Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế cung cấp điện cho tòa NE3,4,5 khu hành chính Thủy Nguyên" được thực hiện bởi sinh viên Vũ Minh Quân (lớp DC2401, ngành Điện Tự động công nghiệp, Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng) dưới sự hướng dẫn của ThS. Phạm Đức Thuận vào năm 2024.
Về bối cảnh thực tiễn, đề tài gắn liền với Dự án đầu tư xây dựng công trình Trung tâm Chính trị - Hành chính thành phố Hải Phòng và hệ thống hạ tầng kỹ thuật đồng bộ tại Khu đô thị Bắc sông Cấm, thuộc địa phận xã Tân Dương, huyện Thủy Nguyên, thành phố Hải Phòng. Toàn bộ dự án Trung tâm Hành chính - Chính trị có quy mô gồm 14 khối nhà và 1 tầng hầm, được bố trí đối xứng theo hai trục Bắc - Nam và Đông - Tây, với tổng diện tích đất xây dựng hơn 29.000 m² và tổng diện tích sàn xây dựng khoảng 89.000 m². Mục tiêu của dự án là xây dựng khu trụ sở hành chính mới hiện đại, tiện nghi, hỗ trợ ứng dụng công nghệ thông minh trong quản lý, xử lý thông tin và phục vụ công dân, doanh nghiệp, đồng thời tạo điểm nhấn kiến trúc đô thị thúc đẩy kinh tế - xã hội địa phương phát triển.
Trong tổng thể dự án, cụm tòa nhà NE3, NE4, NE5 là các khối nhà công sở đảm nhiệm chức năng văn phòng làm việc và hội họp, đòi hỏi hệ thống điện hạ tầng phải đạt mức độ an toàn và ổn định cao. Yêu cầu cung cấp điện cho công trình được tác giả xác định dựa trên bốn tiêu chí kỹ thuật:
- Độ tin cậy cung cấp điện: Công trình thuộc nhóm hộ tiêu thụ loại 2, yêu cầu duy trì tính liên tục của nguồn điện; khi xảy ra sự cố mất điện lưới, hệ thống máy phát điện dự phòng phải lập tức cấp điện cho các phụ tải ưu tiên.
- Chất lượng điện năng: Đảm bảo độ ổn định của hai chỉ số kỹ thuật cơ bản gồm tần số và điện áp vận hành.
- An toàn công trình: Thiết kế phải bảo đảm an toàn tuyệt đối cho người vận hành, cán bộ công nhân viên sử dụng, thiết bị điện và toàn bộ khối kiến trúc.
- Tính kinh tế: Cân đối giữa tổng mức vốn đầu tư ban đầu và chi phí tổn thất vận hành trong suốt vòng đời công trình.
Nhiệm vụ nghiên cứu và thiết kế của đồ án được cụ thể hóa thành 5 nhiệm vụ chính:
- Khảo sát mặt bằng kiến trúc, phân loại phụ tải và lựa chọn phương pháp tính toán phụ tải điện thích hợp cho tòa nhà NE3,4,5.
- Tính toán chi tiết phụ tải chiếu sáng, phụ tải ổ cắm, phụ tải điều hòa không khí cục bộ từng tầng và tổng hợp các phụ tải động lực chuyên dụng (hệ thống Chiller làm lạnh, bơm cấp thoát nước, thông gió hút khói, thang máy, phòng cháy chữa cháy).
- Tính toán bù công suất phản kháng nhằm nâng cao hệ số công suất $\cos\varphi$ tại thanh cái hạ áp trạm biến áp.
- Lựa chọn phương án cấp điện, tính chọn dung lượng máy biến áp phân phối, nguồn máy phát điện dự phòng, lựa chọn khí cụ đóng cắt và bảo vệ cao áp - hạ áp, tính toán tiết diện cáp dẫn và thanh dẫn.
- Thiết kế hệ thống chống sét đánh thẳng, chống sét lan truyền và hệ thống tiếp địa nối đất an toàn cho toàn bộ công trình.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống cung cấp điện động lực, mạng phân phối hạ thế, hệ thống chiếu sáng và giải pháp an toàn điện cho khối nhà công sở.
- Phạm vi không gian: Khối nhà NE3 (quy mô 3 tầng), NE4 (quy mô 4 tầng) và NE5 (quy mô 5 tầng) thuộc Khu hành chính Thủy Nguyên; trong đó tòa NE5 được chọn làm mô hình tính toán chi tiết điển hình do có cấu trúc tương đồng nhưng quy mô tầng cao lớn nhất.
- Phạm vi thời gian: Đề tài được giao thực hiện từ ngày 15 tháng 1 năm 2024 và hoàn thành nghiệm thu trong năm 2024.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Để giải quyết bài toán thiết kế cung cấp điện cho công trình hành chính công, đồ án tổng hợp các cơ sở lý thuyết truyền thống về cung cấp điện và áp dụng các tiêu chuẩn quy phạm kỹ thuật hiện hành.
Khung lý thuyết và công thức tính toán phụ tải
Tác giả hệ thống hóa bốn phương pháp cơ bản dùng trong kỹ thuật điện để xác định phụ tải tính toán:
- Phương pháp xác định theo công suất đặt và hệ số nhu cầu:
$$P_{tt} = k_{nc} \cdot \sum_{i=1}^{n} P_{đmi}$$
$$Q_{tt} = P_{tt} \cdot \tan\varphi$$
$$S_{tt} = \sqrt{P_{tt}^2 + Q_{tt}^2} = \frac{P_{tt}}{\cos\varphi}$$
Trong đó $P_{đmi}$ là công suất định mức của thiết bị thứ $i$; $k_{nc}$ là hệ số nhu cầu tra theo cẩm nang thiết kế. Trường hợp hệ số $\cos\varphi$ của các thiết bị trong nhóm khác nhau, hệ số công suất trung bình được xác định bằng công thức bình quân gia quyền.
- Phương pháp xác định theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất / sàn xây dựng:
$$P_{tt} = p_0 \cdot F$$
Với $p_0$ là suất phụ tải trên $1\text{ m}^2$ diện tích ($\text{kW/m}^2$), $F$ là diện tích sàn ($\text{m}^2$). Đây là phương pháp chính được lựa chọn áp dụng trong đồ án theo quy chuẩn TCVN 9206:2012.
- Phương pháp xác định theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm:
$$P_{tt} = \frac{M \cdot W_0}{T_{max}}$$
Với $M$ là sản lượng sản phẩm trong năm, $W_0$ là suất tiêu hao điện năng, $T_{max}$ là thời gian sử dụng công suất lớn nhất. Phương pháp này phù hợp với phụ tải nhà máy hoặc các thiết bị có đồ thị phụ tải ổn định (bơm, quạt, máy nén khí).
- Phương pháp xác định theo hệ số cực đại $k_{max}$ và công suất trung bình $P_{tb}$ (phương pháp số thiết bị hiệu quả $n_{hq}$):
$$P_{tt} = k_{max} \cdot P_{đm}$$
Phương pháp này có độ chính xác cao nhất khi có đầy đủ dữ liệu vận hành chi tiết của từng thiết bị trong dây chuyền.
Hệ thống tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật sử dụng
- Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 9206:2012: Hướng dẫn lắp đặt thiết bị điện trong nhà ở và công trình công cộng, sử dụng bảng hệ số đồng thời cho các nhóm phụ tải văn phòng và điều hòa không khí.
- Quy chuẩn Xây dựng Việt Nam QCXDVN 09:2005: "Các công trình xây dựng sử dụng năng lượng có hiệu quả", áp dụng Bảng 6.1 để tra cứu mật độ công suất chiếu sáng ($P_0$, tính theo $\text{W/m}^2$) cho các không gian chức năng: phòng làm việc và phòng họp ($14\text{ W/m}^2$), sảnh đón tiếp và hành lang ($10\text{ W/m}^2$), khu vệ sinh và buồng thang bộ ($8\text{ W/m}^2$).
- Tiêu chuẩn Điện Quốc gia Hoa Kỳ NEC 2008: Điều 220.14 quy định suất phụ tải cho ổ cắm điện tại các tòa nhà công sở, văn phòng không được nhỏ hơn $25\text{ VA/m}^2$ diện tích sàn.
- Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7830:2015: "Máy điều hòa không khí không ống gió - Hiệu suất năng lượng", sử dụng Bảng 1 về cấp hiệu suất năng lượng để tính đổi công suất lạnh (BTU/h) sang công suất tiêu thụ điện ($\text{W}$).
- Tiêu chuẩn IEC: Áp dụng tra cứu hệ số sử dụng $K_u = 0,8$ và hệ số đồng thời $K_s = 1$ đối với phụ tải ổ cắm.
Nguồn số liệu và phương tiện kỹ thuật
- Hồ sơ bản vẽ thiết kế kiến trúc và công năng mặt bằng khu hành chính Thủy Nguyên.
- Catalogue đèn chiếu sáng dân dụng và công nghiệp của Công ty Cổ phần Bóng đèn Phích nước Rạng Đông.
- Catalogue máy biến áp phân phối của Công ty Cổ phần Thiết bị điện THIBIDI.
- Catalogue máy phát điện xoay chiều công nghiệp Cummins.
- Catalogue tụ bù hạ thế Samwha (Hàn Quốc).
- Bảng thông số khí cụ điện cao thế, hạ thế từ hãng SIEMENS, Mitsubishi và Cooper.
Nội dung chính theo từng chương
Chương I: Giới thiệu tổng quan khu hành chính – chính trị thành phố Hải Phòng
Chương I trình bày thông tin quy hoạch tổng thể của dự án Trung tâm Hành chính - Chính trị thành phố Hải Phòng tại Khu đô thị Bắc sông Cấm, xã Tân Dương, Thủy Nguyên. Toàn khu phức hợp gồm 14 khối nhà và 1 tầng hầm đối xứng. Tác giả phân tích yêu cầu cung cấp điện đối với khối nhà văn phòng NE3,4,5, nhấn mạnh đây là công trình công cộng trọng điểm yêu cầu độ tin cậy cấp điện loại 2, chất lượng điện áp ổn định, tính thẩm mỹ đô thị và tối ưu hóa chi phí vận hành.
Chương II: Xác định phụ tải tính toán cho tòa nhà NE 3,4,5 khu trung tâm hành chính – chính trị Hải Phòng
Chương II tập trung toàn bộ khối lượng tính toán phụ tải cho từng nhóm đối tượng tiêu thụ điện:
- Mặt bằng công năng: Tầng 1 gồm sảnh đón tiếp, các phòng họp, phòng kỹ thuật, vệ sinh; tầng lửng gồm không gian dịch vụ, kho, phòng họp; các tầng từ 2 đến 5 có cấu trúc tương đương với 10 phòng làm việc và hành lang, phụ trợ trên mỗi tầng.
- Phụ tải chiếu sáng: Dựa trên mật độ công suất theo QCXDVN 09:2005 và bóng đèn LED Panel Rạng Đông.
- Tầng 1: Đạt $4.140\text{ W}$.
- Tầng 2, 3, 4, 5: Mỗi tầng đạt $9.114\text{ W}$.
- Tổng công suất chiếu sáng toàn nhà NE5 (5 tầng) là $40.596\text{ W}$.
- Phụ tải ổ cắm: Tính toán theo tiêu chuẩn NEC 2008 ($25\text{ VA/m}^2$), diện tích sàn $730\text{ m}^2$, hệ số $K_u = 0,8$, $\cos\varphi = 0,85$. Công suất tác dụng tính toán cho mỗi tầng là $12.410\text{ W}$, tổng 5 tầng đạt $62.050\text{ W}$.
- Phụ tải điều hòa không khí cục bộ: Chọn dòng máy 2 cục theo thể tích buồng, công suất $24.000\text{ BTU/h}$ (hiệu suất 3,2 theo TCVN 7830-2015, tương ứng $2.197,5\text{ W/máy}$). Tầng 1 tiêu thụ $15.382,5\text{ W}$; các tầng từ 2 đến 5 mỗi tầng tiêu thụ $30.765\text{ W}$. Tổng công suất điều hòa 5 tầng là $138.442,5\text{ W}$.
- Tổng phụ tải không ưu tiên của tòa nhà NE5 đạt $241.088,5\text{ W}$.
- Phụ tải động lực chuyên dụng và hệ thống ưu tiên:
- Hệ thống máy lạnh Chiller trung tâm: 2 máy công suất $150\text{ RT}$ ($89\text{ kW/máy}$, 1 chạy 1 dự phòng), bơm nước lạnh ($10\text{ kW}$), bơm giải nhiệt ($20\text{ kW}$), tháp giải nhiệt ($6\text{ kW}$); tổng công suất tính toán sau hệ số nhu cầu là $100.000\text{ W}$.
- Hệ thống bơm sinh hoạt và xử lý nước thải: Gồm 2 bơm cấp nước ($5,5\text{ kW}$), 2 bơm xử lý nước thải ($5\text{ kW}$), 13 bơm nhiệt ($2,5\text{ kW}$); tổng công suất tính toán $42.800\text{ W}$.
- Hệ thống quạt thông gió: 1 quạt mái ($23,5\text{ kW}$), 16 quạt hút khói sự cố ($3\text{ kW}$), 1 quạt tăng áp N1 ($15\text{ kW}$); tổng công suất tính toán $81.200\text{ W}$.
- Hệ thống thang máy: 6 thang chở khách ($15\text{ kW/thang}$); tổng công suất tính toán $72.000\text{ W}$.
- Hệ thống phụ trợ khác: Bơm chữa cháy ($8.800\text{ W}$), điện nhẹ ($1.600\text{ W}$), báo cháy thoát hiểm ($2.000\text{ W}$). Tổng phụ tải ưu tiên đạt $236.400\text{ W}$.
- Tính toán công suất toàn công trình ở chế độ bình thường và sự cố: Tổng công suất biểu kiến yêu cầu của công trình sau khi tính dự phòng $10%$ là $443.545,9\text{ VA}$ (ở chế độ sự cố là $227.535\text{ VA}$).
- Tính toán tụ bù hạ áp: Với phụ tải cực đại toàn khu tính toán ở mức $P_{tt} = 1028,55\text{ kW}$, nâng hệ số công suất từ $\cos\varphi_1 = 0,85$ ($\tan\varphi_1 = 0,620$) lên $\cos\varphi_2 = 0,95$ ($\tan\varphi_2 = 0,329$). Dung lượng bù phản kháng yêu cầu:
$$Q_b = 1028,55 \times (0,620 - 0,329) = 299,31\text{ kVAr}$$
Tác giả lựa chọn phương án bù tự động bằng 6 bình tụ bù Samwha SMB-45050KT công suất $50\text{ kVAr}$ đặt tại thanh cái hạ thế.
Chương III: Chọn phương án cung cấp điện, trạm biến áp cho tòa nhà
Chương III trình bày giải pháp thiết kế hệ thống nguồn và mạng lưới phân phối:
- Lựa chọn trạm biến áp: Nguồn điện nhận từ lưới trung thế 22 kV của thành phố. Dựa trên tính toán dung lượng tổng $S_{tt} = 1005,96\text{ kVA}$, chọn 1 máy biến áp dầu 3 pha 1250 kVA - 22/0,4 kV của hãng THIBIDI đặt ngoài trời.
- Nguồn dự phòng sự cố: Chọn 1 tổ máy phát điện Cummins 3 pha công suất 300 kVA (điện áp 400 V, dòng tiêu hao nhiên liệu 46 lít dầu/giờ).
- Lựa chọn thiết bị phía cao áp 22 kV:
- Cáp ngầm trung thế: Cáp đồng 3 lõi cách điện XLPE, đai thép, vỏ PVC của hãng Furukawa, tiết diện $35\text{ mm}^2$.
- Dao cách ly: Hãng SIEMENS loại 3DC ($24\text{ kV} - 2000\text{ A}$).
- Cầu chì tự rơi/bảo vệ cao áp: Hãng SIEMENS loại 3GD1413-4B ($24\text{ kV} - 63\text{ A}$, dòng cắt $31,5\text{ kA}$).
- Chống sét van: Hãng Cooper AZLP501B24 ($U_{đm} = 24\text{ kV}$).
- Máy biến điện áp đo lường: Loại HK-220 ($24\text{ kV}$, cấp chính xác 0,5).
- Máy biến dòng điện: Hãng SIEMENS loại 4MA74 ($24\text{ kV}$, $70/5\text{ A}$).
- Thanh cái cao thế: Thanh đồng tiết diện $25 \times 3\text{ mm}^2$ ($I_{cp} = 340\text{ A}$).
- Lựa chọn thiết bị phía hạ áp và cáp phân phối:
- Máy cắt không khí hạ áp tổng ACB: Hãng Mitsubishi loại AE2000-SW (4 cực, dòng định mức $2000\text{ A}$, dòng cắt ngắn mạch $100\text{ kA}$).
- Cáp lộ tổng từ máy biến áp về tủ phân phối chính LV4: Cáp Cu/XLPE/PVC $16 \times (1 \times 300)\text{ mm}^2$ kèm dây trung tính $300\text{ mm}^2$.
- Khóa liên động lưới - máy phát: Bộ liên động cơ điện M&E Interlock đặt giữa tủ LV4 và LV5 gồm 2 aptomat khối MCCB 800A 3P 50kA.
- Lộ cấp cho tủ điều hòa trung tâm TĐĐH-NH: Dùng cáp Cu/XLPE/PVC $16 \times (1 \times 240)\text{ mm}^2 + 4 \times (1 \times 120)\text{ mm}^2\text{E}$, bảo vệ bằng MCCB 1600A 3P 50kA tích hợp tự ngắt khi có tín hiệu cháy.
- Lộ cấp cho tủ động lực tầng TĐT-NH: Dùng cáp Cu/XLPE/PVC $8 \times (1 \times 185)\text{ mm}^2 + 2 \times (1 \times 95)\text{ mm}^2\text{E}$, bảo vệ bằng MCCB 630A 3P 36kA.
- Tuyến cấp quạt khói PCCC: Dùng cáp chống cháy Cu/Mica/XLPE/Fr/PVC $1 \times (4 \times 16)\text{ mm}^2 + 1 \times (1 \times 16)\text{ mm}^2\text{E}$, bảo vệ bằng MCCB 40A 3P 36kA.
- Nhánh phân phối tầng NE5: Tầng 1 và 2 dùng MCCB 63A 3P 25kA và cáp $4 \times 16\text{ mm}^2$; Tầng 3 và 4 dùng MCCB 40A 3P 25kA và cáp $4 \times 10\text{ mm}^2$.
Chương IV: Thiết kế chống sét, thiết kế nối đất bảo vệ các thiết bị cho tòa NE3,4,5 trung tâm hành chính – chính trị Hải Phòng
Chương IV phân loại các dạng xung sét tác động vào công trình gồm sét đánh trực tiếp và sét lan truyền qua đường dây trung thế. Tác giả phân tích phạm vi bảo vệ của hệ thống kim thu sét đặt trên mái công trình NE3,4,5 theo phương pháp góc bảo vệ và bán kính vùng bảo vệ, kết hợp trang bị hệ thống tiếp địa cọc thép mạ đồng và dây đồng trần liên kết nhằm phân tán dòng sét xuống đất an toàn, đảm bảo trị số điện trở nối đất theo đúng quy chuẩn chống sét công trình.
Thiết kế và triển khai
Đồ án là công trình thiết kế kỹ thuật hệ thống điện tòa nhà (M&E). Các thiết bị đóng cắt, bảo vệ, nguồn và dây dẫn được tác giả tổng hợp và lựa chọn cụ thể qua các thông số kỹ thuật dưới đây:
| Hạng mục thiết bị |
Chủng loại / Mã hiệu |
Nhà sản xuất |
Thông số kỹ thuật chính |
Chức năng trong hệ thống |
| Máy biến áp lực |
MBA dầu 3 pha |
THIBIDI |
$1250\text{ kVA} - 22/0,4\text{ kV}$; $P_0 = 1020\text{ W}$; $P_k = 10690\text{ W}$; $U_k = 4\text{-}6%$ |
Biến đổi điện áp lưới 22 kV xuống cấp hạ thế 0,4 kV phục vụ tòa nhà |
| Máy phát điện dự phòng |
Máy phát Diesel 3 pha |
Cummins |
$300\text{ kVA} - 400\text{ V} - 50\text{ Hz}$; tốc độ 1500 v/p; suất hao 46 lít/h |
Tự động phát điện cấp cho phụ tải ưu tiên khi mất nguồn lưới |
| Máy cắt hạ thế tổng (ACB) |
AE2000-SW |
Mitsubishi |
4 cực, $I_{đm} = 2000\text{ A}$, dòng cắt $I_{cu} = 100\text{ kA}$, kiểu cố định |
Đóng cắt và bảo vệ sự cố ngắn mạch, quá tải đầu ra máy biến áp |
| Khóa liên động nguồn |
M&E Interlock |
Liên động cơ điện |
Gồm 2 MCCB 800A 3P dòng cắt $50\text{ kA}$ |
Chống cấp điện ngược giữa nguồn lưới hạ áp và máy phát dự phòng |
| Tụ bù hạ áp |
SMB-45050KT |
Samwha |
6 bình tự động $\times 50\text{ kVAr}$, điện áp 450 V |
Bù công suất phản kháng $300\text{ kVAr}$ tại thanh cái hạ thế |
| Dao cách ly cao áp |
3DC |
SIEMENS |
$U_{lvmax} = 24\text{ kV}$, $I_{đm} = 2000\text{ A}$, $I_{Nmax} = 40\text{ kA}$ |
Tạo khoảng hở nhìn thấy cách ly trạm với lưới điện 22 kV khi bảo trì |
| Cầu chì cao áp |
3GD1413-4B |
SIEMENS |
$U_{lvmax} = 24\text{ kV}$, $I_{đm} = 63\text{ A}$, dòng cắt $I_N = 31,5\text{ kA}$ |
Bảo vệ ngắn mạch phía sơ cấp máy biến áp 1250 kVA |
| Chống sét van cao áp |
AZLP501B24 |
Cooper (Mỹ) |
Điện trở phi tuyến, điện áp định mức $U_{đm} = 24\text{ kV}$ |
Triệt tiêu các xung sét lan truyền từ đường dây trung thế vào trạm |
| Biến dòng cao áp (CT) |
4MA74 |
SIEMENS |
$24\text{ kV}$, tỷ số $70/5\text{ A}$, $I_{odn} = 80\text{ kA}$, $I_{odd} = 120\text{ kA}$ |
Lấy tín hiệu dòng đo lường và bảo vệ rơle phía 22 kV |
| Biến dòng hạ áp (CT) |
BD34 |
Thiết bị điện VN |
Tỷ số $2000/5\text{ A}$, dung lượng $15\text{ VA}$, cấp chính xác 0,5 |
Lấy tín hiệu dòng điện đo đếm công tơ và đồng hồ tủ tổng |
| Cáp xuất tuyến máy biến áp |
Cu/XLPE/PVC |
Nhà sản xuất cáp |
$16 \times (1 \times 300)\text{ mm}^2$ (mỗi pha 4 sợi đơn $300\text{ mm}^2$) |
Truyền dẫn dòng điện lớn từ máy biến áp về tủ hạ thế LV4 |
| Cáp cấp quạt hút khói |
Cu/Mica/XLPE/Fr/PVC |
Cáp chống cháy |
$1 \times (4 \times 16)\text{ mm}^2 + 1 \times (1 \times 16)\text{ mm}^2\text{E}$ |
Đảm bảo duy trì nguồn điện liên tục cho hệ thống thoát khói khi cháy |
Kết quả và đóng góp
Kết quả kỹ thuật đạt được
- Xác định số liệu phụ tải hoàn chỉnh cho khối nhà NE5:
- Tổng công suất chiếu sáng: $40.596\text{ W}$.
- Tổng công suất ổ cắm: $62.050\text{ W}$.
- Tổng công suất điều hòa không khí cục bộ: $138.442,5\text{ W}$.
- Tổng công suất phụ tải không ưu tiên: $241.088,5\text{ W}$.
- Tổng công suất phụ tải động lực ưu tiên: $236.400\text{ W}$ (trong đó hệ thống điều hòa Chiller $100.000\text{ W}$, thang máy $72.000\text{ W}$, bơm sinh hoạt và thoát nước $42.800\text{ W}$, quạt thông gió và hút khói $81.200\text{ W}$).
- Giải pháp bù hệ số công suất:
- Nâng hệ số $\cos\varphi$ từ 0,85 lên 0,95 thông qua hệ thống bù tự động dung lượng $299,31\text{ kVAr}$ (lắp 6 bình tụ Samwha $50\text{ kVAr}$), giúp giảm tổn thất công suất tác dụng và hạn chế sụt áp trên mạng hạ thế.
- Thiết lập cấu hình hệ thống cấp nguồn và phân phối:
- Lựa chọn 1 máy biến áp dầu THIBIDI công suất 1250 kVA cấp điện từ nguồn trung thế 22 kV và 1 máy phát điện dự phòng Cummins 300 kVA.
- Hoàn thành bảng lựa chọn và kiểm tra khí cụ bảo vệ đồng bộ từ cấp 24 kV (DCL 2000A, cầu chì 63A, CSV Cooper) đến tủ phân phối hạ thế (ACB Mitsubishi 2000A, MCCB phân nhánh từ 40A đến 1600A).
- Chọn tiết diện dây dẫn và cáp chống cháy phù hợp theo điều kiện phát nóng và mật độ dòng điện kinh tế ($J = 6\text{ A/mm}^2$).
Đóng góp thực tiễn của đồ án
Tác giả đã cụ thể hóa việc áp dụng phối hợp nhiều quy chuẩn kỹ thuật độc lập (Quy chuẩn sử dụng năng lượng tiết kiệm QCXDVN 09:2005, tiêu chuẩn điện công trình công cộng TCVN 9206:2012, tiêu chuẩn ổ cắm NEC 2008 và tiêu chuẩn hiệu suất lạnh TCVN 7830:2015) vào việc thiết kế một dự án thực tế tại thành phố Hải Phòng, tạo cơ sở cho việc lập dự toán và triển khai thi công phần điện cho cụm tòa nhà hành chính.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
- Hạn chế:
- Các phép tính phụ tải mới dừng ở mức áp dụng công thức giải tích và hệ số đồng thời theo định mức tiêu chuẩn, chưa tiến hành thu thập số liệu đồ thị phụ tải biến thiên thực tế theo các mùa trong năm.
- Chưa thực hiện mô phỏng ngắn mạch và sụt áp trên các phần mềm chuyên dụng của ngành điện (như ETAP, Docwin hay EcoStruxure Power Design) để kiểm chứng tính chọn lọc của các cấp khí cụ bảo vệ.
- Đồ án mới tập trung tính toán sâu cho cụm khối NE (lấy điển hình NE5), chưa tích hợp hoàn chỉnh mạng lưới điện liên kết giữa 14 khối nhà trong toàn thể khu trung tâm hành chính.
- Hướng mở rộng:
- Tiếp tục nghiên cứu tích hợp giải pháp quản lý năng lượng thông minh BMS (Building Management System) và giám sát đóng cắt từ xa qua giao thức công nghiệp.
- Tính toán bổ sung phương án kết hợp nguồn điện mặt trời áp mái công sở nhằm giảm tải điện năng tiêu thụ vào giờ cao điểm ban ngày cho hệ thống điều hòa không khí.
Giá trị tham khảo
Tài liệu là nguồn tham khảo hữu ích cho:
- Sinh viên các ngành Kỹ thuật Điện, Điện Tự động công nghiệp, Hệ thống điện, Kỹ thuật Cơ điện công trình (M&E) khi làm đồ án tốt nghiệp hoặc bài tập lớn về thiết kế cung cấp điện tòa nhà công sở, trụ sở văn phòng.
- Kỹ sư thiết kế điện tham khảo các bước tính toán công suất thiết bị điều hòa cục bộ, phương pháp bù công suất phản kháng tập trung tại trạm hạ thế và quy cách chọn cáp nguồn, cáp chống cháy PCCC theo tiêu chuẩn Việt Nam.
- Các bảng tra cứu mật độ công suất chiếu sáng, ổ cắm và thông số khí cụ điện (dao cách ly, máy biến dòng, biến điện áp, máy cắt ACB, khóa liên động M&E Interlock) là các dữ liệu thực tế có thể ứng dụng trực tiếp cho các đồ án có quy mô tương tự.
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao công trình chọn phương án sử dụng 1 máy biến áp 1250 kVA thay vì phân chia nhiều máy biến áp?
Tòa nhà NE3,4,5 thuộc Trung tâm Hành chính - Chính trị thành phố Hải Phòng được phân loại vào nhóm hộ tiêu thụ loại 2. Đối với hộ loại 2 có công suất tính toán biểu kiến khoảng $1005,96\text{ kVA}$, phương án 1 máy biến áp giúp tối ưu hóa chi phí đầu tư ban đầu và giảm diện tích lắp đặt ngoài trời; tính liên tục của nguồn điện cho các tải trọng yếu được đảm bảo bằng 1 máy phát điện dự phòng Cummins 300 kVA.
2. Tác giả đã tính chọn dung lượng tụ bù hạ áp cho công trình như thế nào?
Dung lượng bù được tính toán tại thanh cái hạ áp nhằm nâng hệ số công suất từ $\cos\varphi_1 = 0,85$ lên $\cos\varphi_2 = 0,95$. Với công suất tính toán $P_{tt} = 1028,55\text{ kW}$, công suất phản kháng cần bù là $Q_b = 1028,55 \times (\tan\varphi_1 - \tan\varphi_2) = 299,31\text{ kVAr}$. Tác giả đã chọn phương án bù động gồm 6 bình tụ bù hạ thế Samwha model SMB-45050KT công suất $50\text{ kVAr/bình}$, tương ứng tổng dung lượng $300\text{ kVAr}$.
3. Khóa liên động giữa nguồn điện lưới và máy phát điện dự phòng được cấu tạo ra sao?
Tại tủ điện LV5, hệ thống sử dụng khóa liên động cơ điện (M&E Interlock) bao gồm 2 aptomat khối MCCB 800A 3P dòng cắt $50\text{ kA}$. Một aptomat nối trực tiếp với nguồn hạ thế cấp từ lưới qua máy biến áp, một aptomat nối với đầu ra của máy phát điện Cummins 300 kVA, bảo đảm không xảy ra hiện tượng cấp ngược điện lưới vào máy phát hoặc cấp song song khi mất điện.
4. Hệ thống quạt tăng áp hút khói phòng cháy chữa cháy được cấp điện bằng loại cáp nào?
Tuyến dây cấp từ tủ điện LV5 đến tủ quạt hút khói TĐ-QHK1 được sử dụng loại cáp đồng 4 lõi chuyên dụng chống cháy Cu/Mica/XLPE/Fr/PVC với tiết diện $1 \times (4 \times 16)\text{ mm}^2 + 1 \times (1 \times 16)\text{ mm}^2\text{E}$ và bảo vệ bởi aptomat MCCB 40A 3P dòng cắt $36\text{ kA}$, nhằm duy trì khả năng cấp điện cho quạt hoạt động trong điều kiện xảy ra hỏa hoạn.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Vũ Minh Quân đã hoàn thành đầy đủ các nội dung tính toán thiết kế kỹ thuật cung cấp điện cho khối công trình NE3,4,5 thuộc Trung tâm Hành chính - Chính trị Thủy Nguyên, Hải Phòng. Hệ thống được thiết kế đồng bộ từ trạm biến áp hạ thế 1250 kVA, nguồn máy phát dự phòng 300 kVA, hệ thống bù tự động $300\text{ kVAr}$ đến mạng lưới phân phối hạ áp và giải pháp an toàn chống sét, nối đất. Toàn bộ các bước lựa chọn thiết bị, tiết diện cáp dẫn và khí cụ đóng cắt đều tuân thủ các quy chuẩn kỹ thuật hiện hành, đáp ứng các tiêu chuẩn về độ tin cậy, an toàn và kinh tế cho một công trình công sở hiện đại.
