Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Điện năng giữ vai trò then chốt trong hạ tầng kỹ thuật của các công trình dân dụng và công nghiệp. Việc xây dựng một cơ sở giáo dục hiện đại đòi hỏi hệ thống phân phối điện phải đáp ứng nghiêm ngặt các tiêu chuẩn về an toàn vận hành, chất lượng điện năng và tính liên tục trong cung cấp điện. Đề tài đồ án tốt nghiệp "Thiết kế cung cấp điện trường liên cấp Alpha Tòa nhà F và Chiếu sáng ngoài nhà" do sinh viên Nguyễn Văn Nam (lớp DC2301, chuyên ngành Điện Tự Động Công Nghiệp, Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng) thực hiện dưới sự hướng dẫn của ThS. Nguyễn Đoàn Phong vào năm 2024. Đề tài được hình thành nhằm hệ thống hóa kiến thức chuyên môn đã học và giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật thực tế cho một dự án trường học cụ thể tại địa phương.

Về bối cảnh thực tiễn, công trình thuộc dự án Đầu tư xây dựng Trường liên cấp Alpha, tọa lạc tại phường Anh Dũng, quận Dương Kinh, thành phố Hải Phòng. Dự án 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 thực hiện tư vấn giám sát, và Công ty Cổ phần Ecoba Việt Nam đảm nhận vai trò nhà thầu xây dựng. Toàn bộ khuôn viên trường học được quy hoạch gồm 6 tòa nhà.

Mục tiêu nghiên cứu của đồ án là tính toán và thiết kế hệ thống cung cấp điện hoàn chỉnh cho Tòa nhà F (quy mô 3 tầng và tầng mái) cùng hệ thống chiếu sáng khuôn viên ngoài nhà, đồng thời xác định dung lượng trạm biến áp cấp nguồn cho toàn bộ 6 khối nhà của trường học. Các nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể được triển khai theo 5 nhóm nội dung:

  1. Nghiên cứu tổng quan mặt bằng kiến trúc, phân loại phụ tải và xác định các tiêu chí cấp điện của công trình (độ tin cậy, an toàn, chất lượng điện áp và hiệu quả kinh tế).
  2. Tính toán nhu cầu chiếu sáng từng phòng và xác định tổng phụ tải điện tính toán cho Tòa nhà F cùng hệ thống chiếu sáng ngoài trời.
  3. Xác định vị trí, số lượng và dung lượng trạm biến áp hạ áp 22/0,4 kV; lựa chọn nguồn máy phát điện diesel dự phòng cho trường học.
  4. Tính toán, lựa chọn các thiết bị bảo vệ và đo lường phía trung thế 22kV; lựa chọn máy cắt, dây dẫn và thanh cái phân phối hạ áp từ trạm biến áp đến các tủ phân phối tầng.
  5. Thiết kế hệ thống chống sét lan truyền, chống sét đánh trực tiếp và nối đất an toàn cho công trình.

Đối tượng nghiên cứu là hệ thống mạng điện phân phối hạ áp, chiếu sáng nội thất Tòa nhà F, chiếu sáng cảnh quan - thể thao ngoài trời và trạm biến áp phân phối của Trường liên cấp Alpha. Phạm vi không gian giới hạn trong ranh giới Tòa nhà F và sân bãi khuôn viên trường học tại phường Anh Dũng, quận Dương Kinh, Hải Phòng. Phạm vi thời gian nghiên cứu thực hiện theo kế hoạch đào tạo tốt nghiệp từ ngày giao đề tài 24/01/2024 đến khi hoàn thiện bảo vệ trong năm 2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án tổng hợp và vận dụng các lý thuyết chuyên ngành về thiết kế hệ thống cung cấp điện công nghiệp và dân dụng:

  • Lý thuyết xác định phụ tải tính toán: Tác giả trình bày 4 phương pháp lý thuyết cơ bản gồm:
    1. Phương pháp xác định theo công suất đặt ($P_{đ}$) và hệ số nhu cầu ($k_{nc}$): $P_{tt} = k_{nc} \cdot \sum P_{đmi}$; $S_{tt} = \frac{P_{tt}}{\cos\varphi}$.
    2. Phương pháp xác định theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất: $P_{tt} = p_0 \cdot f$.
    3. Phương pháp xác định theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm: $P_{tt} = \frac{M \cdot W_0}{T_{max}}$.
    4. 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 $n_{hq}$). Trong tính toán thực tế cho Tòa nhà F, đồ án áp dụng phương pháp công suất đặt kết hợp hệ số đồng thời ($K_s$) và hệ số sử dụng ($K_u$) căn cứ theo sổ tay hướng dẫn thiết kế cung cấp điện của hãng Schneider và các bảng tra tiêu chuẩn IEC (Bảng B17, B36). Trong đó, hệ số sử dụng $K_u = 1$ cho chiếu sáng, động cơ và ổ cắm; hệ số đồng thời $K_s = 1$ cho chiếu sáng và động cơ từng mạch, $K_s = 0,5 - 0,8$ cho mạch ổ cắm.
  • Lý thuyết và tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng: Khảo sát các trường phái chiếu sáng (Liên Xô, Mỹ, Pháp). Tác giả lựa chọn phương pháp hệ số sử dụng quang thông ($U$) theo trường phái Pháp và tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 7114-2008. Công thức xác định chỉ số địa điểm phòng $K = \frac{a \cdot b}{h_{tt}(a + b)}$, tỷ số treo $j = \frac{h'}{h' + h_u}$, quang thông tổng yêu cầu $\Phi_{tổng} = \frac{E_{tc} \cdot S \cdot d}{U}$ (với $E_{tc}$ là độ rọi tiêu chuẩn, $d$ là hệ số bù/dự trữ). Sai số quang thông cho phép trong tính chọn đèn nằm trong khoảng từ -10% đến +20%.
  • Phương pháp lựa chọn thiết bị và dây dẫn điện:
    • Thiết bị đóng cắt và bảo vệ cao áp, hạ áp (máy cắt, dao cách ly, cầu chì, aptomat) được chọn và kiểm tra theo các điều kiện: điện áp định mức ($U_{đm} \ge U_{mạng}$), dòng điện định mức ($I_{đm} \ge I_{lvmax}$), khả năng cắt dòng ngắn mạch ($I_N \ge I_{Nmax}$), kiểm tra độ ổn định nhiệt và ổn định động.
    • Tiết diện dây dẫn và cáp điện động lực được tính chọn theo điều kiện phát nóng cho phép ($I_{cp} \ge I_{lvmax}$), mật độ dòng điện kinh tế ($J = 6 , \text{A/mm}^2$ đối với dây đồng), sau đó kiểm tra theo độ sụt áp cho phép và độ bền cơ học.
  • Nguồn dữ liệu: Hồ sơ thiết kế kiến trúc và công năng Tòa nhà F Trường liên cấp Alpha; tiêu chuẩn chiếu sáng TCVN 7114-2008; sổ tay Hệ thống Cung cấp điện (HTCCĐ); tài liệu kỹ thuật và bảng thông số thiết bị của các nhà sản xuất: Schneider, Siemens, Furukawa, Cooper, Mitsubishi.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống cung cấp điện cho Tòa nhà F và khuôn viên ngoài nhà Trường liên cấp Alpha được thiết kế theo cấu trúc kỹ thuật từ nguồn trung thế đến các tủ phân phối phụ tải:

  • Cấu trúc nguồn và trạm biến áp: Nguồn điện trung thế 22kV từ lưới điện thành phố Hải Phòng cấp đến trạm biến áp ngoài trời 22/0,4 kV đặt phía ngoài trường học. Trạm sử dụng 01 máy biến áp dầu 3 pha công suất 1250 kVA để cấp điện cho toàn bộ 6 khối nhà của trường. Nguồn dự phòng trang bị 01 tổ máy phát điện diesel Mitsubishi công suất 1500 kVA (380V, 50Hz, 3 pha) để cấp điện cho các phụ tải ưu tiên khi mất điện lưới.
  • Mạng phân phối hạ áp: Từ phía thứ cấp máy biến áp, cáp hạ thế ngầm dẫn vào tủ phân phối hạ áp tổng (MSB). Tủ MSB cấp nguồn đến tủ phân phối trung gian và các tủ điện phân phối tầng của Tòa nhà F: TĐ-1F (Tầng 1), TĐ-2F (Tầng 2), TĐ-3F (Tầng 3) và tủ điện chiếu sáng ngoài nhà.
  • Mạng chiếu sáng ngoài nhà: Nguồn được cấp từ tủ MSB tại phòng kỹ thuật tầng 1 nhà D, luồn trong tuyến ống xoắn chịu lực HDPE 65/50 chôn ngầm dẫn tới tủ điện chiếu sáng ngoài trời đặt tại vỉa hè gần cổng chính. Tuyến chiếu sáng phân bổ cho 3 khu vực: cảnh quan sân trường, sân bóng rổ và sân bóng đá.

Bảng tổng hợp thông số kỹ thuật các thiết bị chính được tính toán và lựa chọn trong đồ án:

Hạng mục thiết bị Chủng loại / Mã hiệu Nhà sản xuất / Xuất xứ Thông số kỹ thuật chính Ghi chú vị trí lắp đặt
Máy biến áp MBA dầu 3 pha Việt Nam $S_{đm} = 1250 , \text{kVA}$; $22/0,4 , \text{kV}$; $P_0 = 1223 , \text{W}$; $P_k = 12825 , \text{W}$; $U_k% = 4-6%$; nặng 4810 kg Trạm biến áp ngoài trời
Máy phát dự phòng Động cơ Diesel Mitsubishi (Nhật Bản) $S_{đm} = 1500 , \text{kVA}$; $380 , \text{V}$; 50 Hz; 3 pha; 1500 vòng/phút; tiêu hao 336 l/h Phòng máy phát điện
Cáp ngầm trung thế Cáp đồng 3 lõi 24kV Furukawa Cách điện XLPE, giáp đai thép, vỏ PVC; tiết diện $\ge 35 , \text{mm}^2$ Nhận nguồn từ lưới 22kV
Dao cách ly cao áp 3DC Siemens $U_{lvmax} = 24 , \text{kV}$; $I_{đm} = 2000 , \text{A}$; $I_{Nmax} = 40 , \text{kA}$; $I_{Nt} = 16 , \text{kA}$ Phía cao áp TBA
Cầu chì cao áp 3GD1413-4B Siemens $U_{lvmax} = 24 , \text{kV}$; $I_{đm} = 63 , \text{A}$; $I_N = 31,5 , \text{kA}$; nặng 5,8 kg Bảo vệ ngắn mạch TBA
Chống sét van AZLP501B24 Cooper (Mỹ) $U_{đm} = 24 , \text{kV}$; điện trở phi tuyến oxit kim loại Bảo vệ đường dây TBA
Biến điện áp (BU) HK-220 Việt Nam Cấp điện áp 24/22/0,38 kV; $S_{đm} = 1500 , \text{VA}$; cấp chính xác 0,5 Thanh cái cao áp 22kV
Biến dòng điện (CT) 4MA74 Siemens $U_{đm} = 24 , \text{kV}$; $70/5 , \text{A}$; $I_{odn} = 80 , \text{kA}$; $I_{odd} = 120 , \text{kA}$ Đo lường cao áp 22kV
Máy cắt hạ áp tổng ACB AE2000-SW Mitsubishi (Nhật Bản) 4 cực, loại cố định; $I_{đm} = 2000 , \text{A}$; dòng cắt ngắn mạch $I_{cu} = 100 , \text{kA}$ Đầu vào tủ MSB
Thanh cái tủ MSB Đồng thanh (Cu) Việt Nam 4 thanh kích thước $5 \times 100 , \text{mm}$; dòng cho phép $I_{cp} = 2000 , \text{A}$ Tủ hạ áp tổng MSB
Cáp hạ thế TBA - MSB Cu/XLPE/PVC/DSTA/PVC Việt Nam Tuyến gồm $12(1 \times 300) , \text{mm}^2$ (pha) + $3(1 \times 240) , \text{mm}^2$ (trung tính) Đi ngầm từ MBA vào MSB
Aptomat nhánh Tòa F MCCB BW250RAG-3P Fuji / Mitsubishi 3 cực; $I_{đm} = 200 , \text{A}$; $U_{đm} = 380 , \text{V}$; dòng cắt ngắn mạch $I_N = 50 , \text{kA}$ Cấp nguồn cho Tòa F
Cáp nguồn Tòa F Cu/XLPE/PVC Việt Nam Tiết diện $4(1 \times 120) , \text{mm}^2 + \text{E}$ Từ MSB đến tủ tổng Tòa F
Aptomat Tầng 1 MCCB BW125RAG-3P Fuji / Mitsubishi 3 cực; $I_{đm} = 80 , \text{A}$; $U_{đm} = 380 , \text{V}$; $I_N = 50 , \text{kA}$ Cấp nguồn tủ TĐ-1F
Cáp nguồn Tầng 1 Cu/XLPE/PVC Việt Nam Tiết diện $(4 \times 25) , \text{mm}^2 + \text{E}$ Cấp đến tủ TĐ-1F
Aptomat Tầng 2 MCCB BW125RAG-3P Fuji / Mitsubishi 3 cực; $I_{đm} = 80 , \text{A}$; $U_{đm} = 380 , \text{V}$; $I_N = 50 , \text{kA}$ Cấp nguồn tủ TĐ-2F
Cáp nguồn Tầng 2 Cu/XLPE/PVC Việt Nam Tiết diện $(4 \times 25) , \text{mm}^2 + \text{E}$ Cấp đến tủ TĐ-2F
Aptomat Tầng 3 MCCB BW160RAG-3P Fuji / Mitsubishi 3 cực; $I_{đm} = 150 , \text{A}$; $U_{đm} = 380 , \text{V}$; $I_N = 50 , \text{kA}$ Cấp nguồn tủ TĐ-3F
Cáp nguồn Tầng 3 Cu/XLPE/PVC Việt Nam Tiết diện $4(1 \times 35) , \text{mm}^2 + \text{E}(1 \times 16) , \text{mm}^2$ Cấp đến tủ TĐ-3F

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Giới thiệu tổng quan về trường học Alpha

Chương này cung cấp thông tin tổng thể về công trình xây dựng Trường liên cấp Alpha tại phường Anh Dũng, quận Dương Kinh, TP. Hải Phòng do Công ty Cổ phần Giáo dục Việt Mỹ Hải Phòng làm đại diện chủ đầu tư. Tác giả phân tích 4 yêu cầu kỹ thuật nền tảng của hệ thống cung cấp điện trường học:

  • Độ tin cậy: Đảm bảo tính liên tục của nguồn điện phù hợp tính chất phụ tải, tự động chuyển nguồn máy phát diesel khi mất điện lưới cho các phụ tải trọng yếu.
  • Chất lượng điện năng: Ổn định hai chỉ số cơ bản là tần số ($50 , \text{Hz}$) và điện áp ($220/380 , \text{V}$).
  • Tính an toàn: An toàn tuyệt đối cho người vận hành, giáo viên, học sinh và thiết bị.
  • Tính kinh tế: Tối ưu hóa giữa chi phí đầu tư ban đầu và chi phí tổn thất vận hành.

Chương II: Xác định phụ tải tính toán cho nhà F và chiếu sáng ngoài trường liên cấp (Alpha)

Chương II tập trung toàn bộ khối lượng tính toán phụ tải công trình:

  • Trình bày cơ sở lý thuyết 4 phương pháp tính toán phụ tải điện và các phương pháp thiết kế chiếu sáng quốc tế.
  • Tính toán chiếu sáng chi tiết cho Tầng 1: Với hệ số phản xạ trần $\rho_{tr} = 0,7$, tường $\rho_{tg} = 0,5$, sàn $\rho_{iv} = 0,3$; áp dụng đèn Panel LED $600 \times 600 , \text{mm}$ (45W, 4000 lm) và đèn Downlight âm trần (18W, 1600 lm). Phòng tuyển sinh ($S = 201,6 , \text{m}^2$, $E_{tc} = 300 , \text{lux}$) bố trí 33 bộ đèn Panel LED; khu vệ sinh (3 phòng) bố trí 15 bộ Downlight; phòng phỏng vấn/quản lý (7 phòng) bố trí 4 bộ Panel LED/phòng; hành lang ($S = 200 , \text{m}^2$) dùng 47 bộ Downlight.
  • Thống kê phụ tải động lực Tầng 1 (điều hòa, 14 quạt gió/hút khí, 117 ổ cắm), tổng công suất tải Tầng 1 đạt 122 kW (trong bảng tổng hợp cân pha hệ thống ghi nhận mức tính toán phân phối là 97,6 kW).
  • Phụ tải Tầng 2 (phòng nghiên cứu khoa học, 2 phòng học bộ môn, nhà đa năng) tính toán đạt 77 kW. Phụ tải Tầng 3 (9 phòng học, 2 phòng bộ môn, kho, WC) tính toán đạt 136 kW.
  • Tính toán phụ tải chiếu sáng ngoài nhà gồm: 70 trụ đèn cảnh quan 4 bóng tròn LED 26W (cao 4,7m, $P_{tt} = 5824 , \text{W}$); 8 trụ đèn sân bóng rổ LED 80W (cao 8m, $P_{tt} = 512 , \text{W}$); 4 trụ đèn sân bóng đá cụm 3 đèn pha LED 500W/550W (cao 20m, $P_{tt} = 5280 , \text{W}$). Tổng phụ tải tính toán chiếu sáng ngoài nhà là $12000 , \text{W}$ ($12 , \text{kW}$).
  • Tổng hợp phụ tải toàn bộ Tòa nhà F: Tổng công suất tác dụng tính toán $\sum P_{tt} = 311 , \text{kW}$. Với hệ số công suất $\cos\varphi = 0,8$ ($\tan\varphi = 0,75$), công suất phản kháng $\sum Q_{tt} = 233,25 , \text{kVAr}$ và công suất toàn phần $S_{tt} = 388,75 , \text{kVA}$.

Chương III: Phương án cung cấp điện cho nhà F và chiếu sáng ngoài nhà trường học liên cấp Alpha

Nội dung chương triển khai phương án kỹ thuật trạm biến áp và hệ thống phân phối:

  • Phân tích cấu trúc trạm biến áp (trong nhà và ngoài trời) và số lượng MBA. Do trường học gồm 6 tòa nhà và thuộc nhóm phụ tải yêu cầu cấp điện liên tục, tác giả chọn giải pháp trạm ngoài trời sử dụng 01 máy biến áp dầu 3 pha công suất 1250 kVA (22/0,4 kV) để cấp điện cho toàn trường, kết hợp máy phát điện diesel dự phòng Mitsubishi 1500 kVA.
  • Tính chọn thiết bị bảo vệ, đo lường phía trung thế 22kV: Cáp ngầm Furukawa 3 lõi XLPE $24 , \text{kV} \ge 35 , \text{mm}^2$; dao cách ly Siemens 3DC ($24 , \text{kV} - 2000 , \text{A}$); cầu chì cao áp Siemens 3GD1413-4B ($24 , \text{kV} - 63 , \text{A}$); chống sét van Cooper AZLP501B24 ($24 , \text{kV}$); thanh cái đồng cao áp $25 \times 3 , \text{mm}$; biến điện áp BU HK-220 ($24 , \text{kV}$); biến dòng CT Siemens 4MA74 ($24 , \text{kV}, 70/5 , \text{A}$).
  • Tính chọn mạng hạ áp: Dòng làm việc cực đại hạ áp từ TBA đạt $I_{lvmax} = 1978,75 , \text{A}$ (tính theo phụ tải toàn trường $P_{tt} = 1096,736 , \text{kW}$). Chọn máy cắt không khí ACB Mitsubishi AE2000-SW (4 cực, 2000A, 100kA), biến dòng hạ áp BD34 (2000/5A), thanh cái đồng tủ MSB gồm 4 thanh $5 \times 100 , \text{mm}$, cáp ngầm liên kết MBA - MSB gồm 12 sợi đơn $1 \times 300 , \text{mm}^2$ pha và 3 sợi đơn $1 \times 240 , \text{mm}^2$ trung tính.
  • Tính chọn aptomat khối MCCB và cáp phân phối cấp nguồn cho Tòa F ($I_{lv} = 136 , \text{A}$, MCCB 200A, cáp $4(1 \times 120) , \text{mm}^2 + \text{E}$), Tầng 1 ($I_{lv} = 54,13 , \text{A}$, MCCB 80A, cáp $(4 \times 25) , \text{mm}^2 + \text{E}$), Tầng 2 ($I_{lv} = 50,26 , \text{A}$, MCCB 80A, cáp $(4 \times 25) , \text{mm}^2 + \text{E}$), và Tầng 3 ($I_{lv} = 94,36 , \text{A}$, MCCB 150A, cáp $4(1 \times 35) , \text{mm}^2 + \text{E}(1 \times 16) , \text{mm}^2$).

Chương IV: Thiết kế chống sét cho trường học

Chương IV phân loại các dạng chống sét cho công trình Tòa nhà F (3 tầng):

  • Chống sét đánh trực tiếp: Trình bày nguyên lý và cấu tạo của hệ thống kim thu sét, lưới thu sét và dây thu sét kết hợp đường dẫn sét xuống tổ hợp tiếp địa.
  • Chống sét lan truyền: Phân tích cấu tạo, ưu điểm và nhược điểm của 3 giải pháp kỹ thuật bảo vệ quá điện áp lan truyền từ đường dây trung thế vào trạm biến áp gồm: khe hở phóng điện (kết cấu đơn giản nhưng không tự dập được hồ quang, dễ gây nhảy rơ-le), chống sét ống (dập hồ quang bằng vật liệu sinh khí nhưng khả năng dập hạn chế), và chống sét van cấu tạo từ đĩa điện trở phi tuyến vilit (khả năng dập hồ quang nhanh, vận hành an toàn và tin cậy cao nhất).

Chương V: Thiết kế nối đất bảo vệ các thiết bị cho nhà F trường học liên cấp Alpha

Căn cứ theo mục lục đồ án, chương này bao gồm các nội dung: tính toán hệ thống nối đất (nối đất tự nhiên, nối đất nhân tạo), trình tự tính toán nối đất an toàn, tính toán hệ thống tiếp địa bảo vệ cho khối nhà F và nối đất an toàn cho các thiết bị điện 1 pha, 3 pha. Tuy nhiên, trong phần nội dung văn bản được cung cấp, tài liệu kết thúc tại trang 41 (cuối Chương IV) và không bao gồm phần văn bản chi tiết của Chương V.

Kết quả và đóng góp

  • Kết quả tính toán định lượng cụ thể:
    • Xác định chính xác phụ tải tính toán của Tòa nhà F: Công suất tác dụng $P_{tt} = 311 , \text{kW}$, công suất biểu kiến $S_{tt} = 388,75 , \text{kVA}$ ứng với hệ số $\cos\varphi = 0,8$. Phụ tải chiếu sáng ngoài trời đạt $12 , \text{kW}$ ($12000 , \text{W}$).
    • Thiết lập cấu hình nguồn điện đồng bộ cho toàn trường: Chọn 01 máy biến áp dầu 3 pha dung lượng 1250 kVA (22/0,4 kV) và 01 tổ máy phát điện diesel Mitsubishi 1500 kVA dự phòng 100% công suất tải quan trọng.
    • Hoàn thành bảng tính chọn thiết bị bảo vệ và dây dẫn: Chọn máy cắt tổng ACB 2000A (100kA); hệ thống cáp hạ thế tổng $12(1 \times 300) , \text{mm}^2 + 3(1 \times 240) , \text{mm}^2$; tính chọn chi tiết 4 tuyến cáp động lực và MCCB phân phối (từ 80A đến 200A) cho các tầng.
  • Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất:
    • Tách biệt mạng chiếu sáng nội thất, điều hòa không khí và ổ cắm thành các lộ riêng biệt, sử dụng hệ số đồng thời $K_s$ và hệ số sử dụng $K_u$ theo tiêu chuẩn quốc tế IEC và Schneider để tránh việc chọn dư thừa công suất dây dẫn và thiết bị.
    • Bố trí trạm biến áp đặt ngoài trời giúp tiết kiệm diện tích xây dựng trong khối nhà và giảm chi phí đầu tư xây lắp.
    • Ứng dụng giải pháp chiếu sáng LED đồng bộ (Panel LED, Downlight, LED pha sân bóng, LED trụ sân vườn) kết hợp chôn ngầm tuyến cáp ngoài nhà trong ống xoắn HDPE 65/50 nhằm bảo đảm mỹ quan và an toàn vận hành.
  • Đóng góp thực tiễn: Cung cấp bộ hồ sơ tính toán thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh cho một khối nhà học đường kết hợp hạ tầng chiếu sáng sân bãi ngoài trời, có thể áp dụng trực tiếp cho quá trình thi công và nghiệm thu thực tế tại dự án Trường liên cấp Alpha Hải Phòng.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế trong văn bản đồ án:
    • Dữ liệu văn bản cung cấp bị gián đoạn ở cuối Chương IV (trang 41); toàn bộ phần tính toán số liệu cụ thể của Chương V (Thiết kế hệ thống nối đất an toàn cho Tòa nhà F và thiết bị điện) chưa xuất hiện trong nội dung chi tiết dù đã được liệt kê trong mục lục.
    • Đồ án chưa trình bày các bảng tính kiểm tra ngắn mạch định lượng ($I_N$, xung kích động, ổn định nhiệt) tại các thanh cái hạ áp mà chủ yếu kiểm tra thiết bị qua thông số định mức và bảng tra catalog của nhà sản xuất.
    • Phương án trạm biến áp lựa chọn 01 máy biến áp 1250 kVA cho toàn bộ 6 khối nhà trường học; khi máy biến áp cần bảo dưỡng định kỳ hoặc gặp sự cố, hệ thống buộc phải vận hành phụ thuộc hoàn toàn vào máy phát điện diesel, làm tăng chi phí nhiên liệu.
  • Hướng nghiên cứu mở rộng:
    • Hoàn thiện tính toán chi tiết mạng cọc tiếp địa nối đất kết hợp (tiếp địa an toàn thiết bị và tiếp địa chống sét) cho Tòa nhà F nhằm bảo đảm điện trở nối đất $R_{đ} \le 4 , \Omega$ (hoặc $\le 10 , \Omega$ cho chống sét).
    • Nghiên cứu so sánh kinh tế - kỹ thuật phương án cấp nguồn bằng 2 máy biến áp vận hành song song hoặc phân đoạn (ví dụ $2 \times 630 , \text{kVA}$) nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện khi bảo trì.
    • Ứng dụng phần mềm chuyên dụng (Dialux, ETAP) để mô phỏng kiểm chứng độ phân bố quang thông và dòng ngắn mạch trên toàn mạng hạ áp.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho các đối tượng và mục đích cụ thể:

  • Sinh viên chuyên ngành kỹ thuật: Sinh viên ngành Điện tự động công nghiệp, Hệ thống điện, Kỹ thuật điện, Kỹ thuật công trình cơ điện (M&E) có thể sử dụng đồ án làm mẫu tham khảo phương pháp tính toán phụ tải điện trường học, quy trình tính chiếu sáng theo TCVN 7114-2008 và các bước lựa chọn thiết bị trạm biến áp.
  • Kỹ sư thiết kế cơ điện (M&E): Cung cấp các thông số mẫu, sơ đồ nguyên lý phân phối hạ áp, quy cách chọn cáp ngầm, ống xoắn HDPE và danh mục thiết bị của các hãng Schneider, Siemens, Mitsubishi cho các dự án công trình giáo dục tương tự.
  • Phần đáng tham khảo nhất: Phương pháp tính toán chiếu sáng chi tiết phòng chức năng bằng hệ số sử dụng (Chương II) và bảng tính toán lựa chọn thiết bị cao thế, hạ thế, thanh cái và cáp điện động lực từ trạm biến áp đến tủ tầng (Chương III).

Câu hỏi thường gặp

1. Phụ tải tính toán của Tòa nhà F và hệ thống chiếu sáng ngoài trời được xác định là bao nhiêu?
Theo kết quả tính toán tại Chương II (Bảng 2.16 và Bảng 2.17), phụ tải tính toán Tòa nhà F gồm: Tầng 1 là 97,6 kW (tính toán chi tiết phụ tải đạt 122 kW), Tầng 2 là 77 kW, Tầng 3 là 136 kW; tổng công suất tính toán của Tòa nhà F là $\sum P_{tt} = 311 , \text{kW}$ ($S_{tt} = 388,75 , \text{kVA}$ với $\cos\varphi = 0,8$). Tổng phụ tải tính toán của hệ thống điện chiếu sáng ngoài nhà là $12 , \text{kW}$ ($12000 , \text{W}$).

2. Trạm biến áp và nguồn máy phát điện dự phòng được chọn có thông số kỹ thuật như thế nào?
Trạm biến áp được thiết kế kiểu ngoài trời, sử dụng 01 máy biến áp dầu 3 pha công suất định mức 1250 kVA, cấp điện áp 22/0,4 kV, tổn hao không tải $P_0 = 1223 , \text{W}$, tổn hao ngắn mạch $P_k = 12825 , \text{W}$, điện áp ngắn mạch $U_k% = 4-6%$. Nguồn dự phòng sử dụng 01 máy phát điện diesel hãng Mitsubishi (Nhật Bản) công suất định mức 1500 kVA, điện áp 380V, 50Hz, 3 pha, mức tiêu hao nhiên liệu tải định mức là 336 lít/giờ.

3. Hệ thống chiếu sáng ngoài nhà gồm những loại đèn nào và quy cách lắp đặt ra sao?
Hệ thống gồm: 70 trụ đèn cảnh quan cao 4,7m (mỗi trụ 4 bóng LED tròn 26W/220V, IP66); 8 trụ đèn cần đơn cao 8m (bóng LED 80W/220V, IP66) cho sân bóng rổ; 4 trụ đèn cao 20m (mỗi trụ lắp 3 đèn pha LED 500W/550W, IP66) cho sân bóng đá. Nguồn điện được cấp từ tủ MSB tại tầng 1 nhà D, luồn qua tuyến ống xoắn HDPE 65/50 chôn ngầm dẫn đến tủ điện chiếu sáng ngoài trời tại vỉa hè cổng chính.

4. Thiết bị đóng cắt hạ áp tổng (ACB) và cáp nguồn từ trạm biến áp vào tủ MSB được lựa chọn loại nào?
Máy cắt hạ áp tổng ACB là loại AE2000-SW của Mitsubishi (Nhật Bản), kiểu cố định 4 cực, dòng định mức $I_{đm} = 2000 , \text{A}$, dòng cắt ngắn mạch 100 kA (đáp ứng dòng làm việc cực đại tính toán $I_{lvmax} = 1978,75 , \text{A}$). Tuyến cáp hạ thế nối từ máy biến áp vào tủ MSB sử dụng cáp đồng Cu/XLPE/PVC/DSTA/PVC gồm 12 sợi đơn $1 \times 300 , \text{mm}^2$ (4 sợi song song mỗi pha) và 3 sợi đơn $1 \times 240 , \text{mm}^2$ cho dây trung tính.

5. Những thiết bị đóng cắt và bảo vệ nào được lựa chọn cho phía cao áp 22kV của trạm biến áp?
Phía trung thế 22kV sử dụng cáp ngầm Furukawa 3 lõi 24kV cách điện XLPE ($\ge 35 , \text{mm}^2$), dao cách ly Siemens 3DC ($24 , \text{kV} - 2000 , \text{A}$), cầu chì cao áp Siemens 3GD1413-4B ($24 , \text{kV} - 63 , \text{A}$), chống sét van oxit kim loại Cooper AZLP501B24 ($24 , \text{kV}$), máy biến điện áp đo lường HK-220 ($24 , \text{kV}$) và máy biến dòng đo lường Siemens 4MA74 ($24 , \text{kV}, 70/5 , \text{A}$).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Văn Nam đã giải quyết trọn vẹn nhiệm vụ tính toán thiết kế kỹ thuật cung cấp điện cho Tòa nhà F và hạ tầng chiếu sáng ngoài nhà thuộc Trường liên cấp Alpha (Hải Phòng). Bằng việc kết hợp tiêu chuẩn chiếu sáng TCVN 7114-2008 cùng các hướng dẫn tính toán phụ tải quốc tế, tác giả đã đưa ra các giải pháp lựa chọn trạm biến áp 1250 kVA, máy phát dự phòng 1500 kVA và hệ thống thiết bị đóng cắt bảo vệ có độ tin cậy cao. Kết quả tính toán cung cấp nguồn số liệu kỹ thuật rõ ràng, bám sát yêu cầu thực tiễn xây dựng và có giá trị tham khảo tốt cho công tác thiết kế hệ thống điện công trình trường học.