Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh nền kinh tế phát triển và quá trình đô thị hóa diễn ra nhanh chóng, nhu cầu xây dựng các công trình nhà ở dân dụng chất lượng cao, đặc biệt là loại hình biệt thự cao tầng, ngày càng gia tăng. Hệ thống cung cấp điện cho các công trình này đóng vai trò quyết định tới mức độ tiện nghi, tính ổn định và sự an toàn trong sinh hoạt hàng ngày. Việc thiết kế điện không chỉ đơn thuần là phân phối công suất cho các thiết bị mà còn phải bảo đảm các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về phát nóng của khí cụ điện, khả năng chịu tải của đường dây, độ sụt áp, tổn thất điện năng và bảo vệ an toàn trước các hiện tượng quá tải, ngắn mạch hay sét đánh.

Đề tài "Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà biệt thự 5 tầng" được thực hiện trong khuôn khổ học phần Đồ án Thiết kế hệ thống cung cấp điện (Mã lớp học phần: EE6051.1) tại Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, dưới sự hướng dẫn của giảng viên Hoàng Mai Quyền.

Nhiệm vụ thiết kế của đồ án được xác định rõ qua 4 nhiệm vụ kỹ thuật và 3 yêu cầu bản vẽ:

  1. Xác định phụ tải tính toán của toàn bộ công trình và từng khu vực chức năng.
  2. Đề xuất các phương án cấp điện, tiến hành tính toán kỹ thuật và so sánh kinh tế - kỹ thuật để lựa chọn phương án tối ưu.
  3. Thiết lập sơ đồ nguyên lý cấp điện, tính chọn chi tiết các phần tử bảo vệ (Aptomat) và dây dẫn trong hệ thống.
  4. Tính toán, lựa chọn hệ thống chống sét và nối đất bảo vệ; thiết kế hệ thống bù công suất phản kháng.
  5. Thực hiện các bản vẽ kỹ thuật: Sơ đồ mặt bằng cấp điện, sơ đồ nguyên lý cấp điện, sơ đồ bố trí hệ thống nối đất và chống sét.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng: Hệ thống cung cấp điện hạ áp cho một căn biệt thự quy mô 5 tầng.
    • Tầng 1: Phòng trưng bày, phòng khách và hầm để xe.
    • Tầng 2: Phòng trưng bày, phòng ăn, phòng bếp và khu vệ sinh (WC).
    • Tầng 3: 02 phòng ngủ, phòng thay đồ (quần áo) và 02 phòng vệ sinh.
    • Tầng 4: 02 phòng ngủ, phòng thay đồ và 02 phòng vệ sinh.
    • Tầng 5: Phòng thờ, phòng khách, phòng làm việc, khu tiểu cảnh và phòng vệ sinh.
  • Phạm vi không gian và nguồn cấp: Nguồn điện nhận từ điểm đấu nối hạ áp $0{,}4\text{ kV}$ bên ngoài tòa nhà, dẫn vào phòng kỹ thuật tầng 1 thông qua tuyến cáp ngầm có chiều dài $100\text{ m}$.
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được giao ngày 08/10/2022 và hoàn thành ngày 05/01/2023.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và tiêu chuẩn áp dụng

Đồ án xây dựng nền tảng tính toán dựa trên các quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia của Việt Nam cùng các tài liệu chuyên ngành:

  • TCVN 6104-1:2015: Tiêu chuẩn quốc gia về hệ thống làm lạnh và bơm nhiệt - Yêu cầu về an toàn và môi trường, cung cấp định mức nhiệt lạnh $600\text{ BTU/m}^2$ cho không gian sinh hoạt và hiệu chỉnh thêm $4.000\text{ BTU}$ đối với phòng khách, phòng bếp có mật độ phát nhiệt cao.
  • QCVN 09:2013/BXD: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả, quy định hệ số đồng thời cho từng nhóm phụ tải sinh hoạt và độ rọi tiêu chuẩn ($E_v$) cho từng không gian chức năng.
  • TCVN 16:1996: Chiếu sáng nhân tạo trong công trình dân dụng, xác định phương pháp tính toán quang thông và số lượng bộ đèn chiếu sáng.
  • Sổ tay lựa chọn, tra cứu thiết bị điện từ $0{,}4\text{ kV}$ đến $500\text{ kV}$ (Ngô Hồng Quang, 2002): Cơ sở tra cứu thông số kỹ thuật, hệ số hiệu chỉnh môi trường và lắp đặt máng cáp.
  • Giáo trình Cung cấp điện (Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, 2011): Khung phương pháp luận tính toán tổn thất điện áp, tổn thất điện năng và lựa chọn mạng phân phối điện.

Phương pháp tính toán và thiết kế

  • Phương pháp xác định phụ tải tính toán: Kết hợp phương pháp tính theo công suất đặt kết hợp hệ số nhu cầu ($P_{\text{tt}} = K_{\text{nc}} \cdot \sum P_{\text{đ}}$), phương pháp công suất trung bình kết hợp hệ số cực đại ($K_{\text{max}}$), và phương pháp áp dụng hệ số đồng thời ($K_{\text{đt}}$) theo từng nhóm nhánh phụ tải.
  • Phương pháp tính toán quang thông: Xác định số lượng đèn dựa trên diện tích mặt bằng, suất tiêu hao quang thông trên đơn vị diện tích và chỉ tiêu độ rọi tiêu chuẩn ($1\text{ Lux} = 1\text{ lm/m}^2$).
  • Phương pháp lựa chọn dây dẫn và cáp điện: Tính toán dòng điện làm việc cực đại ($I_{\text{tt}}$), hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường ($k_1$) và số lượng dây đi chung máng ($k_2$), sau đó kiểm tra điều kiện phát nóng ($I_{\text{cp}} \ge I_{\text{tt}} / (k_1 k_2)$), kiểm tra độ sụt áp bình thường và chế độ sự cố ($\Delta U_{\text{max}} \le \Delta U_{\text{cp}}$), và tính toán tổn thất điện năng hàng năm ($\Delta A$).
  • Phương pháp so sánh kinh tế - kỹ thuật: Đối chiếu hai cấu hình mạng điện (hình tia thuần túy và hỗn hợp) dựa trên tổng vốn đầu tư thiết bị - dây dẫn và mức tổn thất điện áp, tổn thất điện năng phát sinh trong quá trình vận hành.

Nguồn dữ liệu thực tế

Tác giả sử dụng thông số kỹ thuật thực tế từ các thương hiệu thiết bị trên thị trường: Catalogue đèn LED Downlight Rạng Đông; máy điều hòa không khí Casper; bếp điện Sunhouse; bình nước nóng Ariston; khí cụ đóng cắt bảo vệ của Siemens, NIVAL, Merlin Gerin; và cáp điện hạ áp của Công ty Cổ phần Cáp điện CADIVI.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống điện của biệt thự 5 tầng được thiết kế từ trạm đấu nối $0{,}4\text{ kV}$ về tủ phân phối chính (TPP) đặt tại tầng 1, sau đó tỏa đi các tủ điện tầng và các lộ phụ tải chuyên biệt.

Phân chia cấu trúc lộ phụ tải và thiết bị bảo vệ

Hệ thống tải tại từng tầng được bóc tách và phân nhóm theo 4 nhóm lộ tải độc lập:

  • Lộ chiếu sáng: Sử dụng toàn bộ hệ thống đèn LED âm trần Downlight Rạng Đông với các cấp công suất $12\text{ W}$, $18\text{ W}$, $24\text{ W}$.
  • Lộ điều hòa không khí: Phân bố các máy điều hòa cục bộ thương hiệu Casper công suất $1.000\text{ W}$ ($12.000\text{ BTU}$) và $1.500\text{ W}$ ($18.000\text{ BTU}$) cho từng phòng chuyên biệt.
  • Lộ bình nước nóng: Bố trí bình nóng lạnh Ariston $15\text{L}$ công suất $2{,}5\text{ kW}$ tại các phòng vệ sinh.
  • Lộ ổ cắm và thiết bị sinh hoạt: Cấp nguồn cho tivi, quạt trần, máy sấy, bàn là, cửa cuốn điện và thiết bị bếp từ Sunhouse $2{,}5\text{ kW}$.

Lựa chọn khí cụ đóng cắt và cáp dẫn

  • Đường cáp nguồn ngầm: Chọn cáp nhôm lõi thép bọc hoặc cáp xoắn $AC\text{-}35$ dài $100\text{ m}$ đi từ điểm đấu điện về TPP tầng 1, thỏa mãn dòng phát nóng cho phép ngoài trời $175\text{ A}$.
  • Dây dẫn phân phối nội bộ: Sử dụng dây đồng bọc nhựa PVC loại $CV\text{-}1{,}5$, $CV\text{-}2{,}5$, và $CV\text{-}11$ do CADIVI chế tạo.
  • Khí cụ bảo vệ (Aptomat): Lựa chọn Aptomat tép (MCB) 2 cực và 3 cực của Siemens (dòng 5SQ2, 3RV), NIVAL (dòng JMM2) và Merlin Gerin (dòng C32N, C60N) có dòng cắt ngắn mạch định mức từ $3\text{ kA}$ đến $6\text{ kA}$.

Hệ thống tiếp địa và chống sét

  • Hệ thống nối đất bảo vệ: Thiết lập mạng nối đất an toàn vỏ thiết bị nhằm triệt tiêu điện áp chạm nguy hiểm khi xảy ra sự cố chạm vỏ.
  • Hệ thống chống sét: Lắp đặt kim thu sét gắn tại vị trí cao nhất trên mái tầng 5, kết hợp hệ thống dây dẫn sét bằng cáp đồng thoát sét nối trực tiếp xuống bãi cọc tiếp địa chuyên dụng và tích hợp thiết bị chống sét lan truyền (SPD) trên đường nguồn tổng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan và xác định phụ tải tính toán

Chương này tổng kết lý thuyết về phụ tải tính toán và triển khai xác định công suất cho từng không gian trong ngôi nhà dựa trên hệ số đồng thời của từng nhóm thiết bị:

Nhánh phụ tải Hệ số đồng thời ($K_{\text{đt}}$)
Chiếu sáng 0,9
Ổ cắm sinh hoạt 0,4
Hệ thống điều hòa không khí, thông gió 0,9
Hệ thống cung cấp nước nóng 0,9
Các trung tâm tiêu thụ điện lớn khác 0,9
Toàn công trình 0,8

Bảng: Hệ số đồng thời lớn nhất theo các nhánh phụ tải (theo QCVN 09:2013/BXD)

Kết quả tính toán phụ tải các tầng:

  • Tầng 1: Phòng khách ($25\text{ m}^2$) lắp 6 đèn LED $12\text{ W}$ ($300\text{ lx}$), 1 điều hòa Casper $18.000\text{ BTU}$ ($1.500\text{ W}$); hầm xe ($28\text{ m}^2$) lắp 3 đèn LED $12\text{ W}$ ($100\text{ lx}$); thiết bị ổ cắm tổng $310\text{ W}$ (tivi, quạt trần, loa, cửa điện). Tổng công suất tính toán $P_{\text{tt1}} = 1{,}993\text{ kW}$.
  • Tầng 2: Sân chơi/trưng bày ($25\text{ m}^2$, 6 đèn $12\text{ W}$), phòng bếp ($18\text{ m}^2$, 4 đèn $24\text{ W}$, điều hòa $12.000\text{ BTU}$ $1.000\text{ W}$, bếp từ Sunhouse $2{,}5\text{ kW}$), phòng ăn ($34\text{ m}^2$, 8 đèn $24\text{ W}$), phòng WC ($8\text{ m}^2$, 1 đèn $12\text{ W}$, bình nóng lạnh $2{,}5\text{ kW}$), thiết bị ổ cắm $265\text{ W}$. Tổng công suất tính toán $P_{\text{tt2}} = 4{,}58\text{ kW}$.
  • Tầng 3: 02 phòng ngủ (PN1 $25\text{ m}^2$ dùng 4 đèn $12\text{ W}$, điều hòa $18.000\text{ BTU}$; PN2 $18\text{ m}^2$ dùng 2 đèn $12\text{ W}$, điều hòa $12.000\text{ BTU}$), phòng quần áo ($15\text{ m}^2$, 2 đèn $18\text{ W}$), 02 WC (mỗi phòng 1 đèn $12\text{ W}$ và 1 bình nóng lạnh $2{,}5\text{ kW}$), phụ tải ổ cắm sinh hoạt $4.000\text{ W}$. Tổng công suất tính toán $P_{\text{tt3}} = 6{,}77\text{ kW}$.
  • Tầng 4: Cơ cấu mặt bằng và công năng tương đương tầng 3, cho công suất tính toán $P_{\text{tt4}} = 6{,}77\text{ kW}$.
  • Tầng 5: Phòng khách ($25\text{ m}^2$, 6 đèn $12\text{ W}$, điều hòa $18.000\text{ BTU}$), phòng làm việc ($18\text{ m}^2$, 4 đèn $24\text{ W}$, điều hòa $12.000\text{ BTU}$), phòng thờ ($27\text{ m}^2$, 6 đèn $12\text{ W}$), tiểu cảnh ($10\text{ m}^2$, 2 đèn $12\text{ W}$), phòng WC ($8\text{ m}^2$, 1 đèn $12\text{ W}$, 1 bình nóng lạnh $2{,}5\text{ kW}$), phụ tải ổ cắm $500\text{ W}$. Tổng công suất tính toán $P_{\text{tt5}} = 4{,}20\text{ kW}$.

Tổng hợp phụ tải toàn bộ ngôi biệt thự:

  • Công suất tác dụng tính toán tổng: $P_{\text{tt}} = 24{,}64\text{ kW}$ (hoặc $24{,}643\text{ kW}$).
  • Công suất phản kháng tính toán: $Q_{\text{tt}} = 15{,}25\text{ kVAr}$.
  • Công suất biểu kiến toàn phần: $S_{\text{tt}} = 29{,}00\text{ kVA}$.
  • Dòng điện tính toán tổng: $I_{\text{tt}} = 41{,}85\text{ A}$.

Chương 2: Đề xuất các phương án và lựa chọn phương án cấp điện

Chương này phân tích ưu - nhược điểm của 3 dạng sơ đồ mạng điện phân xưởng cơ bản (hình tia, phân nhánh, hỗn hợp), từ đó xây dựng 2 phương án cấp điện cụ thể cho tòa nhà:

  • Phương án 1 (Sơ đồ hình tia hoàn toàn): Từ tủ phân phối TPP tầng 1 kéo các tuyến cáp riêng biệt đến từng tủ tầng 2, tầng 3, tầng 4, tầng 5.
  • Phương án 2 (Sơ đồ hỗn hợp): Từ TPP tầng 1 chia thành 3 lộ cấp chính: Lộ 1 cấp cho tầng 1, Lộ 2 cấp cho tầng 2, và Lộ 3 cấp cho cụm tầng 3 + 4 + 5 ($P_{\text{tt2345}} = 17{,}74\text{ kW}$, $S_{\text{tt}} = 20{,}86\text{ kVA}$, $Q_{\text{tt}} = 10{,}98\text{ kVAr}$), sau đó từ tủ cụm phân phối tiếp lên tầng 4 và tầng 5.

So sánh kỹ thuật - kinh tế giữa hai phương án:

Tiêu chí đánh giá Phương án 1 (Hình tia) Phương án 2 (Hỗn hợp) Đánh giá so sánh
Tổng tổn thất điện áp ($\Delta U$) $6{,}526\text{ V}$ $5{,}223\text{ V}$ Phương án 2 giảm sụt áp $1{,}303\text{ V}$
Tổn thất điện năng 1 năm ($\Delta A$) $540{,}7\text{ kWh}$ $492{,}6\text{ kWh}$ Phương án 2 tiết kiệm $48{,}1\text{ kWh/năm}$
Khối lượng và chi phí cáp Lượng cáp kéo dài, chi phí cao hơn Tiết kiệm chiều dài trục đứng, chi phí thấp hơn Phương án 2 tối ưu hơn về mặt kinh tế

Bảng: Bảng so sánh tổn hao giữa Phương án 1 và Phương án 2

Tác giả quyết định lựa chọn Phương án 2 làm phương án thiết kế chính thức.

Chương 3: Thiết lập sơ đồ cấp điện và lựa chọn các phần tử trong sơ đồ

Chương này thực hiện chọn mã hiệu khí cụ đóng cắt bảo vệ (Aptomat) và tiết diện dây dẫn chi tiết cho từng nhánh tải dựa trên tiêu chuẩn phát nóng và điện áp định mức:

Vị trí bảo vệ Mã hiệu Aptomat Hãng sản xuất Số cực $U_{\text{đm}}$ (V) $I_{\text{đm}}$ (A) $I_{\text{N}}$ (kA)
Nhóm phụ tải tầng 1 5SQ2 260-0KA16 Siemens 2 240 10 3
Nhóm phụ tải tầng 2 5SQ2 260-0KA16 Siemens 2 240 10 3
Nhóm phụ tải tầng 3, 4 3RV 1041-4JA10 Siemens 2 240 40 5
Nhóm phụ tải tầng 5 5SQ2 260-0KA20 Siemens 2 240 15 5
Điều hòa 1.000W & 1.500W 5SQ2 260-0KA10 Siemens 2 230 10 3
Bình nước nóng 2,5kW 5SQ2 260-0KA10 Siemens 2 230 10 3
Tổng tầng 1 JMM2/C10 NIVAL 2 240 10 3
Tổng tầng 2 JMM2/C16 NIVAL 2 240 16 5
Tổng tầng 3, 4 JMM2/C32 NIVAL 2 240 32 5
Tổng tầng 5 JMM2/C16 NIVAL 2 240 16 5
Tổng cụm tầng 3, 4, 5 C32N Merlin Gerin 3 440 32 6
Tổng toàn bộ ngôi nhà C60N Merlin Gerin 3 440 63 6

Bảng: Bảng tổng hợp lựa chọn các thiết bị Aptomat trong công trình

Về tính chọn dây dẫn nội bộ từ tủ phân phối tới thiết bị:

  • Tuyến từ điểm đấu nối vào TPP ($100\text{ m}$): Cáp $AC\text{-}35$.
  • Tuyến trục chính TPP lên cụm tầng 3-4-5 ($6\text{ m}$): Dây $CV\text{-}11$ ($I_{\text{cp}} = 79\text{ A}$).
  • Tuyến cấp tủ tầng 3, tầng 4 ($3\text{ m}$): Dây $CV\text{-}2{,}5$ ($I_{\text{cp}} = 36\text{ A}$).
  • Tuyến cấp tủ tầng 2, tầng 5 ($3\text{ m} - 6\text{ m}$): Dây $CV\text{-}1{,}5$ ($I_{\text{cp}} = 23\text{ A}$).
  • Nhánh cấp đèn chiếu sáng: Dây mềm bọc PVC $1\text{ mm}^2$ ($I_{\text{cp}} = 6\text{ A}$).
  • Nhánh cấp điều hòa, bình nước nóng, ổ cắm: Dây mềm bọc PVC $1{,}5\text{ mm}^2$ - $2{,}5\text{ mm}^2$ ($I_{\text{cp}} = 9\text{ A} - 15\text{ A}$).

Chương 4: Tính toán và lựa chọn hệ thống chống sét nối đất

Nội dung chương trình bày giải pháp bảo vệ an toàn điện và công trình:

  • Hệ thống nối đất: Trình bày hai kiểu nối đất cơ bản; phân tích mức độ nguy hiểm của hiện tượng chạm đất ở vỏ thiết bị; tính toán hệ thống nối đất an toàn và nối đất chống sét kết hợp hệ thống liên kết đẳng thế.
  • Tính toán chống sét: Lựa chọn kim thu sét lắp trên mái nhà, tính chọn tiết diện cáp dẫn sét thoát dòng sét xuống tổ cọc tiếp địa, và lựa chọn thiết bị cắt lọc sét (chống sét lan truyền) bảo vệ mạng hạ áp trước các xung sét lan truyền từ đường nguồn.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật chính

  • Xác định được toàn diện phụ tải tiêu thụ điện cho 5 tầng biệt thự với tổng công suất tác dụng $P_{\text{tt}} = 24{,}64\text{ kW}$, công suất biểu kiến $S_{\text{tt}} = 29\text{ kVA}$, dòng điện tính toán tổng $I_{\text{tt}} = 41{,}85\text{ A}$.
  • Chứng minh tính ưu việt của phương án cấp điện hỗn hợp (Phương án 2) so với phương án hình tia đơn thuần (Phương án 1): Giảm độ sụt áp từ $6{,}526\text{ V}$ xuống $5{,}223\text{ V}$ và tiết kiệm tổn thất điện năng từ $540{,}7\text{ kWh/năm}$ xuống còn $492{,}6\text{ kWh/năm}$.
  • Hoàn thiện bảng danh mục và khối lượng dự toán thiết bị chính cho toàn công trình:
STT Tên thiết bị Hãng sản xuất Đơn vị Số lượng Đơn giá (VNĐ) Thành tiền (VNĐ)
1 LED âm trần Downlight 12W Rạng Đông Bộ 45 30.000 1.350.000
2 LED âm trần Downlight 18W Rạng Đông Bộ 4 50.000 200.000
3 LED âm trần Downlight 24W Rạng Đông Bộ 16 80.000 1.280.000
4 Cáp nguồn chính AC-25/AC-35 CADIVI Mét 100 20.000 2.000.000
5 Dây dẫn CV-1,5 CADIVI Mét 9 5.550 49.950
6 Dây dẫn CV-11 CADIVI Mét 6 40.000 240.000
7 Dây dẫn CV-2,5 CADIVI Mét 3 9.050 27.150
8 Aptomat 5SQ2 260-0KA16 Siemens Cái 7 25.000 112.200
9 Aptomat 3RV 1041-4JA10 Siemens Cái 2 20.000 40.000
10 Aptomat 5SQ2 260-0KA20 Siemens Cái 1 30.000 30.000
11 Aptomat 5SQ2 260-0KA10 Siemens Cái 4 20.000 80.000
12 Aptomat JMM2/C10 NIVAL Cái 3 15.000 45.000
13 Aptomat JMM2/C32 NIVAL Cái 3 35.000 105.000

Bảng: Trích bảng danh mục và bảng giá thiết bị đã chọn trong đồ án

Đóng góp thực tiễn của đồ án

  • Cung cấp giải pháp thiết kế điện hoàn chỉnh cho mô hình nhà ở biệt thự nhiều tầng kết hợp đa dạng không gian chức năng (trưng bày, sinh hoạt, làm việc, thờ cúng).
  • Quy trình tính chọn bám sát thực tế thị trường vật tư thiết bị điện tại Việt Nam, bảo đảm tính khả thi cao khi đưa vào thi công lắp đặt thực tế.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Kiểm tra ngắn mạch: Do công trình căn hộ được giả định nằm cách xa trạm biến áp phân phối nên tác giả đã bỏ qua bước tính toán dòng ngắn mạch chi tiết để kiểm tra độ bền nhiệt và khả năng cắt của khí cụ điện, mà chỉ lựa chọn theo điều kiện dòng cắt định mức catalog ($3\text{ kA} - 6\text{ kA}$).
  • Bù công suất phản kháng: Trong phần nhiệm vụ có nêu yêu cầu thiết kế hệ thống bù công suất phản kháng, tuy nhiên trong phần thuyết minh chi tiết chưa trình bày sâu phần tính chọn dung lượng tụ bù do phụ tải sinh hoạt có hệ số công suất tương đối cao và công suất biểu kiến nhỏ ($29\text{ kVA}$).
  • Hệ thống tự động hóa tòa nhà: Đồ án tập trung vào mạng điện truyền thống, chưa tích hợp các giải pháp điều khiển chiếu sáng thông minh (Smart Lighting) hay hệ thống quản lý năng lượng thông minh (BMS/Home Automation).

Giá trị tham khảo

Tài liệu là nguồn tham khảo hữu ích cho sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Điện, Hệ thống Điện, Thiết bị Điện và Kỹ sư Cơ Điện (M&E) công trình:

  • Phương pháp bóc tách phụ tải dân dụng: Hướng dẫn chi tiết từng bước tính chọn công suất chiếu sáng theo quang thông Lumens/Lux và công suất lạnh theo diện tích và công năng phòng.
  • Mô hình so sánh kinh tế - kỹ thuật đường dây: Phương pháp tính toán cụ thể tổn thất điện áp $\Delta U$ và tổn thất điện năng $\Delta A$ cho các nhánh tải trục đứng.
  • Kỹ năng tra cứu catalog thiết bị: Cung cấp cách thức phối hợp thông số kỹ thuật giữa dây dẫn, thiết bị đóng cắt MCB và phụ tải tiêu thụ thực tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đồ án lựa chọn phương án cấp điện hỗn hợp (Phương án 2) thay vì phương án hình tia (Phương án 1)?

Qua tính toán kỹ thuật và đối chiếu kinh tế, Phương án 2 cho thấy ưu điểm vượt trội: Tổng tổn thất điện áp toàn hệ thống là $5{,}223\text{ V}$ (thấp hơn $6{,}526\text{ V}$ của Phương án 1); tổn thất điện năng trong 1 năm là $492{,}6\text{ kWh}$ (tiết kiệm hơn $540{,}7\text{ kWh}$ của Phương án 1); đồng thời tiết kiệm đáng kể khối lượng dây dẫn trục đứng kéo từ tầng 1 lên các tầng cao.

2. Công suất lạnh của điều hòa cho phòng khách tầng 1 được tính toán như thế nào?

Theo tiêu chuẩn TCVN 6104-1:2015, $1\text{ m}^2$ diện tích cần $600\text{ BTU}$ nhiệt lạnh. Phòng khách tầng 1 có diện tích $25\text{ m}^2$, do là không gian tập trung đông người nên được cộng thêm lượng nhiệt bù $4.000\text{ BTU}$. Tổng công suất lạnh yêu cầu là: $25 \times 600 + 4.000 = 19.000\text{ BTU}$. Từ đó, tác giả chọn điều hòa Casper $18.000\text{ BTU}$ model SC-18TL32 có công suất tiêu thụ điện là $1.500\text{ W}$.

3. Tiêu chuẩn chiếu sáng nào được áp dụng và phòng khách tầng 1 cần bao nhiêu bộ đèn LED?

Tác giả áp dụng QCVN 09:2013/BXD với độ rọi yêu cầu cho phòng khách là $300\text{ lx}$ và phương pháp tính theo TCVN 16:1996. Với diện tích $25\text{ m}^2$, tổng lượng quang thông yêu cầu là $7.500\text{ lm}$. Khi sử dụng đèn LED âm trần Downlight Rạng Đông công suất $12\text{ W}$, số lượng đèn được tính toán và lựa chọn lắp đặt là 6 bộ đèn.

4. Aptomat tổng bảo vệ cho toàn bộ ngôi biệt thự được chọn là loại nào?

Aptomat tổng đặt tại tủ phân phối chính bảo vệ cho toàn bộ ngôi nhà được chọn là loại C60N do hãng Merlin Gerin (Pháp) chế tạo. Thiết bị có các thông số kỹ thuật: Loại 3 cực, điện áp định mức $U_{\text{đm}} = 440\text{ V}$, dòng điện định mức $I_{\text{đm}} = 63\text{ A}$ (lớn hơn dòng điện tính toán toàn nhà $I_{\text{tt}} = 41{,}85\text{ A}$) và dòng cắt ngắn mạch định mức $I_{\text{N}} = 6\text{ kA}$.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà biệt thự 5 tầng" của nhóm sinh viên Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đã hoàn thành đầy đủ các nội dung tính toán kỹ thuật từ xác định phụ tải, thiết kế mạng lưới cấp điện đến tính chọn dây dẫn, khí cụ bảo vệ và hệ thống tiếp địa chống sét. Bằng việc áp dụng các tiêu chuẩn quốc gia hiện hành và số liệu thiết bị thực tế, công trình đã xây dựng thành công phương án phân phối điện hỗn hợp tối ưu cả về độ tin cậy vận hành lẫn hiệu quả kinh tế. Bản thuyết minh là tài liệu học thuật có cấu trúc mạch lạc, chuẩn xác và mang giá trị ứng dụng cao cho công tác thiết kế hệ thống cơ điện công trình dân dụng.