Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong bối cảnh đô thị hóa và phát triển kinh tế, nhu cầu xây dựng các tổ hợp chung cư cao tầng, trung tâm thương mại và khu phức hợp dịch vụ ngày càng gia tăng tại các đô thị lớn. Cùng với sự phát triển của công trình kiến trúc, hệ thống cung cấp điện đóng vai trò huyết mạch, đảm bảo điều kiện vận hành an toàn, liên tục và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng. Việc tính toán, thiết kế hệ thống cung cấp điện cho các công trình cao tầng đòi hỏi sự kết hợp đồng bộ giữa mạng động lực, trạm biến áp, nguồn dự phòng, mạng lưới phân phối hạ thế, hệ thống chiếu sáng, nối đất an toàn và chống sét công trình.

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho tòa nhà" của sinh viên Thái Thành Danh (ngành Công nghệ kỹ thuật Điện – Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Quyền Huy Ánh) tập trung giải quyết bài toán thiết kế kỹ thuật cung cấp điện toàn diện cho công trình thực tế là Tòa nhà Chung cư Eco Dream.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống cung cấp điện trung áp, trạm biến áp, máy phát điện dự phòng, mạng phân phối hạ áp, hệ thống chiếu sáng, chống sét và tiếp địa cho tòa nhà cao tầng.
  • Phạm vi công trình: Dự án "Tòa nhà Chung cư Eco Dream" tọa lạc tại lô đất TT6 thuộc khu đô thị Tây Nam Kim Giang. Quy mô công trình bao gồm:
    • 03 tầng hầm (tầng hầm 1, 2, 3): Bố trí khu kỹ thuật cơ điện và bãi đỗ xe, diện tích mỗi tầng là $2.136,\text{m}^2$.
    • 03 tầng khối đế thương mại (tầng 1, 2, 3): Khu dịch vụ thương mại và giải trí, diện tích mỗi tầng là $2.136,\text{m}^2$.
    • 24 tầng căn hộ cao cấp (tầng 4 đến tầng 27): Tổng diện tích sàn một tầng căn hộ là $1.700,4,\text{m}^2$. Mỗi tầng gồm 22 căn hộ thuộc 9 loại diện tích khác nhau (4 căn hộ loại A: $98,5,\text{m}^2$; 2 căn hộ loại B: $74,5,\text{m}^2$; 2 căn hộ loại C: $77,2,\text{m}^2$; 1 căn hộ loại D: $81,\text{m}^2$; 4 căn hộ loại E: $64,6,\text{m}^2$; 2 căn hộ loại F: $94,6,\text{m}^2$; 2 căn hộ loại G: $77,4,\text{m}^2$; 1 căn hộ loại H: $74,3,\text{m}^2$; 1 căn hộ loại K: $45,\text{m}^2$). Tổng quy mô toàn tòa nhà đạt gần 600 căn hộ.
    • Tầng mái: Bố trí các thiết bị kỹ thuật chuyên dụng gồm quạt hút khói hành lang, bồn nước sinh hoạt và cụm bơm tăng áp.

Mục tiêu nghiên cứu

  1. Tìm ra phương án cung cấp điện tối ưu cho tòa nhà nhằm sử dụng năng lượng điện hợp lý, nâng cao chất lượng dịch vụ vận hành.
  2. Tạo môi trường sinh hoạt, kinh doanh an toàn điện, giảm thiểu tổn thất điện năng và phòng ngừa các nguy cơ cháy nổ, sự cố mất an toàn.
  3. Củng cố lý thuyết kỹ thuật điện chuyên ngành và áp dụng vào công việc thiết kế hệ thống cơ điện thực tế.
  4. Tích lũy kinh nghiệm thiết kế thực tế dưới sự hướng dẫn chuyên môn.

Nhiệm vụ nghiên cứu

  1. Xác định phụ tải tính toán của tòa nhà.
  2. Tính chọn số lượng và công suất trạm biến áp ($15\text{--}22,\text{kV}/0,4,\text{kV}$).
  3. Tính chọn số lượng và công suất máy phát điện Diesel dự phòng.
  4. Lựa chọn dây dẫn và hệ thống thanh dẫn Busway cho các trục phân phối.
  5. Lựa chọn khí cụ đóng cắt và bảo vệ phía trung thế và hạ thế.
  6. Thiết kế hệ thống chiếu sáng cho căn hộ và khu vực công cộng.
  7. Thiết kế hệ thống nối đất an toàn và chống sét công trình.
  8. Lập bảng dự toán và bóc tách thiết bị sử dụng cho công trình.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế

Hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật áp dụng

Đồ án xây dựng các giải pháp thiết kế dựa trên hệ thống quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia (TCVN, TCXD) và quốc tế (IEC, BS, ANSI, NFC, NFPA):

  • Phụ tải và lắp đặt hạ áp: IEC 60364-2009, TCVN 7447-2010, TCVN 9206-2012, QCXDVN 01-2008/BXD, TCVN 5699-2007.
  • Trạm biến áp và máy phát điện: IEC 60076-2011, TCVN 8525-2010, TCVN 6306-1:2006, 11TCN-20-2006, TCVN 9729-2013, IEC 60034-2014, BS 5514-1-1996, ISO 3046-1-1995.
  • Bù công suất phản kháng: IEC 60831-2014, IEC 60255-2013, IEC 60068-2013.
  • Cáp điện và Busway: TCVN 9207-2012, IEC 60364-5-52-2012, TCVN 6610-2007, TCVN 5935-2013, IEC 60529-2013, IEC 61439-1-2011, IEC 61439-2-2011, IEC 6033-2002, ANSI UL 857-2009.
  • Khí cụ đóng cắt và tủ điện: TCVN 6592-2009 (IEC 60947:2009), TCVN 6434-2008 (IEC 60898:2002), TCVN 4255-2008, IEC 62271-2011, TCVN 8096-2010.
  • Đo lường điện năng: IEC 60044-2003, IEC 60051-2002, IEC 62052-2003, TCVN 7691-2007.
  • Chiếu sáng: TCXD 16-1996, TCVN 3743, TCVN 7114-2008, TCVN 4400-1987, IEC 62471-2006.
  • Tiếp địa và chống sét: TCVN 9358-2012, TCVN 7447-5-54-2005, TCN 68-174-2006, NFPA 780, NZS/AS 1768-1991, TCVN 4756:1989, NFC 17-102-1995, TCXDVN 9385:2012, IEC 61024-1-1:1993.

Phương pháp tính toán và thiết kế

  • Xác định phụ tải tính toán: Áp dụng phương pháp tính công suất theo hệ số nhu cầu và hệ số đồng thời: $$S_{tt} = k_s \sum_{i=1}^n \frac{k_{ui} \cdot P_i}{\cos\varphi_i}$$ Trong đó phân tách rõ công suất phụ tải động lực ($P_{ĐL}$) và phụ tải khối căn hộ ($P_{CH}$).
  • Chọn máy biến áp và máy phát điện: Lựa chọn dung lượng định mức máy biến áp thỏa mãn $S_T \ge S_{tt}$. Chọn công suất máy phát điện dự phòng đáp ứng phụ tải ưu tiên và thiết bị an toàn theo điều kiện $S_s \le S_G \le k% \cdot S_T$.
  • Bù công suất phản kháng: Tính dung lượng bù tập trung nâng cao hệ số công suất từ $\cos\varphi_1 = 0{,}8$ lên $\cos\varphi_2 = 0{,}93$: $$Q_{bù} = P_{tt} (\tan\varphi_1 - \tan\varphi_2)$$
  • Tính toán mạng phân phối: Chọn tiết diện dây dẫn và cáp theo điều kiện phát nóng kết hợp dòng điện định mức của thiết bị bảo vệ ($I_Z \ge I_n / k$) và kiểm tra theo độ sụt áp cho phép ($\Delta U$).
  • Thiết kế chiếu sáng: Sử dụng phương pháp hệ số sử dụng $\omega$ và chỉ số phòng $RI$, tính toán số lượng bộ đèn dựa trên độ rọi yêu cầu $E_{yc}$ của từng khu chức năng.
  • Tính toán hệ thống nối đất nhân tạo: Áp dụng công thức tính điện trở nối đất của cọc đơn ($r_c$), hệ thống cọc nối song song ($R_c$), cáp nối cọc ($R_t$) để đạt giá trị điện trở tổng hợp $R_{HT} \le R_{yc}$.
  • Tính toán chống sét: Ứng dụng công nghệ kim thu sét phóng điện sớm (ESE) theo tiêu chuẩn NFC 17-102, xác định bán kính bảo vệ $R_p$ theo cấp bảo vệ cấp 4 và độ lợi khoảng cách phát xạ sớm $\Delta L$.

Nguồn dữ liệu

Tài liệu ban đầu là bản vẽ kiến trúc tổng thể và chi tiết các tầng của Tòa nhà Eco Dream; các catalogue thông số kỹ thuật của nhà sản xuất thiết bị điện (Schneider Electric, THIBIDI, ThiPha Cable, Philips, EMIC, Kohler, Mikro, VietStar).

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

1. Cấu trúc cấp nguồn trung áp và trạm biến áp

  • Nguồn cấp trung thế: Nguồn điện được lấy từ tuyến dây nổi trung thế địa phương cấp điện áp $15\text{--}24,\text{kV}$. Đoạn cáp ngầm $3\text{C}\times 240,\text{mm}^2$ Cu/XLPE/PVC/DSTA/PVC ($24,\text{kV}$) luồn trong ống HDPE đi ngầm vào công trình, lên thang cáp tại tầng hầm 1 đấu nối vào tủ đóng cắt trung thế RMU Schneider RM6 NE-BIBI ($24,\text{kV}$, $630,\text{A}$, $20,\text{kA}$, cách điện khí $\text{SF}_6$, bảo vệ IP67).
  • Trạm biến áp phân phối: Lắp đặt 02 máy biến áp loại khô THIBIDI $1600,\text{kVA}$ ($22 \pm 2 \times 2{,}5% / 0{,}4,\text{kV}$, tổ đấu dây Dyn11, cấp cách điện F, làm mát bằng quạt cưỡng bức AF, tích hợp rơ le bảo vệ nhiệt độ và tín hiệu kết nối BMS) đặt tại phòng kỹ thuật tầng hầm 1:
    • Máy biến áp TX1 ($1600,\text{kVA}$): Cấp nguồn cho các căn hộ phía bên trái tòa nhà, tủ động lực cơ khí, hồ bơi tầng 1 và điều hòa không gian sinh hoạt cộng đồng.
    • Máy biến áp TX2 ($1600,\text{kVA}$): Cấp nguồn cho các căn hộ phía bên phải tòa nhà, hệ thống quạt thông gió và các trạm bơm nước.

2. Hệ thống nguồn điện dự phòng và tự động chuyển đổi nguồn (ATS)

  • Cấu hình máy phát: Lắp đặt 02 tổ máy phát điện Diesel Kohler dự phòng tại tầng hầm 1 và tầng mái:
    • Máy phát G1: Kohler 750REOZM công suất dự phòng $750,\text{kVA}$ ($600,\text{kW}$), sử dụng động cơ Mitsubishi, đầu phát Leroy Somer/Marathon.
    • Máy phát G2: Kohler KD110 công suất dự phòng $110,\text{kVA}$ ($88,\text{kW}$), sử dụng động cơ John Deere.
  • Cơ chế vận hành: Tự động kích hoạt qua tủ ATS khi mất nguồn lưới, cung cấp cho các tải an toàn: thang máy, quạt tăng áp, quạt hút khói sự cố, hệ thống bơm chữa cháy và chiếu sáng khẩn cấp. Phòng máy phát được xử lý cách âm đạt độ ồn dưới $75,\text{dB}$ ở khoảng cách 4m.

3. Hệ thống bù công suất phản kháng và trục phân phối hạ áp

  • Bù công suất phản kháng: Bù tập trung tại thanh cái của tủ điện chính (MSB) mỗi máy biến áp. Dung lượng bù mỗi trạm là $480,\text{kVAr}$, chia thành 12 bước tự động đóng cắt ($\text{mỗi bước } 40,\text{kVAr}$) sử dụng tụ khô Mikro MKC-405400KT và bộ điều khiển ứng động.
  • Hệ thống thanh dẫn Busway và cáp trục chính:
    • Tuyến nối từ máy biến áp đến tủ tổng MSB sử dụng thanh dẫn Busway Schneider $2500,\text{A}$ vỏ thép, thanh dẫn nhôm đúc, cách điện Epoxy, cấp bảo vệ IP54.
    • Trục đứng phân phối từ tầng hầm 1 lên tầng 14 dùng Busway $2000,\text{A}$; từ tầng 15 đến tầng 27 sử dụng bộ giảm tiếp điểm chuyển sang Busway $1000,\text{A}$.
    • Cáp hạ thế sử dụng cáp đồng cách điện XLPE/PVC (loại CXV 1 lõi $70\text{--}95,\text{mm}^2$, CV nhiều lõi của ThiPha Cable) và cáp chống cháy Cu/FR-PVC cho hệ thống quạt hút khói và bơm chữa cháy.

4. Hệ thống khí cụ đóng cắt, bảo vệ và đo lường

  • Tủ điện tổng MSB: Nhà sản xuất VietStar, dạng Form 3b, cấp bảo vệ IP54, dòng định mức thanh cái chính $7010,\text{A}$, dòng cắt ngắn mạch đỉnh $330,\text{kA}$.
  • Khí cụ đóng cắt:
    • Máy cắt không khí (ACB): Schneider MVS25H3MW6L kiểu kéo rút (Drawout) loại 3 cực, dòng định mức $2500,\text{A}$, dòng cắt ngắn mạch định mức $I_{cu} = 65,\text{kA}$, $I_{cs} = 100% I_{cu}$.
    • Aptomat khối (MCCB): Schneider dòng định mức từ $100,\text{A}$ đến $1250,\text{A}$, dòng cắt ngắn mạch $36\text{--}50,\text{kA}$.
    • Aptomat tép (MCB) và chống rò (RCBO): MCB Schneider Acti9 ($10\text{--}80,\text{A}$, $6\text{--}10,\text{kA}$); RCBO Easy9 EZ9D34620 ($20,\text{A}$, dòng cắt $4{,}5,\text{kA}$).
  • Đo lường: Đồng hồ kỹ thuật số đa năng Schneider METCOEM1250 (giao tiếp truyền thông RS485, cấp chính xác 0.5 cho điện năng/công suất), kết hợp biến dòng EMIC MCT $2500/5,\text{A}$ và công tơ 3 pha/1 pha EMIC.

5. Hệ thống chiếu sáng, tiếp địa và chống sét

  • Chiếu sáng: Sử dụng đèn LED downlight Philips CGD-LD 734G (công suất $13,\text{W}, 18,\text{W}, 36,\text{W}$, chỉ số $\text{CRI} > 70$) và đèn huỳnh quang Philips T5 TCH086 ($14,\text{W}, 28,\text{W}$, nhiệt độ màu $3000\text{--}6500,\text{K}$, $\text{CRI} = 80$).
  • Hệ thống chống sét: Trang bị 01 kim thu sét phát xạ sớm ESE gắn trên trụ đỡ cao 5m tại tầng mái. Cáp thoát sét đồng trần $2\times 70,\text{mm}^2$ đi trong ống uPVC kết hợp lưới cân bằng thế bằng thép D10 chờ tại sàn các tầng 17, 20, 23, 26 và tầng mái. Tủ tổng trang bị thiết bị cắt sét lan truyền sơ cấp (SPD type 1).
  • Hệ thống tiếp địa: Cọc tiếp địa thép bọc đồng ($\Phi 20,\text{mm}$, dài $2{,}4,\text{m}$), liên kết bằng hàn hóa nhiệt và cáp đồng trần $70,\text{mm}^2$ (chống sét, thông tin) và $120,\text{mm}^2$ (an toàn, trung tính biến áp). Hệ thống chống sét và an toàn được liên kết qua van cân bằng đẳng thế chịu dòng sét $100,\text{kA}$ (tự động kích hoạt khi điện áp chênh lệch quá $350,\text{V}$).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Mở đầu

Chương này nêu bối cảnh thực tế về sự phát triển kinh tế và nhu cầu cấp thiết trong thiết kế hệ thống điện tòa nhà cao tầng. Tác giả trình bày chi tiết quy mô kiến trúc công trình Eco Dream (3 tầng hầm, 3 tầng thương mại, 24 tầng căn hộ với 22 căn/tầng gồm 9 mẫu diện tích, tầng mái kỹ thuật) và đặt ra các tiêu chí kỹ thuật thiết kế: đảm bảo an toàn, cấp điện liên tục, tiết kiệm năng lượng, tương thích kiến trúc và tối ưu chi phí vận hành.

Chương 2: Phương pháp thiết kế

Đây là chương trọng tâm về mặt phương pháp luận, trình bày toàn bộ lý thuyết và công thức toán học - kỹ thuật:

  • Phương án cấp nguồn trung áp $15\text{--}24,\text{kV}$ và xác định phụ tải tính toán $S_{tt}$.
  • Công thức chọn công suất trạm biến áp, máy phát điện Diesel dự phòng và tính dung lượng bù công suất phản kháng $Q_{bù}$.
  • Nguyên lý chọn tiết diện cáp hạ thế, dây dẫn và thanh dẫn Busway theo điều kiện dòng phát nóng và sụt áp.
  • Cơ sở lựa chọn khí cụ đóng cắt (ACB, MCCB, MCB, RCBO), cấu hình vỏ tủ điện phân phối và thiết bị đo đếm điện năng.
  • Phương pháp tính chiếu sáng không gian theo hệ số sử dụng $\omega$ và tiêu chuẩn độ rọi từng khu vực.
  • Phương pháp tính toán điện trở hệ thống nối đất nhân tạo và xác định bán kính bảo vệ của kim chống sét ESE theo chuẩn NFC 17-102.
  • Phương pháp tính toán chọn thiết bị trung áp (tủ RMU, dao cắt tải LBS, dao cách ly DS).

Chương 3: Kết quả tính toán

Chương này tổng kết thành quả thiết kế thành hệ thống bản vẽ kỹ thuật chi tiết:

  • Bản vẽ 1: Ký hiệu và chú thích quy chuẩn.
  • Bản vẽ 2: Sơ đồ nguyên lý tủ trung thế RMU.
  • Bản vẽ 3.1 & 3.2: Sơ đồ nguyên lý tủ phân phối hạ thế tổng MSB.1 và MSB.2.
  • Bản vẽ 4: Sơ đồ nguyên lý tủ điện phân phối 1.
  • Bản vẽ 5: Mặt bằng cấp điện và chiếu sáng căn hộ loại A.
  • Bản vẽ 6: Sơ đồ mặt đứng hệ thống chống sét công trình.
  • Bản vẽ 7: Mặt bằng hệ thống tiếp địa tại tầng hầm 2.

Chương 4: Thông số kỹ thuật

Chương này cung cấp bảng biểu chi tiết về thông số kỹ thuật của tất cả các phần tử, thiết bị trong hệ thống cung cấp điện được chọn lựa cho công trình (từ Bảng 4.1 đến Bảng 4.17):

STT Thiết bị Hãng sản xuất / Xuất xứ Thông số kỹ thuật chính
1 Cáp ngầm trung thế ThiPha Cable (Việt Nam) $3\text{C}\times 240,\text{mm}^2$, $12{,}7/22,\text{kV}$, Cu/XLPE/PVC/DSTA/PVC
2 Tủ trung thế RMU Schneider (Pháp/Quốc tế) RM6 NE-BIBI, $24,\text{kV}$, $630,\text{A}$, $20,\text{kA}$, khí $\text{SF}_6$, IP67
3 Máy biến áp khô THIBIDI (Việt Nam) $1600,\text{kVA}$, $22\pm 2\times 2{,}5% / 0{,}4,\text{kV}$, Dyn11, cuộn đồng, làm mát AF
4 Máy phát điện Kohler (Mỹ) G1: $750,\text{kVA}$ (động cơ Mitsubishi); G2: $110,\text{kVA}$ (động cơ John Deere)
5 Bộ tụ bù hạ thế Mikro (Malaysia) Tụ khô MKC-405400KT, $40,\text{kVAr}/440,\text{V}$, tổng $480,\text{kVAr}$ (12 bước)
6 Máy cắt hạ thế ACB Schneider (Trung Quốc) MVS25H3MW6L, 3P, $2500,\text{A}$, $I_{cu} = 65,\text{kA}$, $I_{cs} = 100% I_{cu}$
7 Thanh dẫn Busway Schneider (Pháp) Thanh nhôm đúc sandwich, $1000\text{--}2000\text{--}2500,\text{A}$, $1000,\text{V}$, IP54
8 Tủ điện chính MSB VietStar (Việt Nam) Form 3b, IP54, thanh cái $7010,\text{A}$, $I_{cw} = 150,\text{kA/s}$
9 Đồng hồ đo đa năng Schneider (Ấn Độ) METCOEM1250, RS485, đo kW, kVA, kWh, kVARh, LCD
10 Đèn chiếu sáng Philips (Việt Nam/Malaysia) Downlight LED $13\text{--}36,\text{W}$; huỳnh quang T5 $14\text{--}28,\text{W}$

Chương 5: Lập bảng dự toán cho công trình

Chương này thực hiện bóc tách khối lượng vật tư, mã hiệu, xuất xứ và đơn giá cho 3 hạng mục thiết bị mẫu:

  1. Tủ điện phân phối tổng MSB.1: Gồm ACB 3P 2500A 65kA (Schneider MVS25H3MW6L), phụ kiện đóng cắt liên động (Door frame, closing release, opening release, motor mechanism, shunt trip), cụm đèn báo pha, đồng hồ đo vôn/ampe CNC, biến dòng METSECT5DB250, rơ le MiCOM P121 và công tơ Emic.
  2. Tủ điện phân phối tầng hầm 1 trục 2 (HDB.2): Gồm MCCB tổng LV510335 (3P 63A 36kA), các nhánh ra dùng MCB A9F84110, A9F84116, A9F84310, A9F84325, contactor LC1D25, A9C20731 và rơ le thời gian 24h CCT15722.
  3. Tủ điện và thiết bị căn hộ điển hình A: Gồm MCB tổng 2P 80A (A9N18361), các MCB nhánh EZ9F (10A, 16A, 32A), RCBO chống rò EZ9D34620 (2P 20A), 4 bộ đèn huỳnh quang T5 36W, 4 đèn ốp trần 18W (DN024B) và 21 đèn downlight âm trần 18W (59524).

Chương 6: Tổng kết

Chương cuối cùng tổng kết các kết quả đạt được trong việc thiết kế toàn diện mạng lưới cung cấp điện cho tòa nhà Eco Dream và đề xuất các định hướng phát triển kỹ thuật tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

  • Cung cấp giải pháp nguồn đồng bộ: Thiết kế trạm biến áp hạ thế kép gồm 02 máy biến áp khô THIBIDI công suất $1600,\text{kVA}$ kết hợp 02 tổ máy phát điện Kohler ($750,\text{kVA}$ và $110,\text{kVA}$) tự động chuyển đổi nguồn qua ATS, đảm bảo cung cấp liên tục cho gần 600 căn hộ và khối thương mại dịch vụ.
  • Tối ưu hóa hệ số công suất: Hệ thống bù tập trung $480,\text{kVAr}$ chia 12 bước tự động giúp nâng cao hệ số công suất $\cos\varphi$ từ $0{,}8$ lên $0{,}93$, giảm đáng kể tổn thất công suất tác dụng và hạn chế ảnh hưởng của sóng hài.
  • Giải pháp phân phối hiệu quả: Ứng dụng hệ thống thanh dẫn Busway nhôm đúc phân đoạn ($2500,\text{A} \rightarrow 2000,\text{A} \rightarrow 1000,\text{A}$) đi dọc hộp kỹ thuật tòa nhà, tiết kiệm không gian lắp đặt và giảm độ sụt áp so với phương án đi cáp truyền thống.
  • An toàn tiếp địa và chống sét: Thiết lập cấu hình hệ thống tiếp địa liên kết đẳng thế với điện trở đạt yêu cầu (an toàn $\le 4,\Omega$, chống sét $\le 10,\Omega$, thông tin $\le 1,\Omega$), kết hợp van đẳng thế $100,\text{kA}$ và kim thu sét phóng điện sớm ESE cấp bảo vệ cấp 4.

Đóng góp thực tiễn của đồ án

  • Đưa ra phương án kỹ thuật hoàn chỉnh cho một công trình cao tầng thực tế, tích hợp các công nghệ thiết bị tiên tiến (tủ RMU cách điện khí $\text{SF}_6$, Busway sandwich 4 cánh tỏa nhiệt, rơ le bảo vệ kỹ thuật số, đồng hồ giám sát kết nối RS485).
  • Hồ sơ thiết kế được giáo viên phản biện đánh giá có tính ứng dụng cao và phương pháp giải quyết có tính mới trong bố trí mạng phân phối động lực.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được ghi nhận

  • Theo nhận xét của cán bộ phản biện, đồ án còn tồn tại khuyết điểm về việc trích dẫn tài liệu tham khảo trong một số phần thuyết minh chưa thật sự cụ thể.
  • Do giới hạn thời gian thực hiện, đồ án tập trung chủ yếu vào phần mạch động lực, trạm biến áp, chiếu sáng và tiếp địa - chống sét, chưa đi sâu thiết kế chi tiết toàn bộ các phân hệ điện nhẹ mở rộng (như hệ thống quản lý năng lượng tòa nhà BMS toàn diện, hệ thống camera an ninh và mạng viễn thông tích hợp).

Hướng phát triển đề tài

  • Mở rộng thiết kế tích hợp hệ thống quản lý năng lượng tòa nhà thông minh (BMS - Building Management System) để giám sát và tự động hóa điều khiển điện năng tiêu thụ theo thời gian thực.
  • Nghiên cứu kết nối và khai thác các nguồn năng lượng tái tạo phân tán (như hệ thống điện mặt trời áp mái tòa nhà) kết hợp giải pháp lưu trữ năng lượng.
  • Hoàn thiện thiết kế chi tiết các hệ thống phụ trợ: hệ thống liên lạc nội bộ, truyền hình cáp, âm thanh thông báo khẩn cấp và mạng điều khiển cơ điện tử tòa nhà.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho sinh viên các ngành Công nghệ kỹ thuật Điện – Điện tử, Hệ thống điện, Kỹ thuật công trình khi thực hiện đồ án tốt nghiệp hoặc môn học Thiết kế cung cấp điện công trình cao tầng.

Các phần có giá trị thực tiễn nổi bật gồm:

  1. Quy trình tính toán phụ tải và bù công suất: Phương pháp xác định phụ tải hỗn hợp (khối đế thương mại và khối căn hộ cao tầng) và quy cách chọn dung lượng bù phản kháng 12 cấp.
  2. Hệ thống bảng biểu thông số kỹ thuật (Chương 4): Bảng tổng hợp chi tiết thông số cơ điện của các thiết bị thực tế từ các thương hiệu phổ biến (Schneider, THIBIDI, ThiPha Cable, Philips, Kohler, EMIC), hỗ trợ trực tiếp cho việc tra cứu thông số catalogue.
  3. Bóc tách khối lượng và dự toán (Chương 5): Cung cấp cấu trúc danh mục thiết bị, mã hiệu phụ kiện và cách lập dự toán cho tủ điện tổng MSB, tủ điện tầng và tủ điện căn hộ tiêu chuẩn.

Câu hỏi thường gặp

1. Nguồn điện cấp cho Tòa nhà Chung cư Eco Dream được thiết kế với cấu hình trạm biến áp như thế nào?

Nguồn điện cấp vào công trình lấy từ lưới trung thế địa phương $15\text{--}24,\text{kV}$ qua cáp ngầm $3\text{C}\times 240,\text{mm}^2$, dẫn vào tủ trung thế RMU Schneider RM6 ($24,\text{kV}$, $\text{SF}_6$). Trạm biến áp gồm 02 máy biến áp khô THIBIDI công suất $1600,\text{kVA}$ ($22\pm 2\times 2{,}5% / 0{,}4,\text{kV}$, tổ đấu dây Dyn11, làm mát cưỡng bức AF) đặt tại tầng hầm 1. Trạm TX1 phục vụ các căn hộ phía trái, tải cơ khí, hồ bơi và điều hòa sinh hoạt cộng đồng; trạm TX2 phục vụ các căn hộ phía phải, quạt thông gió và hệ thống bơm nước.

2. Hệ thống máy phát điện dự phòng và phương thức chuyển đổi nguồn được lựa chọn ra sao?

Hệ thống sử dụng 02 tổ máy phát điện Diesel Kohler: máy G1 công suất $750,\text{kVA}$ ($600,\text{kW}$, động cơ Mitsubishi) và máy G2 công suất $110,\text{kVA}$ ($88,\text{kW}$, động cơ John Deere), đặt tại tầng hầm 1 và tầng mái. Hệ thống chuyển nguồn tự động (ATS) khởi động máy phát khi lưới điện gặp sự cố để ưu tiên cấp nguồn cho quạt hút khói, quạt tăng áp thang bộ, thang máy, máy bơm chữa cháy và chiếu sáng khẩn cấp. Phòng máy phát được cách âm đạt chuẩn độ ồn $\le 75,\text{dB}$ tại khoảng cách 4m.

3. Trục phân phối hạ thế từ trạm biến áp lên các tầng căn hộ sử dụng giải pháp gì?

Trục phân phối sử dụng hệ thống thanh dẫn Busway nhôm đúc vỏ thép (Schneider, cấp bảo vệ IP54, điện áp định mức $1000,\text{V}$). Đoạn từ máy biến áp sang tủ phân phối chính MSB sử dụng Busway $2500,\text{A}$. Trục dẫn đứng từ tầng hầm 1 đến tầng 14 sử dụng Busway $2000,\text{A}$, sau đó qua bộ chuyển đổi nối giảm công suất xuống Busway $1000,\text{A}$ cho các tầng từ 15 đến tầng 27.

4. Hệ thống chống sét và tiếp địa của công trình có những yêu cầu kỹ thuật nào?

Hệ thống chống sét sử dụng 01 kim thu sét phát xạ sớm ESE gắn trên trụ đỡ cao 5m ở tầng mái, dẫn dòng sét qua cáp đồng trần $2\times 70,\text{mm}^2$ đi trong ống uPVC kết hợp liên kết lưới thép sàn/cột D10 ở các tầng 17, 20, 23, 26 và mái. Hệ thống tiếp địa sử dụng cọc thép bọc đồng $\Phi 20,\text{mm} \times 2{,}4,\text{m}$ liên kết bằng hàn hóa nhiệt và cáp đồng trần $70\text{--}120,\text{mm}^2$. Yêu cầu điện trở tiếp địa gồm: tiếp địa an toàn $\le 4,\Omega$, chống sét $\le 10,\Omega$, làm việc thông tin $\le 1,\Omega$, trung tính biến áp $\le 4,\Omega$, được cân bằng thế qua van đẳng thế $100,\text{kA}$ (ngưỡng tác động $350,\text{V}$).

5. Phương án bù công suất phản kháng tại tủ điện tổng được tính toán như thế nào?

Hệ thống áp dụng phương án bù tập trung tại thanh cái tủ điện hạ thế chính (MSB) của mỗi máy biến áp nhằm nâng hệ số công suất từ $\cos\varphi = 0{,}8$ lên $\cos\varphi = 0{,}93$. Mỗi máy biến áp được lắp đặt bộ tụ bù dung lượng $480,\text{kVAr}$, phân chia thành 12 bước đóng cắt tự động, mỗi bước sử dụng 01 bình tụ khô Mikro MKC-405400KT dung lượng $40,\text{kVAr}$ ($440,\text{V}$).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho tòa nhà" của sinh viên Thái Thành Danh đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế kỹ thuật mạng điện động lực, trạm biến áp, chiếu sáng và chống sét - tiếp địa cho công trình Tòa nhà Chung cư Eco Dream. Việc áp dụng đồng bộ các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành cùng các giải pháp công nghệ tiên tiến như Busway phân đoạn, tụ bù tự động 12 cấp và kim thu sét phát xạ sớm ESE mang lại độ tin cậy vận hành cao. Kết quả tính toán, hồ sơ bản vẽ và bảng bóc tách thiết bị trong đồ án có giá trị ứng dụng thực tiễn rõ ràng cho công tác thiết kế hệ thống cơ điện (M&E) công trình dân dụng cao tầng.