Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Đề tài "Thiết kế cung cấp điện cho toà nhà D, E trường liên cấp Alpha" được thực hiện bởi sinh viên Hoàng Sơn Tùng (MSV: 2012102001, Lớp DC 2401), ngành Điện Tự Động Công Nghiệp, Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng, dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Văn Dương vào năm 2024.
Bối cảnh thực tiễn của đề tài gắn liền với dự án "Đầu tư xây dựng Trường liên cấp Alpha" (cơ sở 3 tại Hải Phòng, sau hai cơ sở đã vận hành tại Hà Nội). Công trình được xây dựng tại Phường Anh Dũng, Quận Dương Kinh, Thành phố Hải Phòng với diện tích mặt bằng 13.064 m², do Công ty Cổ phần Giáo dục Việt Mỹ Hải Phòng làm đại diện chủ đầu tư, Tổng công ty tư vấn xây dựng Việt Nam - CTCP (VNCC) thực hiện tư vấn giám sát và Công ty Cổ phần Ecoba Việt Nam đảm nhận thi công. Trường tổ chức đào tạo theo mô hình liên cấp 3 bậc: Tiểu học, Trung học cơ sở và Trung học phổ thông.
Trong lĩnh vực xây lắp, hệ thống cung cấp điện cho công trình giáo dục quy mô lớn đóng vai trò quyết định đến sự an toàn của người học, người vận hành, yêu cầu phòng cháy chữa cháy cũng như tính mỹ quan kiến trúc. Đề tài tập trung giải quyết các nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể:
- Khảo sát hiện trạng kiến trúc, công năng sử dụng của các tầng thuộc hai khối nhà D và E.
- Xác định và thống kê phụ tải tính toán chi tiết cho từng không gian chức năng (phòng học, phòng giáo viên, phòng ăn, hành lang, nhà vệ sinh, phòng kỹ thuật, kho).
- Thiết kế chiếu sáng nhân tạo cho từng khu vực, tính toán kiểm tra độ rọi theo quy chuẩn chiếu sáng trường học.
- Xác định phụ tải động lực bao gồm hệ thống điều hòa không khí, thang máy, quạt thông gió và quạt hút khói sự cố khẩn cấp.
- Lập cấu trúc phân phối nguồn điện qua hệ thống tủ điện phân tầng, tủ động lực, tính toán phụ tải tổng của từng khối nhà.
- Xác định dung lượng trạm biến áp, công suất máy phát điện dự phòng, lựa chọn khí cụ đóng cắt bảo vệ cao áp - hạ áp, tính chọn tiết diện dây dẫn/cáp ngầm và thiết kế hệ thống tiếp địa nối đất an toàn.
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống cấp điện hạ thế và mạng lưới thiết bị điện trong khối nhà D và nhà E. Phạm vi nghiên cứu về không gian giới hạn tại toà nhà D (gồm tầng 1, tầng 2, tầng 3 và tum mái) và toà nhà E (gồm tầng 1, tầng 2, tầng 3 và tum mái) của Trường liên cấp Alpha Hải Phòng; phạm vi chuyên môn tập trung vào tính toán phụ tải, chiếu sáng, thiết bị phân phối động lực, trạm biến áp và hệ thống tiếp địa tại thời điểm năm 2024.
Hệ thống thiết kế phải đáp ứng đồng thời 4 yêu cầu kỹ thuật nền tảng:
- Độ tin cậy cấp điện: Đảm bảo cấp điện liên tục; khi mất điện lưới phải có hệ thống máy phát điện dự phòng cấp ngay cho các phụ tải ưu tiên và hệ thống phòng cháy chữa cháy.
- Chất lượng điện năng: Duy trì độ ổn định của hai chỉ tiêu tần số và điện áp tại các thanh cái tủ điện phân phối.
- An toàn kỹ thuật: Đảm bảo an toàn tuyệt đối cho học sinh, cán bộ giáo viên, an toàn thiết bị và phòng chống cháy nổ cho toàn công trình.
- Hiệu quả kinh tế: Tối ưu hóa vốn đầu tư ban đầu và chi phí vận hành, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho công tác thi công, bảo trì và khả năng mở rộng phụ tải trong tương lai.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Tác giả vận dụng hệ thống lý thuyết kỹ thuật cung cấp điện công nghiệp và dân dụng để làm cơ sở tính toán:
-
Các thông số đặc trưng của phụ tải:
- Công suất định mức ($P_{đm}$) ghi trên nhãn thiết bị; công suất trên trục đối với động cơ; công suất ghi trên đế/bầu đèn đối với thiết bị chiếu sáng.
- Công thức quy đổi động cơ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại về chế độ dài hạn với hệ số tiếp điện $\varepsilon% = 10%$:
$$P'{đm} = P{đm} \cdot \sqrt{\varepsilon%}$$
- Hệ số sử dụng ($K_{sd}$): Tỷ số giữa phụ tải tác dụng trung bình và công suất đặt trong chu kỳ làm việc ($K_{sd} = P_{tb} / P_đ$).
- Hệ số nhu cầu ($K_{nc}$): Tỷ số giữa công suất tính toán tác dụng và công suất đặt ($K_{nc} = P_{tt} / P_đ$).
- Hệ số đồng thời ($K_{đt}$ hay $K_s$): Tỷ số giữa công suất tác dụng tính toán cực đại tại nút khảo sát và tổng công suất tính toán của các nhóm tải thành phần.
- Số thiết bị dùng điện hiệu quả ($n_{hq}$): Đại lượng quy đổi nhóm thiết bị có công suất và chế độ làm việc khác nhau về một nhóm tương đương có cùng chế độ vận hành.
-
Phương pháp xác định phụ tải tính toán:
- Phương pháp tính theo công suất đặt và hệ số nhu cầu:
$$P_{tt} = K_{nc} \cdot P_đ = K_{nc} \cdot P_{đm}$$
$$Q_{tt} = P_{tt} \cdot \tan\varphi$$
$$S_{tt} = \frac{P_{tt}}{\cos\varphi}$$
- Phương pháp tính theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích: $P_{tt} = P_0 \cdot S$ (dùng trong giai đoạn tính toán sơ bộ).
- Áp dụng tài liệu hướng dẫn thiết kế điện của Schneider Electric và tiêu chuẩn IEC (Bảng B17 và B36): Hệ số sử dụng $K_u = 1$ cho chiếu sáng, động cơ và ổ cắm trong trường học; hệ số đồng thời $K_s = 1$ cho từng mạch chiếu sáng và động cơ; hệ số đồng thời cho mạch ổ cắm $K_s = 0,5 - 0,8$.
-
Tiêu chuẩn và phương pháp tính toán chiếu sáng:
- Áp dụng Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7114-2008 về độ rọi cho công trình trường học.
- Thông số phản xạ kiến trúc bề mặt công trình: Trần thạch cao màu trắng ($P_{tr} = 0,7$), tường màu hồng phấn ($P_{tg} = 0,5$), sàn màu xanh đậm ($P_{sv} = 0,3$).
- Đèn chiếu sáng được bố trí lắp sát trần ($h' = 0\text{ m}$), bề mặt làm việc quy chuẩn trên bàn học ở độ cao $h_{lv} = 0,8\text{ m}$.
- Phương pháp tính toán: Áp dụng phương pháp hệ số sử dụng ánh sáng (bên cạnh việc tham khảo các phương pháp công suất riêng, phương pháp điểm và phương pháp quang thông). Trình tự tính toán gồm các bước:
- Xác định chỉ số địa điểm phòng: $K = \frac{a \cdot b}{h_{tt}(a + b)}$ (với $a, b$ là chiều dài, chiều rộng; $h_{tt}$ là chiều cao tính toán từ mặt đèn đến mặt làm việc).
- Tra hệ số bù $d$ ($d = 0,7$) và hệ số sử dụng $U$ ($U = 0,22$).
- Xác định quang thông tổng yêu cầu:
$$\Phi_{tong} = \frac{E_{tc} \cdot S \cdot d}{U}$$
- Xác định số lượng bộ đèn cần thiết: $N = \Phi_{tong} / \Phi_{den}$.
- Kiểm tra sai số quang thông cho phép trong dải từ $-10%$ đến $+20%$:
$$\Delta\Phi% = \frac{N \cdot \Phi_{den} - \Phi_{tong}}{\Phi_{tong}} \cdot 100%$$
- Kiểm tra độ rọi trung bình trên bề mặt làm việc sau 1 năm suy giảm quang thông:
$$E_{tb} = \frac{N \cdot \Phi_{den} \cdot U}{S \cdot d}$$
| STT |
Loại phòng / Khu vực chức năng |
Độ rọi tiêu chuẩn ($E_{tc}$ theo TCVN 7114-2008) |
| 1 |
Phòng học |
300 Lux |
| 2 |
Bục giảng phòng học |
500 Lux |
| 3 |
Phòng chờ giáo viên |
300 Lux |
| 4 |
Nhà vệ sinh (Toilet) |
300 Lux |
| 5 |
Hành lang |
100 Lux |
| 6 |
Cầu thang bộ |
150 Lux |
| 7 |
Phòng ăn tập trung |
150 Lux |
| 8 |
Phòng kho |
100 Lux |
Thiết kế và triển khai
Căn cứ vào mặt bằng kiến trúc và yêu cầu công năng của hai khối nhà D và E, hệ thống điện được phân chia chi tiết theo cấu trúc phụ tải và sơ đồ tủ điện hạ thế:
1. Giải pháp chiếu sáng và phụ tải tiện ích điển hình
- Phòng học tiêu chuẩn (diện tích $65\text{ m}^2$, kích thước $8,7\text{ m} \times 7,5\text{ m} \times 3,0\text{ m}$):
- Chiếu sáng chung: Sử dụng 12 bộ đèn LED panel âm trần $600 \times 600 \times 30\text{ mm}$, công suất $50\text{ W/bộ}$, quang thông $6.000\text{ lm}$. Tính toán cho quang thông tổng yêu cầu là $62.045\text{ lm}$, số lượng đèn lý thuyết là 10,34 bộ, chọn 12 bộ. Sai số quang thông đạt $+16%$ (nằm trong giới hạn $-10%$ đến $+20%$), độ rọi trung bình duy trì đạt $E_{tb} = 348\text{ Lux} \ge 300\text{ Lux}$.
- Chiếu sáng bục giảng ($9\text{ m}^2$, $6\text{ m} \times 1,5\text{ m}$): Tận dụng $348\text{ Lux}$ chiếu sáng nền, cần bổ sung tối thiểu $152\text{ Lux}$ để đạt chuẩn $500\text{ Lux}$. Bố trí 3 bóng đèn tuýp LED $1,2\text{ m}$ công suất $15\text{ W/bóng}$ ($1.600\text{ lm/bóng}$), sai số quang thông $+10,29%$, bổ sung $E_{tb} = 167\text{ Lux}$ (tổng độ rọi đạt $515\text{ Lux}$).
- Thiết bị điện đi kèm: 4 quạt trần ($45\text{ W/chiếc}$), 1 quạt thông gió ($25\text{ W}$), 4 cụm ổ cắm với công suất dự tính $1.500\text{ W}$.
- Tổng công suất đặt của một phòng học là $2.350\text{ W}$; với hệ số nhu cầu $K_c = 0,9$, phụ tải tính toán là $P_{tt} = 2,1\text{ kW}$.
- Phòng giáo viên ($33\text{ m}^2$, $7,5\text{ m} \times 3,5\text{ m} \times 3,0\text{ m}$): Sử dụng 6 đèn LED panel $50\text{ W}$ ($6.000\text{ lm}$), 2 quạt trần ($45\text{ W}$), 3 ổ cắm dự phòng $1.500\text{ W}$. Tổng công suất đặt $P_đ = 1.890\text{ W}$, hệ số $K_c = 0,9$, phụ tải tính toán $P_{tt} = 1.701\text{ W} \approx 1,7\text{ kW}$.
- Nhà ăn tầng 3 toà D ($997,21\text{ m}^2$, cao $3,0\text{ m}$): Bố trí 73 bộ đèn LED panel $50\text{ W}$ ($P = 3.650\text{ W}$), 6 quạt thông gió ($25\text{ W}$), 22 ổ cắm chạy dọc phòng ($P = 6.000\text{ W}$). Tổng công suất đặt phụ tải tiện ích là $9.650\text{ W}$.
- Hành lang ($314\text{ m}^2$, cao $3,0\text{ m}$): Bố trí 37 đèn LED âm trần $20\text{ W}$ ($3.000\text{ lm}$), sai số quang thông $+11,1%$, độ rọi $E_{tb} = 111\text{ Lux} \ge 100\text{ Lux}$; ổ cắm hành lang công suất $1.500\text{ W}$. Tổng công suất đặt $P_đ = 2.240\text{ W}$.
- Khu vệ sinh (nam/nữ, giáo viên và học sinh): Sử dụng 27 đèn LED âm trần $20\text{ W}$ ($P = 540\text{ W}$) và 4 quạt thông gió ($25\text{ W}$, $P = 100\text{ W}$). Tổng công suất $P_đ = 640\text{ W}$, hệ số $K_c = 0,8 \Rightarrow P_{tt} = 512\text{ W}$.
2. Hệ thống động lực, điều hòa và thông gió sự cố
- Hệ thống điều hòa nhiệt độ toà D:
- 2 tổ máy điều hòa công suất lớn: $41.100\text{ W/máy}$ (tổng $82.200\text{ W}$).
- 19 tổ máy điều hòa công suất nhỏ: $5.600\text{ W/máy}$ (tổng $106.400\text{ W}$).
- 7 dàn lạnh điều hòa phòng ăn: $500\text{ W/dàn}$ (tổng $3.500\text{ W}$).
- 2 cụm dự phòng: $500\text{ W/cụm}$ (tổng $1.000\text{ W}$).
- Tổng công suất đặt điều hòa toà D là $193,1\text{ kW}$; áp dụng hệ số $K_c = 0,9 \Rightarrow P_{tt} = 173,8\text{ kW}$.
- Hệ thống điều hòa nhiệt độ toà E: Gồm 28 tổ máy điều hòa công suất nhỏ $5.600\text{ W/máy}$. Tổng công suất đặt $P_đ = 156,8\text{ kW}$; áp dụng $K_c = 0,9 \Rightarrow P_{tt} = 141,12\text{ kW}$.
- Thang máy toà D: Công suất đặt $P_đ = 10\text{ kW}$, hệ số $K_c = 1 \Rightarrow P_{tt} = 10\text{ kW}$.
- Hệ thống quạt hút khói và bù gió toà D (Tủ TĐ-QHK1 cấp từ tủ TĐH-D và tủ điện hạ thế LV-05):
- Chế độ vận hành bình thường: Cấp điện cho 1 quạt bù gió FAF-M-01(D) công suất $6.000\text{ W}$ ($P_{tt} = 6\text{ kW}$).
- Chế độ vận hành khi có cháy: Cắt quạt bù gió thường, kích hoạt quạt hút khói khẩn cấp SEF-M-01 công suất $15.000\text{ W}$ và 6 động cơ cửa cấp bù gió phòng ăn ($25\text{ W/cửa} = 150\text{ W}$). Tổng phụ tải tính toán khi có sự cố cháy là $P_{tt} = 15,15\text{ kW} \approx 15,1\text{ kW}$.
3. Tổ chức hệ thống tủ điện phân phối
- Toà D được tổ chức qua mạng tủ phân phối: Tủ tổng hạ thế cấp đến tủ phân phối TĐT-NH, tủ điều hòa TĐĐH-NH. Từ đây phân nhánh về:
- Tủ TĐ-1D (tầng 1): Cấp cho 9 bảng điện phòng học (BĐ-PH1: lộ N1 đến N9, mỗi lộ $2,1\text{ kW}$), lộ ổ cắm hành lang/kỹ thuật S1 ($1,5\text{ kW}$), 3 lộ chiếu sáng L1-L3, 2 lộ đèn cầu thang LCT1-LCT2, đèn exit và 4 lộ dự phòng ($6.000\text{ W}$).
- Tủ TĐ-2D (tầng 2): Cấp cho 9 bảng điện BĐ-PH1, 1 bảng điện phòng giáo viên BĐ-D-2.1 ($1,7\text{ kW}$), các lộ chiếu sáng, ổ cắm, exit và 4 lộ dự phòng ($5.900\text{ W}$).
- Tủ TĐ-3D (tầng 3): Cấp cho hệ thống ổ cắm phòng ăn ($6.000\text{ W}$ chia 4 lộ S1-S4), 5 lộ chiếu sáng nhà ăn L1-L5, đèn exit và các lộ dự phòng ($10.340\text{ W}$).
- Tủ TĐH-D: Cấp nguồn cho 19 máy điều hòa nhỏ, 2 máy điều hòa lớn và cấp nguồn Lộ 1 cho tủ TĐ-QHK1 ($4,5\text{ kW}$ cho dàn lạnh).
- Tủ TĐ-TM2: Cấp nguồn cho thang máy toà D ($10\text{ kW}$).
- Toà E được tổ chức tương tự: Tủ TĐ-1E (9 phòng học, phụ tải tầng 1), Tủ TĐ-2E (9 phòng học, 1 phòng giáo viên BĐ-E-2.1), Tủ TĐ-3E (9 phòng học, 1 phòng giáo viên) và hệ thống cấp điện điều hòa toà E.
Nội dung chính theo từng chương
Lời mở đầu và Chương I: Giới thiệu tổng quan về trường liên cấp Alpha
Chương này khái quát tính cấp thiết của điện năng trong đời sống và xây dựng công trình, nêu các thông tin pháp lý của dự án Trường liên cấp Alpha tại Phường Anh Dũng, Quận Dương Kinh, Hải Phòng trên khu đất $13.064\text{ m}^2$. Văn bản xác định cấu trúc 3 cấp học của công trình và đề ra 4 tiêu chí cốt lõi của đề tài: tính an toàn kỹ thuật, độ tin cậy cung cấp điện (có máy phát dự phòng khi mất lưới), chất lượng điện áp và hiệu quả kinh tế trong đầu tư - vận hành.
Chương II: Xác định phụ tải tính toán cho toà nhà D, E trường liên cấp Alpha
Chương II là nội dung trọng tâm của đồ án, trình bày cơ sở lý thuyết xác định phụ tải và tính toán chi tiết từng nhóm phụ tải theo từng tầng.
| Hạng mục phụ tải toà nhà D |
Số lượng |
Công suất đặt $P_đ$ (kW) |
Hệ số nhu cầu $K_c$ |
Phụ tải tính toán $P_{tt}$ (kW) |
| Tầng 1 (9 phòng học, WC, hành lang, kỹ thuật, DP $6\text{ kW}$) |
- |
28,10 |
0,80 |
22,50 |
| Tầng 2 (9 phòng học, 1 phòng GV, WC, hành lang, DP $5,9\text{ kW}$) |
- |
29,40 |
0,80 |
23,50 |
| Tầng 3 (Phòng ăn, chiếu sáng, kho, kỹ thuật, DP $10,34\text{ kW}$) |
- |
20,00 |
0,80 |
16,00 |
| Thang máy toà D |
1 |
10,00 |
1,00 |
10,00 |
| Hệ thống điều hòa không khí toà D |
28 cụm/dàn |
193,10 |
0,90 |
173,80 |
| Quạt thông gió và hút khói (chế độ thường / sự cố cháy) |
2 quạt + 6 cửa |
6,00 / 21,15 |
1,00 |
6,00 / 15,10 |
| Tổng phụ tải toà nhà D (Chế độ thường / Chế độ cháy) |
- |
266,60 / 281,75 |
- |
251,80 / 260,90 |
Đối với toà nhà D, tác giả chọn hệ số công suất $\cos\varphi = 0,8$ ($\tan\varphi = 0,75$):
- Công suất tác dụng tính toán tổng: $\Sigma P_{tt} = 251,8\text{ kW}$ (chế độ làm việc bình thường) và $\Sigma P_{tt} = 260,9\text{ kW}$ (chế độ khi có sự cố cháy).
- Công suất phản kháng tính toán tổng:
$$\Sigma Q_{tt} = \Sigma P_{tt} \cdot \tan\varphi = 251,8 \cdot 0,75 = 188,85\text{ kVAR}$$
- Công suất biểu kiến tính toán tổng:
$$\Sigma S_{tt} = \frac{\Sigma P_{tt}}{\cos\varphi} = \frac{251,8}{0,8} = 314,75\text{ kVA}$$
| Hạng mục phụ tải toà nhà E |
Số lượng |
Công suất đặt $P_đ$ (kW) |
Hệ số nhu cầu $K_c$ |
Phụ tải tính toán $P_{tt}$ (kW) |
| Tầng 1 (9 phòng học, WC, hành lang, kỹ thuật, DP $6\text{ kW}$) |
- |
28,10 |
0,80 |
22,50 |
| Tầng 2 (9 phòng học, 1 phòng GV, WC, hành lang, DP $5,9\text{ kW}$) |
- |
29,40 |
0,80 |
23,50 |
| Tầng 3 (9 phòng học, 1 phòng GV, WC, hành lang, DP $5,9\text{ kW}$) |
- |
29,40 |
0,80 |
23,50 |
| Hệ thống điều hòa nhiệt độ toà E ($28 \text{ máy} \times 5,6\text{ kW}$) |
28 |
156,80 |
0,90 |
141,12 |
| Tổng phụ tải các tầng và điều hòa toà nhà E |
- |
243,70 |
- |
210,62 |
(Ghi chú: Toà E tầng 3 có bố trí kiến trúc tương tự tầng 2 gồm 9 phòng học và 1 phòng giáo viên, không bố trí nhà ăn như toà D).
Chương III: Phương án cung cấp điện cho toà nhà D, E trường liên cấp Alpha
Căn cứ vào danh mục bảng và mục lục đồ án, Chương III triển khai các nội dung:
- Xác định dung lượng và vị trí trạm biến áp hạ thế, lựa chọn số lượng và công suất định mức máy biến áp dựa trên phụ tải tính toán tổng của hai toà nhà.
- Tính toán công suất và chọn thông số kỹ thuật máy phát điện dự phòng cấp cho các phụ tải ưu tiên khi mất lưới điện quốc gia.
- Tính toán, lựa chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ cao áp: Dao cách ly, cầu chì tự rơi/cao áp, máy biến điện áp (TU), máy biến dòng điện cao áp (TI).
- Lựa chọn thiết bị phân phối hạ áp: Máy cắt không khí hạ áp (ACB), máy biến dòng hạ áp, aptomat khối (MCCB), aptomat tép (MCB).
- Tính chọn tiết diện cáp và dây dẫn: Từ máy biến áp đến các tủ phân phối tổng TĐT-NH, TĐĐH-NH; từ tủ tổng đến các tủ điện tầng (TĐ-1D, TĐ-2D, TĐ-3D, TĐ-1E, TĐ-2E, TĐ-3E); từ tủ tầng đến bảng điện nhánh phòng học (BĐ-PH1), phòng giáo viên (BĐ-D-2.1, BĐ-E-2.1) và các thiết bị động lực (thang máy, quạt SEF, máy điều hòa).
Chương IV: Thiết kế hệ thống nối đất cho toà nhà D, E trường liên cấp Alpha
Chương IV thiết lập giải pháp an toàn điện cho công trình theo trình tự:
- Khảo sát điện trở suất của đất tại khu vực Dương Kinh, Hải Phòng và xác định hệ số mùa/thời tiết.
- Lựa chọn phương án bố trí hệ thống tiếp địa an toàn và chống sét sử dụng hệ cọc thép bọc đồng đóng sâu xuống đất kết hợp thanh liên kết đồng trần hàn hóa nhiệt hoặc bắt kẹp chuyên dụng.
- Áp dụng các bảng thông số kỹ thuật về hệ số sử dụng cọc ($\eta_c$) và hệ số sử dụng thanh ngang ($\eta_t$) để tính toán điện trở nối đất của hệ thống, kiểm tra đáp ứng trị số điện trở nối đất cho phép theo quy chuẩn kỹ thuật.
Kết quả và đóng góp
Đồ án hoàn thành các kết quả tính toán kỹ thuật cụ thể:
- Xác lập bảng thông số phụ tải điện cho 2 khối nhà học quy mô lớn:
- Khối toà nhà D: Xác định phụ tải tính toán ở chế độ bình thường đạt $P_{tt} = 251,8\text{ kW}$, công suất phản kháng $Q_{tt} = 188,85\text{ kVAR}$, công suất biểu kiến $S_{tt} = 314,75\text{ kVA}$. Khi có sự cố hỏa hoạn, phụ tải hút khói cưỡng bức đưa công suất tác dụng lên $P_{tt} = 260,9\text{ kW}$.
- Khối toà nhà E: Xác định phụ tải tính toán các tầng học và sinh hoạt đạt $69,5\text{ kW}$ ($22,5\text{ kW} + 23,5\text{ kW} + 23,5\text{ kW}$) và phụ tải điều hòa 28 máy đạt $141,12\text{ kW}$, đưa tổng phụ tải tính toán riêng phần này lên $210,62\text{ kW}$.
- Thiết kế hệ thống chiếu sáng đạt chuẩn TCVN 7114-2008: Đưa ra cấu hình chiếu sáng chi tiết bằng đèn LED panel và tuýp LED hiện đại; kiểm tra sai số quang thông nằm trong phạm vi tiêu chuẩn (từ $+10,29%$ đến $+16%$) và đảm bảo độ rọi bề mặt làm việc sau 1 năm khấu hao quang thông đạt từ $111\text{ Lux}$ đến $348\text{ Lux}$ (khu vực bục giảng đạt trên $500\text{ Lux}$).
- Hoàn thiện giải pháp phân phối điện mạch lạc: Thiết lập hệ thống sơ đồ cấp điện nhiều cấp từ trạm biến áp đến tủ phân phối chính, tủ tầng và bảng điện nhánh từng phòng học/phòng giáo viên, cân bằng công suất các pha (A, B, C) và dự phòng dung lượng $5,9\text{ kW} - 10,34\text{ kW}$ cho từng phân khu.
- Đề xuất phân tách nguồn động lực chuyên biệt: Phân tách riêng mạch điều hòa nhiệt độ và mạch cấp nguồn quạt hút khói sự cố khẩn cấp (nhận 2 nguồn cấp từ tủ TĐH-D và tủ điện hạ thế LV-05) nhằm đảm bảo hoạt động chữa cháy không bị gián đoạn.
Đóng góp của tác giả thể hiện ở việc áp dụng đồng bộ quy trình tính toán thiết kế kỹ thuật từ khâu thống kê mặt bằng kiến trúc thực tế của một dự án giáo dục liên cấp cụ thể tại Hải Phòng, kết hợp giữa tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 7114-2008) với tài liệu hướng dẫn thiết kế chuẩn quốc tế (Schneider Electric / IEC) để tạo ra bộ hồ sơ tính toán phụ tải có tính ứng dụng thực địa.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế:
- Phạm vi tính toán trong đồ án mới chỉ bao quát chi tiết hai khối nhà D và E, chưa tính toán liên kết tổng thể mạng lưới điện toàn bộ khu đất $13.064\text{ m}^2$ của dự án (gồm các khối nhà học khác, nhà hiệu bộ, khu thể thao ngoài trời và chiếu sáng cảnh quan sân trường).
- Nghiên cứu tập trung vào phương pháp tính toán phụ tải và lựa chọn thiết bị truyền thống, chưa đi sâu vào việc mô phỏng chất lượng điện năng chi tiết bằng các phần mềm chuyên dụng (như ETAP hay Dialux) hoặc xây dựng hệ thống quản lý năng lượng toà nhà thông minh (BMS).
- Hướng nghiên cứu tiếp:
- Mở rộng tính toán cung cấp điện tổng thể cho toàn bộ các hạng mục công trình của Trường liên cấp Alpha cơ sở Hải Phòng.
- Nghiên cứu tích hợp hệ thống điện mặt trời áp mái (Rooftop Solar PV) trên mái hai toà nhà D và E nhằm giảm chi phí vận hành và tăng cường độ tin cậy cấp điện.
- Thiết kế tích hợp hệ thống điều khiển chiếu sáng thông minh và giám sát điện năng tự động SCADA/BMS để tối ưu hóa hiệu quả sử dụng năng lượng trường học.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho:
- Sinh viên chuyên ngành Điện tự động công nghiệp, Hệ thống điện, Kỹ thuật công trình và M&E (Cơ điện toà nhà) khi thực hiện đồ án môn học hoặc đồ án tốt nghiệp về thiết kế cung cấp điện cho công trình dân dụng, trường học, bệnh viện.
- Kỹ sư thiết kế, nhà thầu thi công cơ điện: Cung cấp phương pháp thực hành tính toán chiếu sáng theo hệ số sử dụng, bảng tra độ rọi, giải pháp phân chia tủ điện tầng, tủ quạt hút khói sự cố và quy trình phân bổ phụ tải cân bằng giữa các pha theo tiêu chuẩn Schneider và IEC.
Câu hỏi thường gặp
1. Tổng phụ tải tính toán tác dụng, phản kháng và biểu kiến của khối toà nhà D là bao nhiêu?
Ở chế độ vận hành bình thường, toà nhà D có tổng phụ tải tác dụng tính toán $\Sigma P_{tt} = 251,8\text{ kW}$, tổng công suất phản kháng $\Sigma Q_{tt} = 188,85\text{ kVAR}$ (với $\cos\varphi = 0,8$, $\tan\varphi = 0,75$) và tổng công suất biểu kiến $\Sigma S_{tt} = 314,75\text{ kVA}$. Khi xảy ra sự cố cháy, quạt hút khói khẩn cấp hoạt động nâng tổng công suất tác dụng lên $260,9\text{ kW}$.
2. Giải pháp chiếu sáng phòng học tiêu chuẩn được tính toán với các thông số kỹ thuật nào?
Phòng học rộng $65\text{ m}^2$ được trang bị 12 bộ đèn LED panel âm trần $600 \times 600\text{ mm}$ ($50\text{ W/bộ}$, $6.000\text{ lm}$), hệ số bù $d = 0,7$, hệ số sử dụng $U = 0,22$, sai số quang thông đạt $+16%$ và độ rọi duy trì đạt $348\text{ Lux}$. Bục giảng ($9\text{ m}^2$) được bố trí bổ sung 3 bóng tuýp LED $1,2\text{ m}$ ($15\text{ W/bóng}$, $1.600\text{ lm}$) cung cấp thêm $167\text{ Lux}$, đảm bảo tổng độ rọi khu vực bục giảng đạt trên $500\text{ Lux}$ theo TCVN 7114-2008.
3. Phụ tải quạt hút khói và thông gió toà nhà D phân chia các chế độ vận hành như thế nào?
Hệ thống quạt do tủ TĐ-QHK1 điều khiển phân chia 2 chế độ:
- Chế độ bình thường: Vận hành quạt bù gió FAF-M-01(D) công suất $6.000\text{ W}$ ($P_{tt} = 6\text{ kW}$).
- Chế độ khi có cháy: Ngắt quạt bù gió thường, kích hoạt quạt hút khói khẩn cấp SEF-M-01 công suất $15.000\text{ W}$ cùng 6 cửa cấp bù gió phòng ăn ($25\text{ W/cửa} = 150\text{ W}$), đưa tổng phụ tải tính toán lên $15,15\text{ kW}$.
4. Quy mô và phụ tải tính toán của hệ thống điều hòa nhiệt độ tại toà nhà D và toà nhà E khác nhau ra sao?
Tại toà nhà D, hệ thống gồm 19 máy nhỏ ($5.600\text{ W}$), 2 máy công suất lớn ($41.100\text{ W}$), 7 dàn lạnh phòng ăn ($500\text{ W}$) và 2 cụm dự phòng, tổng $P_đ = 193,1\text{ kW}$, với $K_c = 0,9 \Rightarrow P_{tt} = 173,8\text{ kW}$. Tại toà nhà E, hệ thống gồm 28 máy điều hòa công suất nhỏ ($5.600\text{ W/máy}$), tổng $P_đ = 156,8\text{ kW}$, với $K_c = 0,9 \Rightarrow P_{tt} = 141,12\text{ kW}$.
5. Hệ số nhu cầu và đồng thời được tác giả áp dụng theo nguồn tài liệu nào?
Tác giả áp dụng tài liệu hướng dẫn thiết kế điện của Schneider Electric (Bảng B17 và B36) và tiêu chuẩn IEC, trong đó hệ số sử dụng $K_u = 1$ cho chiếu sáng, động cơ và ổ cắm trường học; hệ số đồng thời $K_s = 1$ cho mạch chiếu sáng và động cơ riêng lẻ; hệ số đồng thời cho mạch ổ cắm lấy trong khoảng $K_s = 0,5 - 0,8$.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế cung cấp điện cho toà nhà D, E trường liên cấp Alpha" của sinh viên Hoàng Sơn Tùng đã hoàn thành đầy đủ các bước tính toán phụ tải điện, chiếu sáng và phân phối nguồn cho hai khối nhà học quy mô lớn tại Hải Phòng. Tác giả đã tuân thủ chặt chẽ tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7114-2008 kết hợp hướng dẫn kỹ thuật của Schneider Electric và IEC để xác lập các chỉ số công suất biểu kiến ($314,75\text{ kVA}$ toà D), công suất tác dụng và cấu trúc sơ đồ tủ điện hạ thế đồng bộ. Công trình phản ánh kỹ năng tính toán thiết kế kỹ thuật điện công trình hoàn chỉnh, bảo đảm độ tin cậy cung cấp điện, an toàn vận hành và đáp ứng tốt yêu cầu thực tế của dự án.
