Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, nhu cầu tiêu thụ điện năng tại các khu vực dân dụng, cơ sở giáo dục và dịch vụ thương mại không ngừng gia tăng. Công tác thiết kế mạng điện phân phối hạ áp đòi hỏi tính chính xác cao nhằm đảm bảo tính liên tục, an toàn và tối ưu hóa kinh tế. Đồ án tốt nghiệp đại học hệ chính quy chuyên ngành Điện Tự Động Công Nghiệp với đề tài "Thiết kế Cung cấp điện cho Trường mầm non Him Lam" do sinh viên Đoàn Văn Nam thực hiện (lớp ĐC2101, mã sinh viên 1712102006) dưới sự hướng dẫn của Th.S Nguyễn Văn Dương tại Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng (giao ngày 12/07/2021, hoàn thành ngày 02/10/2021).
Mục tiêu nghiên cứu của đồ án là thiết kế hoàn chỉnh hệ thống cung cấp điện hạ áp cho công trình Trường mầm non Him Lam, giải quyết 4 nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể:
- Xác định đặc tính kiến trúc, phân loại phụ tải và tính toán nhu cầu công suất điện sinh hoạt, chiếu sáng, điều hòa không khí và thiết bị động lực.
- Lựa chọn phương án cung cấp điện tối ưu, xác định cấu trúc mạng phân phối phù hợp với đặc thù vận hành của trường học.
- Tính toán lựa chọn tiết diện dây dẫn, cáp ngầm, thiết bị đóng cắt hạ áp và kiểm tra điều kiện phát nóng khi có sự cố cũng như độ sụt áp mạng điện.
- Thiết kế hệ thống nối đất bảo vệ an toàn cho toàn bộ công trình, thiết bị điện 1 pha và 3 pha.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống cung cấp điện hạ áp (chiếu sáng, động lực, mạng phân phối và nối đất).
- Phạm vi không gian: Trường mầm non Him Lam, Quận Hồng Bàng, Thành phố Hải Phòng. Công trình gồm tòa nhà chính 3 tầng và sân trường:
- Tầng 1: Bố trí các phòng học và phòng hành chính, diện tích 2.022 m².
- Tầng 2: Bố trí các phòng học và phòng chức năng, diện tích 2.022 m².
- Tầng 3: Bố trí các phòng học, thư viện và phòng chuyên môn, diện tích 2.022 m².
- Khu vực sân trường: Diện tích 4.119 m².
- Yêu cầu kỹ thuật tác giả đặt ra cho hệ thống:
- Độ tin cậy cấp điện: Đảm bảo cấp điện liên tục; khi mất điện lưới, sử dụng máy phát điện dự phòng cấp cho các phụ tải quan trọng.
- Chất lượng điện năng: Duy trì độ lệch điện áp và tần số trong giới hạn cho phép.
- Tính an toàn: Bảo đảm an toàn tuyệt đối cho người vận hành, giáo viên, trẻ mầm non và thiết bị công trình.
- Tính kinh tế: Cân đối hợp lý giữa vốn đầu tư ban đầu và chi phí tổn thất vận hành hàng năm.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Tác giả hệ thống hóa các cơ sở lý thuyết chuyên ngành kỹ thuật cung cấp điện và áp dụng các phương pháp tính toán tiêu chuẩn sau:
- Lý thuyết và phương pháp xác định phụ tải tính toán:
- Phương pháp công suất đặt và hệ số nhu cầu ($k_{nc}$): $$P_{tt} = k_{nc} \cdot \sum_{i=1}^n P_{đmi}$$ $$Q_{tt} = P_{tt} \cdot \tan\varphi$$ $$S_{tt} = \sqrt{P_{tt}^2 + Q_{tt}^2} = \frac{P_{tt}}{\cos\varphi}$$ Đối với nhóm thiết bị có hệ số công suất khác nhau, hệ số $\cos\varphi$ trung bình được xác định theo công thức bình quân gia quyền theo công suất định mức.
- Phương pháp theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất: $P_{tt} = p_0 \cdot F$ (sử dụng trong thiết kế sơ bộ).
- Phương pháp theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm: $P_{tt} = \frac{M \cdot W_0}{T_{max}}$ (áp dụng cho các thiết bị có đồ thị tải bằng phẳng như máy bơm, quạt gió).
- Phương pháp hệ số cực đại $k_{max}$ và công suất trung bình $p_{tb}$ (phương pháp số thiết bị hiệu quả $n_{hq}$): $P_{tt} = k_{max} \cdot P_{đm}$. Phân tích các trường hợp $n \le 3$, $n > 3$, chế độ ngắn hạn lặp lại $S_{tt} = \frac{S_{đm}\sqrt{\varepsilon_{đm}}}{0,875}$, và trường hợp $n_{hq} > 300$.
- Phương pháp tính toán thiết kế chiếu sáng: Đồ án khảo sát các trường phái chiếu sáng quốc tế (Liên Xô với phương pháp hệ số sử dụng, công suất riêng, phương pháp điểm; Mỹ với phương pháp quang thông, phương pháp điểm; Pháp với phương pháp hệ số sử dụng và điểm). Tác giả lựa chọn phương pháp hệ số sử dụng quang thông ($U$) theo quy trình 9 bước:
- Nghiên cứu đối tượng và xác định độ rọi yêu cầu theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8794 ($E_{tc} = 300\text{ lux}$ cho phòng học và phòng chức năng).
- Tính toán chỉ số địa điểm: $k = \frac{a \cdot b}{h_{tt}(a + b)}$, với $h_{tt} = H - h' - 0,8$.
- Xác định hệ số bù $d = 1,25$ (môi trường ít bụi), tỷ số treo $j = \frac{h'}{h' + h_{tt}}$.
- Tra hệ số phản xạ: Trần màu trắng $\rho_{trần} = 0,7$; tường xi măng $\rho_{tường} = 0,5$; sàn gạch $\rho_{sàn} = 0,2$ để tra hệ số sử dụng $U$.
- Xác định quang thông tổng: $\Phi_{tổng} = \frac{E_{tc} \cdot S \cdot d}{U}$.
- Xác định số bộ đèn $N_{bộ đèn} = \frac{\Phi_{tổng}}{\Phi_{bộ đèn}}$ và kiểm tra sai số quang thông cho phép $\Delta\Phi% \in [-10%, +20%]$.
- Kiểm tra độ rọi trung bình trên bề mặt làm việc: $E_{tb} = \frac{\Phi_{các bóng/1 bộ} \cdot U}{S \cdot d}$.
- Phương pháp lựa chọn và kiểm tra mạng điện:
- Lựa chọn tiết diện dây theo mật độ dòng điện kinh tế ($J_{kt}$) với $T_{max} = 3000\text{ h}$, $J_{kt} = 1,3\text{ A/mm}^2$ đối với ruột đồng.
- Kiểm tra tiết diện theo điều kiện phát nóng dòng điện sự cố khi đứt một dây: $I_{sc} \le I_{cp}$.
- Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp cho phép: $\Delta U \le \Delta U_{cp}$.
- Phương pháp tính tổn thất công suất: $\Delta P = \frac{S^2}{U^2} \cdot 10^{-3}$ và hàm chi phí quy đổi $Z = (a_{h0} + a_{tc})K + C_{tt}$.
Nguồn dữ liệu sử dụng: Hồ sơ bản vẽ kiến trúc Trường mầm non Him Lam, bảng số liệu định mức thiết bị đèn Duhal, Rạng Đông, quạt Hatari, điều hòa nhiệt độ, bảng tra cứu thông số dây cáp nhôm lõi thép AC và cáp đồng XLPE.
Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật
Hệ thống phân phối điện hạ áp của trường học hoạt động ở cấp điện áp 380/220 V, được cấp nguồn từ trạm biến áp trung gian về trạm phân phối trung tâm (PPTT) của trường qua tuyến cáp ngầm bọc kim. Cấu trúc mạng phân phối được thiết kế kết hợp giữa sơ đồ hình tia (cấp cho các phụ tải quan trọng và tủ phân phối khu vực) và sơ đồ trục phân nhánh (dẫn đến các nhánh phụ tải phân tán).
| Hạng mục kỹ thuật | Quy cách / Chủng loại thiết bị | Thông số kỹ thuật danh định | Tiêu chí và kết quả kiểm tra |
|---|---|---|---|
| Tuyến cáp nguồn ngầm trung tâm | Dây nhôm lõi thép AC-150 | Tiết diện $150\text{ mm}^2$, $R_0 = 0,17\ \Omega/\text{km}$, $x_0 = 0,4\ \Omega/\text{km}$ | Dòng cho phép $I_{cp} = 512\text{ A}$; Dòng sự cố $I_{sc} = 462,2\text{ A} < I_{cp}$ (thỏa mãn) |
| Kiểm tra sụt áp tuyến nguồn | Tuyến cáp AC-150 | Cấp điện áp 0,22 kV | $\Delta U = 224\text{ V} \le \Delta U_{cp}$ (thỏa mãn) |
| Tuyến cáp hạ thế PPTT - T1 | Cáp đồng cách điện XLPE (2x PLE) | $3 \times 12$, tiết diện tối thiểu $16\text{ mm}^2$ | $T_{max} = 3000\text{ h}$, $J_{kt} = 1,3\text{ A/mm}^2$, $F_{kt} = 2,3\text{ mm}^2$ |
| Tuyến cáp hạ thế PPTT - T2 | Cáp đồng cách điện XLPE | Tiết diện tối thiểu $16\text{ mm}^2$ | $S_{tt} = 72,83\text{ kVA}$, $I_{max} = 2,1\text{ A}$, $F_{kt} = 1,6\text{ mm}^2$ |
| Đèn chiếu sáng lớp học | Máng phản quang 3 bóng | $3 \times 9\text{ W}$, công suất $27\text{ W}$ | Đạt độ rọi $E_{tc} = 300\text{ lux}$ theo TCVN 8794 |
| Đèn chiếu sáng lớp học Tầng 3 | Máng Panel âm trần Rạng Đông | $3 \times 18\text{ W}$, công suất $54\text{ W}$ | Đạt độ rọi tiêu chuẩn, bố trí đồng đều |
| Đèn chiếu sáng hành lang & WC | Đèn LED Downlight Duhal | Công suất $15\text{ W}$, nhiệt độ màu 6000K | Bố trí dọc hành lang và khu vệ sinh |
| Động lực thông gió | Quạt treo tường Hatari HF-W18R1 | Công suất $78\text{ W}$ | Lắp đặt tại lớp học, hội trường, phòng làm việc |
| Động lực điều hòa nhiệt độ | Máy lạnh 18000 BTU và 24000 BTU | 18000 BTU ($5.274\text{ W}$); 24000 BTU ($7.031\text{ W}$) | Lắp đặt theo thể tích phòng học và khu chức năng |
| Nối đất bảo vệ | Hệ thống nối đất nhân tạo lặp lại | Cọc tiếp địa và thanh nối đất bảo vệ | Triển khai nối đất vỏ thiết bị 1 pha và 3 pha |
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1. Giới thiệu đề tài
Chương 1 trình bày tổng quan về mặt bằng kiến trúc và yêu cầu kỹ thuật của Trường mầm non Him Lam tại Quận Hồng Bàng, Hải Phòng. Công trình có khu nhà chính 3 tầng với tổng diện tích sàn xây dựng là 6.066 m² (mỗi tầng 2.022 m²) cùng khuôn viên sân trường rộng 4.119 m². Phụ tải của trường được xác định thuộc nhóm phụ tải dân dụng và cơ sở giáo dục, bao gồm hệ thống đèn chiếu sáng, quạt điện, máy lạnh và hệ thống ổ cắm phục vụ thiết bị chuyên dụng. Tác giả xác lập 4 tiêu chí cốt lõi định hướng thiết kế: mức độ tin cậy cung cấp điện (trang bị nguồn máy phát điện dự phòng khi lưới mất điện), chỉ tiêu chất lượng điện (ổn định tần số và điện áp), an toàn cho người sử dụng và công trình, cùng hiệu quả kinh tế (cân đối vốn đầu tư và chi phí vận hành).
Chương 2. Xác định công suất tính toán
Nội dung chương 2 tập trung vào việc tính toán nhu cầu công suất cho từng không gian chức năng. Phụ tải toàn trường được phân thành 2 nhóm chính:
- Nhóm 1: Hệ thống phòng học trẻ mầm non ở cả 3 tầng, hội trường, sân khấu ngoài trời, phòng y tế, sảnh đón, phòng ban giám hiệu, phòng camera, phòng chơi trong nhà, thư viện đa năng và các khu vệ sinh.
- Nhóm 2: Khu vực phụ trợ gồm văn phòng hành chính, phòng bú và pha sữa, khu bếp và kho bếp, cùng hệ thống phòng học bộ môn (tiếng Anh, phòng múa, phòng giáo dục STEM).
Số liệu phụ tải thành phần và công suất lắp đặt của từng khu vực được tính toán cụ thể như sau:
| STT | Không gian chức năng | Diện tích ($m^2$) | Phụ tải chiếu sáng | Phụ tải quạt và ổ cắm | Phụ tải điều hòa không khí | Tổng công suất đặt ($W$) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 2 Phòng trẻ 18–24 tháng (Tầng 1) | $45 \times 2$ | 7 bộ máng $3 \times 9\text{ W}$ ($189\text{ W}$/phòng) | 4 ổ cắm 16A ($8.000\text{ W}$/phòng) | 1 máy 24000 BTU ($7.031\text{ W}$/phòng) | 30.440 |
| 2 | 2 Phòng trẻ 24–36 tháng (Tầng 1) | $52 \times 2$ | 9 bộ máng $3 \times 9\text{ W}$ ($243\text{ W}$/phòng) | 4 ổ cắm 16A ($8.000\text{ W}$/phòng) | 2 máy 18000 BTU ($10.548\text{ W}$/phòng) | 37.582 |
| 3 | Hội trường (Tầng 1) | 75 | 12 bộ máng $3 \times 9\text{ W}$ ($324\text{ W}$) | 5 quạt Hatari ($390\text{ W}$) + 8 ổ cắm ($16.000\text{ W}$) | 3 máy 24000 BTU ($21.093\text{ W}$) | 37.807 |
| 4 | Sân khấu ngoài trời | 170 | 28 đèn Downlight 15W + 1 đèn chùm ($80\text{ W}$) | — | — | 500 |
| 5 | 2 Phòng BGH và 1 phòng Camera | $25 \times 3$ | 4 bộ máng/phòng ($324\text{ W}$/3 phòng) | 1 quạt + 3 ổ cắm ($6.234\text{ W}$/phòng) | 1 máy 18000 BTU ($5.274\text{ W}$/phòng) | 35.496 |
| 6 | Phòng chơi trong nhà (Tầng 1) | 65,3 | 10 bộ máng $3 \times 9\text{ W}$ ($270\text{ W}$) | 4 ổ cắm 16A ($8.000\text{ W}$) | 3 máy 24000 BTU ($21.093\text{ W}$) | 29.363 |
| 7 | Hành lang ngoài (Tầng 1) | 190 | 35 đèn Downlight 15W ($525\text{ W}$) | — | — | 525 |
| 8 | 6 Phòng học (Tầng 2) | $75 \times 6$ | 12 bộ máng/phòng ($1.944\text{ W}$/6 phòng) | 5 ổ cắm/phòng ($60.000\text{ W}$/6 phòng) | 2 máy 24000 BTU/phòng ($84.372\text{ W}$/6 phòng) | 146.316 |
| 9 | 8 Phòng học (Tầng 3) | $50 \times 8$ | 8 bộ Panel 54W/phòng ($3.456\text{ W}$/8 phòng) | 2 quạt + 6 ổ cắm ($97.248\text{ W}$/8 phòng) | 2 máy 18000 BTU/phòng ($84.384\text{ W}$/8 phòng) | 185.088 |
| 10 | Thư viện đa năng (Tầng 3) | 156 | 25 bộ máng $3 \times 9\text{ W}$ ($675\text{ W}$) | 5 quạt ($390\text{ W}$) + 10 ổ cắm ($20.000\text{ W}$) | 3 máy 24000 BTU ($21.093\text{ W}$) | 42.158 |
| 11 | Khu vệ sinh các tầng (T1, T2, T3) | 12/phòng | Đèn LED Downlight 15W ($90\text{ W}$/phòng) | Quạt hút trần 25W ($25\text{ W}$/phòng) | — | 1.840 |
| 12 | 2 Văn phòng Tầng 1 (Nhóm 2) | $45 \times 2$ | 7 bộ máng/phòng ($378\text{ W}$/2 phòng) | 2 quạt + 3 ổ cắm ($12.312\text{ W}$/2 phòng) | 1 máy 24000 BTU/phòng ($14.062\text{ W}$/2 phòng) | 26.752 |
| 13 | Phòng bú + pha sữa (Nhóm 2) | 11 | 10 đèn LED 15W ($150\text{ W}$) | 1 ổ cắm 16A ($2.000\text{ W}$) | — | 2.150 |
| 14 | Bếp và kho bếp (Nhóm 2) | 104 | 8 bộ Tube LED $2 \times 28\text{ W}$ ($448\text{ W}$) | 5 quạt đảo ($275\text{ W}$) + 12 ổ cắm + 3 quạt hút | — | 24.798 |
| 15 | Phòng tiếng Anh + Múa (T2 - Nhóm 2) | $45,5 \times 2$ | 6 bộ máng/phòng ($324\text{ W}$/2 phòng) | 4 ổ cắm 16A ($16.000\text{ W}$/2 phòng) | 2 máy 18000 BTU/phòng ($21.096\text{ W}$/2 phòng) | 37.420 |
| 16 | Phòng STEM + Múa (T3 - Nhóm 2) | $48 \times 2$ | 6 bộ máng/phòng ($324\text{ W}$/2 phòng) | 4 ổ cắm 16A ($16.000\text{ W}$/2 phòng) | 2 máy 18000 BTU/phòng ($21.096\text{ W}$/2 phòng) | 37.420 |
Tổng hợp công suất đặt theo tầng:
- Tầng 1: $P_{\text{Tầng 1}} = 188.296\text{ W}$.
- Tầng 2: $P_{\text{Tầng 2}} = 213.904\text{ W}$.
- Tầng 3: $P_{\text{Tầng 3}} = 265.011\text{ W}$.
- Tổng công suất đặt toàn bộ 3 tầng: $P_{\text{tổng}} = 667.211\text{ W}$.
Xác định phụ tải tính toán: Tác giả áp dụng hệ số công suất trung bình toàn trường $\cos\varphi = 0,8$ ($\tan\varphi = 0,75$) và hệ số nhu cầu $k_{nc} = 0,8$.
- Nhóm 1: Tổng công suất đặt $P = 667.211\text{ W}$, công suất tác dụng tính toán $P_{tt} = 533.768,8\text{ W}$, công suất phản kháng $Q_{tt} = 400.326,6\text{ VAR}$, công suất toàn phần $S_{tt} = 667.211\text{ VA}$.
- Nhóm 2: Tổng công suất đặt $P = 128.540\text{ W}$; công suất tính toán $P_{tt} = 128.540 \times 0,8 = 102.832\text{ W}$; $Q_{tt} = 102.832 \times 0,75 = 77.124\text{ VAR}$; $S_{tt} = \sqrt{102.832^2 + 77.124^2} = 128.540\text{ VA}$.
- Phụ tải tính toán Nhóm 2 phân theo tầng: Tầng 1 đạt $P_{tt} = 42.960\text{ W}$, $Q_{tt} = 32.220\text{ VAR}$, $S_{tt} = 53.700\text{ VA}$; Tầng 2 và Tầng 3 mỗi tầng đạt $P_{tt} = 29.936\text{ W}$, $Q_{tt} = 22.452\text{ VAR}$, $S_{tt} = 37.420\text{ VA}$.
Chương 3. Chọn phương án cung cấp điện cho trường
Tác giả phân tích ưu và nhược điểm của hai mô hình cấp điện: sơ đồ hình tia (độ tin cậy cao, dễ bảo vệ nhưng chi phí cáp và thiết bị đóng cắt lớn) và sơ đồ phân nhánh (tiết kiệm chi phí đầu tư nhưng độ tin cậy thấp hơn). Dựa trên đặc thù của trường học, tác giả lựa chọn phương án kết hợp sơ đồ hình tia và sơ đồ trục.
Trong phương án triển khai:
- Tuyến cáp chính từ trạm biến áp trung gian về trạm phân phối trung tâm dùng cáp nhôm lõi thép AC-150 bọc kim chôn ngầm. Dòng làm việc sự cố khi đứt một dây là $I_{sc} = 2 \times 231,10 = 462,2\text{ A}$, thấp hơn dòng cho phép của dây $I_{cp} = 512\text{ A}$. Độ sụt áp $\Delta U = 224\text{ V}$ bảo đảm nằm trong ngưỡng cho phép $\Delta U_{cp}$.
- Tuyến cáp từ trạm phân phối trung tâm đến trạm phụ T1: Chiều dài 10 m, cáp đồng XLPE tiết diện $16\text{ mm}^2$ (với $T_{max} = 3000\text{ h}$, $J_{kt} = 1,3\text{ A/mm}^2$). Chi phí đường cáp được hạch toán: Đơn giá 48.000 đ/m, thành tiền 480.000 đ; tổn thất công suất $\Delta P_1 = 0,09\text{ kW}$; tổng tổn thất công suất $\sum P = 0,27\text{ kW}$. Với giá điện $c = 750\text{ đ/kWh}$, thời gian tổn thất công suất lớn nhất $\tau = 2000$, hàm chi phí tính toán đạt $Z_1 = 693.000\text{ đ}$.
- Tuyến cáp đến trạm T2 có phụ tải $S_{tt} = 72,83\text{ kVA}$, dòng điện $I_{max} = 2,1\text{ A}$, được lựa chọn cáp đồng tiết diện tối thiểu $16\text{ mm}^2$.
Chương 4. Chọn thiết bị cho mạng điện
Chương 4 thiết lập cơ sở lý thuyết chọn thiết bị đóng cắt và bảo vệ mạng hạ áp:
- Phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn theo chi phí kim loại cực tiểu cho đường dây không phân nhánh.
- Phương pháp xác định tiết diện theo mật độ dòng điện không đổi $J_{kt}$.
- Phương pháp tính toán ngắn mạch trong mạng hạ áp nhằm kiểm tra khả năng ổn định động và ổn định nhiệt của cáp điện, thanh cái và thiết bị đóng cắt (Aptomat/MCCB/MCB).
Chương 5. Nối đất bảo vệ các thiết bị
Chương 5 trình bày giải pháp kỹ thuật nối đất bảo vệ:
- Phân loại nối đất tự nhiên và nối đất nhân tạo bằng cọc thép mạ đồng và thanh dẹt chôn ngầm.
- Trình tự tính toán điện trở tiếp đất cho hệ thống nối đất nhân tạo, xác định số lượng cọc và khoảng cách bố trí để đạt trị số điện trở nối đất theo quy chuẩn an toàn.
- Tính toán nối đất lặp lại cho toàn bộ mạng điện và thiết bị một pha, ba pha trong khuôn viên trường mầm non nhằm loại bỏ nguy cơ điện giật khi xảy ra rò điện vỏ thiết bị.
Kết quả và đóng góp
Đồ án đạt được các kết quả kỹ thuật với các số liệu cụ thể:
- Xác định chính xác tổng công suất đặt của tòa nhà 3 tầng là $667.211\text{ W}$, trong đó Tầng 1 là $188.296\text{ W}$, Tầng 2 là $213.904\text{ W}$ và Tầng 3 là $265.011\text{ W}$.
- Thiết kế chi tiết hệ thống chiếu sáng nhân tạo cho 16 phân khu chức năng đạt tiêu chuẩn TCVN 8794 với độ rọi 300 lux, xác định quy cách và số lượng cho từng dòng đèn (đèn máng phản quang $3 \times 9\text{ W}$, đèn Panel $3 \times 18\text{ W}$, Tube LED $2 \times 28\text{ W}$ và LED Downlight 15W).
- Xác định phụ tải tính toán toàn diện: Nhóm 1 đạt $P_{tt} = 533.768,8\text{ W}$, $S_{tt} = 667.211\text{ VA}$; Nhóm 2 đạt $P_{tt} = 102.832\text{ W}$, $S_{tt} = 128.540\text{ VA}$ trên cơ sở hệ số $\cos\varphi = 0,8$ và $k_{nc} = 0,8$.
- Lựa chọn thành công cấu hình cáp nguồn ngầm AC-150 ($150\text{ mm}^2$) thỏa mãn dòng phát nóng sự cố ($I_{sc} = 462,2\text{ A} < 512\text{ A}$) và độ sụt áp, cùng mạng cáp phân phối nhánh dùng cáp đồng XLPE tiết diện $16\text{ mm}^2$ với chi phí hạch toán cho nhánh PPTT-T1 là 480.000 đ vốn cáp và chi phí tính toán $Z_1 = 693.000\text{ đ}$.
- Đề xuất sơ đồ cung cấp điện kết hợp hình tia và phân nhánh trục, bổ sung phương án nguồn máy phát dự phòng và giải pháp nối đất lặp lại nhằm tăng cường tính an toàn cho môi trường học đường.
Về mặt đóng góp, tác giả đã xây dựng hoàn chỉnh quy trình tính toán thiết kế cấp điện điển hình cho công trình trường mầm non quy mô trung bình, kết hợp đồng bộ giữa tính toán quang thông chiếu sáng kiến trúc và phụ tải động lực điều hòa không khí.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
-
Hạn chế:
- Việc tính toán phụ tải sử dụng hệ số nhu cầu $k_{nc} = 0,8$ tra sổ tay cố định cho toàn nhóm máy, chưa phản ánh chi tiết đồ thị phụ tải biến thiên theo từng khung giờ hoạt động trong ngày của trường mầm non.
- Phần tính toán chi phí kinh tế đường dây mới chỉ thực hiện chi tiết cho đoạn cáp mẫu PPTT-T1, chưa tổng hợp toàn bộ bảng dự toán chi phí vật tư thiết bị cho toàn trạm phân phối.
- Các bước tính toán ngắn mạch ở Chương 4 và thông số cọc tiếp địa ở Chương 5 chủ yếu trình bày phương pháp luận và công thức quy chuẩn, chưa đính kèm bảng kết quả số liệu trắc địa điện trở suất của đất thực tế tại khu đất xây dựng.
-
Hướng nghiên cứu tiếp:
- Ứng dụng các phần mềm mô phỏng chuyên dụng (như Dialux cho chiếu sáng, ETAP hoặc AutoCAD Electrical cho mạng phân phối) để tối ưu hóa vị trí đèn và phân tích dòng ngắn mạch chính xác hơn.
- Nghiên cứu tích hợp hệ thống điện mặt trời áp mái kết hợp lưu trữ năng lượng (BESS) và hệ thống quản lý năng lượng thông minh nhằm giảm chi phí vận hành cho nhà trường.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo cho sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Điện, Điện Tự Động 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 công trình dân dụng.
Các nội dung có giá trị tham khảo gồm:
- Quy trình 9 bước tính toán chiếu sáng phòng học theo phương pháp hệ số sử dụng quang thông và Tiêu chuẩn TCVN 8794.
- Phương pháp phân loại và bóc tách phụ tải kết hợp giữa chiếu sáng, quạt, ổ cắm và điều hòa không khí cho công trình giáo dục.
- Cách thức kiểm tra dây dẫn hạ áp theo dòng điện sự cố đứt dây và tính toán chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của tuyến cáp phân phối.
Câu hỏi thường gặp
1. Quy mô diện tích và cấu trúc công trình Trường mầm non Him Lam được xác định như thế nào trong đồ án?
Công trình gồm khu nhà chính 3 tầng và sân trường. Tầng 1, Tầng 2 và Tầng 3 đều có diện tích sàn xây dựng bằng nhau là 2.022 m² mỗi tầng (tổng diện tích 3 tầng là 6.066 m²). Diện tích sân trường là 4.119 m².
2. Đồ án áp dụng tiêu chuẩn nào và chọn độ rọi yêu cầu bao nhiêu cho các phòng học mầm non?
Tác giả áp dụng Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 8794 với độ rọi yêu cầu thống nhất cho các phòng học, hội trường và phòng chức năng là $E_{tc} = 300\text{ lux}$.
3. Tổng công suất đặt của 3 tầng trường mầm non và phụ tải tính toán của Nhóm 2 là bao nhiêu?
Tổng công suất đặt của cả 3 tầng là $667.211\text{ W}$ (Tầng 1: $188.296\text{ W}$, Tầng 2: $213.904\text{ W}$, Tầng 3: $265.011\text{ W}$). Đối với Nhóm 2, với hệ số nhu cầu $k_{nc} = 0,8$ và $\cos\varphi = 0,8$, công suất tác dụng tính toán là $P_{tt} = 102.832\text{ W}$, công suất phản kháng là $Q_{tt} = 77.124\text{ VAR}$ và công suất toàn phần là $S_{tt} = 128.540\text{ VA}$.
4. Tuyến cáp cấp nguồn từ trạm biến áp về trạm phân phối trung tâm dùng loại dây gì và được kiểm tra như thế nào?
Tác giả chọn dây nhôm lõi thép AC-150 ($150\text{ mm}^2$) bọc kim chôn ngầm. Dây được kiểm tra theo điều kiện phát nóng khi sự cố đứt một dây với dòng $I_{sc} = 462,2\text{ A} < I_{cp} = 512\text{ A}$ và kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp $\Delta U = 224\text{ V} \le \Delta U_{cp}$.
5. Sơ đồ phân phối điện nào được tác giả lựa chọn cho mạng hạ áp của trường học?
Tác giả lựa chọn phương án kết hợp giữa sơ đồ hình tia và sơ đồ trục phân nhánh nhằm tận dụng ưu điểm đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện của sơ đồ hình tia cho các phụ tải chính và giảm chi phí đầu tư đường dây của sơ đồ trục.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế Cung cấp điện cho Trường mầm non Him Lam" của tác giả Đoàn Văn Nam đã hoàn thành việc tính toán thiết kế hệ thống điện hạ áp cho công trình giáo dục quy mô 3 tầng với tổng diện tích mặt bằng sàn hơn 6.000 m². Tác giả đã áp dụng phương pháp hệ số sử dụng quang thông theo tiêu chuẩn TCVN 8794 để chuẩn hóa hệ thống chiếu sáng 300 lux, đồng thời tính toán chi tiết phụ tải động lực làm mát và ổ cắm để xác định tổng công suất đặt $667.211\text{ W}$. Phương án cấp điện kết hợp sơ đồ hình tia và phân nhánh trục, sử dụng tuyến cáp ngầm AC-150 và hệ thống nối đất lặp lại, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật về độ sụt áp, độ tin cậy và an toàn vận hành. Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo cho sinh viên ngành Điện Tự Động Công Nghiệp trong lĩnh vực thiết kế mạng điện hạ thế công trình dân dụng.