Đồ án tốt nghiệp đại học: Thiết kế hệ thống điện chung cư cao tầng Phú Thạnh

Nghiên cứu đồ án tốt nghiệp về thiết kế hệ thống điện cho chung cư cao tầng tại Phú Thạnh. Phân tích chi tiết giải pháp kỹ thuật, tính toán tải và lựa chọn

• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Thiết kế điện chung cư cao tầng Phú Thạnh
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về thiết kế điện chung cư Phú Thạnh

Đồ án tốt nghiệp thiết kế điện chung cư cao tầng Phú Thạnh tập trung vào hệ thống điện phục vụ tòa nhà 15 tầng tại 53 Nguyễn Sơn, Quận Tân Phú, TP. Hồ Chí Minh. Dự án do Công ty Cổ phần Xây dựng Công trình 585 làm chủ đầu tư, với tổng diện tích sàn xây dựng 26.000 m² và vốn đầu tư 400 tỷ đồng. Công trình bao gồm 176 căn hộ, khu thương mại, bãi xe và các tiện ích công cộng. Hệ thống điện phải đảm bảo cung cấp năng lượng ổn định cho toàn bộ tòa nhà, bao gồm chiếu sáng, ổ cắm, thang máy, hệ thống bơm nước và phòng cháy chữa cháy. Thiết kế phải tuân thủ các tiêu chuẩn quốc gia TCVN về an toàn điện, tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường. Đồ án này thể hiện khả năng ứng dụng kiến thức chuyên môn vào thực tiễn công trình xây dựng dân dụng quy mô lớn.

1.1. Giới thiệu tổng thể dự án Phú Thạnh Apartment

Dự án Phú Thạnh Apartment nằm trên vị trí đắc địa tại Quận Tân Phú với hai mặt tiền đường Nguyễn Sơn và Thoại Ngọc Hầu. Tổng diện tích khu đất là 1800 m², mật độ xây dựng 40%. Tòa nhà được thiết kế theo phong cách hiện đại, tích hợp đầy đủ tiện ích từ tầng trệt đến sân thượng. Khu căn hộ gồm ba loại với diện tích từ 64,5 m² đến 85 m², phù hợp với nhiều đối tượng cư dân. Hệ thống hạ tầng kỹ thuật được quy hoạch bài bản, đạt tiêu chuẩn Xanh - Sạch - Đẹp của khu đô thị hiện đại.

1.2. Vai trò của hệ thống điện trong chung cư cao tầng

Hệ thống điện đóng vai trò then chốt trong vận hành chung cư cao tầng. Hệ thống cung cấp năng lượng cho chiếu sáng công cộng, thang máy, hệ thống bơm cấp thoát nước, điều hòa không khí và thiết bị phòng cháy chữa cháy. Ngoài ra, hệ thống điện còn phục vụ nhu cầu sinh hoạt của từng căn hộ qua mạng lưới ổ cắm và thiết bị điện gia dụng. Thiết kế hệ thống điện phải đảm bảo tính liên tục, an toàn và hiệu quả kinh tế. Việc tính toán công suất, chọn tiết diện dây dẫn và bố trí bảo vệ cần tuân thủ nghiêm ngặt các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia.

II. Phân tích yêu cầu kỹ thuật hệ thống điện cao ốc

Phân tích yêu cầu kỹ thuật hệ thống điện cao ốc Phú Thạnh đòi hỏi đánh giá toàn diện các yếu tố tải điện, điều kiện môi trường và quy chuẩn an toàn. Phụ tải tòa nhà được chia thành nhiều nhóm chính: chiếu sáng hành lang, chiếu sáng căn hộ, ổ cắm sinh hoạt, thiết bị công cộng và hệ thống đặc biệt. Mỗi nhóm có đặc tính công suất, hệ số đồng thời và hệ số công suất riêng biệt. Tầng hầm phục vụ bãi đỗ xe yêu cầu chiếu sáng cường độ cao với đèn TMS028 công suất 2x58W. Tầng kỹ thuật và tầng thượng bố trí thiết bị bơm, quạt thông gió và hệ thống chống sét. Việc phân tích chi tiết từng khu vực giúp xác định tổng công suất tính toán chính xác, từ đó lựa chọn thiết bị bảo vệ và dây dẫn phù hợp, đảm bảo hệ thống vận hành ổn định lâu dài.

2.1. Phân loại phụ tải và tính toán công suất chiếu sáng

Phụ tải chiếu sáng được phân loại theo từng tầng và khu vực chức năng. Tầng hầm sử dụng đèn Downlight MBS244 công suất 24,2W và đèn TMS028 công suất 110W với tổng công suất 8819,2W. Tầng 4 phục vụ hành lang và các phòng chức năng với hệ số phản kháng riêng biệt. Tầng kỹ thuật sử dụng công suất bằng 10% tầng 4, phục vụ khu café và phòng kỹ thuật. Việc tính toán chiếu sáng sử dụng phần mềm Dialux để mô phỏng và tối ưu bố trí đèn, đảm bảo cường độ ánh sáng đạt tiêu chuẩn cho từng loại không gian sử dụng.

2.2. Tính toán phụ tải ổ cắm và tải đặc biệt

Phụ tải ổ cắm phục vụ các thiết bị công suất nhỏ như tivi, máy tính, máy in và thiết bị gia dụng. Việc bố trí ổ cắm phụ thuộc vào tính chất từng phòng và khu vực trong tòa nhà. Tải đặc biệt bao gồm thang máy, hệ thống bơm nước cứu hỏa, máy phát điện dự phòng và hệ thống chống sét. Mỗi loại tải có yêu cầu cấp điện riêng, cần tính toán công suất biểu kiến và hệ số đồng thời chính xác. Tổng phụ tải tính toán toàn cao ốc được xác định bằng tổng các nhóm tải, áp dụng hệ số nhu cầu phù hợp để chọn máy biến áp và thiết bị đóng cắt.

III. Phương pháp tính toán và chọn thiết bị bảo vệ

Phương pháp tính toán hệ thống điện cao ốc Phú Thạnh tuân thủ quy trình kỹ thuật chuẩn. Bước đầu tiên xác định tổng công suất tính toán chiếu sáng toàn tòa nhà, bao gồm công suất phản kháng và công suất biểu kiến. Tiếp theo tính dòng làm việc cho phép lớn nhất chạy trong dây dẫn theo công thức ILV_max dựa vào công suất biểu kiến phụ tải và điện áp định mức lưới. Dòng ngắn mạch được tính toán để chọn aptomat bảo vệ phù hợp. Tiết diện dây dẫn được chọn dựa trên bảng tra H-17 tài liệu tham khảo, đảm bảo chịu được dòng làm việc liên tục và dòng ngắn mạch. Dây trung tính và dây nối đất bảo vệ PE được tính toán riêng theo sơ đồ nối đất TT hoặc TN-S, tuân thủ các điều kiện về cân bằng pha và bảo vệ chống chạm điện gián tiếp.

3.1. Quy trình chọn tiết diện dây dẫn và bảo vệ ngắn mạch

Quy trình chọn tiết diện dây dẫn bắt đầu bằng tính dòng làm việc cho phép lớn nhất ILV_max, áp dụng hệ số hiệu chỉnh KHC cho điều kiện đi dây thực tế. Giá trị dòng này phải lớn hơn hoặc bằng dòng tính toán ICPDD. Dựa vào ICPDD tra bảng H-17 để chọn tiết diện dây đồng hoặc nhôm phù hợp. Đối với dây trung tính, tiết diện bằng dây pha khi sơ đồ nối đất là TT hoặc TN-S với mạch một pha có tiết diện dưới 16mm² đồng. Trong hệ thống ba pha, dây trung tính có thể nhỏ hơn dây pha nếu dòng trung tính nhỏ hơn giá trị cho phép Iz và công suất tải một pha nhỏ hơn 10% tải ba pha.

3.2. Thiết kế hệ thống nối đất và chống sét

Hệ thống nối đất bảo vệ PE liên kết các vật dẫn tự nhiên và vỏ kim loại thiết bị điện, dẫn dòng sự cố do hư hỏng cách điện tới điểm trung tính nối đất của nguồn. Dây PE nối vào đầu nối đất chính của mạng, đầu nối đất chính nối với điện cực nối đất qua dây nối đất. Hệ thống chống sét sử dụng kim thu sét Franklin kết hợp cáp đồng dẫn sét xuống đất. Cọc tiếp địa được chôn sâu đảm bảo điện trở đất nhỏ hơn 4Ω. Hệ thống nối đất đẳng áp liên kết tất cả kim loại trong tòa nhà, bảo vệ an toàn cho cư dân và thiết bị điện tử nhạy cảm.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tế đồ án tốt nghiệp

Đồ án tốt nghiệp thiết kế điện chung cư cao tầng Phú Thạnh đã hoàn thành đầy đủ các phần từ tính toán chiếu sáng, phụ tải ổ cắm đến lựa chọn thiết bị bảo vệ và dây dẫn. Kết quả tính toán cho thấy tổng công suất chiếu sáng toàn cao ốc đạt mức hợp lý, phù hợp với quy mô 15 tầng và 176 căn hộ. Hệ thống bảo vệ được thiết kế đảm bảo an toàn điện cho toàn bộ công trình. Đồ án áp dụng thành công các tiêu chuẩn TCVN và phương pháp tính toán hiện đại, sử dụng phần mềm Dialux cho mô phỏng chiếu sáng. Kiến thức tích lũy từ đồ án có giá trị thực tiễn cao, phục vụ công tác thiết kế và thi công hệ thống điện các công trình dân dụng tương tự. Đây là nền tảng vững chắc cho nghề nghiệp kỹ sư điện xây dựng trong tương lai.

4.1. Đánh giá kết quả và tính khả thi của thiết kế

Kết quả thiết kế hệ thống điện Phú Thạnh đáp ứng đầy đủ yêu cầu kỹ thuật và an toàn. Tổng công suất tính toán phù hợp với năng lượng cung cấp từ lưới điện quốc gia qua máy biến áp trung thế-hạ thế. Các thông số dòng ngắn mạch, tiết diện dây dẫn và thiết bị bảo vệ được tính toán chính xác theo quy chuẩn. Thiết kế đảm bảo dự phòng mở rộng khi nhu cầu sử dụng tăng trong tương lai. Tính khả thi cao nhờ sử dụng thiết bị có sẵn trên thị trường và phương pháp thi công phổ biến tại Việt Nam.

4.2. Ứng dụng và hướng phát triển cho công trình tương tự

Phương pháp thiết kế áp dụng trong đồ án có thể mở rộng cho các công trình chung cư cao tầng tương tự tại Việt Nam. Nguyên tắc tính toán phụ tải, chọn thiết bị bảo vệ và bố trí hệ thống nối đất mang tính phổ quát. Hướng phát triển bao gồm tích hợp hệ thống năng lượng mặt trời áp mái, hệ thống quản lý năng lượng thông minh và sạc xe điện. Công nghệ đèn LED tiết kiệm năng lượng và hệ thống điều khiển tự động cũng được khuyến nghị áp dụng. Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên và kỹ sư mới vào nghề.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu về chung cư/cao ốc PHU THANH APARTMENT Chủ đầu tư : Cty Cp Xây Dựng Công Trình 585 Đơn vị thi công : Công Ty Cổ Phần XDCT 585 Đơn vị quản lý : Công Ty Cổ Phần XDCT 585 Đơn vị thiết kế : CTy Tư Vấn Thiết kế Kiến Trúc & XD Bách Việt  Giới thiệu về dự án Vị trí: 53 (373C cũ) Nguyễn Sơn, P.Tân Phú, TP. Hồ Chí Minh Tổng diện tích:1800 m2 Tổng diện tích sàn xây dựng: 26000m2 Tổng vốn đầu tư: 400 tỷ đồng Mật độ xây dựng: 40% Kiến trúc công trình: 15 tầng gồm 176 căn hộ diện tích 66.285 m2, bãi xe, Khu vui chơi giải trí, chung cư, khu thương mại, nhà hàng, café (tầng trệt, tầng 1, tầng 2, sân thượng).  Tiện ích của cao ốc Vị trí thuận lợi Khu căn hộ Phú Thạnh nằm trên vị trí đắc địa nhất Q.Tân Phú, 2 mặt tiền đường Nguyễn Sơn (30m) - Thoại Ngọc Hầu. Dự án được xây dựng theo quy hoạch tổng thể, bài bản ngay từ đầu (quy mô 98.979 m2) từ hệ thống kỹ thuật hạ tầng đến việc bố trí không gian quy hoạch của một khu đô thị hiện đại, đạt các tiêu chuẩn: Xanh - Sạch - Đẹp. Phú Thạnh Apartment đặc biệt chú trọng đầu tư vào các công trình tiện ích như : Khu vui chơi giải trí, thể dục - thể thao, hồ bơi, công viên cây xanh, khu thương mại - siêu thị, bưu điện, ngân hàng, chung cư., kết hợp với hệ thống giao thông, điện chiếu sáng, cấp thoát nước, xử lý nước thải, các hệ thống cáp ngầm, chống sét tiện lợi đạt các tiêu chuẩn cao cấp nhất hiện nay. Phong cách sống hiện đại: Với ba tầng thương mại và khu căn hộ dịch vụ đáp ứng những nhu cầu thiết yếu của cư dân trong tòa nhà, giúp bạn không phải bước chân ra ngoài mà vẫn có được những nhu yếu phẩm cho cuộc sống thường ngày. Café tầng thượng là nơi bạn và gia đình nghi ngơi, thư giản. Bạn như hòa quyện vào thiên nhiên, đắm mình với nắng với gió để thưởng thức một tách café, đọc một quyển tiểu thuyết hoặc đơn giản là phóng tầm 1 mắtra không gian xanh ngút ngàn. Căn hộ A: với diện tích 82 m2 Mặt tiếp xúc với cảnh quan tự nhiên đem nắng, gió đến từng ngóc ngách trong căn hộ, đảm bảo chiếu sáng và thông thoáng tự nhiên. Cửa trượt sát sàn tại phòng khách và phòng ngủ, giúp phóng tầm mắt đến vô tận và mang cả một vùng non nước hữu tình vào trong phòng. Phòng khách, phòng ăn và bếp được thiết kế rộng rãi, rất phù hợp với những bữa tiệc gặp gỡ bạn bè, quây quần gia đình.  Căn hộ B: với diện tích 85m2 mặt thoáng tiếp xúc với thiên nhiên đem nắng, gió đến từng ngóc ngách trong căn hộ, đảm bảo chiếu sáng và thông thoáng tự nhiên. Cửa trượt sát sàn tại phòng khách và phòng ngủ, giúp phóng tầm mắt đến vô tận và mang cả một vùng non nước hữu tình vào trong phòng. Phòng khách, phòng ăn và bếp được thiết kế rộng rãi, rất phù hợp với những bữa tiệc gặp gỡ bạn bè, quây quần gia đình.  Căn hộ C: với diện tích 64.5m2 Diện tích nhỏ, giá cả hợp lý nên rất phù hợp với những đôi vợ chồng trẻ mới cưới hay những công chức còn sống độc thân. Là sự lựa chọn hoàn hảo cho bạn khi khả năng tài chính có hạn nhưng vẫn đảm bảo tiện nghi, thỏa mái và ấm cúng. Hướng đông nam đem lại sự mát mẻ và dễ chịu cho căn hộ, cửa trượt sát sàn và hành lang mở vẫn đảm bảo sự thông thoáng tự nhiên.  Căn hộ D: với diện tích 68 m2 Phòng khách, phòng ăn, sân chơi… được xếp đặt một cách hài hòa, khoa học, tạo cảm giác rộng rãi, gọn gàng cho căn phòng. Thể hiện tiêu chí tiện nghi và tiết kiệm, mỗi căn hộ đều được các kiến trúc sự cân nhắc từng chi tiết vật liệu, tạo nên những không gian hợp lý, tận dụng tối đa công năng của từng phòng khiến tổ ấm xinh xắn của bạn trở nên thỏa mái, tiện nghi và ấm cúng. Chương 2: Phương án cung cấp điện 2 2. Các yêu cầu khi cung cấp điện Độ tin cậy khi cấp điện: Khi cung cấp điện cho bất cứ một công trình xí nghiệp, cao ốc … ta phải phụ thuộc vào yêu cầu tính chất của phụ tải và phụ tải được chia làm 3 loại.  Phụ tải loại 1: là phụ tải bắt buộc phải cấp điện liên tục. Khi ngắt nguồn sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến nền kinh tế quốc dân, ảnh hưởng đến chính trị quốc phòng,…  Phụ tải loại 2: phụ tải loại này cũng phải yêu cầu cung cấp điện liên tục nhưng mức ảnh hưởng khi ngắt nguồn là không cao nhưng cũng thuộc dạng phụ tải quan trọng.  Phụ tải loại 3: phụ tải không bị ảnh hưởng nghiêm trọng khi bị cắt nguồn, không gây thiệt hại về kinh tế. Đối với những công trình xí nghiệp, cao ốc … ta nên đặt máy phát dự phòng. Vì theo tình hình thực tế hiện nay ta chỉ lấy được một nguồn từ lưới điện, tính liên tục chưa cao do đó ta cần có máy phát dự phòng. Chất lượng điện năng: Chất lượng điện năng được đánh giá bởi 2 đại lượng: tần số và điện áp.  Chỉ tiêu tần số do hệ thống điện quốc gia điều chỉnh.  Chỉ tiêu điện áp ở lưới điện trung áp và hạ áp cho phép dao động là Tính an toàn: Khi thiết kế cung cấp điện, tính an toàn luôn được đề cao, vì nó bảo đảm an toàn cho con người và thiết bị sử dụng. Tính kinh tế và linh hoạt: Khi thiết kế một mạng điện chiếu sáng và phân phối phải chú ý đến tính khả thi, nó quyết đinh cho vấn đề kinh tế vì một mạng điện khi thiết kế phải sử dụng hết khả năng tốt nhất của nó và có thể thay đổi do thiết bị truyền dẫn thay đổi do ý muốn của chủ đầu tư hoặc một sự sắp xếp lại dây chuyền sản xuất… Mạng điện ở những khu vực này phải được thiết kế phù hợp cho sự thay đổi ở trong phạm vi chấp nhận được. Do đó khi thiết kế mạng cung cấp phải có chỉ tiêu kinh tế hợp lý, phải đảm bảo được tính khả thi và tính linh hoạt của mạng điện. Chọn phương áp cung cấp điện cho Cao ốc chung cư Phú Thạnh 3 Đặc điểm của cao ốc: Cao ốc chung cư Phú Thạnh là cao ốc thương mại, dịch vụ, kinh doanh, café, bãi xe 2 bánh+ô tô, căn hộ cho thuê được chia ra làm 6 thành phần:  Khu thương mại, café, phòng họp, thẩm mỹ, giải khát + ăn nhẹ và các phòng kinh doanh được bố trí tầng 1.  Khu thương mại, khu thương mại-dịch vụ, ẩm thực+giải trí và các phòng kinh doanh được bố trí ở tầng 2.  Khu thương mại, khu café và các phòng kinh doanh được bố trí ở tầng 3.  Các căn hộ A, căn hộ B, căn hộ C, căn hộ D được bố trí từ tầng 4 đến tầng 14.  Khu café và phòng kĩ thuật ở tầng kĩ thuật.  Bãi xe và phòng kỹ thuật được bố trí ở tầng hầm Các hoạt động trong cao ốc diễn ra thường xuyên, nơi đây có nhiều hoạt động thương mại, kinh doanh, café, các hoạt động sinh hoạt trong các hộ cho thuê, do nhu cầu sử dụng điện trong cao ốc là rất cao, các điều kiện về an toàn, tiện lợi được quan tâm lớn. Một sự cố về điện có thể gây ra những thiệt hại không thể lường trước được. Vì nơi này thường tập trung nhiều người, nếu có một sự cố như hỏa hoạn thì thiệt hại về người là không thể tránh khỏi. Vì thế vấn đề an toàn cho cao ốc này được đặt lên hàng đầu, muốn có được an toàn thì cung cấp điện phải có độ tin cậy cao, thuận lợi cho thao tác vận hành, bảo trì, sữa chữa, … Lựa chọn phương án cung cấp điện cho Cao ốc chung cư Phú Thạnh: Dựa vào những yêu cầu thực tế và nhu cầu sử dụng điện năng. Vậy nên sơ đồ cung cấp điện cho Cao ốc chung cư Phú Thạnh ta chọn là sơ đồ hình tia có máy phát dự phòng. Trong sơ đồ hình tia, có đường dây đi ra từ cùng một thanh góp của trạm phân phối cung cấp điện trực tiếp tới từng hộ tiêu thụ, Các đường dây hoàn toàn độc lập với nhau và có hướng đi khác nhau so với nguồn cung cấp. Sơ đồ các đường dây hình tia được dùng cho cả đường dãy trên không lẫn đường dây cáp cao, hạ áp để cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ điện loại I và loại II và cung cấp trực tiếp tới các thiết bị dùng điện. Ưu điểm chính: -Các đường dây cung cấp độc lập với nhau, nên khi có sự cố đường dây này không ảnh hưởng đến sự làm việc của các đường dây khác. -Sơ đồ đi dây rõ ràng, dễ thi công lắp đặp, dễ quản lý vận hành, dễ phát hiện và xử lý sự cố. 4 -Dễ thực hiện các biện pháp bảo vệ và tự động hóa. -Những dao dộng phụ tải ngắn hạn (sụt áp khi khởi động công suất lớn khởi động)của đường dây này không ảnh hưởng tới sự làm việc của các hộ tiêu thụ của các đường dây khác… Nhược điểm: -Vốn đầu tư lớn, đắt tiền. -Tốn quỹ đất để làm hành lang tuyến dây. -Các đường dây dư thừa khả nang tải không hỗ trợ được cho các đường dây khác. -Muốn xây dựng tuyến mới xuất phát từ nguồn. Để nâng cao độ tin cậy cho các đường dây loại này phải dùng đường dây lộ kép hoặc xây dựng them các mạch lien hệ vòng (bình thường để hở mạch) và lắp đặt them các thiết bị tự dộng đóng dự phòng. Chương 3: Tính toán phụ tải 3. Khái niệm chung Phụ tải điện là một đặc trưng cho công suất tiêu thụ của các thiết bị điện hoặc các hộ tiêu thụ điện năng. Các đại lượng cơ bản Công suất định mức Pđm(KW):  Công suất định mức là công suất đầu ra của thiết bị, đối với đông cơ, công suất định mức chính là công suất trên trục động cơ. Công suất đặt Pđ(KW):  Công suất đặt là tổng công suất định mức của các thiết bị tiêu thụ điện trong mạng. Đây không phải là công suất thực cần được cung cấp.  Khái niệm về công suất đặt mang ý nghĩa qui ước, thường được dùng cho những người làm công tác thiết kế, thi công lắp đặt thiết bị quan tâm tới kích thước, tải trọng cơ khí và vị trí đặt của các thiết bị trên mặt bằng.