Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện – Điện tử của sinh viên Nguyễn Ngọc Tuấn (MSSV: 12142294) và Nguyễn Cao Hải Đăng (MSSV: 12152055), lớp 12142CLC, Khoa Đào tạo Chất lượng cao, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, được thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Quyền Huy Ánh trong giai đoạn từ ngày 16/03/2016 đến ngày 16/07/2016. Đề tài tập trung vào việc "Thiết kế cung cấp điện cho công trình Trung tâm Đào tạo Nhân lực Chất lượng cao HUTECH – Khối 15B".
Về bối cảnh thực tiễn, tác giả nêu rõ tốc độ phát triển dân trí sau tốt nghiệp trung học phổ thông tại các tỉnh phía Nam và cả nước diễn ra nhanh chóng, dẫn đến số lượng sinh viên tăng cao trong khi quỹ đất và diện tích phục vụ đào tạo của các trường đại học có giới hạn. Cùng với đó, quá trình hội nhập quốc tế tạo ra nhu cầu lớn về nguồn nhân lực kỹ thuật chất lượng cao cho các doanh nghiệp công nghệ cao của Việt Nam, Nhật Bản và khu vực. Điều này thúc đẩy các cơ sở giáo dục đại học đầu tư xây dựng các trung tâm đào tạo, phân hiệu và cao ốc đa năng đạt chuẩn hạ tầng kỹ thuật. Trong các công trình này, hệ thống cung cấp điện giữ vai trò trọng yếu, đòi hỏi các giải pháp kỹ thuật phải đảm bảo tính liên tục, an toàn phòng chống cháy nổ và tiết kiệm năng lượng tiêu thụ.
Mục tiêu nghiên cứu được tác giả xác định gồm 4 điểm:
- Tìm ra phương án cung cấp điện tối ưu cho cao ốc nhằm sử dụng năng lượng điện một cách hợp lý, tăng cao chất lượng làm việc, học tập của khách hàng.
- Tạo ra môi trường học tập, giảng dạy, làm việc an toàn điện, góp phần giảm các tổn thất điện năng, nguy cơ cháy nổ, mất an toàn.
- Củng cố lại những lý thuyết đã được học, áp dụng những điều đã học vào thực tế, làm quen với công việc thiết kế sau này.
- Lĩnh hội được kinh nghiệm và những kiến thức quý báu từ giáo viên hướng dẫn trong quá trình làm đồ án.
Nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm 7 nội dung:
- Tính toán nhu cầu phụ tải điện của công trình.
- Lựa chọn số lượng và công suất máy phát điện dự phòng.
- Lựa chọn thiết bị bảo vệ, dây dẫn và thiết bị đo lường phía hạ thế.
- Thực hiện thiết kế hệ thống chiếu sáng theo bố trí nội thất.
- Thực hiện thiết kế nối đất an toàn và hệ thống chống sét cho công trình.
- Xác định thông số kỹ thuật chi tiết của các thiết bị chính được thiết kế.
- Lập dự toán chi phí cho các thiết bị và tủ điện phần hạ thế.
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống phân phối điện hạ áp, mạng chiếu sáng, hệ thống tiếp địa an toàn và chống sét của một tòa nhà giáo dục đa chức năng. Phạm vi nghiên cứu về không gian là công trình Trung tâm Đào tạo Nhân lực Chất lượng cao HUTECH – Khối 15B (quy mô gồm khối phụ trợ, khối PCCC và các tầng từ tầng 1 đến tầng 14). Phạm vi thời gian nghiên cứu và hoàn thành thuyết minh diễn ra trong 4 tháng năm 2016. Dữ liệu đầu vào của đề tài dựa trên bản vẽ mặt bằng kiến trúc và yêu cầu công năng của công trình Khối 15B.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Để thực hiện đồ án, nhóm tác giả đã xây dựng hệ thống cơ sở lý thuyết dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam và quốc tế, kết hợp với các phương pháp tính toán chuyên ngành điện kỹ thuật:
Hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn áp dụng:
- Tính toán phụ tải và lắp đặt hạ thế: IEC 60364:2009 (Low voltage electrical installation), TCVN 7447:2010 (Hệ thống lắp đặt điện hạ áp), TCVN 9206:2012 (Đặt thiết bị trong nhà ở và công trình công cộng – Tiêu chuẩn thiết kế), QCXDVN 01:2008/BXD (Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về Quy hoạch Xây dựng), TCVN 5699:2007 (Thiết bị điện gia dụng và tương tự), và Điều 220.14 của tiêu chuẩn NEC 2008 (National Electrical Code).
- Máy phát điện: TCVN 9729-10:2013, IEC 60034:2014, BS 5514-1:1996, ISO 8528, ISO 3046.
- Tụ bù công suất phản kháng: IEC 60831:2014, IEC 60255-24:2013, IEC 60068-1:2013.
- Dây dẫn và cáp điện: TCVN 9207:2012, IEC 60364-5-52:2012, TCVN 6610:2007, TCVN 5935:2013, IEC 60502-1.
- Thiết bị đóng cắt hạ thế: TCVN 6592:2009 (IEC 60947:2009), TCVN 6434:2008 (IEC 60898:2002), TCVN 6950:2007 (IEC 61008:2006).
- Vỏ tủ điện: IEC 61439:2011, IEC 60529:2013, TCVN 4255:2008.
- Thiết bị đo lường: IEC 60044:2003, IEC 60051:2002, IEC 62052:2003, TCVN 7691:2007.
- Chiếu sáng: TCXD 16:1986, TCVN 3743:1983, TCVN 7114:2008, TCVN 4400:1987, IEC 62471:2006, EN 12464, CEN 8995.
- Nối đất và chống sét: TCVN 9358:2012, TCVN 7447-5-54:2005, TCXDVN 9385:2012, NFC 17-102/1995.
Phương pháp tính toán thực tế:
- Phương pháp xác định phụ tải: Tác giả áp dụng kết hợp ba phương pháp. Phương pháp hệ số sử dụng ($k_u$) và hệ số đồng thời ($k_s$) tính toán công suất biểu kiến cực đại $S_{tt} = \sqrt{P_{tt}^2 + Q_{tt}^2}$. Phương pháp suất phụ tải trên diện tích $P_0$ (W/m²) áp dụng cho giai đoạn tính sơ bộ. Phương pháp hệ số yêu cầu ($K_{yc}$) xác định phụ tải chiếu sáng $P_{cs} = K_{yc} \sum P_{di}$ và phụ tải ổ cắm theo định mức sàn (không nhỏ hơn 25 VA/m² cho văn phòng làm việc; tối thiểu 180 VA cho một ổ cắm đơn hoặc 90 VA cho mỗi ổ cắm trong cụm từ 4 đơn vị trở lên theo NEC 2008). Phụ tải tổng công trình công cộng được xác định theo hệ số đồng thời $P_{cc} = 0,9(P_{cs} + P_{đl})$.
- Phương pháp tính dung lượng bù: Sử dụng công thức $Q_b = P_{tt}(\tan\varphi_1 - \tan\varphi_2)$ để nâng hệ số công suất hệ thống, giảm tổn thất điện năng và sụt áp trên đường dây.
- Phương pháp lựa chọn cáp: Chọn tiết diện theo điều kiện phát nóng liên tục $I_z \ge I_B / k$ (với các hệ số hiệu chỉnh $k_1$ đến $k_7$ theo cách lắp đặt, số mạch đi chung, nhiệt độ môi trường và tính chất đất); kiểm tra lại theo điều kiện sụt áp cho phép $\Delta U$, điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch qua biểu thức $F \ge (I_{sc}\sqrt{t_{sc}})/k$, và độ bền cơ học.
- Phương pháp thiết kế chiếu sáng: Áp dụng phương pháp hệ số sử dụng (quang thông) để tính số lượng bộ đèn $N_đ$ và phương pháp điểm xác định độ rọi $E$ tại từng vị trí làm việc. Tác giả sử dụng công cụ phần mềm chuyên dụng DIALux (phát triển bởi DIAL GmbH, Đức, dựa trên chuẩn EN 12464) để mô phỏng và kiểm tra độ rọi.
- Phương pháp nối đất và chống sét: Tính toán điện trở nối đất của hệ thống cọc chôn thẳng đứng kết hợp thanh dẫn nằm ngang theo TCVN 9358:2012; tính bán kính bảo vệ $R_p$ của kim thu sét tia tiên đạo sớm (ESE) đặt tại đỉnh mái tòa nhà theo tiêu chuẩn Pháp NFC 17-102/1995: $R_p = \sqrt{h(2D - h) + \Delta L(2D + \Delta L)}$.
Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật
Đồ án triển khai thiết kế giải pháp kỹ thuật cung cấp điện hoàn chỉnh cho tòa nhà Khối 15B, bao gồm các phân hệ:
- Cấu trúc nguồn cấp và trạm biến áp: Nguồn điện chính của công trình lấy từ lưới trung thế 22 kV dẫn vào máy biến áp hạ thế công suất định mức 630 kVA, cấp điện áp 22/0,4 kV, tổ đấu dây Dyn-11, kiểu ngâm trong dầu làm mát tự nhiên.
- Nguồn phát dự phòng: Bố trí tổ máy phát điện công nghiệp sử dụng động cơ diesel xuất xứ khối G7, công suất liên tục ở chế độ 100% tải là 1850 kVA, điện áp ra danh định 400 V (3 pha 4 dây, tần số 50 Hz). Máy phát tích hợp bộ điều khiển kỹ thuật số màn hình LCD, hệ thống chuyển nguồn tự động ATS, cơ cấu điều tốc điện tử và hệ thống khởi động đề điện DC 12V bằng bình ắc quy chì dung lượng đảm bảo khởi động liên tiếp trên 6 lần.
- Mạng phân phối hạ thế và hệ thống tủ điện: Cấu trúc cấp điện dạng phân tầng hình tia kết hợp trục đứng. Tủ đóng cắt chính hạ thế (EMSB/MDB) nhận nguồn từ máy biến áp và máy phát điện. Từ trạm phân phối chính, các tuyến cáp động lực đi dọc hộp kỹ thuật trục đứng cấp nguồn cho các tủ điện tầng 1-2, 3-6, 7-14, tủ điện điều hòa các tầng (ĐH tầng 1-2-3-5-6, ĐH tầng 4 và 7-13), tủ điện khối phụ trợ và tủ điện khối phòng cháy chữa cháy (PCCC).
- Thiết bị đóng cắt bảo vệ và đo lường: Lộ vào tổng sử dụng máy cắt không khí ACB 1000A, 4 cực, khả năng cắt dòng ngắn mạch $I_{cu} = 65\text{ kA}$, tỷ lệ dòng làm việc $I_{cs} = 100% I_{cu}$. Các nhánh xuất tuyến chính sử dụng máy cắt vỏ đúc MCCB 3 cực với dải dòng từ 50A đến 1000A, dòng cắt $I_{cu}$ từ 25 kA đến 65 kA. Bảo vệ lộ tiêu thụ cuối sử dụng áptômát dạng tép MCB 1 cực, dòng định mức từ 10A đến 80A, dòng cắt ngắn mạch 6 kA, đặc tính ngắt loại C (tác động trong khoảng 5 đến 10 lần dòng định mức). Đo lường điện áp, dòng điện và điện năng thực hiện qua các biến dòng đo lường (MCT), biến dòng bảo vệ (PCT), biến điện áp (MPT) và công tơ theo tiêu chuẩn IEC 60044 và TCVN 7691:2007.
- Hệ thống bù công suất phản kháng: Bố trí tại thanh cái hạ thế của trạm biến áp, sử dụng các bộ tụ bù tự hàn 3 pha điện áp 415 V, gồm các dải công suất định mức 5, 10, 15, 20, 30 và 40 kVAr, cấp bảo vệ vỏ ngoài IP54. Hệ thống kết hợp giữa bù nền cố định và bù tự động nhiều cấp thông qua rơle điều khiển hệ số công suất.
- Mạng đường dây dẫn: Phân hệ sử dụng cáp đồng cách điện XLPE vỏ PVC (ký hiệu Cu/XLPE/PVC hoặc CXV) cấp điện áp 0,6/1 kV từ 1 đến 4 lõi cho mạng động lực và đường cáp chính, cùng dây đơn ruột đồng cách điện PVC (ký hiệu Cu/PVC hoặc CV) cấp điện áp 450/750V cho các mạch nhánh chiếu sáng và ổ cắm. Ruột dẫn là đồng bện xoắn ép chặt (CC), có hợp chất chống thấm nước giữa các sợi để ngăn chặn ẩm xâm thực.
- Hệ thống nối đất và chống sét: Sử dụng 01 kim thu sét tia tiên đạo sớm ESE lắp tại đỉnh mái tòa nhà. Mạng thoát sét dùng băng đồng dẫn sét liên kết tại tầng hầm và nối với bãi tiếp địa bằng cáp đồng trần tiết diện 70 mm² đặt trong ống bảo vệ PVC. Cọc tiếp địa bằng thép mạ đồng liên kết với cáp dẫn bằng mối hàn hóa nhiệt CADWELD, bảo đảm điện trở nối đất không vượt quá 10 $\Omega$ đo vào mùa khô nhất. Thiết bị cắt lọc sét lan truyền được bố trí tại tủ phân phối chính và các khu vực có thiết bị điện tử nhạy cảm.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan
Chương 1 giới thiệu tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ việc gia tăng quy mô sinh viên và nhu cầu đào tạo nhân lực công nghệ cao tại các đô thị phía Nam. Tác giả trình bày khái quát về dự án xây dựng Trung tâm Đào tạo Nhân lực Chất lượng cao HUTECH – Khối 15B. Chương này xác định rõ mục tiêu tối ưu hóa phương án cấp điện, đảm bảo an toàn vận hành, đồng thời vạch ra 7 nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn phạm vi đề tài tập trung vào mạng động lực hạ thế, chiếu sáng, tiếp địa - chống sét và dự toán tủ điện.
Chương 2: Phương pháp thiết kế
Chương 2 trình bày toàn bộ lý thuyết và công thức toán học dùng trong thiết kế:
- Thiết kế mạng động lực: Hướng dẫn công thức xác định phụ tải tính toán qua hệ số sử dụng, hệ số đồng thời và suất phụ tải sàn; công thức tính chọn công suất máy phát dự phòng $S_G \ge \sum P_{at}$; phương pháp tính toán dung lượng tụ bù phản kháng $Q_b$; các điều kiện chọn tiết diện cáp dẫn và công thức tính độ bền nhiệt ngắn mạch $F \ge (I_{sc}\sqrt{t_{sc}})/k$; các tiêu chuẩn lựa chọn ACB, MCCB, MCB, tủ điện và biến dòng/biến áp đo lường.
- Thiết kế chiếu sáng: Thiết lập công thức quang thông xác định số bộ đèn dựa trên độ rọi yêu cầu $E_{yc}$, diện tích $S_p$, hệ số sử dụng $CU$ và các hệ số suy hao do bụi và tuổi thọ đèn ($LLD, LDD, BF, RSD$); giới thiệu ứng dụng phần mềm DIALux để tính toán độ rọi theo chuẩn EN 12464.
- Thiết kế nối đất – chống sét: Trình bày công thức tính điện trở nối đất của cọc đơn ($R_c$), hệ cọc ($R_{hc}$), cáp liên kết ($R_{tt}$) và điện trở tổng hệ thống nối đất; công thức tính bán kính bảo vệ $R_p$ của kim ESE theo tiêu chuẩn NFC 17-102/1995.
Chương 3: Kết quả tính toán
Chương 3 công bố danh mục và cấu trúc thành quả tính toán thông qua hệ thống 18 bản vẽ kỹ thuật chi tiết đặt tại Phụ lục 1:
- E0-01: Bảng chú thích chung – Danh sách bản vẽ.
- E1-01 và E1-02: Sơ đồ nguyên lý tủ điện tổng (EMSB/MDB).
- E1-03: Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện trục đứng tòa nhà.
- E1-04 đến E1-06: Sơ đồ nguyên lý tủ điện phân phối các tầng (tầng 1-2, tầng 3-6, tầng 7-14).
- E1-07 và E1-08: Sơ đồ nguyên lý tủ điện hệ thống điều hòa không khí (ĐH tầng 1-2-3-5-6 và ĐH tầng 4, 7-13).
- E1-09: Sơ đồ nguyên lý tủ điện khối phụ trợ và tủ điện khối PCCC.
- E2-01 và E2-02: Chi tiết lắp đặt thiết bị điện.
- E3-01: Mặt bằng hệ thống tiếp địa và mặt bằng bố trí kim thu sét.
- E4-01 và E4-02: Mặt bằng bố trí chiếu sáng các tầng (tầng 1-2-3-5-6 và tầng 4, 7-13).
- E5-01 và E5-02: Mặt bằng bố trí ổ cắm các tầng.
- E6-01 và E6-02: Mặt bằng cấp nguồn, chiếu sáng khẩn cấp và đèn thoát hiểm (Exit).
Chương 4: Thông số kỹ thuật
Chương 4 cung cấp bảng yêu cầu kỹ thuật chi tiết để phục vụ đánh giá, thẩm định và mời thầu thiết bị cho công trình. Tác giả xây dựng tiêu chí đánh giá nghiệm thu theo mức Đạt/Không đạt dựa trên các yêu cầu cơ bản (*) và không cơ bản (**):
- Bảng 4.1: Tiêu chuẩn ACB 1000A (4 cực, điện áp cách điện $U_i = 1000\text{ V}$, dòng ngắn mạch $I_{cu} = 65\text{ kA}$, số chu kỳ thao tác cơ/điện $\ge 10.000 / 5.000$ lần).
- Bảng 4.2: Tiêu chuẩn MCCB dải dòng 50A - 1000A (3 cực, $U_e = 690\text{ V}, U_i = 750\text{ V}$, dòng cắt $I_{cu}$ từ 25 kA đến 65 kA, đi kèm quy định chi tiết về kích thước thanh nối đồng zig-zag và đầu cosse từ 50 mm² đến 240 mm² theo chuẩn DIN 46234).
- Bảng 4.3: Tiêu chuẩn MCB dòng 10A - 80A (1 cực, 230 Vac, dòng cắt 6 kA, độ bền đóng cắt 10.000 lần cơ / 5.000 lần điện).
- Bảng 4.4: Tiêu chuẩn máy biến áp 630 kVA (22/0,4 kV, ngâm dầu, tổn thất không tải $P_0 < 787\text{ W}$, tổn thất ngắn mạch ở 75°C là $P_k < 5570\text{ W}$, điện áp ngắn mạch $U_k = 4 - 6%$).
- Bảng 4.5: Đặc tính kỹ thuật máy phát điện 1850 kVA (công suất liên tục 100% tải, điện áp ra 400 V, suất tiêu hao nhiên liệu 55 lít/h ở 100% tải và 40 lít/h ở 75% tải, độ lệch sóng hài THD $\le 0,5%$, hiệu suất $\ge 92%$).
- Bảng 4.6: Tiêu chuẩn tụ bù 415V (dung lượng 5 đến 40 kVAr, cấp bảo vệ IP54, tổn hao điện môi $< 0,2\text{ W/kVAr}$, điện trở xả giảm áp xuống dưới 75V trong 3 phút).
- Bảng 4.7 và 4.8: Đặc tính kỹ thuật dây CV 450/750V và cáp CXV 0,6/1kV (kết cấu ruột đồng bện nén CC, chiều dày cách điện XLPE/PVC từ 0,7 mm đến 2,4 mm, điện trở DC tiêu chuẩn ở 20°C).
Chương 5: Lập dự toán công trình
Chương này thực hiện bóc tách khối lượng vật tư, thiết bị từ các bản vẽ thiết kế và lập dự toán tổng mức đầu tư cho toàn bộ các thiết bị đóng cắt, dây cáp điện và hệ thống vỏ tủ điện phần hạ thế của khối 15B.
Chương 6: Tổng kết
Chương 6 tổng kết toàn bộ nội dung tính toán thiết kế của đồ án, khẳng định các giải pháp kỹ thuật đã giải quyết đầy đủ các mục tiêu đề ra về mặt kỹ thuật, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, tính an toàn cho người và thiết bị, cũng như tối ưu hóa chi phí đầu tư.
Kết quả và đóng góp
Kết quả tính toán và thông số kỹ thuật chính của hệ thống điện công trình được tổng hợp qua bảng số liệu sau:
| Thiết bị / Hạng mục |
Quy cách & Thông số kỹ thuật chính |
Tiêu chuẩn chế tạo / Tiêu chuẩn áp dụng |
Dữ liệu định mức công bố |
| Máy biến áp phân phối |
Kiểu ngâm dầu làm mát tự nhiên, lắp trên nền trạm, 3 pha |
IEC 60076, TCVN 6306 |
Dung lượng: 630 kVA; Điện áp: 22/0,4 kV; Tổ đấu dây: Dyn-11; $U_k$: 4 - 6%; $P_0 < 787\text{ W}$; $P_k < 5570\text{ W}$ |
| Máy phát điện dự phòng |
Động cơ diesel khối G7, điều tốc điện tử, đầu phát 3 pha 4 dây |
ISO 8528, ISO 3046, BS EN 60034 |
Công suất liên tục: 1850 kVA; Điện áp: 400 V; Tần số: 50 Hz; Suất hao dầu: 55 l/h (100% tải), 40 l/h (75% tải); THD $\le 0,5%$ |
| Máy cắt không khí (ACB) |
Lắp đặt cố định/kéo ra, bảo vệ nhiệt-từ hoặc điện tử, 4 cực |
IEC 60947-2 |
Dòng định mức: 1000 A; $U_i = 1000\text{ V}$; $U_e = 400\text{ V}$; $I_{cu} = 65\text{ kA}$; $I_{cs} = 100% I_{cu}$ |
| Máy cắt vỏ đúc (MCCB) |
Kiểu vỏ đúc cố định, bảo vệ quá tải và ngắn mạch, 3 cực |
IEC 60947-2, TCVN 6592:2009 |
Dải dòng định mức: 50A - 1000A; $U_e = 690\text{ V}$; $U_i = 750\text{ V}$; $I_{cu} = I_{cs}$: 25 kA đến 65 kA |
| Áptômát nhánh (MCB) |
Lắp trên thanh ray DIN rail, bảo vệ nhiệt và từ, 1 cực |
IEC 60898, TCVN 6434:2008 |
Dòng định mức: 10A đến 80A; Điện áp: 230 Vac; $I_{cu} = I_{cs} = 6\text{ kA}$; Đặc tính ngắt: Loại C (5 - 10 $I_n$) |
| Tụ bù công suất hạ thế |
Ba pha, tự hàn, cách điện khô/dầu không PCB, lắp trong tủ |
IEC 60831, TCVN 4255:2008 |
Điện áp: 415 V; Dung lượng: 5, 10, 15, 20, 30, 40 kVAr; Cấp bảo vệ: IP54; Xả điện áp tàn dư: $\le 75\text{ V}$ trong 3 phút |
| Dây và cáp điện hạ thế |
Cáp Cu/XLPE/PVC (CXV) và dây đơn Cu/PVC (CV), ruột bện CC |
TCVN 6610, TCVN 5935, IEC 60502-1 |
Điện áp cách điện: 0,6/1 kV (CXV) và 450/750V (CV); Chịu nhiệt định mức XLPE: 90°C (ngắn mạch 250°C trong 5s) |
| Hệ thống chống sét |
Kim thu sét phát tia tiên đạo sớm (ESE), cáp đồng trần 70 mm² |
TCXDVN 9385:2012, NFC 17-102 |
Bán kính bảo vệ $R_p$ theo cấp độ; Điện trở tiếp địa nối đất $R_{tđ} \le 10,\Omega$; Mối nối hàn hóa nhiệt CADWELD |
Về các giải pháp kỹ thuật đề xuất, tác giả đã:
- Đề xuất cấu trúc phân phối nguồn điện hạ thế phân chia mạch động lực riêng biệt với các mạch chiếu sáng và điều hòa không khí cho từng cụm tầng (tầng 1-2, 3-6, 7-14), giúp khoanh vùng sự cố và duy trì vận hành ổn định cho các khối phòng học và văn phòng làm việc.
- Đưa ra giải pháp bảo vệ chống sét chủ động sử dụng đầu kim phát tia tiên đạo sớm ESE lắp tại đỉnh mái kết hợp hệ thống cọc nối đất liên kết bằng phương pháp hàn hóa nhiệt CADWELD, giúp triệt tiêu nguy cơ điện trở tiếp xúc tăng cao do oxy hóa theo thời gian.
- Lựa chọn giải pháp cáp điện hạ áp có lớp hợp chất chống thấm nước chèn giữa các sợi đồng của ruột dẫn, ngăn chặn triệt để hiện tượng ẩm ngấm dọc tuyến cáp ngầm.
Về đóng góp thực tiễn, đồ án xây dựng một bộ hồ sơ thiết kế kỹ thuật hoàn chỉnh gồm 18 bản vẽ sơ đồ nguyên lý và mặt bằng bố trí thiết bị (Chương 3), đồng thời cung cấp bảng đặc tính kỹ thuật chi tiết cùng bộ tiêu chí đánh giá nghiệm thu vật tư thiết bị điện hạ thế (Chương 4). Đây là cơ sở thực tế phục vụ trực tiếp cho việc lập hồ sơ mời thầu và giám sát thi công cho công trình Trung tâm Đào tạo Nhân lực Chất lượng cao HUTECH – Khối 15B.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Theo giới hạn đề tài mà nhóm sinh viên đã trình bày trong Chương 1, đồ án có các hạn chế sau:
- Do thời gian thực hiện bị giới hạn trong 4 tháng, đồ án chỉ tập trung tính toán mạch động lực hạ thế, chiếu sáng, tiếp địa - chống sét và dự toán tủ điện hạ thế. Các phân hệ trung thế cấp nguồn vào trạm biến áp chưa được nghiên cứu chi tiết.
- Các hệ thống điện nhẹ và điều khiển thông minh được đặt ra trong phần đặt vấn đề của Chương 1 – bao gồm mạng lưới điện thoại, camera giám sát an ninh và hệ thống giám sát năng lượng tòa nhà BMS (Building Management System) – chưa được đưa vào tính toán thiết kế chi tiết trong các chương chuyên môn.
Hướng nghiên cứu tiếp được xác định dựa trên phạm vi mở rộng:
- Bổ sung thiết kế phân hệ tự động hóa và quản lý năng lượng thông minh BMS nhằm giám sát tập trung các thông số phụ tải, điều khiển tối ưu hệ thống chiếu sáng và điều hòa không khí theo thời gian thực.
- Triển khai chi tiết thiết kế hệ thống điện nhẹ (ELV) bao gồm hạ tầng mạng thông tin liên lạc, hệ thống âm thanh cảnh báo di tản, truyền hình nội bộ và camera an ninh giám sát để hoàn thiện toàn bộ hạ tầng kỹ thuật cơ điện (M&E) của công trình.
Giá trị tham khảo
Đồ án tốt nghiệp là nguồn tài liệu tham khảo cho:
- Sinh viên các ngành Kỹ thuật Điện, Công nghệ Kỹ thuật Điện – Điện tử và Kỹ thuật Cơ điện công trình (M&E) khi thực hiện đồ án môn học Thiết kế cung cấp điện, đồ án Chiếu sáng công nghiệp và dân dụng, hoặc đồ án tốt nghiệp kỹ sư về cung cấp điện cho cao ốc.
- Kỹ sư thiết kế điện công trình mới vào nghề, tham khảo phương pháp áp dụng các hệ thống tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) và quốc tế (IEC, BS, NFC) vào bài toán thiết kế thực tế.
Các phần nội dung có giá trị tham khảo:
- Chương 2: Cung cấp hệ thống công thức tính toán phụ tải, lựa chọn dây dẫn theo điều kiện phát nóng/ngắn mạch và phương pháp tính tiếp địa/chống sét mạch lạc, rõ ràng.
- Chương 3 và Phụ lục bản vẽ: 18 bản vẽ sơ đồ nguyên lý trục đứng, sơ đồ tủ điện các tầng và mặt bằng lắp đặt thiết bị là mẫu tham khảo trực quan cho việc xuất hồ sơ bản vẽ thi công.
- Chương 4: Bảng tiêu chuẩn đánh giá kỹ thuật của các thiết bị đóng cắt (ACB, MCCB, MCB), máy biến áp, máy phát điện và tụ bù theo mô hình hồ sơ mời thầu chuyên nghiệp, quy định rõ các tiêu chí cơ bản (*) và không cơ bản (**).
Câu hỏi thường gặp
1. Nguồn điện chính và nguồn điện dự phòng của tòa nhà Khối 15B được thiết kế với thông số nào?
Nguồn điện chính lấy từ lưới 22 kV thông qua 01 máy biến áp phân phối 3 pha ngâm dầu công suất 630 kVA, tỷ số biến áp 22/0,4 kV, tổ đấu dây Dyn-11, tổn thất không tải $P_0 < 787\text{ W}$ và tổn thất ngắn mạch $P_k < 5570\text{ W}$. Nguồn dự phòng sử dụng 01 tổ máy phát điện công nghiệp diesel công suất liên tục 1850 kVA ở chế độ 100% tải, điện áp ra 400 V, 3 pha 4 dây, tần số 50 Hz, có suất tiêu hao nhiên liệu là 55 lít/h khi đầy tải (100%) và 40 lít/h khi chạy ở mức 75% tải.
2. Thiết bị đóng cắt chính tại tủ phân phối tổng (EMSB/MDB) có các chỉ số kỹ thuật như thế nào?
Thiết bị đóng cắt đầu vào chính là máy cắt không khí ACB định mức 1000A, loại 4 cực, điện áp cách điện định mức $U_i = 1000\text{ V}$, điện áp làm việc $U_e = 400\text{ V}$. Khả năng cắt dòng ngắn mạch tới hạn định mức ($I_{cu}$) và khả năng cắt dòng ngắn mạch làm việc định mức ($I_{cs}$) đều đạt 65 kA tại lưới 380/415V-50Hz ($I_{cs}/I_{cu} = 100%$). Độ bền thao tác đạt từ 10.000 lần đóng cắt không tải cơ khí và 5.000 lần đóng cắt có tải định mức.
3. Hệ thống chống sét và nối đất an toàn của công trình được thiết kế theo giải pháp nào?
Hệ thống chống sét sử dụng 01 kim thu sét phát tia tiên đạo sớm (ESE) đặt tại đỉnh mái tòa nhà, tính toán bán kính bảo vệ $R_p$ theo tiêu chuẩn Pháp NFC 17-102/1995 và TCXDVN 9385:2012. Mạng tiếp địa thoát sét nối từ kim xuống bãi tiếp địa bằng cáp đồng trần tiết diện 70 mm² đi trong ống PVC. Các mối nối giữa cáp và cọc tiếp địa sử dụng phương pháp hàn hóa nhiệt CADWELD, bảo đảm điện trở tiếp địa không vượt quá 10 $\Omega$ đo vào mùa khô nhất trong năm.
4. Phương pháp xác định phụ tải tính toán cho các ổ cắm điện trong công trình được quy định ra sao?
Theo nội dung Chương 2 viện dẫn tiêu chuẩn TCVN 9206:2012 và NEC 2008 (Điều 220.14), đối với khu vực làm việc và văn phòng, công suất phụ tải từ ổ cắm điện được tính toán với suất phụ tải không nhỏ hơn 25 VA/m² sàn. Đối với các công trình công cộng khác, công suất cho mỗi ổ cắm đơn không nhỏ hơn 180 VA; với các thiết bị chứa cụm từ 4 ổ cắm trở lên thì công suất tính toán không nhỏ hơn 90 VA trên mỗi đơn vị ổ cắm.
5. Dây dẫn và cáp điện hạ thế sử dụng trong công trình có những đặc tính cấu tạo gì?
Dự án sử dụng hai nhóm dây cáp chính: cáp CXV (Cu/XLPE/PVC) điện áp 0,6/1 kV và dây CV (Cu/PVC) điện áp 450/750V. Ruột dẫn bằng đồng bện xoắn ép chặt (CC), có hợp chất chống thấm nước bố trí giữa các sợi để ngăn chặn nước xâm thực dọc lõi. Lớp cách điện XLPE chịu nhiệt độ làm việc bình thường 90°C và chịu ngắn mạch lên đến 250°C trong 5 giây; lớp vỏ ngoài PVC có khả năng chống tia cực tím và tác động môi trường.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế cung cấp điện cho công trình Trung tâm Đào tạo Nhân lực Chất lượng cao HUTECH – Khối 15B" đã giải quyết trọn vẹn bài toán thiết kế kỹ thuật hệ thống điện cho một tòa nhà cao tầng đa năng theo quy trình quy chuẩn từ tính toán phụ tải đến bố trí thiết bị. Đề tài xác lập giải pháp cấp nguồn đồng bộ gồm trạm biến áp 630 kVA kết hợp nguồn máy phát dự phòng 1850 kVA, hệ thống đóng cắt bảo vệ phân cấp ACB/MCCB/MCB, mạng tụ bù hạ thế và hệ thống chống sét tiên đạo ESE đạt chuẩn an toàn tiếp địa dưới 10 $\Omega$. Điểm nổi bật của công trình là hệ thống 18 bản vẽ kỹ thuật chi tiết cùng bộ thông số tiêu chuẩn nghiệm thu vật tư thiết bị, mang lại giá trị ứng dụng thực tế cao trong công tác thi công và quản lý dự án cơ điện.
