Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống điện cho tòa chung cư MHD Trung Văn" được thực hiện bởi sinh viên Hoàng Thế Vinh và Phạm Quốc Văn, dưới sự hướng dẫn của TS. Triệu Việt Linh tại Bộ môn Máy điện, Viện Điện - Điện tử, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội (thực hiện vào tháng 10/2024).

Bối cảnh thực tiễn của đề tài xuất phát từ yêu cầu cung cấp nguồn điện an toàn, liên tục và kinh tế cho các tổ hợp nhà ở cao tầng kết hợp thương mại dịch vụ tại các khu đô thị lớn. Công trình đối tượng nghiên cứu là Dự án Chung cư MHD Trung Văn, do Công ty MHD làm chủ đầu tư, tọa lạc tại số 29 Tố Hữu, phường Trung Văn, quận Nam Từ Liêm, thành phố Hà Nội. Dự án nằm trên khu đất có diện tích 8.266 m², mật độ xây dựng 35,195%, tiếp giáp các trục giao thông chính như Khuất Duy Tiến, Hòa Lạc, Phạm Hùng và Lê Văn Lương. Quy mô công trình bao gồm 1 tòa tháp căn hộ cao 39 tầng và 3 tầng hầm để xe; trong đó tầng 1 đến tầng 4 bố trí không gian thương mại dịch vụ, nhà trẻ, văn phòng, bể bơi và tiện ích công cộng; từ tầng 5 đến tầng 39 gồm 276 căn hộ (diện tích dao động từ 105 m² đến 134 m²) cùng các phòng kỹ thuật vận hành.

Mục tiêu chính của đề tài là xây dựng phương án kỹ thuật toàn diện cho hệ thống cung cấp điện của tòa nhà, đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành về độ tin cậy cung cấp điện, tính an toàn cho người và thiết bị, tối ưu chi phí đầu tư ban đầu và vận hành hàng năm. Căn cứ theo văn bản, quy trình thiết kế cung cấp điện của công trình được triển khai qua 10 nhiệm vụ nghiên cứu:

  1. Khảo sát và thu thập dữ liệu ban đầu (nhiệm vụ, mục đích, đặc điểm công năng, dữ liệu nguồn điện và đặc tính phụ tải).
  2. Tính toán phụ tải điện (lập danh mục thiết bị, tính phụ tải động lực và phụ tải chiếu sáng).
  3. Lựa chọn trạm biến áp và trạm phát điện dự phòng (xác định dung lượng, công suất, số lượng, vị trí lắp đặt và các tủ phân phối hạ áp).
  4. Xác định phương án cung cấp điện (thiết lập sơ đồ nguyên lý mạng trung áp và hạ áp).
  5. Tính toán dòng điện ngắn mạch (ngắn mạch phía cao áp và hạ áp).
  6. Lựa chọn thiết bị điện (chọn máy biến áp, tiết diện dây dẫn/thanh dẫn, khí cụ điện đóng cắt cao áp và hạ áp).
  7. Tính toán hệ thống chống sét và nối đất (chống sét trạm biến áp, đường dây, nối đất trung tính máy hạ áp).
  8. Tính toán tiết kiệm điện và nâng cao hệ số công suất (xác định phương pháp bù và dung lượng tụ bù).
  9. Thiết kế hệ thống bảo vệ rơ le và tự động hóa (bảo vệ máy biến áp, thiết bị công suất lớn và tự động chuyển nguồn).
  10. Thiết lập hồ sơ thiết kế cung cấp điện (bảng thống kê số liệu, các bản vẽ nguyên lý, mặt bằng cấp điện, mặt bằng đi dây và chỉ dẫn vận hành).

Đối tượng nghiên cứu trực tiếp là toàn bộ hệ thống phân phối điện hạ áp, mạng chiếu sáng nội thất - dịch vụ, trạm biến áp nguồn, tổ máy phát điện dự phòng và hệ thống bù công suất phản kháng cho tòa nhà MHD Trung Văn trong phạm vi khảo sát kỹ thuật năm 2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Văn bản đồ án xây dựng các giải pháp kỹ thuật dựa trên hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia và quốc tế, kết hợp với các lý thuyết giải tích chuyên ngành kỹ thuật điện:

  • Hệ thống quy chuẩn và tiêu chuẩn kỹ thuật:

    • TCVN 7114-1:2008 / TCVN 7114:2008: Ecgônômi – Chiếu sáng nơi làm việc trong nhà (quy định độ rọi yêu cầu cho từng khu vực chức năng).
    • QCVN 09:2013/BXD: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả (quy định mật độ công suất chiếu sáng và mật độ phụ tải điện trên đơn vị diện tích).
    • Thông tư 15/2007/TT-BXD: Quy định suất phụ tải chiếu sáng tiêu chuẩn cho căn hộ chung cư ($10\text{ W/m}^2$).
    • TCVN 9206:2012: Đặt thiết bị điện trong nhà ở và công trình công cộng – Tiêu chuẩn thiết kế (xác định hệ số đồng thời, công suất thang máy và hệ thống bơm).
    • IEC 60439: Tiêu chuẩn quốc tế về hệ số đồng thời cho tủ phân phối điện hạ thế.
    • IEC 60076-11: Tiêu chuẩn quốc tế áp dụng cho chế tạo và thử nghiệm máy biến áp kiểu khô.

  • Khung lý thuyết phân loại phụ tải và đại lượng tính toán:

    • Phân loại theo mức độ quan trọng: Phụ tải loại 1 (yêu cầu cấp điện liên tục, mất điện gây nguy hiểm tính mạng và thiệt hại lớn: thang máy khẩn cấp, bơm chữa cháy, báo cháy, hút khói hầm); Phụ tải loại 2 (mất điện gây thiệt hại kinh tế: các dịch vụ thương mại); Phụ tải loại 3 (phụ tải dân dụng sinh hoạt thông thường, cho phép ngừng cấp điện khi có sự cố).
    • Các đại lượng công suất: Công suất định mức ($P_{\text{đm}}$), công suất đặt ($P_đ$), phụ tải trung bình ($P_{\text{tb}}$), phụ tải cực đại ổn định ($P_{\text{max}}$), phụ tải đỉnh nhọn ($P_{\text{đn}}$), phụ tải tính toán ($P_{\text{tt}}$) và công suất biểu kiến ($S$).
    • Các hệ số tính toán: Hệ số phụ tải ($K_{\text{pt}} = \frac{P_{\text{tb}}}{P_{\text{max}}}$), hệ số cực đại ($K_{\text{max}} = \frac{P_{\text{tt}}}{P_{\text{tb}}}$), hệ số sử dụng ($K_{\text{sd}} = \frac{P_{\text{tb}}}{P_{\text{đm}}}$), hệ số đồng thời ($K_s = \frac{\sum P_{\text{tti}}}{\sum P_{\text{yci}}}$), hệ số nhu cầu ($K_{\text{nc}}$) và số thiết bị làm việc hiệu quả ($n_{\text{hq}}$).

  • Phương pháp tính toán thực tế áp dụng:

    • Phương pháp tính toán chiếu sáng: Áp dụng phương pháp hệ số sử dụng (quang thông tổng) để tính số lượng bộ đèn cần lắp: $$N = \frac{E_{\text{yc}} \cdot S}{M \cdot U \cdot F}$$ Trong đó $E_{\text{yc}}$ là độ rọi yêu cầu (lux), $S$ là diện tích chiếu sáng ($\text{m}^2$), $M$ là hệ số bảo trì (chọn 0,7 – 0,8), $U$ là hệ số sử dụng (tra bảng), $F$ là quang thông định mức của đèn (lm).
    • Phương pháp tính toán phụ tải điện: Kết hợp phương pháp suất phụ tải trên một đơn vị diện tích ($P_{\text{tt}} = p_0 \cdot A$) cho khối thương mại, dịch vụ, tầng hầm; phương pháp theo công suất đặt và hệ số nhu cầu ($P_{\text{tt}} = K_{\text{nc}} \cdot \sum P_{\text{đmi}}$) cho các phòng kỹ thuật; phương pháp theo hệ số sử dụng và hệ số đồng thời ($P_{\text{tt}} = K_u \cdot K_s \cdot P_{\text{đm}}$) cho hệ thống căn hộ, thang máy, máy bơm và thiết bị phòng cháy chữa cháy.
    • Phương pháp tính toán bù công suất phản kháng: Xác định dung lượng tụ bù cần thiết để nâng hệ số công suất từ $\cos\varphi_1$ lên $\cos\varphi_2$ theo công thức: $$Q_c = P \cdot (\tan\varphi_1 - \tan\varphi_2)$$

  • Nguồn dữ liệu: Hồ sơ bản vẽ kiến trúc, cơ cấu phân bố diện tích mặt bằng của dự án MHD Trung Văn; bảng tra cứu catalog của các nhà sản xuất thiết bị (Rạng Đông, KP Electric, Doosan, Shizuki, Fujido, Beluno, Pentax); bảng tra định mức kỹ thuật trong sổ tay thiết kế và các văn bản tiêu chuẩn chuyên ngành.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Do đặc thù là đồ án thiết kế kỹ thuật công trình, các giải pháp kiến trúc nguồn, cấu hình công nghệ và thông số vận hành thiết bị được tác giả tính toán và định hình chi tiết:

Kiến trúc phân phối và sơ đồ cấp điện

  • Mạng trung áp và trạm biến áp: Điện năng từ lưới điện khu vực cấp qua tuyến trung áp 22 kV vào trạm biến áp hạ thế của tòa nhà. Trạm sử dụng 02 máy biến áp phân phối hạ áp kiểu khô, làm mát bằng quạt cưỡng bức, cấp điện áp $22 \pm 2 \times 2,5% / 0,4\text{ kV}$.
  • Hệ thống nguồn dự phòng: Bố trí 01 tổ máy phát điện diesel dự phòng 500 kVA đặt tại tầng kỹ thuật/hầm, kết nối với tủ phân phối cấp nguồn độc lập cho toàn bộ phụ tải ưu tiên loại 1 thông qua hệ thống tự động chuyển nguồn (ATS).
  • Trục dẫn điện chính (Busway): Cấp điện cho các khối tải bằng hệ thống thanh dẫn Busway (Busway 1) phân phối theo phương đứng lên các tủ điện tầng (tủ điện động lực, tủ điện căn hộ từ tầng 6 đến tầng 39, tủ điện chiếu sáng công cộng).

Lựa chọn thiết bị và công nghệ chính

  • Máy biến áp: 02 máy biến áp khô KP Electric 1200 kVA, cách điện đúc epoxy, cuộn dây bằng nhôm, đầu cực đấu dây bằng đồng, tổ đấu dây Dyn-11, cấp cách điện F, tổn hao không tải $P_0 \le 1300\text{ W}$, tổn hao ngắn mạch $P_k \le 4600\text{ W}$, điện áp ngắn mạch $U_k% = 6%$.
  • Máy phát điện: 01 máy phát điện Doosan công suất liên tục 500 kVA (công suất dự phòng 550 kVA), động cơ Doosan DP158LD (Hàn Quốc), dòng điện định mức 721 A, điện áp 380V/50Hz, vòng tua 1500 vòng/phút, đầu phát LeroySommer/Mecc-Alte, bộ điều khiển DeepSea/Datakom. Mức tiêu hao nhiên liệu ở 75% tải là 83,4 lít/giờ.
  • Hệ thống bù công suất phản kháng: Tủ tụ bù tự động 12 cấp, sử dụng bộ điều khiển Shizuki MS-12Q, đấu nối tập trung tại thanh cái hạ áp trạm biến áp để duy trì hệ số công suất $\cos\varphi$ ở mức 0,98.
  • Nguồn sáng: Đèn LED Rạng Đông đồng bộ (LED chống ẩm M18, M26; LED panel LN08, LN09, LN12, LN26; LED downlight âm trần AT28; LED tuýp T5, T8; LED bán nguyệt LB01).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Các qui định chung và tổng quan dự án

Chương này thiết lập cơ sở mặt bằng công trình, định nghĩa các phần tử cấu thành hệ thống điện và xác định các yêu cầu kỹ thuật nền tảng:

  • Mô tả tổng thể công trình MHD Trung Văn tại 29 Tố Hữu, Nam Từ Liêm, Hà Nội. Tòa nhà cao 39 tầng với 3 tầng hầm, khối đế thương mại từ tầng 1 đến tầng 4, khối căn hộ từ tầng 5 đến 39 gồm 276 căn hộ (diện tích từ 105 đến 134 m²).
  • Hệ thống hóa khái niệm về nguồn phát, máy biến áp, lưới truyền tải (110–220 kV do các trung tâm điều độ A1, A2, A3 quản lý), lưới phân phối trung áp (6–35 kV) và hạ áp (220–380 V).
  • Phân loại hộ tiêu thụ theo tầm quan trọng: tách biệt phụ tải loại 1 (hầm mỏ, bệnh viện, hệ thống chữa cháy, thang máy khẩn cấp – không được phép mất điện), phụ tải loại 2 (cơ sở sản xuất, thương mại dịch vụ) và phụ tải loại 3 (công trình sinh hoạt dân dụng).
  • Đưa ra 6 điều kiện kỹ thuật - kinh tế bắt buộc khi thiết kế: tính khả thi, vốn đầu tư hợp lý, đảm bảo độ tin cậy, chi phí vận hành thấp, an toàn cho người và thiết bị, thuận tiện bảo dưỡng sửa chữa.

Chương 2: Thiết kế chiếu sáng

Chương 2 trình bày tính toán thiết kế mạng chiếu sáng cho toàn bộ các không gian chức năng của công trình theo tiêu chuẩn TCVN 7114-1:2008 và QCVN 09:2013/BXD:

  • Phân tích các đại lượng quang học cơ bản: cường độ sáng ($I$, cd), quang thông ($F$, lm), độ chói ($L$, $\text{cd/m}^2$) và độ rọi ($E$, lux). Phân loại 5 hình thức chiếu sáng (trực tiếp, bán trực tiếp, hỗn hợp, bán gián tiếp, gián tiếp).
  • Quy định tiêu chuẩn độ rọi: Tiền sảnh, hành lang, tầng hầm (100 lux); Cầu thang, thang cuốn (150 lux); Trung tâm thương mại, phòng khách, phòng bếp (300 lux); Phòng ngủ (100 lux); Phòng kỹ thuật (350 lux); Phòng tắm, vệ sinh (200 lux).
  • Thực hiện tính toán số lượng bộ đèn bằng phương pháp quang thông tổng:
    • Khu vực 3 tầng hầm: Tầng hầm 1 diện tích để xe 1142,7 m² ($E_{\text{yc}} = 100\text{ lux}$, chọn đèn LED chống ẩm M18 18W – 1700 lm, $M = 0,7$) tính ra 120 bộ đèn; Phòng kỹ thuật hầm 1 rộng 200 m² ($E_{\text{yc}} = 350\text{ lux}$, chọn đèn M26 40W – 4000 lm, $M = 0,8$) tính ra 30 bộ đèn; Tầng hầm 2 và 3 diện tích 1342,7 m² tính ra 141 bộ/tầng, tổng hai tầng là 282 bộ đèn M18 18W.
    • Khu vực trung tâm thương mại (Tầng 1–4): Hành lang, lối đi lại ($S = 300\text{ m}^2$, $E_{\text{yc}} = 150\text{ lux}$) sử dụng 33 bộ đèn LN09 225/18W; Tầng 1 (mua sắm chung, $S = 942,8\text{ m}^2$) sử dụng 443 bộ đèn LED LN26 250/18W; Tầng 2 (thời trang, trang sức, $S = 942\text{ m}^2$) sử dụng 354 bộ đèn LED AT28 110/10W; Tầng 3 (khu vui chơi, nhà trẻ, $S = 942\text{ m}^2$) sử dụng 118 bộ đèn LED T8 600/10W; Khu vực quán ăn ($S = 692\text{ m}^2$) sử dụng 260 bộ đèn AT28 110/10W.
    • Khối căn hộ sinh hoạt (Tầng 5–39): Phân nhóm 8 loại căn hộ (CH1–CH8). Tính toán mẫu cho căn hộ CH1 ($105,5\text{ m}^2$): Phòng sinh hoạt chung ($35,49\text{ m}^2$, 300 lux) chọn 18 bộ đèn AT28 90/8W; 3 phòng ngủ (diện tích 14,8 m², 11,5 m², 11,9 m², 100 lux) mỗi phòng chọn 2 bộ đèn tuýp T5 LT03 1200/16W; Phòng bếp và ăn ($14,84\text{ m}^2$, 300 lux) chọn 8 bộ đèn LN08 170x170/12W; Phòng vệ sinh ($4,76\text{ m}^2$) chọn 2 bộ đèn LN08 12W; 2 logia (2,95 m² và 4,84 m²) mỗi logia chọn 1 bộ đèn LN08 12W.
    • Chiếu sáng hành lang tầng và phòng kỹ thuật: Hành lang mỗi tầng căn hộ ($S = 100\text{ m}^2$, $E_{\text{yc}} = 150\text{ lux}$) trang bị 12 bộ đèn LB01 20W; 5 phòng kỹ thuật (CH1–CH5) trang bị từ 32 đến 40 bộ đèn panel LN12 300x300/30W ($E_{\text{yc}} = 350\text{ lux}$).
Khu vực chức năng Diện tích ($S$, $\text{m}^2$) Độ rọi yêu cầu ($E_{\text{yc}}$, lux) Loại đèn lựa chọn Công suất (W) Quang thông (lm) Số lượng tính toán (bộ)
Khu để xe hầm 1 1142,7 100 LED chống ẩm M18 18 1700 120
Phòng kỹ thuật hầm 1 200,0 350 Đèn M26 40 4000 30
Khu để xe hầm 2 và 3 1342,7 (mỗi tầng) 100 LED chống ẩm M18 18 1700 282 (tổng 2 hầm)
Hành lang thương mại 300,0 150 LED LN09 225/18W 18 1700 33
Tầng 1: Mua sắm chung 942,8 300 LED LN26 250/18W 18 1800 443
Tầng 2: Thời trang 942,0 300 LED AT28 110/10W 10 900 354
Tầng 3: Vui chơi, nhà trẻ 942,0 150 LED T8 600/10W 10 1000 118
Tầng 4: Khu quán ăn 692,0 300 LED AT28 110/10W 10 900 260
Phòng khách CH1 35,49 300 LED AT28 90/8W 8 800 18
Phòng ngủ 1 (CH1) 14,80 100 LED T5 LT03 1200 16 1300 2
Bếp + ăn (CH1) 14,84 300 LED LN08 170x170 12 750 8
Hành lang tầng căn hộ 100,0 150 LED LB01 20 1700 12

Chương 3: Tính toán phụ tải của chung cư

Chương 3 thực hiện tính toán nhu cầu công suất điện của từng nhóm phụ tải sinh hoạt, dịch vụ và phụ tải kỹ thuật ưu tiên:

  • Phương pháp và hệ số tính toán: Sử dụng hệ số sử dụng loại tải (động cơ điện: 0,75; chiếu sáng, điều hòa, bơm: 1; ổ cắm: phụ thuộc tải); tra cứu hệ số đồng thời trong chung cư cao tầng theo TCVN 9206:2012 ($K_s = 1$ cho 2–4 căn hộ; giảm dần còn $K_s = 0,40$ cho từ 50 căn hộ trở lên); tra hệ số đồng thời tủ phân phối theo IEC 60439.
  • Phụ tải căn hộ tiêu chuẩn: Thống kê thiết bị ổ cắm một căn hộ gồm TV, máy tính, tủ lạnh, lò vi sóng, máy sấy, nồi cơm, máy giặt, nồi chiên không dầu, quạt cây... với tổng công suất ổ cắm là 9.280 W. Phụ tải động lực gồm: điều hòa phòng khách 12.000 BTU (1300 W), 3 điều hòa phòng ngủ 9.000 BTU ($3 \times 1000\text{ W}$), 1 bếp từ (5000 W), bình nóng lạnh ($2 \times 2000\text{ W} = 4000\text{ W}$).
  • Phụ tải ưu tiên loại 1:
    • Thang máy: Tính toán theo TCVN 9206:2012. Bố trí 02 thang máy FUJIDO 1300 kg (tải 20 người, công suất $P_{\text{ni}} = 15\text{ kW}$) phục vụ 3 hầm lên 4 tầng TTTM; 05 thang máy tải trọng 1350 kg (tải 20 người, $P_{\text{ni}} = 22\text{ kW}$) phục vụ từ tầng 1 lên 39 tầng căn hộ; 01 thang máy khẩn cấp sự cố ($P_{\text{ni}} = 20\text{ kW}$). Tổng công suất tính toán nhóm thang máy là 178,2 kW.
    • Hệ thống bơm nước và xử lý nước: 04 bơm cấp nước sinh hoạt Beluno CX65-200/22 ($4 \times 22\text{ kW}$, $P_{\text{tt}} = 88\text{ kW}$); 04 bơm tăng áp Pentax CMT 160/00 ($P_{\text{tt}} = 4,4\text{ kW}$); 05 bơm nước thải SF65-3.7 ($P_{\text{tt}} = 18,5\text{ kW}$); 01 trạm xử lý nước thải VPNT-60 ($P_{\text{tt}} = 60\text{ kW}$); 01 hệ thống xử lý nước cấp LAV500 và LOV500 ($P_{\text{tt}} = 72,2\text{ kW}$).
    • Hệ thống phòng cháy chữa cháy: Tủ báo cháy FSMBL-002 ($P_{\text{tt}} = 1\text{ kW}$), bơm chữa cháy CX50-200/11 ($P_{\text{tt}} = 11\text{ kW}$), hút khói hành lang HDP204-8.0 ($P_{\text{tt}} = 0\text{ kW}$ ở chế độ thường), thang máy sự cố ($P_{\text{tt}} = 20\text{ kW}$), quạt thông gió hầm chịu nhiệt ($P_{\text{tt}} = 10\text{ kW}$).
  • Tổng hợp công suất toàn tòa nhà:
Hạng mục phụ tải Tổng công suất yêu cầu ($P_{\text{yc}}$, kW) Hệ số đồng thời ($K_s$) Công suất tính toán ($P_{\text{tt}}$, kW) Công suất thiết kế ($S_{\text{tk}}$, kVA) Thiết bị nguồn được lựa chọn
Phụ tải ưu tiên (Thang máy, trạm bơm, PCCC) 463,30 0,80 370,85 436,05 01 Máy phát điện Doosan 500 kVA
Toàn bộ tòa nhà (Hầm, TTTM, căn hộ, ưu tiên) 2966,18 0,40 1186,47 1535,44 (gồm 10% dự phòng = 118,85 kW) 02 Máy biến áp KP Electric 1200 kVA

Chương 4: Chọn MBA và MP dự phòng – Cải thiện hệ số công suất

Chương 4 thực hiện lựa chọn chủng loại, thông số định mức của máy biến áp, máy phát điện và giải pháp bù tối ưu hóa hệ thống điện:

  • Chọn máy biến áp: Dựa trên công suất thiết kế $S_{\text{tk}} = 1535,44\text{ kVA}$, tác giả chọn phương án lắp đặt 02 máy biến áp khô KP Electric 1200 kVA đúc nhựa epoxy làm việc song song, điện áp $22 \pm 2 \times 2,5% / 0,4\text{ kV}$, tổ đấu dây Dyn-11. Tổn hao không tải $P_0 \le 1300\text{ W}$, tổn hao ngắn mạch $P_k \le 4600\text{ W}$, điện áp ngắn mạch $U_k% = 6%$.
  • Chọn máy phát điện dự phòng: Căn cứ công suất tính toán của phụ tải ưu tiên $S_{\text{tk}} = 436,05\text{ kVA}$, chọn 01 máy phát điện Doosan 500 kVA (động cơ Doosan DP158LD, xuất xứ Hàn Quốc, công suất liên tục 500 kVA, công suất dự phòng 550 kVA, dòng điện 721 A, tiêu hao nhiên liệu 75% tải là 83,4 lít/giờ).
  • Cải thiện hệ số công suất:
    • Phân tích tổn thất và sụt áp: $\Delta U = \frac{P \cdot R + Q \cdot X}{U}$ và $\Delta P = \frac{S^2}{U^2} \cdot R$. Tăng hệ số công suất $\cos\varphi$ giúp giảm dòng điện truyền tải, giảm tiết diện dây cáp và giảm tổn thất năng lượng.
    • So sánh giải pháp: Bù tự nhiên (chống chạy non tải động cơ) và bù nhân tạo (máy bù đồng bộ so với tụ điện tĩnh). Tác giả lựa chọn tụ bù tĩnh do chi phí thấp, không có phần quay cơ khí, dễ bảo dưỡng.
    • Lựa chọn phương thức bù: Chọn phương thức bù tập trung tại thanh cái hạ áp của tủ phân phối chính thay vì bù phân tán tại từng thiết bị, giúp giảm chi phí lắp đặt, giảm tải cho máy biến áp và vận hành linh hoạt.
    • Tính toán dung lượng tụ bù: Hệ số công suất ban đầu của hệ thống là $\cos\varphi_1 = 0,85$, yêu cầu nâng lên $\cos\varphi_2 = 0,98$. Với công suất tác dụng của máy biến áp $P_{\text{MBA}} = S_{\text{MBA}} \cdot \cos\varphi_1 = 1200 \times 0,85 = 1020\text{ kW}$, dung lượng tụ bù được xác định: $$Q_c = P \cdot (\tan\varphi_1 - \tan\varphi_2) = 1020 \cdot (\tan(\arccos 0,85) - \tan(\arccos 0,98)) = 425,02\text{ kVAr}$$
    • Thiết bị điều khiển bù: Chọn bộ điều khiển tụ bù tự động Shizuki 12 cấp – MS-12Q (điện áp 3 pha 380V, tự động chỉnh hệ số C/K, tự động đổi cực tính biến dòng CT, đo lường $\cos\varphi$, dòng điện và tổng độ méo sóng hài THD, cấp cuối có thể lập trình báo động hoặc đóng quạt làm mát).

Kết quả và đóng góp

Đồ án đạt được các kết quả kỹ thuật định lượng và đề xuất các giải pháp kỹ thuật cụ thể:

  • Kết quả thông số kỹ thuật then chốt:

    • Xác định tổng công suất yêu cầu toàn tòa nhà là 2966,18 kW; với hệ số đồng thời $K_s = 0,40$, công suất tính toán thực tế là 1186,47 kW; có xét thêm 10% công suất dự phòng phát triển tương lai (118,85 kW), đưa tổng công suất biểu kiến thiết kế lên 1535,44 kVA.
    • Xác định tổng công suất nhóm phụ tải ưu tiên loại 1 là 463,30 kW; với hệ số đồng thời $K_s = 0,80$, công suất tính toán đạt 370,85 kW, tương đương công suất biểu kiến 436,05 kVA.
    • Tính toán chi tiết độ rọi và số lượng bộ đèn chiếu sáng cho 3 tầng hầm để xe, 4 tầng khối đế dịch vụ thương mại, hành lang chung và 8 loại căn hộ điển hình (CH1 đến CH8).
    • Tính toán chính xác dung lượng bù công suất phản kháng cần thiết là 425,02 kVAr, nâng hệ số công suất toàn trạm từ 0,85 lên 0,98.

  • Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất:

    • Giải pháp máy biến áp: Đề xuất sử dụng 02 máy biến áp khô KP Electric 1200 kVA (22/0,4 kV) thay vì máy biến áp dầu, nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn phòng chống cháy nổ nghiêm ngặt trong tầng hầm/tầng kỹ thuật chung cư cao tầng.
    • Phân tách xuất tuyến ưu tiên: Tách riêng nguồn cấp cho thang máy khẩn cấp, bơm chữa cháy và hệ thống xử lý nước sang máy phát điện Doosan 500 kVA độc lập, đảm bảo khả năng vận hành khi có sự cố lưới điện quốc gia.
    • Phương thức bù phản kháng tự động: Đề xuất cấu hình tủ tụ bù tập trung tự động 12 cấp Shizuki MS-12Q tại thanh cái phân phối hạ thế, giải phóng công suất biểu kiến cho máy biến áp mà không phụ thuộc vào thao tác đóng cắt thủ công của kỹ thuật viên.

  • Đóng góp của đồ án: Tác giả đã hoàn thiện bộ quy trình tính toán thiết kế hệ thống phân phối điện cho một công trình tổ hợp chung cư cao tầng kết hợp thương mại dịch vụ thực tế (MHD Trung Văn), liên kết chặt chẽ giữa tính toán quang thông chiếu sáng nội thất, dự báo phụ tải sinh hoạt theo hành vi sử dụng thiết bị gia dụng và tối ưu hóa vận hành thiết bị trạm biến áp hạ thế.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của tài liệu:

    • Nội dung văn bản đồ án tập trung chủ yếu vào 4 bước đầu: tổng quan, chiếu sáng, phụ tải, chọn máy biến áp - máy phát và tính tụ bù. Các nội dung trong quy trình 10 bước như tính toán dòng điện ngắn mạch chi tiết ($I_{\text{N}}$), lựa chọn dây dẫn/cáp ngầm hạ thế, sơ đồ phối hợp bảo vệ rơ le và hệ thống nối đất - chống sét chưa được trình bày chi tiết số liệu tính toán trong các chương văn bản này.
    • Số liệu phụ tải căn hộ dựa trên cấu hình thiết bị mẫu giả định; chưa có số liệu đo đạc thực nghiệm phụ tải biểu đồ phụ tải theo giờ trong ngày khi tòa nhà lấp đầy cư dân thực tế.

  • Hướng phát triển tiếp (theo định hướng văn bản):

    • Hoàn thiện toàn bộ hệ thống hồ sơ bản vẽ thi công, bóc tách khối lượng vật tư và dự toán chi phí đầu tư thiết bị.
    • Nghiên cứu tích hợp các giải pháp tự động hóa quản lý năng lượng tòa nhà (hệ thống BMS/SCADA hạ áp), giám sát chất lượng điện năng và tối ưu hóa biểu đồ phụ tải đỉnh.

Giá trị tham khảo

Đồ án là nguồn tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và ứng dụng thực hành cho:

  • Sinh viên các ngành Kỹ thuật điện, Hệ thống điện, Thiết bị điện và Điện công nghiệp khi thực hiện đồ án môn học Thiết kế cung cấp điện hoặc đồ án tốt nghiệp kỹ sư về công trình dân dụng cao tầng.
  • Kỹ sư thiết kế cơ điện (M&E) tham khảo phương pháp áp dụng các tiêu chuẩn TCVN 7114:2008, QCVN 09:2013/BXD và TCVN 9206:2012 trong việc xác định phụ tải tính toán căn hộ, phụ tải thang máy và hệ thống bơm nước.
  • Các phần đáng tham khảo nhất trong đồ án bao gồm: bảng tổng hợp công suất phụ tải ưu tiên, phương pháp tính chọn công suất máy biến áp khô làm việc song song kết hợp máy phát điện dự phòng, và thuật toán xác định dung lượng tụ bù nâng $\cos\varphi$ lên 0,98 bằng bộ điều khiển đa cấp.

Câu hỏi thường gặp

1. Tòa nhà chung cư MHD Trung Văn có quy mô diện tích và cơ cấu công năng như thế nào?
Dự án được xây dựng trên diện tích đất 8.266 m² với mật độ xây dựng 35,195% tại 29 Tố Hữu, Nam Từ Liêm, Hà Nội. Quy mô công trình gồm 1 tòa tháp căn hộ cao 39 tầng và 3 tầng hầm để xe. Tầng 1 đến tầng 4 phục vụ thương mại dịch vụ, nhà trẻ, văn phòng, nhà hàng, rạp chiếu phim; tầng 5 bố trí các phòng kỹ thuật; từ tầng 6 đến tầng 39 gồm 276 căn hộ với diện tích từ 105 m² đến 134 m² (phân loại từ CH1 đến CH8).

2. Công suất tính toán của tòa nhà là bao nhiêu và tác giả đã lựa chọn trạm biến áp như thế nào?
Tổng công suất yêu cầu ($P_{\text{yc}}$) của toàn bộ tòa nhà là 2966,18 kW. Với hệ số đồng thời $K_s = 0,40$, công suất tính toán ($P_{\text{tt}}$) là 1186,47 kW. Cộng thêm 10% công suất dự phòng phát triển tương lai (118,85 kW), công suất biểu kiến thiết kế đạt 1535,44 kVA. Tác giả lựa chọn phương án lắp đặt 02 máy biến áp khô KP Electric công suất 1200 kVA, cấp điện áp $22 \pm 2 \times 2,5% / 0,4\text{ kV}$, tổ đấu dây Dyn-11.

3. Phụ tải ưu tiên loại 1 của tòa nhà gồm những thiết bị nào và sử dụng nguồn dự phòng gì?
Phụ tải ưu tiên gồm có: 2 thang máy khối hầm - TTTM (33 kW), 5 thang máy khối căn hộ và 1 thang máy khẩn cấp (145,2 kW); trạm bơm nước sinh hoạt, bơm tăng áp, bơm nước thải và hệ thống xử lý nước (243,1 kW); hệ thống PCCC, báo cháy, hút khói hành lang, thông gió hầm (42 kW). Tổng công suất yêu cầu của nhóm này là 463,30 kW, hệ số đồng thời $K_s = 0,80$, công suất tính toán đạt 370,85 kW ($S_{\text{tk}} = 436,05\text{ kVA}$). Nguồn cấp dự phòng được chọn là 01 máy phát điện Doosan công suất liên tục 500 kVA (động cơ DP158LD).

4. Mục tiêu nâng cao hệ số công suất của công trình được giải quyết bằng thông số kỹ thuật nào?
Mục tiêu đặt ra là nâng hệ số công suất $\cos\varphi$ từ mức tự nhiên 0,85 lên 0,98. Với công suất tác dụng tính toán của máy biến áp là 1020 kW, dung lượng bù công suất phản kháng được tính ra là $Q_c = 425,02\text{ kVAr}$. Tác giả lựa chọn giải pháp bù tập trung tự động bằng bộ điều khiển tụ bù Shizuki 12 cấp mã hiệu MS-12Q đấu nối tại thanh cái hạ áp trạm biến áp.

5. Hệ thống thang máy trong công trình được tính toán công suất theo tiêu chuẩn nào và chia thành các nhóm ra sao?
Phụ tải thang máy được tính toán theo tiêu chuẩn TCVN 9206:2012, chia làm 3 nhóm: Nhóm 1 gồm 02 thang máy FUJIDO tải trọng 1300 kg (công suất động cơ 15 kW) phục vụ 3 tầng hầm lên 4 tầng thương mại; Nhóm 2 gồm 05 thang máy tải trọng 1350 kg (công suất động cơ 22 kW) phục vụ di chuyển từ tầng 1 lên 39 tầng căn hộ; Nhóm 3 gồm 01 thang máy khẩn cấp có nguồn điện độc lập (công suất động cơ 20 kW).

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống điện cho tòa chung cư MHD Trung Văn" của sinh viên Hoàng Thế Vinh và Phạm Quốc Văn đã hoàn thành việc thiết lập giải pháp cung cấp điện hoàn chỉnh cho một công trình cao tầng hỗn hợp 39 tầng nổi và 3 tầng hầm. Dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật TCVN 7114:2008, QCVN 09:2013/BXD và TCVN 9206:2012, đề tài đã tính toán chi tiết mạng chiếu sáng nội thất, xác lập biểu đồ công suất phụ tải sinh hoạt và phụ tải kỹ thuật ưu tiên. Phương án sử dụng 02 máy biến áp khô KP Electric 1200 kVA kết hợp 01 máy phát điện dự phòng Doosan 500 kVA và hệ thống tủ tụ bù tự động 425,02 kVAr đảm bảo tính tin cậy cung cấp điện, phòng chống cháy nổ và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng cho tòa nhà. Tài liệu là tài liệu tham khảo chuyên khảo có giá trị cao đối với sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật điện và các kỹ sư thiết kế hệ thống cơ điện công trình cao tầng.