chớp đỏ 20-60 lần/phút, cự ly quan sát 3-5 km).
• Nối đất và chống sét: Trang bị kim thu sét chủ động phát xạ sớm gắn tại vị trí cao nhất trên mái, dây thoát sét bằng cáp đồng trần 70mm². Tòa nhà tách biệt 4 hệ thống tiếp địa riêng:
  1. Nối đất làm việc MBA: 2 giếng khoan sâu 20m, cọc thép mạ đồng D16 dài 2.4m, cáp đồng trần 70mm², hàn hóa nhiệt Cadweld, điện trở tiếp địa $R \le 4,\Omega$.
  2. Nối đất an toàn vỏ thiết bị: 1 giếng khoan sâu 20m, nối vỏ tủ MSB, vỏ máy phát, thang cáp, bồn dầu bằng cáp 25-120mm², điện trở tiếp địa $R \le 4,\Omega$.
  3. Nối đất hệ thống điện nhẹ (ELV): 1 giếng khoan sâu 20m, nối tủ MDF, tủ báo cháy, thiết bị mạng, camera, điện trở tiếp địa $R \le 1,\Omega$.
  4. Nối đất chống sét: 1 trạm nối đất riêng biệt cho kim thu sét, điện trở tiếp địa $R \le 10,\Omega$.

Hệ thống điện nhẹ (ELV) và an toàn PCCC

• Hệ thống điện thoại và mạng dữ liệu: Tổng đài PABX, phân phối trung tâm MDF, ODF, tủ tầng IDF; dung lượng cấp gồm 150 đôi cáp/ADSL và 100 lõi cáp quang (dự phòng 20%). Định mức cấp 10 m²/line cho khu cho thuê và 1 line/văn phòng.
• Hệ thống camera giám sát (CCTV): Lắp đặt camera thân dài bao quát bãi giữ xe, camera dome gắn trần tại sảnh chính và cabin thang máy. Bộ xử lý trung tâm gồm 2 đầu ghi hình NVR 16 kênh (ổ cứng 2TB), tốc độ ghi hình 100 fps, kết nối máy tính quản lý và 2 màn hình giám sát LCD 32 inch.
• Hệ thống âm thanh công cộng (PA): Tủ trung tâm đặt tại phòng điều khiển gồm đầu phát DVD, bộ điều khiển 6 vùng (kèm bộ mở rộng 6 vùng), âm ly khuếch đại 480W, sử dụng cáp truyền chống cháy đến hệ thống loa trần, loa tường và loa nén.
• Hệ thống báo cháy tự động: Phối hợp đầu dò khói quang và đầu dò nhiệt (loại địa chỉ cho phòng kỹ thuật, kho; loại thường chia zone cho văn phòng, hành lang) liên kết qua các mô-đun giám sát ZM, MM, I/O, rơ-le RM, CM, ISO. Hộp nút nhấn khẩn cách nhau $\le 50\text{ m}$ ở cao độ 1.2m. Tủ trung tâm có bộ nhớ lưu trữ 400 sự kiện, cài đặt trễ chống báo giả, tự động kích hoạt hệ thống âm thanh PA, quạt tạo áp thang máy, quạt hút khói và máy phát điện dự phòng khi hỏa hoạn xảy ra.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Mở đầu

Chương này phân tích vị trí chiến lược của khu đất xây dựng cao ốc tại số 281-283 Nguyễn Văn Trỗi, Phường 10, Quận Phú Nhuận. Nhóm tác giả trình bày cơ sở cấp điện hiện hữu từ lưới điện trung thế 22kV và hệ thống chiếu sáng công cộng lân cận. Mục tiêu đồ án hướng đến việc giải quyết đồng bộ bài toán thiết kế cung cấp điện tin cậy, thông minh, bền vững, tiệm cận tiêu chuẩn công trình xanh, xác lập danh mục 9 nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể từ khảo sát phụ tải đến lập bảng dự toán.

Chương 2: Phương pháp thiết kế

Chương 2 thiết lập các nguyên lý thiết kế và tiêu chí kỹ thuật áp dụng cho từng phân hệ trong công trình. Tác giả định hình cấu trúc phân cấp mạng hạ thế 220/380V, phân nhóm phụ tải cơ bản và phụ tải an toàn PCCC, xác lập nguyên lý làm việc liên động của tủ MSB qua 3 máy cắt MCCB/ACB khi chạy lưới, khi mất điện và khi xảy ra cháy. Chương này cũng quy định cao độ lắp đặt công tắc (1.2m), ổ cắm 3 chân 16A (0.3m và 1.2m cho khu kỹ thuật/hầm), yêu cầu sử dụng ổ cắm IP65 vùng ẩm ướt, cùng các giải pháp chi tiết cho hệ thống chống sét trực tiếp, 4 hệ thống tiếp địa và các hệ thống điện nhẹ (Mạng - Thoại, CCTV, PA, Báo cháy tự động).

Chương 3: Thiết kế hệ thống cấp điện

Đây là chương nội dung kỹ thuật trọng tâm, trình bày toàn bộ các phép tính toán chọn thiết bị:

• Xác định phụ tải tầng mẫu điển hình (280 m²) với công suất chiếu sáng 3080 W ($11\text{ W/m}^2$), ổ cắm chọn $1500\text{ W/line}$, tính toán phụ tải điều hòa không khí, cấp gió tươi.
• Tính toán phụ tải động lực kỹ thuật: trạm bơm sinh hoạt (3 bơm $\times 18\text{ kW}$), bơm tăng áp (2 bơm $\times 2.2\text{ kW}$), trạm bơm chìm tầng hầm 2 (3 bơm $\times 3\text{ kW}$ và 4 bơm $\times 1.5\text{ kW}$), quạt thông gió hút hầm (2 quạt $\times 30\text{ kW}$ cùng các quạt thải cục bộ 300W), trạm bơm PCCC (2 bơm chính $\times 75\text{ kW}$ và 1 bơm bù áp $\times 10\text{ kW}$), thang máy khách (1 thang $\times 15\text{ kW}$) và thang máy dịch vụ - PCCC (2 thang $\times 18\text{ kW}$).
• Xác định tổng công suất yêu cầu toàn tòa nhà $S_{yc} = 388\text{ kVA}$, chọn 1 máy biến áp dầu 400 kVA - 22/0.4 kV Thibidi lắp trong trạm Ki-ốt; công suất nhóm phụ tải công cộng - PCCC là $S_{yc} = 215\text{ kVA}$, chọn 1 máy phát điện dự phòng 400 kVA Prime.
• Tính dung lượng tụ bù: Từ hệ số công suất tự nhiên $\cos\varphi_1 = 0.62$, bù lên $\cos\varphi_2 = 0.95$ với công suất tính toán 102 kVAr; quy chuẩn ngành điện chọn bộ tụ 160 kVAr (4 cấp $\times 40\text{ kVAr}$) kèm bộ điều khiển APFC Mikro 12 cấp.
• Lựa chọn thiết bị đóng cắt: Chọn ACB 630A ($I_{cu} = 50\text{ kA}$, trong khi dòng tính toán $I_{B} = 577\text{ A}$ và dòng ngắn mạch tại MSB $I_{sc} = 20.5\text{ kA}$) cho đầu vào MSB; chọn MCCB cho tủ MDB, ATS và tủ tầng.
• Lựa chọn cáp: Chọn cáp $12 \times (1C \times 240\text{ mm}^2)$ Cu/XLPE/PVC nối từ MBA đến MSB; tuyến trục đứng chọn Busway nhôm 630A; các mạch PCCC dùng cáp chống cháy Cu/PVC/FR.

Chương 4: Hệ thống chiếu sáng

Chương 4 đưa ra các tiêu chuẩn chiếu sáng áp dụng và giải pháp thiết kế cho từng không gian chức năng. Văn bản xác lập bảng chỉ tiêu độ rọi trung bình: Văn phòng đạt 500 Lux, bãi giữ xe 75-100 Lux, khu sảnh chính và tiếp tân 200 Lux, hành lang và cầu thang 100 Lux, phòng máy 200 Lux, khu vệ sinh 150 Lux. Toàn bộ thiết bị sử dụng đèn LED tiết kiệm điện, tích hợp hệ thống chiếu sáng sự cố pin Ni-CD lưu trữ $\ge 2$ giờ và đèn báo không năng lượng mặt trời. Chương này hoàn thành việc mô phỏng phân bố quang thông và kiểm tra độ rọi cho mặt bằng Tầng Hầm 2 trên phần mềm DIALux.

Chương 5: Thiết kế hệ thống nối đất – chống sét

Trình bày chi tiết cấu tạo và thuật toán tính toán điện trở của hệ thống tiếp địa và chống sét:

• Nối đất làm việc trạm biến áp: Thi công 2 giếng sâu 20m, đóng cọc thép mạ đồng D16 dài 2.4m, liên kết cáp đồng trần 70mm², dẫn về thanh nối đất chính phòng MBA bằng 2 đường cáp Cu/PVC 120mm², kiểm tra đạt trị số tổng trở $R \le 4,\Omega$.
• Nối đất an toàn vỏ thiết bị: Thi công 1 giếng sâu 20m, nối vỏ tủ MSB, máy phát điện, bồn dầu, thang cáp, đạt $R \le 4,\Omega$.
• Nối đất hệ thống điện nhẹ (ELV): Thi công 1 giếng sâu 20m, dùng 2 đường cáp dẫn Cu/PVC 70mm² về thanh nối đất phòng ELV, đạt $R \le 1,\Omega$.
• Nối đất chống sét: 1 trạm riêng thu dòng từ kim thu sét qua cáp đồng trần 70mm², đạt $R \le 10,\Omega$. Mọi mối nối ngầm đều chỉ định công nghệ hàn hóa nhiệt Cadweld và trang bị 2 cọc thử để đo kiểm định kỳ hàng năm.

Chương 6: Danh mục bản vẽ thiết kế

Thiết lập hệ thống danh mục mã hiệu bản vẽ kỹ thuật phục vụ thi công, bao gồm bản vẽ mặt bằng bố trí thiết bị chiếu sáng, cấp nguồn ổ cắm các tầng, sơ đồ nguyên lý cấp nguồn một sợi tủ điện chính MSB, tủ MDB, tủ ATS, các tủ phân phối tầng DB, tủ điều khiển động cơ MCC và chi tiết bố trí trạm Ki-ốt ngoài nhà.

Chương 7: Thông số kỹ thuật thiết bị

Quy định chi tiết bảng đặc tính kỹ thuật vật tư phục vụ mua sắm: Thông số máy biến áp Thibidi 400 kVA, máy phát điện diesel 400 kVA, các loại máy cắt ACB, MCCB, MCB, thông số tụ khô Mikro MKC-445500KT, bộ điều khiển APFC Mikro PFR120, cáp hạ thế và trung thế Cadivi, thang máng cáp và ống luồn HDPE/PVC.

Chương 8: Bảng dự toán

Lập bảng tổng hợp dự toán khối lượng vật tư, thiết bị đóng cắt, dây dẫn, đường ống, kim thu sét, cọc tiếp địa và đơn giá lắp đặt hoàn thiện cho toàn bộ các hạng mục cơ điện của công trình.

Chương 9: Tổng kết

Tổng hợp toàn bộ các kết quả tính toán đã hoàn thành đối chiếu với nhiệm vụ đồ án được giao; đồng thời xác định các hướng nghiên cứu mở rộng phục vụ phát triển hệ thống điện của tòa nhà trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế cung cấp điện cho công trình cao ốc văn phòng thương mại quy mô 11 tầng nổi và 2 tầng hầm với các kết quả cụ thể:

Hạng mục thiết kế	Kết quả tính toán trong văn bản	Giải pháp thiết bị được lựa chọn
Phụ tải tính toán toàn tòa nhà	$S_{yc} = 388\text{ kVA}$	01 Máy biến áp dầu Thibidi 400 kVA - 22/0.4 kV
Phụ tải công cộng và PCCC	$S_{yc} = 215\text{ kVA}$	01 Máy phát điện dự phòng Prime 400 kVA
Bù công suất phản kháng	Cần bù $102\text{ kVAr}$ (nâng $\cos\varphi$ từ 0.62 lên 0.95)	Bộ tụ bù tự động 160 kVAr (4 cấp $\times$ 40 kVAr), bộ APFC 12 cấp
Đóng cắt bảo vệ tổng hạ thế	Dòng làm việc $I_B = 577\text{ A}$, $I_{sc} = 20.5\text{ kA}$	01 ACB 3 pha, $I_n = 630\text{ A}$, $I_{cu} = 50\text{ kA}$
Tuyến dẫn điện trục chính	Phân phối điện tầng 1 đến 11	Hệ thống Busway nhôm 630A kèm Plug-in Unit
Tiếp địa làm việc & an toàn	Yêu cầu kỹ thuật theo quy phạm	Giếng khoan 20m, cọc thép mạ đồng, $R \le 4,\Omega$
Tiếp địa hệ điện nhẹ (ELV)	Yêu cầu chống nhiễu kỹ thuật cao	Giếng khoan 20m, cọc thép mạ đồng, $R \le 1,\Omega$
Tiếp địa kim thu sét	Phân tán dòng sét trực tiếp	Trạm tiếp địa riêng biệt, hàn Cadweld, $R \le 10,\Omega$

Các giải pháp kỹ thuật do tác giả đề xuất phản ánh rõ tính ứng dụng thực tế:

• Đề xuất phân tách chế độ vận hành của máy phát điện qua khóa liên động cơ - điện và tủ ATS: Ở chế độ mất điện thông thường, máy phát cấp điện cho phụ tải công cộng, dịch vụ; khi có báo cháy, hệ thống tự động cô lập phụ tải không thiết yếu để dồn toàn bộ nguồn lực công suất 400 kVA phục vụ hệ thống chữa cháy và thông gió thoát hiểm.
• Áp dụng thanh dẫn Busway 630A trục đứng thay thế cho phương án rải nhiều tuyến cáp lực song song, giúp tiết kiệm không gian hộp gen kỹ thuật, giảm tổn thất điện áp và nâng cao độ an toàn cháy nổ.
• Thiết kế hệ thống tiếp địa phân định rõ ràng giữa tiếp địa làm việc, tiếp địa an toàn, tiếp địa điện nhẹ và tiếp địa chống sét bằng công nghệ khoan giếng sâu 20m kết hợp hàn hóa nhiệt Cadweld, giải quyết bài toán mặt bằng xây dựng đô thị chật hẹp tại khu vực Quận Phú Nhuận.

Về mặt đóng góp, đề tài cung cấp một bộ hồ sơ tính toán hoàn chỉnh từ phương pháp lý thuyết đến kết quả lựa chọn thiết bị cụ thể theo các catalogue thực tế tại Việt Nam (Thibidi, Cadivi, Mikro), liên kết các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành với tiêu chuẩn quốc tế IEC và định hướng công trình xanh LEED.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Căn cứ theo nội dung được trình bày trong Chương 9 và phạm vi của đề tài:

• Hạn chế: Báo cáo dừng lại ở mức độ hồ sơ thiết kế kỹ thuật và bảng dự toán thiết bị trên bản vẽ, chưa có số liệu đo đạc thực tế sau khi công trình đi vào vận hành để kiểm chứng độ sụt áp, mức độ phát sinh sóng hài thực tế cũng như hiệu quả sử dụng năng lượng. Việc tích hợp hệ thống quản lý năng lượng thông minh (BMS) mới dừng lại ở việc nêu định hướng tổng quan mà chưa đi sâu vào sơ đồ kết nối chi tiết các giao thức truyền thông của thiết bị đo lường.
• Hướng phát triển tiếp theo: Tác giả định hướng nghiên cứu mở rộng việc tích hợp hệ thống điều khiển quản lý năng lượng tòa nhà (BMS) ở cấp độ sâu hơn; nghiên cứu bổ sung giải pháp năng lượng tái tạo phân tán (như hệ thống điện mặt trời áp mái hòa lưới) nhằm gia tăng mức độ tự chủ năng lượng cho cao ốc văn phòng theo xu hướng công trình xanh bền vững.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho sinh viên thuộc các chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử, Kỹ thuật Điện, Điện Công nghiệp và Hệ thống Điện trong quá trình thực hiện đồ án môn học hoặc đồ án tốt nghiệp về thiết kế cung cấp điện cho công trình cao tầng.

Đồng thời, các kỹ sư cơ điện (M&E) đang làm việc tại các đơn vị tư vấn thiết kế, thi công có thể tham khảo trực tiếp các bảng tính toán công suất phụ tải động lực (bơm nước sinh hoạt, bơm tăng áp, bơm chìm hầm, quạt hút hầm, thang máy, trạm bơm PCCC), quy trình lựa chọn bộ điều khiển tụ bù APFC 12 cấp, giải pháp chuyển nguồn ATS kết hợp liên động cơ - điện cho chế độ chữa cháy, cũng như quy cách thiết kế giếng tiếp địa sâu kết hợp hàn hóa nhiệt cho hệ điện nhẹ và chống sét.

Câu hỏi thường gặp

1. Tổng công suất biểu kiến tính toán của cao ốc là bao nhiêu và tác giả đã lựa chọn trạm biến áp với thông số kỹ thuật như thế nào?
Tổng công suất biểu kiến tính toán yêu cầu cấp cho toàn bộ cao ốc là $S_{yc} = 388\text{ kVA}$. Căn cứ vào điều kiện chọn máy biến áp ($S_{dmMBA} \ge S_{tt}$), nhóm tác giả đã lựa chọn 01 máy biến áp dầu 3 pha công suất định mức 400 kVA - 22/0.4 kV của hãng Thibidi, đặt trong trạm hợp bộ kiểu Ki-ốt tại tầng 1 khuôn viên công trình.

2. Máy phát điện dự phòng được chọn có công suất bao nhiêu và nguyên lý cấp điện thay đổi ra sao khi xảy ra hỏa hoạn?
Máy phát điện được lựa chọn có công suất liên tục (Prime) là 400 kVA - 380V - 50Hz, kèm bồn dầu dự trữ đủ vận hành liên tục 8 giờ và cách âm $\le 75\text{ dB}$. Ở trạng thái mất điện lưới bình thường, máy phát tự động khởi động sau 10 giây qua bộ ATS để cấp nguồn cho toàn bộ phụ tải dịch vụ, công cộng và văn phòng. Tuy nhiên, khi có tín hiệu báo cháy, khóa liên động cơ - điện sẽ điều khiển mở MCCB-3 để ngắt toàn bộ phụ tải không phục vụ PCCC; máy phát chỉ duy trì cấp điện riêng cho các tải ưu tiên chữa cháy (bơm chữa cháy, quạt hút khói hầm, quạt tạo áp thang máy, thang máy PCCC).

3. Dung lượng bộ tụ bù hạ thế được tính toán và lựa chọn cụ thể như thế nào?
Hệ số công suất tự nhiên ban đầu của công trình là $\cos\varphi_1 = 0.62$, hệ số yêu cầu sau khi bù là $\cos\varphi_2 = 0.95$. Dung lượng bù tính toán là $Q_b = 102\text{ kVAr}$. Tuy nhiên, theo quy định của ngành điện đối với trạm biến áp 400 kVA, công suất bù hạ thế ấn định là 160 kVAr. Tác giả chọn bộ tụ bù gồm 4 cấp (mỗi cấp 40 kVAr), sử dụng bình tụ khô 3 pha Mikro MKC-445500KT (50 kVAr / 440V) và bộ điều khiển đóng ngắt thông minh Mikro PFR120-415-50 (12 cấp).

4. Trị số điện trở tiếp địa yêu cầu cho từng phân hệ trong công trình được quy định ở ngưỡng nào?
Hệ thống tiếp địa được chia thành 4 phân hệ riêng biệt với các yêu cầu tổng trở cụ thể:

• Nối đất làm việc trạm biến áp: Tổng trở $R \le 4,\Omega$ (sử dụng 2 giếng sâu 20m).
• Nối đất an toàn điện vỏ thiết bị: Tổng trở $R \le 4,\Omega$ (sử dụng 1 giếng sâu 20m).
• Nối đất hệ thống điện nhẹ (ELV): Tổng trở $R \le 1,\Omega$ (sử dụng 1 giếng sâu 20m).
• Nối đất chống sét trực tiếp: Tổng trở $R \le 10,\Omega$ (sử dụng trạm tiếp địa giếng khoan riêng biệt).

5. Giải pháp dẫn điện trục chính từ phòng phân phối tổng lên các tầng văn phòng được thiết kế bằng vật liệu và quy cách gì?
Trục cấp điện chính từ tầng 1 lên đến tầng 11 được thiết kế bằng hệ thống thanh dẫn điện nhôm (Busway) có dòng định mức 630A đi trong hộp kỹ thuật xuyên tầng. Tại phòng điện kỹ thuật của mỗi tầng, nguồn điện được trích từ thanh Busway thông qua các bộ trích nguồn chuyên dụng (Plug-in Unit) để cấp vào tủ phân phối tầng (DB), từ đó cấp nguồn tiếp đến các tủ điện văn phòng.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế cung cấp điện cho cao ốc văn phòng 281-283 Nguyễn Văn Trỗi" của sinh viên Nguyễn Viết Mạnh và Vũ Tiến Dũng đã hoàn thành trọn vẹn nhiệm vụ tính toán, thiết kế hệ thống cấp điện toàn diện cho một công trình cao tầng thực tế. Báo cáo thể hiện sự chuẩn xác trong việc áp dụng các quy chuẩn TCVN, QCVN và tiêu chuẩn quốc tế IEC để tính chọn trạm biến áp 400 kVA, máy phát điện dự phòng 400 kVA, hệ thống Busway 630A, bộ tụ bù 160 kVAr cùng hệ thống an toàn tiếp địa nhiều phân hệ. Đây là tài liệu học thuật có cấu trúc mạch lạc, dữ liệu kỹ thuật rõ ràng và mang giá trị tham khảo ứng dụng cao cho lĩnh vực thiết kế cơ điện công trình.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Hệ thống điện là mạch máu nuôi sống các tòa nhà cao tầng hiện đại, cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động từ chiếu sáng, điều hòa không khí đến vận hành thang máy, hệ thống phòng cháy chữa cháy. Để đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn cho một tòa nhà cao tầng, hệ thống điện phải được thiết kế một cách tỉ mỉ, tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn kỹ thuật và quy định về an toàn điện. Ngoài việc cung cấp nguồn điện ổn định, hệ thống điện còn bao gồm nhiều thành phần quan trọng khác như bảng điện phân phối, đường dây dẫn điện, thiết bị bảo vệ quá tải, ngắn mạch, hệ thống chiếu sáng thông minh và hệ thống điều hòa không khí. Việc thiết kế và lắp đặt hệ thống điện cho các tòa nhà cao tầng đòi hỏi kiến thức chuyên sâu và kinh nghiệm thực tế, đặc biệt là trong việc tính toán tải trọng, lựa chọn thiết bị và bố trí đường dây hợp lý.

Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ, các hệ thống điện thông minh đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Hệ thống quản lý năng lượng thông minh (BMS) giúp theo dõi và điều khiển hiệu quả việc tiêu thụ điện năng, từ đó giảm thiểu chi phí và bảo vệ môi trường. Bên cạnh đó, các thiết bị điện tử tự động hóa như cảm biến, công tắc tự động cũng giúp tối ưu hóa việc sử dụng điện năng và nâng cao sự tiện nghi cho người sử dụng. Tuy nhiên, việc thiết kế hệ thống điện cho các tòa nhà cao tầng cũng đối mặt với nhiều thách thức.

Tải trọng điện lớn, yêu cầu về độ tin cậy cao, sự phức tạp của hệ thống và các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm. đòi hỏi các kỹ sư điện phải có những giải pháp kỹ thuật tối ưu. Một hệ thống điện hiệu quả không chỉ đảm bảo hoạt động bình thường của tòa nhà mà còn góp phần vào việc phát triển bền vững. Bằng cách sử dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng, giảm thiểu tiêu thụ điện năng và lựa chọn các thiết bị điện thân thiện với môi trường, chúng ta có thể xây dựng những tòa nhà xanh, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

Dưới sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Quyền Huy Ánh, chúng tôi đã lựa chọn đề tài "Thiết kế cung cấp điện cho cao ốc văn phòng 281-283 Nguyễn Văn Trỗi" để ứng dụng những kiến thức lý thuyết đã học vào thực tiễn. Qua quá trình nghiên cứu và thiết kế, chúng tôi không chỉ hiểu rõ hơn về các nguyên lý hoạt động của hệ thống điện mà còn rèn luyện được kỹ năng phân tích, giải quyết vấn đề và làm việc nhóm. Chúng tôi tin rằng, dự án này sẽ là một bước đệm quan trọng để chúng tôi trở thành những kỹ sư điện năng lực trong tương lai. SVTH: Nguyễn Viết Mạnh – Vũ Tiến Dũng 1 Thiết kế cung cấp điện cao ốc văn phòng 3 BEES GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Với mục tiêu xây dựng một hệ thống điện thông minh, bền vững và mang tính cộng đồng, chúng tôi sẽ không ngừng đổi mới và tìm kiếm những giải pháp sáng tạo.

Bằng việc áp dụng các công nghệ tiên tiến và tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế, chúng tôi sẽ tạo ra một hệ thống điện có khả năng tự thích ứng, tự phục hồi và đáp ứng được nhu cầu năng lượng ngày càng tăng của tòa nhà. Đồng thời, chúng tôi cũng mong muốn trở thành một mô hình điển hình cho các dự án xây dựng xanh tại Việt Nam, góp phần thúc đẩy sự phát triển bền vững của ngành xây dựng. Tham gia dự án, chúng tôi mong muốn được trải nghiệm một môi trường làm việc chuyên nghiệp, nơi chúng tôi có thể học hỏi và phát triển bản thân. Dưới sự hướng dẫn của thầy cô và sự hỗ trợ của các chuyên gia, chúng tôi sẽ được trang bị những kiến thức và kỹ năng cần thiết để trở thành những kỹ sư điện năng động và sáng tạo.

Đồng thời, chúng tôi cũng rất tự hào khi được góp phần vào việc xây dựng một công trình có ý nghĩa, góp phần vào sự phát triển bền vững của đất nước. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nội dung đồ án của nhóm em nghiên cứu những vấn đề sau: • Tính toán phụ tải cho toà nhà. • Thiết kế trạm biến áp cho toà nhà. • Thiết kế máy phát điện dự phòng.

• Tính toán dây dẫn cho toà nhà. • Lựa chọn các thiết bị đóng cắt, bảo vệ hạ thế. • Lựa chọn các thiết bị đo lường và bảo vệ phía trung thế. • Thiết kế hệ thống chiếu sáng.

• Thiết kế hệ thống chống sét, nối đất an toàn. • Lập bảng phụ toán và lựa chọn các thiết bị. SVTH: Nguyễn Viết Mạnh – Vũ Tiến Dũng 2 Thiết kế cung cấp điện cao ốc văn phòng 3 BEES GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh TỔNG QUAN DỰ ÁN 1. Vị Trí - Nằm tại số 281-283 đường Nguyễn Văn Trỗi, phường 10, quận Phú Nhuận, khu đất sở hữu vị trí đắc địa, kết nối thuận tiện với hệ thống giao thông và các tiện ích đô thị.

Với mặt tiền đường Nguyễn Văn Trỗi rộng lớn, khu đất không chỉ có tầm nhìn thoáng đãng mà còn thu hút được lượng lớn người qua lại. Phía Nam giáp khu dân cư yên tĩnh, tạo nên một môi trường sống hài hòa. Phía Tây, đường Nguyễn Trọng Tuyển mở ra nhiều cơ hội kết nối với các khu vực lân cận. Vị trí chiến lược này cùng với tiềm năng phát triển của khu vực sẽ tạo nên một dự án bất động sản hấp dẫn và thành công.

Cấp điện và chiếu sáng - Nguồn cấp điện: Dự án sẽ được cấp điện từ tuyến đường dây trung thế 22kV hiện hữu trên đường Nguyễn Văn Trỗi. Điểm đấu nối sẽ được lựa chọn kỹ lưỡng dựa trên các tiêu chí kỹ thuật như tải trọng, độ tin cậy và khả năng mở rộng, đảm bảo đáp ứng nhu cầu sử dụng điện năng của dự án. Việc đấu nối sẽ được thực hiện tuân thủ nghiêm ngặt các quy định về kỹ thuật an toàn điện và các tiêu chuẩn quốc gia hiện hành. - Hệ thống chiếu sáng: Hệ thống chiếu sáng công cộng hiện hữu trong khu vực đã được đầu tư xây dựng theo tiêu chuẩn kỹ thuật, đảm bảo độ chiếu sáng đồng đều, không gây chói mắt và tiết kiệm năng lượng.

Các trụ đèn được lựa chọn và lắp đặt phù hợp với đặc điểm của từng tuyến đường, đảm bảo an toàn giao thông và tạo nên một không gian đô thị hiện đại. Hệ thống chiếu sáng này sẽ được kết nối và vận hành đồng bộ với hệ thống chiếu sáng chung của khu vực, tạo nên một tổng thể hài hòa và thống nhất. SVTH: Nguyễn Viết Mạnh – Vũ Tiến Dũng 3 Thiết kế cung cấp điện cao ốc văn phòng 3 BEES GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ 2. HỆ THỐNG CẤP ĐIỆN 2.

Tiêu chí thiết kế hệ thống điện - Dây cáp điện, phụ tải sử dụng điện được tính theo các tiêu chuẩn về điện. - Thiết bị điện đảm bảo chất lượng an toàn. - Thiết bị bảo vệ đầu vào được trang bị. - Toàn bộ điện áp cung cấp theo định mức 220/380V.

- Cáp điện chống cháy được sử dụng theo qui định. - Đèn chiếu sáng khu vực hành lang văn phòng, cầu thang bộ thoát hiểm, tầng hầm, chiếu sáng ngoài nhà, các khu vực sử dụng chung. - Các hệ thống liên quan tới yêu cầu PCCC và an ninh: Âm thanh thông báo, hệ thống báo cháy, đèn chỉ hướng thoát hiểm và chiếu sáng sự cố, bơm nước chữa cháy, quạt thông gió và hút khói tầng hầm – khu thương mại - khu vực sử dụng chung, quạt tạo áp cầu thang, camera quan sát, khóa cửa điện… - Khu vực dịch vụ sẽ được cung cấp điện dự phòng 100% (chiếu sáng, điều hòa không khí và thông gió…). Hệ thống nguồn động lực - Nguồn điện 22 kV từ lưới điện cấp vào máy biến áp trạm trụ 400kVA đặt tại tầng 1; nguồn điện hạ thế 0,4 kV được đấu nối vào các đầu cực của MCCB-1 đặt trong tủ điện chính MSB đặt tại tầng hầm 1.

- Đường cáp động lực máy phát điện đặt tại tầng hầm 1 được đấu vào các đầu cực của thiết bị đóng cắt MCCB-2 đặt trong tủ điện chính MSB. - Nguyên lý hoạt động cấp điện từ tủ điện chính: • Ở trạng thái bình thường, nguồn điện được cấp từ máy biến áp đến MCCB-1 cấp nguồn đến thanh cái chính. MCCB-3 (thanh cái -coupler) đóng cấp cho các phụ tải PCCC. MCCB-2 ngắt điện.

• Ở trạng thái mất nguồn điện lưới: Khi lưới điện bị mất (bị ngắt), tín hiệu sẽ báo về tủ điều khiển máy phát điện, máy phát sẽ tự động “khởi động”, nguồn điện được dẫn đến tủ điện chính. Tại tủ điện chính, với sự khống chế của các khóa liên động cơ điện MCCB-2 và MCCB-3 đóng, MCCB-1 mở, lúc này tủ MSB tiếp nhận nguồn điện từ máy phát điện dự phòng. SVTH: Nguyễn Viết Mạnh – Vũ Tiến Dũng 4 Thiết kế cung cấp điện cao ốc văn phòng 3 BEES GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh • Khi có sự cố cháy: tín hiệu báo cháy sẽ gởi tín hiệu về tủ MSB và máy phát điện. Lúc này MCCB-1 mở và MCCB-2 đóng máy phát sẽ cấp nguồn cho các tải quan trọng phục vụ cho PCCC, các tải không phục vụ cho báo cháy và chữa cháy sẽ bị ngắt điện (MCCB-3 mở).

- Nguồn điện theo 1 tuyến Busduct đi trong trục xuyên tầng lên đến tầng 11. Tại mỗi tầng từ tầng 1 đến 11, từ bộ trích nguồn (plug-in unit) trên Busduct, điện cấp vào tủ phân phối tầng, từ đây cấp đến các tủ văn phòng. - Tham khảo các bản vẽ nguyên lý cấp nguồn để có thêm chi tiết. - Khi mất điện, khu văn phòng được cấp 100% nguồn dự phòng từ máy phát điện.

Các thiết bị chính - Nguồn điện 22 kV từ lưới điện quốc gia sẽ được đấu nối vào máy biến áp trạm trụ đặt tại tầng 1. Nguồn cung cấp điện cho công trình gồm: Điện lưới quốc gia và điện từ máy phát dự phòng.1 Trụ đóng cắt trung thế và máy biến áp: - Đường cáp trung thế được cấp từ ngăn đóng cắt trung thế của tủ RMU thuộc điện lực khu vực đến máy biến áp (dạng trạm trụ) là cáp 24kV-XLPE/PVC/DSTA/PVC 1x3Cx70mm². - Bao gồm: 1 máy 400 kVA loại dầu, 22 kV/0.4kV, 3 pha, 50Hz phục vụ cho công trình.2 Máy phát điện dự phòng - Sử dụng máy phát công suất tải Prime 400kVA 380V 50Hz 3 pha cấp nguồn cho toàn công trình khi không có điện lưới.