Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho tòa nhà chung cư hỗn hợp và nhà ở liền kề TP. Thanh Hóa" được thực hiện bởi nhóm sinh viên Vũ Công Minh và Lê Quang Duy, dưới sự hướng dẫn của TS. Đặng Việt Phúc tại Bộ môn Kỹ thuật điện, Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Giao thông Vận tải (năm 2022).
Lý do chọn đề tài xuất phát từ quá trình đô thị hóa và nhu cầu xây dựng các khu đô thị phức hợp đa năng ngày càng tăng. Các tòa nhà cao tầng hiện đại thường tích hợp khu dịch vụ, thương mại ở khối đế và căn hộ để ở phía trên, kết hợp với các dãy nhà ở liền kề phụ trợ. Đặc thù của tổ hợp công trình này là phụ tải điện phong phú, đa dạng, mật độ công suất tập trung cao trên một diện tích xây dựng giới hạn, không gian lắp đặt thiết bị kỹ thuật bị khống chế nghiêm ngặt bởi kiến trúc, đồng thời đòi hỏi tính liên tục cung cấp điện, độ an toàn và độ tin cậy vận hành rất cao.
Nhiệm vụ thiết kế của đồ án được triển khai tuần tự theo 5 bước kỹ thuật chính:
- Bước 1: Tính toán phụ tải điện (chiếu sáng, ổ cắm, điều hòa, thiết bị gia dụng và phụ tải động lực).
- Bước 2: Triển khai bản vẽ mặt bằng thiết kế điện.
- Bước 3: Lựa chọn thiết bị bảo vệ và dây dẫn điện.
- Bước 4: Thiết kế và vẽ sơ đồ cấp điện cho toàn bộ công trình.
- Bước 5: Tính toán hệ thống chống sét và nối đất an toàn.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu là công trình tổ hợp chung cư hỗn hợp và nhà ở liền kề tọa lạc tại Phường Đông Hải, Thành phố Thanh Hóa, Tỉnh Thanh Hóa. Vị trí ranh giới ô đất xây dựng cụ thể: phía Bắc giáp đường Đông Hương rộng 24 m; phía Nam giáp đường quy hoạch rộng 10,5 m; phía Đông giáp lô đất ký hiệu CC2; phía Tây giáp đường quy hoạch rộng 10,5 m. Khu đất có tổng diện tích mặt bằng là 4.918 m² với tổng diện tích sàn xây dựng là 30.350 m². Cơ cấu công trình bao gồm:
- Khối chung cư cao tầng (Lô_CT): Gồm 1 tầng hầm diện tích 1.834 m² (bãi đỗ xe và phòng kỹ thuật); tầng 1 diện tích 1.520 m² (dịch vụ, lớp mầm non, phòng sinh hoạt cộng đồng); tầng 2 diện tích 1.861 m² (khối căn hộ); tầng 3 đến tầng 20 diện tích 1.187 m²/tầng (khối căn hộ điển hình); tầng tum kỹ thuật 170 m² (kỹ thuật thang máy) và tầng mái 170 m². Tổng số căn hộ từ tầng 2 đến tầng 20 là 323 căn (mỗi tầng điển hình gồm 17 căn hộ thuộc 5 nhóm loại A, B, C, D, E).
- Khối nhà ở liền kề (Lô_LK): Gồm 11 căn nhà 4 tầng và 1 tum, trong đó nhà LK 1 có diện tích 80 m², các nhà từ LK 2 đến LK 10 có diện tích 59 m²/căn, nhà LK 11 có diện tích 72 m²; mặt bằng tầng 1 kết hợp kinh doanh thương mại và các tầng trên phục vụ sinh hoạt.
Cơ sở lý thuyết và tiêu chuẩn thiết kế
Đồ án căn cứ trên hệ thống quy chuẩn kỹ thuật quốc gia, tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn quốc tế trong thiết kế hệ thống cơ điện (MEP):
- Quy chuẩn và quy phạm kỹ thuật: QCVN 09:2017/BXD (Công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả); QCVN 12:2014/BXD (Hệ thống điện trong nhà ở và nhà công cộng); QCVN 06:2010/BXD (An toàn cháy cho nhà và công trình); Quy phạm trang bị điện 11 TCN-18÷21:2006.
- Tiêu chuẩn lắp đặt thiết bị và đường dẫn: TCVN 9206:2012 (Đặt thiết bị điện trong nhà ở và công trình công cộng); TCVN 9207:2012 (Đặt đường dẫn điện trong nhà ở và công trình công cộng); TCXD 27:1991; TCVN 7447 (Hệ thống lắp đặt điện của các tòa nhà); Tiêu chuẩn quốc tế IEC.
- Tiêu chuẩn chiếu sáng, cấp thoát nước và HVAC: TCVN 7114-1:2008 / ISO 8995-1:2002 (Ecgônômi - Chiếu sáng nơi làm việc trong nhà); TCXDVN 333:2005 (Chiếu sáng nhân tạo bên ngoài); TCXDVN 33:2006 (Cấp nước - Mạng lưới đường ống và công trình); TCVN 5687:2010 (Thông gió - Điều hòa không khí); BS 5588-4:1987 (Tiêu chuẩn Anh về kiểm soát khói bằng chênh áp).
- Tiêu chuẩn phòng cháy, chống sét và an toàn: TCVN 2622-1995 (Phòng cháy, chống cháy cho nhà và công trình); TCVN 9385:2012 (Chống sét cho các công trình xây dựng); TCVN 9888:2013 (Bảo vệ chống sét); NFC 17-102:2011 (Tiêu chuẩn chống sét phát tia tiên đạo sớm của Cộng hòa Pháp).
Phương pháp nghiên cứu và tính toán thực tế:
- Phương pháp tính toán phụ tải chiếu sáng theo suất phụ tải diện tích $P_0$ (W/m²), kết hợp kiểm tra quang thông yêu cầu nhằm thay thế đèn huỳnh quang/neon bằng đèn công nghệ LED tiết kiệm điện.
- Phương pháp tính toán ổ cắm theo suất phụ tải diện tích kết hợp hệ số sử dụng đồng thời $K_{sd} = 0,5 \div 0,8$.
- Phương pháp tính toán công suất căn hộ và nhóm căn hộ theo TCVN 9206:2012 sử dụng hệ số đồng thời $K_s$.
- Phương pháp thủy lực và khí động học để tính toán phụ tải động lực (bơm nước sinh hoạt, bơm nước thải, bơm chữa cháy, quạt hút khói hành lang, quạt thông gió hầm và quạt tăng áp buồng thang theo tiêu chuẩn chênh áp $20 \div 50\text{ Pa}$).
- Phương pháp so sánh kinh tế - kỹ thuật lựa chọn máy biến áp thông qua hàm chi phí quy đổi hàng năm $Z = (a_{vh} + a_{tc})K + \Delta A \cdot c \to \min$, với hệ số vận hành trạm $a_{vh} = 0,1$, hệ số thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn $a_{tc} = 0,2$ (thời gian thu hồi vốn $T_{tc} = 5\text{ năm}$), chi phí tổn thất điện năng $c = 1.555\text{ đ/kWh}$ và thời gian sử dụng công suất cực đại $T_{max} = 4.500\text{ h}$.
- Phương pháp mô phỏng số chiếu sáng không gian nội thất sử dụng phần mềm chuyên dụng Dialux evo.
Nội dung chính theo từng chương
Phần 1: Thiết kế hệ thống cung cấp điện
Chương 1: Giới thiệu tổng quan công trình
Chương này thiết lập các yêu cầu kỹ thuật nền tảng cho mạng lưới điện công trình:
- Độ tin cậy cấp điện: Phân cấp phụ tải thành 3 nhóm hộ tiêu thụ. Hộ loại 1 (phụ tải PCCC, chiếu sáng sự cố, thoát hiểm) yêu cầu nguồn cấp liên tục không gián đoạn; Hộ loại 2 (thang máy, bơm sinh hoạt, căn hộ, khu thương mại) cho phép mất điện ngắn hạn khi chuyển nguồn; Hộ loại 3 là các phụ tải phụ trợ thông thường.
- Chất lượng điện áp và tần số: Giữ điện áp dao động trong ngưỡng cho phép ở tần số định mức 50 Hz.
- An toàn kỹ thuật: Quy định điện trở nối đất làm việc cho tủ điện và trạm biến áp đạt $R_{nđ} \le 4\ \Omega$; điện trở hệ thống nối đất chống sét đạt $R_{nđ} \le 10\ \Omega$.
- Xác lập cơ cấu diện tích xây dựng chi tiết cho từng tầng khối chung cư và 11 căn nhà liền kề.
Chương 2: Tính toán phụ tải điện và phương án cung cấp điện
Nội dung chương tập trung xác định nhu cầu phụ tải điện của từng thành phần:
- Phụ tải khối căn hộ: Xác định cho 5 mẫu căn hộ điển hình từ tầng 2 đến tầng 20 gồm căn hộ A (diện tích 23 m² phòng khách bếp, công suất đặt 17,657 kW, hệ số đồng thời 0,5, công suất tính toán 8,829 kW); căn hộ B (công suất đặt 14,937 kW, $K_{đt} = 0,5$, $P_{tt} = 7,469\text{ kW}$); căn hộ C (công suất đặt 14,937 kW, $K_{đt} = 0,5$, $P_{tt} = 7,469\text{ kW}$); căn hộ D (công suất đặt 12,933 kW, $K_{đt} = 0,65$, $P_{tt} = 8,406\text{ kW}$); căn hộ E (công suất đặt 17,654 kW, $K_{đt} = 0,5$, $P_{tt} = 8,827\text{ kW}$).
- Phụ tải khối nhà liền kề: Tính toán riêng cho 3 nhóm mặt bằng gồm nhà LK 1 (công suất tính toán tầng 1 là 13,540 kW; tầng 2 là 7,260 kW; tầng 3 là 6,058 kW; tầng 4 và tum là 7,046 kW); nhà LK 2-10 (tầng 2 là 5,455 kW; tầng 3 là 6,798 kW; tầng 4 và tum là 7,768 kW); nhà LK 11 (tầng 1 là 13,189 kW; tầng 2 là 7,111 kW; tầng 3 là 6,778 kW; tầng 4 và tum là 7,651 kW).
- Phụ tải động lực:
- Thang máy: 3 thang Mitsubishi gồm 2 thang chở khách tải trọng 1.000 kg (công suất 11 kW/thang) và 1 thang chở hàng tải trọng 1.350 kg (công suất 15 kW).
- Trạm bơm: Nhu cầu dùng nước tính toán cho 1.336 người (323 căn hộ và 11 nhà liền kề, trung bình 4 người/hộ, tiêu chuẩn 200 L/người/ngày) kết hợp khối dịch vụ và tầng hầm đạt tổng nhu cầu 309,025 m³/ngày đêm; lựa chọn 2 máy bơm sinh hoạt trục đứng Model CM50-250A (380V, 22 kW, cột áp 89,7 m, lưu lượng $27 \div 78\text{ m³/h}$, 1 chạy 1 dự phòng); 2 bơm chìm nước thải Ebara 80 DF 53.7 (công suất 3,7 kW, lưu lượng $6 \div 69\text{ m³/h}$); 1 trạm xử lý nước thải công suất 11 kW; 1 bơm chữa cháy Ebara công suất 110 kW (cột áp 123 m, lưu lượng $410 \div 1.144\text{ m³/h}$).
- Hệ thống thông gió, tăng áp và hút khói: Quạt ly tâm hút khói tầng hầm DWCP-6-NOL (lưu lượng 52.000 m³/h, áp suất 820 Pa, 22 kW); quạt tăng áp buồng thang bộ CEP-3.1-840D (lưu lượng $36.000 \div 45.000\text{ m³/h}$, áp suất $500 \div 350\text{ Pa}$, 15 kW); quạt tăng áp giếng thang máy CEP-3.1-685D (lưu lượng $14.000 \div 24.000\text{ m³/h}$, áp suất $350 \div 200\text{ Pa}$, 5,5 kW); quạt hút khói hành lang CEP-3.1-760D (lưu lượng $24.000 \div 30.000\text{ m³/h}$, áp suất $500 \div 350\text{ Pa}$, 7,5 kW).
- Tổng hợp phụ tải toàn công trình: Tổng công suất đặt tính toán $P_{đ} = 1.273,154\text{ kW}$; tổng công suất tác dụng tính toán $P_{tt} = 1.273,154\text{ kW}$ với hệ số công suất tự nhiên $\cos\varphi = 0,9$; công suất phản kháng $Q_{tt} = 616,58\text{ kVAR}$; công suất biểu kiến tính toán $S_{tt} = 1.415,4\text{ kVA}$. Dự phòng phát triển 10% ($S_{dp} = 141,239\text{ kVA}$), đưa tổng công suất biểu kiến yêu cầu của công trình lên $S = 1.556,6\text{ kVA}$.
Chương 3: Thiết kế trạm biến áp phân phối
- So sánh phương án cấp nguồn: Đặt ra 2 phương án gồm Phương án 1 (sử dụng 1 máy biến áp 1.600 kVA cấp toàn bộ công trình) và Phương án 2 (sử dụng 2 máy biến áp 800 kVA, tách riêng khối căn hộ và khối kỹ thuật/công cộng/liền kề). Tính toán chi phí quy đổi hằng năm chứng minh phương án 1 máy biến áp 1.600 kVA tối ưu về mặt kinh tế và giảm thiểu tổn hao vận hành.
- Lựa chọn máy biến áp và kết cấu trạm: Sử dụng máy biến áp dầu 3 pha 22/0,4 kV dung lượng 1.600 kVA đặt ngoài trời theo kết cấu trạm cột (trạm bệt) nhằm tối ưu chi phí đầu tư và thuận tiện thông gió làm mát tự nhiên.
- Nguồn điện dự phòng: Phụ tải ưu tiên có công suất tính toán $S_{tt.ut} = 212,4\text{ kVA}$; với hệ số an toàn 1,1, công suất yêu cầu là 233,6 kVA. Lựa chọn 1 máy phát điện Cummins 250 kVA (Model C275D5, công suất dự phòng 275 kVA, 230/400V, 50 Hz, 3 pha 4 dây, độ ồn 70 dB(A), tiêu hao nhiên liệu 53 L/h ở 100% tải, dung tích bình dầu 395 L).
- Bù công suất phản kháng: Để nâng hệ số công suất từ $\cos\varphi_1 = 0,9$ ($\tan\varphi_1 = 0,48$) lên $\cos\varphi_2 = 0,92$ ($\tan\varphi_2 = 0,42$) cho công suất tải $P = 1.273,8\text{ kW}$, công suất phản kháng cần bù là $Q_b = 76,428\text{ kVAR}$. Lựa chọn 2 bộ tụ bù Samwha 3 pha Model SMB-45050KT (415V, 50 Hz, dung lượng 50 kVAR/bộ, kích thước $120 \times 200 \times 345\text{ mm}$), tổng dung lượng bù đạt 100 kVAR, giảm lượng công suất phản kháng lưới xuống còn 516,9 kVAR.
Lựa chọn thiết bị hạ áp, dây dẫn, chống sét và nối đất
- Thiết bị bảo vệ và đóng cắt: Lựa chọn Aptomat dạng MCB/MCCB của Schneider; máy cắt không khí ACB hạ áp; máy biến dòng EMIC tỷ số biến dòng 3200/5A; hệ thống chuyển nguồn tự động ATS liên động với máy phát điện 250 kVA.
- Dây dẫn và trục dẫn: Trục đứng tòa nhà từ tủ phân phối chính lên các tủ điện tầng sử dụng hệ thống Busway; cáp nguồn hạ áp sử dụng cáp đồng cách điện XLPE/PVC của Cadisun (loại CXV, CVV) và cáp chống cháy Cu/FR cấp cho thiết bị PCCC.
- Hệ thống chống sét: Trang bị kim thu sét phát tia tiên đạo sớm INGESCO PDC lắp đặt trên đỉnh mái tòa nhà cao tầng để tạo bán kính bảo vệ bao trùm toàn bộ khối công trình cao tầng và phụ cận.
Phần 2: Ứng dụng phần mềm chiếu sáng Dialux trong thiết kế hệ thống cung cấp điện tòa nhà
Phần này trình bày nguyên lý mô phỏng và ứng dụng công cụ Dialux evo:
- Khởi tạo không gian kiến trúc 3D dựa trên bản vẽ mặt bằng CAD của căn hộ điển hình loại A (CHDH-A).
- Gán thông số vật liệu bề mặt (hệ số phản xạ tường, trần, sàn) và bố trí thử nghiệm các dòng đèn chiếu sáng LED của hãng Paragon: đèn Downlight 9W (nhiệt độ màu 3000K, cấp bảo vệ IP20), đèn Panel 20W (3000K, IP30), Panel 15W (3000K, IP20) và Panel 12W (3000K, IP20 Aluminum Alloy).
- Xuất kết quả phân bố độ rọi (Lux), độ đồng đều ánh sáng tại các khu vực chức năng (phòng khách, bếp, phòng ngủ 1, WC, lô gia) đối chiếu với chỉ tiêu kỹ thuật của TCVN 7114-1:2008.
Thiết kế và triển khai kỹ thuật
Sơ đồ nguyên lý và cấu trúc phân phối điện
Hệ thống điện nhận nguồn trung thế 22 kV ngầm từ lưới điện khu vực đi vào tủ trung thế đặt tại trạm biến áp cột phía ngoài tòa nhà. Nguồn điện qua máy biến áp ngâm dầu 1.600 kVA hạ áp xuống 380/220V cấp vào tủ phân phối tổng hạ thế (MSB).
Tại trạm đặt bộ chuyển mạch tự động ATS kết nối với máy phát điện diesel dự phòng Cummins 250 kVA. Khi có sự cố mất lưới, bộ ATS tự động khởi động máy phát để cấp điện cho hệ thống phụ tải ưu tiên gồm bơm cứu hỏa, quạt tăng áp buồng thang, quạt hút khói hành lang, chiếu sáng sự cố và thang máy thoát nạn.
Từ tủ MSB, nguồn điện được phân phối dọc tòa nhà qua hệ thanh dẫn Busway trục đứng đi trong hộp kỹ thuật điện xuyên suốt từ tầng 1 đến tầng 20. Tại mỗi tầng bố trí một tủ điện phân phối tầng (TĐ-T) đấu nối rẽ nhánh từ Busway. Từ tủ điện tầng, các tuyến cáp đồng cách điện bọc PVC/XLPE luồn máng cáp hành lang đi ngầm ống nhựa PVC chịu lực vào từng căn hộ (tủ TĐ-A đến TĐ-E) và các tủ kỹ thuật phòng. Mạch động lực cho máy bơm tầng hầm, quạt PCCC tầng mái và thang máy được cấp nguồn riêng bằng các đường cáp độc lập từ tủ phân phối chính.
Lưới trung áp 22 kV ---> Tủ trung thế ---> MBA 1600 kVA (22/0.4 kV) ---\
+---> Bộ ATS ---> Tủ phân phối tổng (MSB)
Nguồn dự phòng: Máy phát điện Cummins 250 kVA --------------------------/ |
+---> Hệ thống Busway trục đứng ---> Tủ điện các tầng 1 - 20 ---> Căn hộ
+---> Tủ động lực PCCC (Bơm cứu hỏa 110 kW, Quạt tăng áp, Hút khói)
+---> Tủ động lực sinh hoạt (Bơm nước 22 kW, Thang máy, Xử lý nước thải)
+---> Tuyến cáp cấp nguồn khối nhà ở liền kề 1 - 11
Tổng hợp danh mục thiết bị chính của công trình
| Hạng mục thiết bị |
Thông số kỹ thuật danh định |
Xuất xứ / Hãng chế tạo |
Chức năng trong hệ thống |
| Máy biến áp phân phối |
1.600 kVA, 22/0,4 kV, loại ngâm dầu, 3 pha 50 Hz |
Việt Nam |
Nguồn cấp điện chính toàn bộ công trình |
| Máy phát điện dự phòng |
250 kVA liên tục (275 kVA dự phòng), 230/400V, 50 Hz |
Cummins (Trung Quốc) |
Nguồn cấp tự động cho phụ tải ưu tiên qua ATS |
| Bộ tụ bù hạ thế |
2 bộ $\times$ 50 kVAR, 3 pha 415V - 50 Hz (SMB-45050KT) |
Samwha |
Nâng cao hệ số công suất từ 0,9 lên 0,92 |
| Bơm nước sinh hoạt |
22 kW, 380V, $H = 89,7\text{ m}$, $Q = 27 \div 78\text{ m³/h}$ (CM50-250A) |
Trục đứng |
Cấp nước sạch sinh hoạt khối chung cư và liền kề |
| Bơm nước chữa cháy |
110 kW, $H = 123\text{ m}$, $Q = 410 \div 1.144\text{ m³/h}$ |
Ebara |
Cấp nước hệ thống PCCC khi xảy ra hỏa hoạn |
| Bơm chìm nước thải |
3,7 kW, $Q = 6 \div 69\text{ m³/h}$ (80 DF 53.7) |
Ebara |
Bơm thoát nước thải từ hố thu tầng hầm |
| Quạt thông gió hút khói hầm |
22 kW, 380V, lưu lượng 52.000 m³/h, áp suất 820 Pa |
DWCP-6-NOL |
Hút khí thải và khói sự cố tầng hầm |
| Quạt tăng áp cầu thang bộ |
15 kW, 380V, $Q = 36.000 \div 45.000\text{ m³/h}$, $P = 500 \div 350\text{ Pa}$ |
CEP-3.1-840D |
Duy trì áp suất dương buồng thang thoát hiểm |
| Quạt tăng áp giếng thang |
5,5 kW, 380V, $Q = 14.000 \div 24.000\text{ m³/h}$, $P = 350 \div 200\text{ Pa}$ |
CEP-3.1-685D |
Ngăn khói xâm nhập giếng thang máy khi cháy |
| Quạt hút khói hành lang |
7,5 kW, 380V, $Q = 24.000 \div 30.000\text{ m³/h}$, $P = 500 \div 350\text{ Pa}$ |
CEP-3.1-760D |
Thải khói trục hành lang khi phát sinh cháy |
| Thang máy chở khách |
Tải trọng 1.000 kg, công suất động cơ 11 kW (2 bộ) |
Mitsubishi |
Vận chuyển cư dân khối cao tầng |
| Thang máy chở hàng |
Tải trọng 1.350 kg, công suất động cơ 15 kW (1 bộ) |
Mitsubishi |
Vận chuyển hàng hóa khối cao tầng |
| Thiết bị đóng cắt hạ thế |
ACB tổng, MCCB phân phối, MCB nhánh tép |
Schneider |
Bảo vệ quá tải và ngắn mạch hệ thống hạ áp |
| Trục dẫn điện chính |
Busway hạ thế chuyên dụng |
Chế tạo sẵn |
Dẫn dòng công suất lớn dọc trục kỹ thuật tòa nhà |
| Kim thu sét |
Bán kính bảo vệ lớn, loại phát tia tiên đạo sớm PDC |
INGESCO |
Chống sét đánh trực tiếp công trình |
Quy cách kiểm tra lắp đặt và tiêu chuẩn thi công
- Đường dây và cáp dẫn: Cáp pha sử dụng cáp CU/XLPE/PVC (loại CXV), cáp trung tính và nối đất CV. Tiết diện tối thiểu mạch chiếu sáng là 1,5 mm², mạch ổ cắm là 2,5 mm². Bán kính uốn cong khi lắp đặt cáp không được nhỏ hơn 10 lần đường kính ngoài của cáp. Cáp đi trong máng phải được bó theo tuyến và gắn thẻ thép không gỉ ghi tên tuyến ở hai đầu và dọc tuyến với khoảng cách không quá 10 m.
- Ống luồn dây: Sử dụng ống nhựa PVC cứng chịu va đập chống cháy, đường kính tối thiểu 20 mm, lắp chìm trong bê tông đường kính tối đa 32 mm. Khoảng cách giữa các hộp nối rẽ nhánh không vượt quá 15 m. Ống mềm chỉ áp dụng tại vị trí đấu nối thiết bị rung động.
- Cao độ lắp đặt thiết bị: Công tắc đèn và ổ cắm khu vệ sinh/khu bếp đặt ở cao độ 1,3 m so với sàn hoàn thiện; ổ cắm sinh hoạt thông thường đặt ở cao độ 0,4 m; tủ điện treo tường có đỉnh tủ cách sàn 1,6 m; tủ điện phân phối chính là dạng tủ đứng đặt trên nền sàn.
- Nối đất: Kiểm tra trị số điện trở nối đất an toàn tủ điện và máy biến áp không vượt quá 4 $\Omega$; hệ thống tiếp địa chống sét không vượt quá 10 $\Omega$.
Kết quả và đóng góp
Đồ án đã hoàn thành hồ sơ thiết kế kỹ thuật cung cấp điện hoàn chỉnh cho tổ hợp công trình với các kết quả cụ thể:
- Xác lập bảng tổng hợp phụ tải chi tiết: Toàn bộ công trình có công suất tác dụng tính toán $P_{tt} = 1.273,154\text{ kW}$, công suất phản kháng tự nhiên $Q_{tt} = 616,58\text{ kVAR}$, hệ số công suất $\cos\varphi = 0,9$, công suất biểu kiến yêu cầu tính cả 10% dự phòng là $S = 1.556,6\text{ kVA}$.
- Đưa ra giải pháp cấp nguồn khả thi: Lựa chọn 1 máy biến áp dầu 1.600 kVA 22/0,4 kV đặt trạm cột ngoài trời, đem lại hiệu quả kinh tế vượt trội so với phương án 2 máy biến áp 800 kVA. Hệ thống bù tự động 100 kVAR đảm bảo hệ số công suất đạt 0,92.
- Bảo đảm an toàn vận hành và PCCC: Lựa chọn máy phát điện Cummins 250 kVA tự động đóng điện qua bộ ATS cấp cho toàn bộ phụ tải PCCC (bơm chữa cháy 110 kW, hệ thống quạt tăng áp giếng thang và cầu thang từ 5,5 kW đến 15 kW, quạt hút khói 7,5 kW và 22 kW) cùng thang máy thoát nạn.
- Tiết kiệm năng lượng: Việc chuyển đổi toàn bộ nguồn sáng từ huỳnh quang/neon sang công nghệ LED Downlight 9W và đèn chùm/panel chuyên dụng giúp giảm hơn 50% công suất tiêu thụ điện chiếu sáng trong các căn hộ nhưng vẫn đảm bảo tiêu chuẩn độ rọi.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của đồ án:
- Phạm vi thiết kế đối với hệ thống điều hòa không khí của khối căn hộ và liền kề mới chỉ dừng lại ở bước tính toán công suất phụ tải và để đầu chờ nguồn điện mà chưa thiết kế chi tiết hệ thống đường ống ga, vị trí cục nóng cục lạnh chuyên sâu (HVAC).
- Nghiên cứu thực nghiệm mô phỏng chiếu sáng bằng phần mềm Dialux evo mới chỉ triển khai áp dụng chi tiết cho một mẫu căn hộ loại A, chưa bao quát toàn bộ các không gian chức năng phức tạp khác như sảnh thương mại, nhà trẻ, tầng hầm và chiếu sáng kiến trúc ngoài nhà.
- Trạm biến áp lựa chọn là loại máy ngâm dầu đặt ngoài trời, tuy có ưu thế về chi phí nhưng đòi hỏi quỹ đất hành lang an toàn và cảnh quan, trong khi xu hướng các đô thị hiện đại thường tích hợp trạm biến áp khô trong nhà.
Hướng phát triển:
- Mở rộng ứng dụng mô phỏng Dialux cho hệ thống chiếu sáng công cộng, khu dịch vụ tầng 1, chiếu sáng thoát nạn tầng hầm và chiếu sáng cảnh quan ngoại thất.
- Tích hợp thêm các giải pháp điều khiển thông minh và hệ thống quản lý năng lượng tòa nhà (BMS - Building Management System) để tự động hóa giám sát lưới điện, điều khiển chiếu sáng và tối ưu biểu đồ phụ tải theo thời gian thực.
Giá trị tham khảo
Đồ án là tài liệu tham khảo trực tiếp cho sinh viên các ngành Kỹ thuật điện, Hệ thống điện, Thiết bị điện, Hệ thống điện công nghiệp và kỹ thuật cơ điện công trình (MEP).
Các nội dung có giá trị tham khảo kỹ thuật cao bao gồm:
- Quy trình bóc tách và tính toán phụ tải cho tổ hợp công trình hỗn hợp cao tầng kết hợp nhà ở liền kề thấp tầng theo đúng tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành (TCVN 9206:2012).
- Phương pháp tính toán chi phí quy đổi hằng năm $Z$ để so sánh hiệu quả kinh tế - kỹ thuật giữa các phương án máy biến áp.
- Các công thức khí động học tính toán lưu lượng và áp suất quạt tăng áp buồng thang, quạt hút khói PCCC dựa trên tiêu chuẩn BS 5588 và TCVN 5687:2010.
- Tài liệu quy cách lựa chọn thiết bị hạ áp thực tế (Aptomat Schneider, Busway, tụ bù Samwha, máy phát Cummins, kim thu sét INGESCO).
Câu hỏi thường gặp
1. Tổng công suất tính toán và phương án lựa chọn máy biến áp của công trình là bao nhiêu?
Tổng công suất tác dụng tính toán của cả công trình là $P_{tt} = 1.273,154\text{ kW}$, hệ số công suất tự nhiên $\cos\varphi = 0,9$, công suất biểu kiến tính toán $S_{tt} = 1.415,4\text{ kVA}$. Sau khi cộng thêm 10% công suất dự phòng phát triển ($141,239\text{ kVA}$), tổng công suất yêu cầu là $S = 1.556,6\text{ kVA}$. Tác giả đã tính toán so sánh kinh tế và lựa chọn 1 máy biến áp dầu 3 pha 22/0,4 kV dung lượng định mức 1.600 kVA theo kết cấu trạm cột đặt ngoài nhà.
2. Tại sao tác giả chọn phương án 1 máy biến áp 1.600 kVA thay vì phương án 2 máy biến áp 800 kVA?
Tác giả đã tính toán hàm chi phí quy đổi hằng năm $Z = (a_{vh} + a_{tc})K + \Delta A \cdot c$ cho cả hai phương án dựa trên thông số vốn đầu tư mua máy biến áp, tổn thất điện năng $\Delta A$ trong một năm với thời gian sử dụng công suất lớn nhất $T_{max} = 4.500\text{ h}$ và giá điện $c = 1.555\text{ đ/kWh}$. Kết quả tính toán cho thấy phương án dùng 1 máy biến áp 1.600 kVA có tổng chi phí hằng năm nhỏ hơn và tổn thất điện năng thấp hơn, đồng thời giảm diện tích xây dựng trạm so với phương án dùng 2 máy biến áp 800 kVA.
3. Máy phát điện dự phòng có công suất bao nhiêu và phục vụ cho những phụ tải nào?
Máy phát điện được lựa chọn là loại máy phát Cummins Model C275D5 có công suất liên tục 250 kVA (công suất dự phòng 275 kVA), điện áp 230/400V, 3 pha 4 dây, độ ồn 70 dB(A), tiêu hao nhiên liệu 53 L/h. Máy phát này chỉ cấp điện cho nhóm phụ tải ưu tiên có tổng công suất tính toán $S_{tt.ut} = 212,4\text{ kVA}$ (nhân hệ số an toàn 1,1 thành 233,6 kVA) gồm hệ thống PCCC (bơm chữa cháy 110 kW, các quạt tăng áp và hút khói), hệ thống thoát nạn, thang máy và chiếu sáng công cộng sự cố thông qua tủ chuyển nguồn tự động ATS.
4. Giải pháp bù công suất phản kháng được triển khai như thế nào?
Trước khi bù, hệ thống có hệ số công suất $\cos\varphi_1 = 0,9$ ($\tan\varphi_1 = 0,48$). Để nâng hệ số công suất lên mức tối ưu kinh tế $\cos\varphi_2 = 0,92$ ($\tan\varphi_2 = 0,42$) cho mức phụ tải $P = 1.273,8\text{ kW}$, công suất phản kháng cần bù tính toán là $Q_b = 76,428\text{ kVAR}$. Tác giả lựa chọn lắp đặt 2 bộ tụ bù 3 pha Samwha Model SMB-45050KT (415V, 50 Hz, 50 kVAR/bộ), cung cấp tổng dung lượng bù thực tế 100 kVAR, đưa lượng công suất phản kháng lưới yêu cầu giảm xuống còn 516,9 kVAR.
5. Hệ thống chống sét và nối đất an toàn của tòa nhà tuân thủ các chỉ tiêu kỹ thuật nào?
Công trình sử dụng kim thu sét phát tia tiên đạo sớm INGESCO PDC lắp trên đỉnh mái để tạo vùng bán kính bảo vệ bao bọc toàn bộ tòa nhà. Về nối đất, hệ thống tuân thủ nghiêm ngặt hai tiêu chuẩn điện trở: nối đất làm việc và bảo vệ an toàn cho vỏ tủ điện, trạm biến áp có điện trở đất $R_{nđ} \le 4\ \Omega$; hệ thống nối đất chống sét có điện trở xung kích $R_{nđ} \le 10\ \Omega$.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Vũ Công Minh và Lê Quang Duy đã giải quyết trọn vẹn bài toán thiết kế kỹ thuật hệ thống cung cấp điện cho tổ hợp chung cư hỗn hợp 20 tầng và 11 căn nhà ở liền kề tại Phường Đông Hải, TP. Thanh Hóa. Bằng việc tuân thủ các quy chuẩn kỹ thuật xây dựng và điện lực hiện hành, đồ án đã đưa ra các phương án lựa chọn thiết bị hợp lý từ trạm biến áp 1.600 kVA, máy phát dự phòng 250 kVA, hệ thống Busway phân phối đến hệ thống phụ tải PCCC và chiếu sáng tiết kiệm năng lượng. Ngoài ra, việc ứng dụng phần mềm Dialux evo trong mô phỏng chiếu sáng đã hoàn thiện tính thực tiễn và độ chính xác kỹ thuật của toàn bộ hồ sơ thiết kế.
