I. Tổng quan dự án thiết kế cấp điện cho trụ sở Vinaship
Dự án thiết kế cung cấp điện cho trụ sở công ty Vinaship là một công trình trọng điểm, đặt tại Lô TM8, Khu đô thị Hồ Sen, Cầu Rào 2, Hải Phòng. Công trình có quy mô gồm 07 tầng nổi, 01 tầng tum và 01 tầng hầm trên diện tích đất 2.819,7 m2. Tổng diện tích sàn xây dựng lên đến 7.343 m2, đòi hỏi một hệ thống điện M&E toàn diện, ổn định và an toàn. Mục tiêu chính của đồ án là xây dựng một giải pháp cấp điện tòa nhà tối ưu, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế. Việc lập kế hoạch chi tiết ngay từ giai đoạn đầu là nền tảng cho sự vận hành hiệu quả của toàn bộ tòa nhà sau này. Quá trình thiết kế không chỉ dừng lại ở việc tính toán phụ tải mà còn bao gồm việc lựa chọn thiết bị, lên phương án đi dây, và đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn thiết kế điện TCVN hiện hành. Một hệ thống điện được thiết kế tốt sẽ đảm bảo cung cấp năng lượng liên tục cho mọi hoạt động, từ chiếu sáng, hệ thống điều hòa không khí, thang máy cho đến các thiết bị văn phòng chuyên dụng. Đây là nhiệm vụ cốt lõi mà đội ngũ tư vấn thiết kế điện và các kỹ sư phải giải quyết, tạo ra một không gian làm việc hiện đại, an toàn và tiết kiệm năng lượng cho Vinaship.
1.1. Giới thiệu quy mô và đặc điểm dự án điện cho trụ sở
Trụ sở làm việc mới của Công ty Cổ phần Vận tải biển Vinaship được xây dựng với kiến trúc hiện đại, bao gồm các khu vực chức năng chính: tầng hầm dùng làm kho và phòng kỹ thuật; các tầng từ 2 đến 8 là không gian làm việc chính, phòng họp và các khu vực phụ trợ; tầng mái bố trí sảnh và các hệ thống kỹ thuật. Đặc điểm của dự án điện cho trụ sở này là sự đa dạng của phụ tải, bao gồm phụ tải sinh hoạt, phụ tải văn phòng, và các phụ tải ưu tiên như thang máy, hệ thống cứu hỏa, camera an ninh. Điều này đòi hỏi thiết kế phải phân chia rõ ràng các lộ cấp điện, đảm bảo tính độc lập và dễ dàng quản lý, bảo trì. Tổng thể, đây là một công trình phức hợp, cần một giải pháp cung cấp điện được tính toán kỹ lưỡng để đảm bảo hoạt động không bị gián đoạn.
1.2. Mục tiêu chính của công tác tư vấn thiết kế điện
Công tác tư vấn thiết kế điện cho dự án Vinaship đặt ra bốn mục tiêu cốt lõi. Thứ nhất, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện ở mức cao nhất, có phương án dự phòng khi xảy ra sự cố mất điện lưới. Thứ hai, chất lượng điện năng phải được duy trì ổn định, với điện áp và tần số nằm trong giới hạn cho phép. Thứ ba, yếu tố an toàn là ưu tiên hàng đầu, bao gồm an toàn điện công nghiệp cho người vận hành, người sử dụng và toàn bộ thiết bị. Cuối cùng, giải pháp thiết kế phải đạt hiệu quả kinh tế, cân bằng giữa vốn đầu tư ban đầu và chi phí vận hành lâu dài. Việc đạt được các mục tiêu này sẽ quyết định sự thành công của toàn bộ hệ thống điện M&E.
II. Phân tích yêu cầu và thách thức khi thiết kế cấp điện
Việc thiết kế hệ thống cung cấp điện cho một tòa nhà văn phòng hiện đại như trụ sở Vinaship phải đối mặt với nhiều yêu cầu và thách thức phức tạp. Yêu cầu cơ bản nhất là đảm bảo cung cấp điện liên tục và ổn định cho toàn bộ phụ tải. Theo đồ án của sinh viên Nguyễn Quyền Linh, độ tin cậy được xếp vào nhóm phụ tải loại I, yêu cầu phải có nguồn điện dự phòng khi lưới điện quốc gia gặp sự cố. Bên cạnh đó, chất lượng điện năng, thể hiện qua hai chỉ số là điện áp và tần số, phải luôn nằm trong ngưỡng tiêu chuẩn để không ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị điện tử nhạy cảm. Thách thức lớn nhất là làm sao để dung hòa giữa các yếu tố kỹ thuật và kinh tế. Một phương án có vốn đầu tư cao thường đi kèm với độ tin cậy và an toàn vượt trội, nhưng cần được cân nhắc kỹ lưỡng về khả năng tài chính của chủ đầu tư. Hơn nữa, việc tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn thiết kế điện TCVN và các quy định về an toàn điện công nghiệp là bắt buộc. Quá trình thiết kế cần sự phối hợp chặt chẽ giữa các bên, từ kiến trúc sư đến nhà thầu cơ điện M&E, để đảm bảo hệ thống điện không chỉ mạnh mẽ mà còn hài hòa với tổng thể kiến trúc và công năng của tòa nhà.
2.1. Đảm bảo độ tin cậy với máy phát điện dự phòng
Đối với một trụ sở công ty lớn, việc mất điện đột ngột có thể gây ra những thiệt hại nghiêm trọng về dữ liệu và gián đoạn hoạt động kinh doanh. Vì vậy, yêu cầu về độ tin cậy là cực kỳ quan trọng. Giải pháp được đưa ra là trang bị một máy phát điện dự phòng có công suất đủ lớn để cấp điện cho các phụ tải ưu tiên. Các phụ tải này bao gồm hệ thống thang máy, bơm cứu hỏa, chiếu sáng sự cố, hệ thống server và một phần khu vực làm việc quan trọng. Hệ thống chuyển đổi nguồn tự động (ATS) sẽ được tích hợp để đảm bảo quá trình chuyển từ điện lưới sang điện máy phát diễn ra nhanh chóng, giảm thiểu thời gian gián đoạn.
2.2. Áp dụng tiêu chuẩn thiết kế điện TCVN và quốc tế
Toàn bộ quá trình thiết kế và thi công phải tuân thủ hệ thống tiêu chuẩn thiết kế điện TCVN hiện hành, chẳng hạn như TCVN 9206:2012 về đặt thiết bị điện trong nhà và công trình, TCVN 9207:2012 về đặt đường dây dẫn điện. Việc áp dụng đúng tiêu chuẩn không chỉ đảm bảo tính pháp lý cho công trình mà còn là cơ sở để thiết lập các tiêu chí về an toàn, chất lượng và hiệu quả. Các tiêu chuẩn này cung cấp hướng dẫn chi tiết về cách lựa chọn tiết diện dây dẫn, thiết bị bảo vệ, phương pháp nối đất và các yêu cầu kỹ thuật khác. Đây là nền tảng để tạo ra các bản vẽ kỹ thuật điện chính xác và khả thi.
III. Hướng dẫn các phương pháp tính toán phụ tải điện tòa nhà
Xác định phụ tải tính toán là bước đầu tiên và quan trọng nhất trong quá trình thiết kế cung cấp điện. Kết quả của bước này ảnh hưởng trực tiếp đến việc lựa chọn công suất trạm biến áp cho toà nhà, máy phát điện, tiết diện dây dẫn và các thiết bị bảo vệ. Theo tài liệu nghiên cứu, có nhiều phương pháp để xác định phụ tải, mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng. Phương pháp phổ biến và được áp dụng trong đồ án là 'xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu'. Công thức tính toán là Ptt = knc * ΣPđm, trong đó knc là hệ số nhu cầu được tra cứu từ các sổ tay kỹ thuật. Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ áp dụng nhưng độ chính xác phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm và số liệu tra cứu. Ngoài ra, các phương pháp khác như tính theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích (Ptt = p0 * f) hay theo hệ số cực đại kmax cũng được xem xét để đối chiếu, nâng cao độ tin cậy của kết quả. Việc tính toán chi tiết phụ tải cho từng khu vực, từ chiếu sáng, ổ cắm, điều hòa đến các thiết bị chuyên dụng, sẽ được tổng hợp để có được phụ tải tổng cho toàn bộ công trình, làm cơ sở cho các bước thiết kế tiếp theo.
3.1. Thống kê phụ tải chi tiết tại trụ sở Vinaship
Dựa trên các bản vẽ kỹ thuật điện mặt bằng, đồ án đã tiến hành thống kê chi tiết các phụ tải cho từng tầng của tòa nhà. Phụ tải được phân loại thành các nhóm chính: chiếu sáng, ổ cắm sinh hoạt, điều hòa không khí, bình nước nóng, thang máy và các hệ thống kỹ thuật khác. Ví dụ, tầng hầm có tổng công suất chiếu sáng là 2.8 kW, trong khi các tầng văn phòng điển hình có nhu cầu cao hơn về ổ cắm và điều hòa. Bảng thống kê chi tiết này là dữ liệu đầu vào không thể thiếu để tính toán công suất cho các tủ điện tầng (DB) và tủ điện tổng MSB.
3.2. Tính toán chiếu sáng theo phương pháp hệ số sử dụng
Việc tính toán chiếu sáng cho các không gian văn phòng được thực hiện theo phương pháp hệ số sử dụng. Phương pháp này bao gồm các bước: lựa chọn độ rọi tiêu chuẩn cho từng khu vực, chọn loại đèn và bộ đèn phù hợp, xác định chiều cao treo đèn, tính toán chỉ số địa điểm (K), và tra bảng hệ số sử dụng (U). Từ đó, quang thông tổng cần thiết được xác định theo công thức Φ_tổng = (Etc * S * d) / U. Dựa trên quang thông tổng, số lượng bộ đèn cần thiết được tính toán và bố trí hợp lý trên mặt bằng để đảm bảo độ rọi đồng đều, đáp ứng tiêu chuẩn và tối ưu hóa việc thi công điện văn phòng.
IV. Giải pháp thiết kế hệ thống điện M E cho trụ sở Vinaship
Từ kết quả tính toán phụ tải, một giải pháp cấp điện tòa nhà toàn diện được xây dựng. Trọng tâm của giải pháp là thiết kế một hệ thống điện M&E hoạt động ổn định, an toàn và linh hoạt. Hệ thống bắt đầu từ điểm đấu nối với lưới điện trung thế, đi qua một trạm biến áp cho toà nhà để hạ áp xuống 0.4kV. Nguồn điện hạ thế sau đó được cấp đến tủ điện tổng MSB (Main Switchboard). Tại đây, nguồn điện được phân phối đến các tủ điện tầng (DB) và các phụ tải lớn như hệ thống điều hòa trung tâm. Để đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các phụ tải quan trọng, hệ thống được trang bị máy phát điện dự phòng và hệ thống UPS tổng. Máy phát sẽ tự động khởi động khi mất điện lưới, trong khi UPS cung cấp nguồn điện không gián đoạn cho hệ thống máy chủ và thiết bị viễn thông. Toàn bộ hệ thống dây dẫn, thiết bị đóng cắt và bảo vệ được lựa chọn cẩn thận, đảm bảo khả năng chịu tải, độ bền và tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật. Thiết kế này tạo ra một hạ tầng điện vững chắc, sẵn sàng cho các nhu cầu hoạt động hiện tại và tương lai của Vinaship.
4.1. Lựa chọn công suất trạm biến áp và thiết bị bảo vệ
Dựa trên tổng phụ tải tính toán của toàn bộ tòa nhà, công suất của trạm biến áp được lựa chọn. Việc chọn đúng dung lượng máy biến áp là rất quan trọng: nếu quá nhỏ sẽ gây quá tải, nếu quá lớn sẽ gây lãng phí và vận hành không hiệu quả. Đồ án đề xuất chọn máy biến áp có công suất định mức cao hơn phụ tải tính toán khoảng 20-30% để dự phòng phát triển trong tương lai. Phía cao áp của trạm được trang bị các thiết bị bảo vệ như cầu dao cách ly, cầu chì tự rơi (FCO) và chống sét van (LA) để bảo vệ máy biến áp khỏi các sự cố từ lưới điện.
4.2. Thiết kế tủ điện tổng MSB và hệ thống phân phối
Tủ điện tổng MSB là trung tâm của hệ thống phân phối điện hạ thế. Tủ được thiết kế dạng module, bao gồm ngăn aptomat tổng (ACB), các ngăn aptomat nhánh (MCCB) cấp nguồn cho từng tầng và các phụ tải động lực. Mỗi nhánh ra đều được trang bị các thiết bị đo lường như ampe kế, vôn kế, đồng hồ đo điện năng để tiện cho việc theo dõi và quản lý. Sơ đồ một sợi và bản vẽ kỹ thuật điện của tủ MSB phải thể hiện rõ ràng cấu trúc phân phối, thông số các thiết bị bảo vệ và tiết diện cáp, đảm bảo việc lắp đặt và bảo trì hệ thống điện tòa nhà sau này được thuận tiện.
4.3. Tích hợp hệ thống điện nhẹ ELV thông minh
Bên cạnh hệ thống điện nặng, hệ thống điện nhẹ (ELV) cũng là một phần không thể thiếu của một tòa nhà văn phòng hiện đại. Hệ thống này bao gồm mạng LAN và internet, điện thoại, camera giám sát (CCTV), hệ thống âm thanh công cộng (PA), và hệ thống kiểm soát ra vào. Việc thiết kế phải đảm bảo hạ tầng cáp và đường ống chờ sẵn cho các hệ thống ELV, tích hợp một cách khoa học vào tổng thể hệ thống điện M&E. Điều này không chỉ tăng cường tính an ninh, tiện nghi mà còn giúp việc quản lý vận hành tòa nhà trở nên thông minh và hiệu quả hơn.
V. Quy trình nghiệm thu và bảo trì hệ thống điện tòa nhà
Sau khi hoàn thành công tác thi công điện văn phòng, giai đoạn nghiệm thu hệ thống điện và bàn giao đưa vào sử dụng có vai trò quyết định. Quy trình nghiệm thu bao gồm việc kiểm tra toàn bộ hồ sơ thiết kế, bản vẽ hoàn công và các chứng chỉ chất lượng của vật tư thiết bị. Đội ngũ giám sát và nhà thầu cơ điện M&E sẽ tiến hành kiểm tra thực tế việc lắp đặt, đo đạc các thông số kỹ thuật như điện trở cách điện, điện trở nối đất, và kiểm tra hoạt động của các thiết bị bảo vệ. Các bài kiểm tra không tải và có tải sẽ được thực hiện để đảm bảo hệ thống vận hành ổn định đúng như thiết kế. Sau khi nghiệm thu thành công, việc lập một kế hoạch bảo trì hệ thống điện tòa nhà định kỳ là cực kỳ cần thiết. Bảo trì giúp phát hiện sớm các nguy cơ tiềm ẩn, kéo dài tuổi thọ thiết bị và đảm bảo hệ thống luôn hoạt động ở hiệu suất cao nhất. Kế hoạch bảo trì cần bao gồm các hạng mục như kiểm tra, vệ sinh tủ điện, siết lại các đầu cốt, đo nhiệt độ các điểm tiếp xúc và kiểm tra hoạt động của máy phát điện dự phòng.
5.1. Các bước nghiệm thu hệ thống điện trước khi bàn giao
Quá trình nghiệm thu hệ thống điện được chia thành nhiều bước. Đầu tiên là nghiệm thu tĩnh, kiểm tra sự phù hợp của việc lắp đặt so với bản vẽ kỹ thuật điện. Tiếp theo là các thí nghiệm, đo đạc thông số kỹ thuật để đảm bảo an toàn. Cuối cùng là nghiệm thu chạy thử, cấp điện và cho hệ thống hoạt động dưới các chế độ tải khác nhau, bao gồm cả việc thử nghiệm kịch bản mất điện và chuyển nguồn sang máy phát. Chỉ khi tất cả các bài kiểm tra đều đạt yêu cầu, hệ thống mới được chính thức bàn giao cho chủ đầu tư đưa vào vận hành.
5.2. Xây dựng kế hoạch bảo trì hệ thống điện tòa nhà định kỳ
Một kế hoạch bảo trì hệ thống điện tòa nhà hiệu quả cần được lập chi tiết, phân chia theo tần suất (hàng tháng, hàng quý, hàng năm). Các công việc định kỳ bao gồm: kiểm tra trực quan các thiết bị, vệ sinh công nghiệp tủ điện, kiểm tra và bảo dưỡng aptomat, RCD, và đo kiểm tra hệ thống nối đất. Việc bảo trì định kỳ không chỉ đảm bảo an toàn điện công nghiệp mà còn là một giải pháp tiết kiệm năng lượng quan trọng, giúp thiết bị vận hành hiệu quả và giảm thiểu tổn thất điện năng không đáng có.
