Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa, nhu cầu tiêu thụ điện năng tại Việt Nam gia tăng nhanh chóng cùng sự phát triển của các công trình công nghiệp, thương mại và dịch vụ dân dụng. Sự gia tăng phụ tải đòi hỏi công tác tính toán, thiết kế và vận hành mạng lưới điện phải đáp ứng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về độ an toàn, tính liên tục và hiệu quả kinh tế. Đề tài "Thiết kế cung cấp điện cho tòa nhà 7 tầng tại 193 Văn Cao" được thực hiện nhằm giải quyết bài toán thiết kế cung cấp điện cho một công trình kiến trúc phức hợp cao tầng trong đô thị, đồng thời củng cố năng lực ứng dụng lý thuyết chuyên ngành Điện Tự động Công nghiệp vào thực tiễn kỹ thuật.

Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể trong đồ án bao gồm:

  1. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về các phương pháp xác định phụ tải tính toán và phương pháp thiết kế chiếu sáng công trình.
  2. Thống kê mặt bằng công năng, tính toán nhu cầu phụ tải điện chi tiết cho từng khu vực chức năng (tầng hầm, tầng 1 siêu thị, các tầng văn phòng 2–5, tầng 6 hội thảo – phòng họp, tầng 7 kỹ thuật) và các hệ thống phụ tải động lực (hệ thống bơm nước, thang máy).
  3. Lựa chọn phương án cung cấp điện, xác định dung lượng và vị trí trạm biến áp, tính chọn máy phát điện dự phòng.
  4. Tính toán, lựa chọn các thiết bị đóng cắt, đo lường và bảo vệ phía cao áp (22kV/24kV) cùng hệ thống dây dẫn hạ áp chính từ trạm biến áp đến tủ phân phối tổng (MBS).
  5. Thiết kế hệ thống chiếu sáng và tính toán phương án bảo vệ chống sét cho công trình.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống cung cấp điện động lực, chiếu sáng, phụ trợ và bảo vệ kỹ thuật cho tòa nhà cao tầng.
  • Phạm vi không gian: Công trình tòa nhà 7 tầng (có 1 tầng hầm) tọa lạc tại địa chỉ số 193 đường Văn Cao, thành phố Hải Phòng.
  • Phạm vi thời gian và học thuật: Đồ án tốt nghiệp đại học hệ chính quy ngành Điện Tự Động Công Nghiệp, Trường Đại học Dân lập Hải Phòng, thực hiện trong giai đoạn 2018–2019.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án vận dụng các phương pháp tính toán kinh điển trong kỹ thuật cung cấp điện và kỹ thuật chiếu sáng công nghiệp:

Khung lý thuyết xác định phụ tải tính toán:

  • Phương pháp hệ số nhu cầu ($k_{nc}$): Sử dụng công thức $P_{tt} = k_{nc} \cdot P_{đm}$, trong đó hệ số nhu cầu được cấu thành từ hệ số sử dụng và hệ số cực đại ($k_{nc} = k_{sd} \cdot k_{max}$). Phương pháp này thuận tiện cho việc tính toán nhanh khi có sẵn bảng tra sổ tay.
  • Phương pháp xác định theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất / sàn ($p_0$): Áp dụng công thức $P_{tt} = p_0 \cdot F$, phù hợp cho các không gian có mật độ phụ tải phân bố tương đối đồng đều như siêu thị, văn phòng.
  • Phương pháp xác định theo suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm: $P_{tt} = \frac{M \cdot w_0}{T_{max}}$ (áp dụng cho các thiết bị công nghiệp có đồ thị phụ tải ổn định).
  • Phương pháp tính theo hệ số cực đại ($k_{max}$) và công suất trung bình ($P_{tb}$) dựa trên số thiết bị hiệu quả ($n_{hq}$): Áp dụng cho các nhóm máy có yêu cầu độ chính xác cao, xét đến sự khác biệt về chế độ làm việc và công suất từng thiết bị.

Khung lý thuyết thiết kế chiếu sáng:

  • Phương pháp hệ số sử dụng ($K_{sd}$): Xác định độ cao treo đèn tính toán $h_{tt} = H - h' - 0,8$ (với $H$ là chiều cao trần, $h'$ là khoảng cách treo đèn từ trần, 0,8m là độ cao bề mặt làm việc chuẩn); tính chỉ số địa điểm, tỷ số treo, hệ số bù ($d$); xác định quang thông tổng yêu cầu qua biểu thức: $$\Phi_{tổng} = \frac{E_{tc} \cdot S \cdot d}{K_{sd}}$$
  • Kiểm tra sai số quang thông trong dải tiêu chuẩn cho phép từ -10% đến +20% và kiểm tra độ rọi trung bình trên bề mặt làm việc.

Phương pháp nghiên cứu thực tế:

  • Phương pháp giải tích kỹ thuật: Thiết lập các công thức cân bằng công suất tác dụng ($P$), công suất phản kháng ($Q$), công suất biểu kiến ($S$), dòng điện định mức ($I_{đm}$), dòng làm việc cực đại ($I_{lvmax}$) và dòng điện ngắn mạch ($i_{xk}$).
  • Phương pháp tra cứu tiêu chuẩn kỹ thuật: Sử dụng các bảng tra cứu thông số thiết bị điện công nghiệp, bảng hệ số đồng thời ($k_{đt}$), hệ số công suất ($\cos\varphi$), suất phụ tải điều hòa ($BTU/m^2$) và tài liệu kỹ thuật của các hãng chế tạo (Siemens, Furukawa, Cooper, Daikin, Điện Quang).

Nguồn dữ liệu:

  • Hồ sơ thiết kế kiến trúc và công năng mặt bằng tòa nhà 7 tầng tại 193 Văn Cao.
  • Sổ tay tra cứu kỹ thuật cung cấp điện và catalogue thiết bị điện cao áp, hạ áp.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Hệ thống cung cấp điện cho tòa nhà 7 tầng được thiết kế theo cấu trúc mạng phân phối từ trung áp hạ xuống hạ áp, kết hợp nguồn dự phòng nhằm bảo đảm độ tin cậy cho hộ tiêu thụ loại 1:

Cấu trúc nguồn và sơ đồ phân phối:

  • Nguồn chính: Nhận điện từ tuyến trung thế 24kV của lưới điện khu vực, đi qua tuyến cáp ngầm dẫn vào Trạm biến áp (TBA) đặt tại tầng hầm.
  • Biến đổi điện áp: Sử dụng 01 máy biến áp hạ áp 3 pha 2 dây quấn, tỷ số biến đổi 24/0,4kV đưa về điện áp sinh hoạt và công nghiệp 380/220V.
  • Nguồn dự phòng: Bố trí 01 tổ máy phát điện diesel dự phòng tại tầng hầm, cấp nguồn tự động khi xảy ra sự cố mất điện lưới nhằm duy trì hoạt động của phụ tải ưu tiên (chiếu sáng sự cố, bơm chữa cháy, thang máy, sảnh chính).
  • Cấu trúc tủ phân phối: Từ tủ phân phối hạ áp tổng (MBS), nguồn điện được dẫn tới tủ phân phối trung gian, sau đó rẽ nhánh tới các tủ điện phân tầng và tủ động lực chuyên dụng (tủ bơm, tủ thang máy, tủ điều hòa không khí).
Hạng mục thiết bị Thông số kỹ thuật thiết kế Hãng sản xuất / Ký hiệu Chức năng trong hệ thống
Máy biến áp chính 3 pha 2 dây quấn, 24/0,4kV, công suất tính toán $\approx 540\text{ kVA}$ Chế tạo theo tiêu chuẩn Biến đổi điện áp từ 24kV xuống 380/220V
Cáp ngầm cao áp Cáp đồng 3 lõi 24kV, cách điện XLPE, đai thép, vỏ PVC, tiết diện $\ge 35\text{ mm}^2$ Furukawa Dẫn nguồn trung thế từ lưới vào trạm biến áp
Dao cách ly cao áp Điện áp định mức 22kV, kiểm tra theo điều kiện ổn định động $I_{đ.đm} \ge i_{xk}$ Siemens, mã hiệu 3DC Tạo khoảng hở cách điện an toàn khi sửa chữa
Cầu chì cao áp Cấp điện áp 22kV, tính chọn theo dòng làm việc cưỡng bức Tiêu chuẩn kỹ thuật Bảo vệ ngắn mạch phía sơ cấp máy biến áp
Chống sét van Điện áp định mức 24kV ($U_{đmCSV} \ge U_{đmLĐ}$) Cooper (Mỹ), mã hiệu AZLP501B24 Triệt tiêu xung sét truyền từ đường dây không vào trạm
Thanh cái cao áp 22kV Thanh đồng chữ nhật $25 \times 3\text{ mm}$, tiết diện $75\text{ mm}^2$, $I_{cp} = 340\text{ A}$ Tiêu chuẩn ngành điện Phân phối điện năng phía cao thế tại trạm
Máy biến điện áp (BU) Cấp điện áp 22kV, $S_{đmBU} \ge S_{tt}$ Siemens Cung cấp tín hiệu đo lường điện áp cho đồng hồ đo
Máy biến dòng (BI/CT) Cấp điện áp 22kV, $I_{đmCT} \ge I_{lvmang}$, dây mạch đo đồng $2,5\text{ mm}^2$ Siemens Cung cấp tín hiệu dòng điện đo lường và bảo vệ
Tủ hạ áp tổng (MBS) Cấp điện áp 380/220V, kết nối cáp từ thứ cấp TBA Gia công lắp ráp công nghiệp Phân phối điện năng hạ thế tới các khu vực

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Xác định phụ tải tính toán cho tòa nhà 7 tầng tại 193 Văn Cao

Chương 1 trình bày tổng quan lý thuyết các phương pháp tính toán phụ tải và tiến hành thống kê, xác định công suất tiêu thụ cụ thể cho toàn bộ các tầng và phân khu chức năng:

  1. Tầng hầm (Gara ô tô $250\text{ m}^2$, phòng máy phát, TBA, phòng kỹ thuật nước, vệ sinh):

    • Chiếu sáng: Gara dùng 7 bộ đèn huỳnh quang Điện Quang 2x36W ($P = 0,504\text{ kW}$); phòng máy phát/TBA dùng 2 bóng 36W ($P = 0,144\text{ kW}$); phòng kỹ thuật dùng 2 bóng 36W ($P = 0,144\text{ kW}$); quạt thông gió 2x25W ($P = 0,05\text{ kW}$). Tổng công suất chiếu sáng $P_{CS} = 0,842\text{ kW}$ ($I_{nCS} = 5,98\text{ A}$, $\cos\varphi = 0,45$, $S_{tt} = 1,87\text{ kVA}$).
    • Ổ cắm: 2 ổ cắm đôi 1kW tại phòng kỹ thuật ($P_{tt} = 1,6\text{ kW}$, $I_{tt} = 5,2\text{ A}$, $\cos\varphi = 0,8$, $S_{tt} = 2\text{ kVA}$).
    • Điều hòa làm mát: Suất điều hòa $p_0 = 700\text{ BTU/m}^2$, phòng làm việc $20\text{ m}^2$ cần $14.000\text{ BTU}$, chọn 01 điều hòa Daikin 1 pha $18.000\text{ BTU}$ ($\cos\varphi = 0,8$, $k_{sd} = 0,8$, $k_{đt} = 1$).
    • Chiếu sáng sự cố: 2 đèn EM âm trần Halogen 1x10W, 2 đèn Compact 18W cầu thang máy, 1 đèn EM treo trần 2x10W cầu thang bộ, 1 đèn Exit 10W ($P_{CS} = 0,086\text{ kW}$, $\cos\varphi = 0,45$, $S_{tt} = 1,36\text{ kVA}$).

  2. Tầng 1 (Khu siêu thị):

    • Chiếu sáng: Diện tích $310\text{ m}^2$, chọn $p_0 = 20\text{ W/m}^2$, $P_{CT} = 6,2\text{ kW}$. Sử dụng 44 bộ đèn 4 bóng 36W ($P_{đặt} = 6,34\text{ kW}$). Phân pha đối xứng: Pha A gồm 15 bộ ($2,16\text{ kW}$), Pha B gồm 15 bộ ($2,16\text{ kW}$), Pha C gồm 14 bộ ($2,02\text{ kW}$).
    • Ổ cắm: Bố trí cách nhau 2,5m, gồm 14 ổ loại 1kW và 14 ổ loại 0,5kW. Phân pha: Pha A (5 ổ 1kW + 4 ổ 0,5kW = $7\text{ kW}$), Pha B (5 ổ 1kW + 4 ổ 0,5kW = $7\text{ kW}$), Pha C (4 ổ 1kW + 6 ổ 0,5kW = $7\text{ kW}$).
    • Điều hòa: $p_0 = 700\text{ BTU/m}^2$, tổng công suất yêu cầu $217.000\text{ BTU}$. Chọn 12 máy Daikin 1 pha $18.000\text{ BTU}$ ($P_{ttĐH} = 5,3 \times 12 = 63,6\text{ kW}$).
    • Phụ tải phụ và tổng hợp tầng 1: Chiếu sáng WC và thang máy gồm 6 bóng 18W ($P = 0,108\text{ kW}$). Tổng công suất tầng 1 $P_{tt} = 86,988\text{ kW}$, với hệ số đồng thời $k_{đt} = 0,75 \implies S_{tt} = 65,241\text{ kVA}$, quy tròn chọn $S_{tt} = 66\text{ kVA}$.

  3. Tầng 2 đến Tầng 5 (Khu văn phòng, mỗi tầng 7 phòng làm việc):

    • Tính toán cho 1 phòng làm việc ($16\text{ m}^2$): Chiếu sáng dùng 6 bộ 2x36W và 2 đèn Compact 18W ($P_{tt} = 0,468\text{ kW}$); Ổ cắm dùng 2 ổ đôi 1kW ($p_0 = 120\text{ W/m}^2$, $k_{đt} = 0,8 \implies P_{tt} = 1,6\text{ kW}$); Điều hòa dùng 1 máy Daikin $12.000\text{ BTU}$ ($P_{tt} = 3,52\text{ kW}$).
    • Hành lang và sảnh: 2 đèn EM 10W, 1 đèn Exit 10W, 1 đèn EM Halogen 2x10W, 10 bộ tuýp đôi 2x36W ($P_{tt} = 0,77\text{ kW}$).
    • Tổng công suất tính toán mỗi tầng: $P_{tt} = 7 \times (0,468 + 1,6 + 3,52) + 0,77 = 39,886\text{ kW}$.

  4. Tầng 6 (Phòng hội thảo $120\text{ m}^2$ và 2 phòng họp $32\text{ m}^2$):

    • Phòng hội thảo $120\text{ m}^2$: Chiếu sáng 20 bộ 4x36W và 5 Compact 18W ($P_{tt} = 2,97\text{ kW}$); 14 ổ cắm đôi 1kW ($p_0 = 110\text{ W/m}^2$, $k_{đt} = 0,8 \implies P_{tt} = 11,2\text{ kW}$); 6 điều hòa âm trần Daikin $18.000\text{ BTU}$ ($p_0 = 800\text{ BTU/m}^2 \implies P_{ttĐH} = 31,8\text{ kW}$).
    • Phòng họp $32\text{ m}^2$: Chiếu sáng 6 bộ 4x36W ($P_{tt} = 0,864\text{ kW}$); 4 ổ cắm đôi 1kW ($P_{tt} = 3,2\text{ kW}$); 2 điều hòa Daikin $12.000\text{ BTU}$ ($P_{ttĐH} = 11,16\text{ kW}$).
    • Hành lang tầng 6: Chiếu sáng và sự cố đạt $P_{tt} = 0,97\text{ kW}$.
    • Tổng công suất tầng 6: $P_{1Pha} = (2,97 + 11,2 + 31,8) + 2 \times (0,864 + 3,2 + 11,16) + 0,97 = 77,4\text{ kW}$.

  5. Tầng 7 (Kỹ thuật thang máy, phòng kho, giải lao):

    • Thiết bị: 4 bộ huỳnh quang 2x36W, 1 đèn Compact 20W, 5 ổ cắm đôi 500W, 1 đèn EM Halogen 2x10W. Tổng công suất: $P_{tt} = 2,8\text{ kW}$ ($I_{tt} = 9,2\text{ A}$).

  6. Phụ tải động lực và tổng hợp toàn tòa nhà:

    • Hệ thống máy bơm: 2 bơm nước sinh hoạt 11kW (1 chạy, 1 dự phòng), 2 bơm tăng áp, 2 bơm nước thải ($k_{đt} = 0,75 \implies S_{tt} = 34,5\text{ kVA}$); Hệ thống bơm chữa cháy gồm 2 bơm chữa cháy 15kW và 2 bơm bù áp 4kW ($k_{đt} = 0,75$, $\cos\varphi_{tb} = 0,8 \implies S_{tt} = 34,7\text{ kVA}$).
    • Hệ thống thang máy: 2 đến 3 thang máy dùng động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc công suất 22kW/thang ($k_{đt} = 1 \implies S_{tt} = 58,6\text{ kVA}$).
    • Tổng hợp phụ tải toàn tòa nhà: Phụ tải nguồn bình thường tính toán có xét 15%–20% công suất dự phòng phát triển: $$S_{tt} = 448,2 \times 1,2 = 537\text{ kVA} \approx 540\text{ kVA}$$
Phân khu chức năng Các phụ tải chính Công suất tính toán ($P_{tt}$ hoặc $S_{tt}$)
Tầng hầm Chiếu sáng, 2 ổ cắm đôi, 1 điều hòa 18.000 BTU, đèn sự cố $S_{tt} \approx 5,23\text{ kVA}$ (tổng hợp các lộ)
Tầng 1 (Siêu thị) 44 bộ đèn 4x36W, 28 ổ cắm, 12 điều hòa 18.000 BTU $P_{tt} = 86,988\text{ kW}$; $S_{tt} \approx 66\text{ kVA}$
Tầng 2 - 5 (Văn phòng) Mỗi tầng: 7 phòng làm việc, chiếu sáng sảnh, ổ cắm, điều hòa $P_{tt} = 39,886\text{ kW}$ / tầng
Tầng 6 (Hội thảo, họp) Hội trường 120m2, 2 phòng họp 32m2, 8 điều hòa $P_{tt} = 77,4\text{ kW}$
Tầng 7 (Kỹ thuật, kho) 4 bộ đèn 2x36W, 5 ổ cắm 500W, đèn thang máy $P_{tt} = 2,8\text{ kW}$
Trạm bơm nước Bơm sinh hoạt 11kW, bơm tăng áp, bơm nước thải $S_{tt} = 34,5\text{ kVA}$
Trạm bơm PCCC 2 bơm chữa cháy 15kW, 2 bơm bù áp 4kW $S_{tt} = 34,7\text{ kVA}$
Hệ thống thang máy Động cơ không đồng bộ 3 pha 22kW $S_{tt} = 58,6\text{ kVA}$
Toàn bộ tòa nhà Tổng hợp toàn bộ phụ tải + 15% dự phòng mở rộng $S_{tt} = 537\text{ kVA} \approx 540\text{ kVA}$

Chương 2: Tính toán lựa chọn thiết bị cao áp hạ áp cho tòa nhà 7 tầng 193 Văn Cao

Chương 2 tập trung vào giải pháp kỹ thuật trạm biến áp và tính chọn khí cụ điện:

  • Chọn phương án trạm biến áp: Phân tích các phương án 1 MBA, 2 MBA và 3 MBA. Do yêu cầu mặt bằng đô thị và hiệu quả đầu tư, tác giả chọn phương án 01 máy biến áp 3 pha 2 dây quấn đặt trong tầng hầm, cấp điện áp 24/0,4kV với công suất $S_{đm} \ge S_{tt} = 540\text{ kVA}$, kết hợp nguồn máy phát điện dự phòng tại chỗ để bảo đảm tính liên tục của nguồn điện.
  • Khí cụ điện cao thế:
    • Tuyến cáp ngầm trung thế: Cáp đồng 3 lõi cách điện XLPE, vỏ bọc PVC có giáp đai thép của hãng Furukawa, tiết diện ruột dẫn $\ge 35\text{ mm}^2$.
    • Dao cách ly: Chọn dao cách ly 3DC của Siemens theo điện áp định mức $U_{đm} \ge 22\text{ kV}$, dòng điện định mức $I_{đm} \ge I_{lcmax}$ và kiểm tra độ bền ổn định động khi ngắn mạch.
    • Cầu chì cao áp: Bảo vệ đường dây và cuộn sơ cấp máy biến áp theo dòng làm việc cưỡng bức.
    • Chống sét van: Van Cooper AZLP501B24 điện áp định mức 24kV đặt tại thanh cái trung thế để tản dòng sét xuống đất.
    • Thanh cái cao áp: Sử dụng thanh đồng kích thước $25 \times 3\text{ mm}$, tiết diện $75\text{ mm}^2$, đáp ứng dòng cho phép $I_{cp} = 340\text{ A}$ (vượt trội so với dòng làm việc cực đại $I_{lvmax} = 14,2\text{ A}$).
    • Biến dòng (BI) và biến điện áp (BU): Chọn thiết bị đo lường chuyên dụng của Siemens cấp chính xác tiêu chuẩn, nối mạch đo bằng dây đồng $2,5\text{ mm}^2$.
  • Tuyến cáp hạ áp chính: Tính chọn tuyến dây từ phía hạ áp máy biến áp đến tủ phân phối tổng (MBS) theo hai điều kiện kỹ thuật bắt buộc: điều kiện phát nóng cho phép và điều kiện tổn thất điện áp (độ sụt áp) cho phép.

Chương 3: Thiết kế hệ thống chiếu sáng cho tòa nhà 7 tầng 193 Văn Cao

Chương 3 trình bày các bước thiết kế chiếu sáng theo phương pháp hệ số sử dụng:

  • Thiết lập thông số hình học và hệ số phản xạ của trần, tường, sàn cho từng khu vực chức năng.
  • Lựa chọn nguồn sáng: Đèn huỳnh quang 36W (bộ 4 bóng hoặc 2 bóng), đèn compact 18W–20W và hệ thống chiếu sáng sự cố / đèn Exit dẫn đường thoát nạn.
  • Tính toán độ rọi yêu cầu ($E_{tc}$), tính chỉ số địa điểm, xác định hệ số bù ($d$) và hệ số sử dụng ($K_{sd}$) từ bảng tra của nhà sản xuất.
  • Xác định số lượng bộ đèn cần bố trí, kiểm tra sai số quang thông nằm trong giới hạn cho phép (-10% đến +20%) và kiểm tra độ rọi trung bình trên mặt phẳng làm việc.

Chương 4: Tính toán chống sét

Chương 4 hoàn thiện giải pháp an toàn công trình trước thiên tai giông sét:

  • Phân tích đặc điểm địa chất và mật độ sét đánh tại khu vực Hải Phòng.
  • Tính toán phạm vi bảo vệ của hệ thống kim thu sét đặt trên mái công trình nhằm bảo vệ an toàn cho toàn bộ khối nhà 7 tầng.
  • Thiết kế hệ thống dây dẫn sét nối đất và bãi cọc tiếp địa chống sét, bảo đảm trị số điện trở nối đất đạt tiêu chuẩn an toàn kỹ thuật điện.
  • Phối hợp chống sét đánh trực tiếp với hệ thống chống sét van Cooper 24kV bảo vệ lan truyền tại trạm biến áp.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán và thiết kế chính:

  • Xác lập được tổng phụ tải tính toán biểu kiến của tòa nhà là $S_{tt} = 537\text{ kVA}$ (lấy tròn $540\text{ kVA}$), đã bao gồm hệ số dự phòng mở rộng 1,2 (tương đương 15%–20%).
  • Đề xuất hoàn chỉnh cấu hình Trạm biến áp 24/0,4kV dung lượng $540\text{ kVA}$ đặt trong nhà (tầng hầm) kết hợp tổ máy phát điện diesel dự phòng, bảo đảm tiêu chuẩn cấp điện liên tục cho công trình.
  • Lựa chọn đồng bộ danh mục khí cụ điện cao thế đạt chuẩn kỹ thuật từ các nhà sản xuất uy tín (cáp Furukawa $\ge 35\text{ mm}^2$, dao cách ly Siemens 3DC, chống sét van Cooper AZLP501B24, thanh đồng cao áp $25 \times 3\text{ mm}$, thiết bị đo lường TI/TU Siemens).
  • Đưa ra phương án phân pha cân bằng phụ tải 3 pha tại các tầng (tiêu biểu như khu siêu thị tầng 1 chia đều 7kW/pha cho ổ cắm và cân bằng các dãy đèn huỳnh quang).

Giải pháp và kiến nghị kỹ thuật:

  • Bố trí trạm biến áp và máy phát điện tại tầng hầm giúp giải quyết bài toán hạn chế về mặt bằng xây dựng và bảo đảm mỹ quan kiến trúc đô thị tại tuyến phố Văn Cao.
  • Thiết lập hệ thống chiếu sáng sự cố độc lập (đèn Emergency và đèn Exit) tại tất cả các khu vực sảnh, hành lang, thang bộ, thang máy nhằm đáp ứng yêu cầu an toàn phòng cháy và thoát hiểm.

Đóng góp của đồ án:

  • Hệ thống hóa phương pháp tính toán phụ tải cho công trình cao tầng hỗn hợp (kết hợp siêu thị thương mại, văn phòng làm việc, hội trường và dịch vụ kỹ thuật).
  • Cung cấp một phương án thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh, có tính khả thi trong lắp đặt thực tế và tuân thủ các quy chuẩn kỹ thuật điện hiện hành.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đồ án:

  • Việc xác định phụ tải tính toán chủ yếu dựa trên phương pháp hệ số nhu cầu và suất công suất diện tích ($p_0$) theo kinh nghiệm thống kê, chưa phản ánh đầy đủ biểu đồ phụ tải biến thiên liên tục theo thời gian thực của tòa nhà văn phòng.
  • Nội dung thuyết minh trong văn bản tập trung phần lớn vào công tác tính toán phụ tải và thiết bị cao áp, trong khi các số liệu tính toán chi tiết về ngắn mạch hạ thế và hệ thống tiếp địa chống sét được trình bày tóm lược.

Hướng phát triển tiếp theo:

  • Ứng dụng các phần mềm mô phỏng chuyên ngành (như Dialux cho chiếu sáng, ETAP hoặc EcoStruxure Power Design cho tính toán phân phối điện và ngắn mạch).
  • Bổ sung giải pháp quản lý năng lượng thông minh cho tòa nhà (Hệ thống quản lý tòa nhà - BMS) và các phương án nâng cao hệ số công suất bằng tụ bù tự động hạ áp.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật cho:

  • Sinh viên các ngành Điện Tự động Công nghiệp, Kỹ thuật Điện, Hệ thống Điện và Kỹ thuật Công trình khi thực hiện đồ án môn học hoặc đồ án tốt nghiệp về thiết kế cung cấp điện công trình dân dụng và thương mại.
  • Kỹ sư thiết kế M&E (Cơ điện) tham khảo quy trình bóc tách phụ tải công năng (siêu thị, văn phòng, hội trường, trạm bơm PCCC, thang máy), phương pháp cân bằng pha và quy cách lựa chọn khí cụ điện trạm biến áp hạ áp 24/0,4kV.

Các phần có giá trị tham khảo chuyên môn cao:

  • Bảng phương pháp luận tính toán phụ tải chi tiết từ tầng hầm đến tầng 7.
  • Quy trình lựa chọn và kiểm tra điều kiện kỹ thuật của dao cách ly, chống sét van, thanh cái và máy biến dòng/biến áp đo lường trung thế.

Câu hỏi thường gặp

1. Tổng công suất biểu kiến tính toán của toàn bộ tòa nhà 7 tầng tại 193 Văn Cao là bao nhiêu và đã tính dự phòng như thế nào?
Tổng công suất biểu kiến tính toán của toàn bộ tòa nhà là $S_{tt} = 537\text{ kVA}$ (được chọn tương đương $540\text{ kVA}$). Giá trị này được xác định từ công suất tính toán bình thường ($448,2\text{ kVA}$) nhân với hệ số dự phòng 1,2 (tương ứng 15%–20% công suất dự phòng phát triển phụ tải trong tương lai).

2. Trạm biến áp của công trình được đặt ở vị trí nào và sử dụng cấp điện áp ra sao?
Trạm biến áp được thiết kế đặt bên trong tầng hầm của tòa nhà do yêu cầu về mặt bằng xây dựng đô thị. Trạm sử dụng 01 máy biến áp 3 pha 2 dây quấn hạ áp từ lộ trung thế 24kV của lưới điện xuống cấp điện áp 0,4kV (380/220V) để cấp cho các tủ phân phối của tòa nhà.

3. Các thiết bị bảo vệ và đo lường phía cao áp 22kV/24kV của trạm biến áp được lựa chọn từ các hãng nào?
Tác giả đã tính chọn các thiết bị gồm: Cáp ngầm 3 lõi 24kV XLPE/PVC của hãng Furukawa; Dao cách ly 3DC, máy biến điện áp đo lường (BU) và máy biến dòng (BI) của hãng Siemens; Van chống sét mã hiệu AZLP501B24 cấp điện áp 24kV của hãng Cooper (Mỹ).

4. Phụ tải chiếu sáng và ổ cắm tại khu vực siêu thị tầng 1 được phân bố và cân bằng pha như thế nào?
Tại tầng 1, phụ tải chiếu sáng gồm 44 bộ đèn tuýp 4x36W được phân pha: Pha A (15 bộ - $2,16\text{ kW}$), Pha B (15 bộ - $2,16\text{ kW}$), Pha C (14 bộ - $2,02\text{ kW}$). Phụ tải ổ cắm gồm 28 ổ (14 ổ 1kW và 14 ổ 0,5kW) được phân chia đều cho 3 pha với công suất $7\text{ kW}$ trên mỗi pha nhằm bảo đảm tính đối xứng của mạng điện.

5. Hệ thống phụ tải động lực (bơm nước và thang máy) của tòa nhà có quy mô công suất ra sao?
Hệ thống bơm sinh hoạt và thoát nước gồm 2 máy bơm sinh hoạt 11kW (1 chạy, 1 dự phòng), bơm tăng áp và bơm nước thải có tổng công suất tính toán $S_{tt} = 34,5\text{ kVA}$; Hệ thống bơm chữa cháy gồm 2 bơm 15kW và 2 bơm bù áp 4kW có $S_{tt} = 34,7\text{ kVA}$; Hệ thống thang máy gồm các động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc công suất 22kW/thang có tổng công suất tính toán $S_{tt} = 58,6\text{ kVA}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế cung cấp điện cho tòa nhà 7 tầng tại 193 Văn Cao" của sinh viên Bùi Anh Dũng (ngành Điện Tự Động Công Nghiệp, Trường Đại học Dân lập Hải Phòng) đã hoàn thành toàn diện nhiệm vụ thiết kế mạng lưới điện cho một công trình cao tầng phức hợp. Đề tài đã giải quyết tuần tự các bước tính toán phụ tải cho từng phân khu công năng, lựa chọn trạm biến áp 24/0,4kV công suất $540\text{ kVA}$ đặt ngầm tại tầng hầm cùng hệ thống máy phát điện dự phòng và các thiết bị đóng cắt bảo vệ cao - hạ áp đồng bộ. Kết quả nghiên cứu mang tính khả thi cao, tuân thủ các quy chuẩn kỹ thuật điện hiện hành và bảo đảm các yêu cầu về an toàn vận hành, thẩm mỹ kiến trúc cùng độ tin cậy cung cấp điện liên tục cho công trình.