Sinh viên thực hiện: Bùi Hải Đăng
1 HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
BÙI HẢI ĐĂNG
KHÓA 5
HỆ ĐÀO TẠO CHÍNH QUY (KỸ SƯ DÂN SỰ)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO TÒA NHÀ
CAO TẦNG CÓ ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HIỆN
ĐẠI


NGÀNH ĐIỆN, ĐIỆN TỬ
Mã số: 20.00 THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO TÒA NHÀ
CAO TẦNG CÓ ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HIỆN
ĐẠI
Cán bộ hướng dẫn khoa học: ĐẠI TÁ, GVC, TS NGUYỄN NGỌC HÒA Năm 2011

Sinh viên thực hiện: Bùi Hải Đăng
3


tầng được xây dựng lên với mục đích sử dụng là bán và cho thuê làm khu
thương mại, siêu thị, nhà hàng, quán ăn, khu vui chơi giải trí, khu văn phòng,
khu chung cư, biệt thự cao cấp, …
Chính vì vậy, vấn đề đặt ra là chúng ta cần phải có năng lực thiết kế các
hệ thống cung cấp điện một cách có bài bản và đúng quy cách, phù hợp với các
tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành. Tuy nhiên, việc tính toán thiết kế cung cấp điện là
một công việc hết sức khó khăn, đòi hỏi người thiết kế phải có kiến thức thật
sâu rộng về hàng loạt các chuyên ngành: cung cấp điện, thiết bị điện, kỹ thuật
cao áp, an toàn điện, …
Trong những năm học tập ở trường và tương lai sẽ là một kỹ sư ngành
điện, em nhận thức và hiểu được tầm quan trọng trong nhu cầu sử dụng nguồn
năng lượng điện đối với nhu cầu đời sống của người dân nói riêng và đất nước
nói chung. Vì vậy em đã chọn đề tài tốt nghiệp của mình là “Thiết kế hệ
thống cung cấp điện cho toà nhà cao tầng có ứng dụng các phương pháp
hiện đại”.
Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Nguyễn Ngọc Hòa và các
thầy cô trong bộ môn đã giúp em hoàn thành được đồ án của mình. Do thời
gian và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế nên đề tài của em không tránh khỏi
còn có những thiếu sót. Em rất mong được các thầy cô trong bộ môn hướng
dẫn và góp ý thêm cho em, để em có thế rút ra được những kinh nghiệm cho
công việc sau này.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện
Bùi Hải Đăng

Sinh viên thực hiện: Bùi Hải Đăng
5

Chương I:
TỔNG QUAN


Chức năng của tòa nhà hỗn hợp HH4 TWIN TOWER như sau:
Khối nhà A:
 02 tầng hầm để xe kết hợp các khu vực kỹ thuật.
 Từ tầng 1 đến tầng 17 sử dụng làm văn phòng và từ tầng 19 đến
tầng 25 sử dụng làm căn hộ.
 Tầng 18 là tầng kỹ thuật.
 Hệ thống giao thông đứng gồm 6 thang máy, 1 thang bộ và 1 cầu
thang thoát hiểm được bố trí tiếp giáp với không gian bên ngoài.
- Khối nhà B: (Được chọn làm đối tượng thiết kế trong đồ án này)
 02 tầng hầm để xe kết hợp các khu vực kỹ thuật.
 Từ tầng 1 đến tầng 16 sử dụng làm văn phòng và từ tầng 18 đến tầng
27 sử dụng làm căn hộ.
Sinh viên thực hiện: Bùi Hải Đăng
7

 Tầng 17 là tầng kỹ thuật.
 Hệ thống giao thông đứng gồm 6 thang máy, 1 thang bộ và 1 thang
thoát hiểm được bố trí tiếp giáp với không gian bên ngoài.
- Khối nhà C:
 Tầng 1 là sảnh chung .
 Tầng 2 và 3 sử dụng để kinh doanh dịch vụ.
 Tầng 4 là phòng hội nghị, tầng 5 cho thuê kinh doanh dịch vụ nhà
hàng.
 Hệ thống giao thông đứng gồm 4 thang máy, 1 thang bộ và 1 thang
thoát hiểm.
1.2. Đặc điểm và yêu cầu cung cấp điện cho tòa nhà cao tầng.
1.2.1. Các đặc điểm chung:
Trong giai đoạn hiện nay, nền kinh tế nước ta đã có bước phát triển
vượt bậc, hội nhập với khu vực và thế giới. Trong lĩnh vực cung cấp điện,

Yêu cầu: phải đảm bảo cung cấp điện liên tục, thời gian mất điện không
được quá thời gian để thiết bị tự động đóng nguồn điện dự phòng. Trong đồ án
dự định sử dụng các bộ đèn có ắcquy làm thiết bị chiếu sáng sự cố an toàn
(thoát hiểm).
- Hộ loại 2: gồm nguồn cấp cho hệ thống thang máy, hệ thống phòng
cháy chữa cháy, các khu vực kinh doanh nhà hàng ăn uống, cửa hàng bán đồ
tiêu dùng, các khu vực bãi để xe dưới tầng hầm. Đây là các phụ tải ưu tiên.
Yêu cầu: Phải đảm bảo cấp điện liên tục, thời gian mất điện không quá
thời gian cần thiết để đóng nguồn điện dự phòng. Trạm phát điện dự phòng ở
trạng thái dự phòng nguội, được tự động khởi động và mang tải sau khi mất
điện lưới.
Sinh viên thực hiện: Bùi Hải Đăng
9

- Hộ loại 3: gồm những hộ dùng điện còn lại (hệ thống điều hoà không
khí, khu vực các căn hộ gia đình, …).
Yêu cầu: Thời gian mất điện cho phép không quá 12 giờ, không yêu cầu
có nguồn dự phòng.
Trong thực tế, việc phân loại hộ tiêu thụ không hoàn toàn cứng nhắc mà
còn tuỳ thuộc vào tầm quan trọng của hộ tiêu thụ được xét đối với các hộ tiêu
thụ còn lại. Mặt khác trong một nhà máy, một cơ sở dịch vụ, khu dân cư có
nhiều loại hộ tiêu thụ xen kẽ nhau. Vì vậy khi thiết kế hệ thống cung cấp điện
phải khảo sát kỹ lưỡng đối tượng được cấp điện, nhằm đảm bảo việc cung cấp
điện an toàn, tin cậy và linh hoạt.
1.2.3. Những yêu cầu cấp điện cho nhà chung cư:
Một phương án cung cấp điện được xem là hợp lý khi thỏa mãn được
các yêu cầu sau:
a) Độ tin cậy cung cấp điện:
Là khả năng cung cấp điện liên tục cho các thiết bị điện, ở đây độ tin
cậy tùy thuộc vào tính chất quan trọng của các loại thiết bị cần phải hoạt động

độ an toàn cung cấp điện.
Cuối cùng, việc vận hành quản lý hệ thống điện có vai trò đặc biệt quan
trọng. Những cán bộ kỹ thuật quản lí vận hành hệ thống và người sử dụng đều
cần phải có ý thức chấp hành những quy định, những quy tắc vận hành và sử
dụng điện an toàn.
d) Tính kinh tế cao:
Trong quá trình thiết kế thường xuất hiện nhiều phương án, các phương
án thường có những ưu và khuyết điểm riêng, có thể lợi về kinh tế nhưng xét
về kỹ thuật thì không được tốt. Chỉ tiêu kinh tế được xét đến khi các chỉ tiêu
kỹ thuật nêu trên đã được đảm bảo.
Sinh viên thực hiện: Bùi Hải Đăng
11

Chỉ tiêu kinh tế được đánh giá thông qua: tổng số vốn đầu tư, chi phí
vận hành và thời gian thu hồi vốn đầu tư.
Việc đánh giá chỉ tiêu kinh tế phải bằng cách tính toán và so sánh tỷ mỉ
giữa các phương án, từ đó mới có thể đưa ra được phương án tối ưu.
Ngoài các yêu cầu trên, khi thiết kế cung cấp điện cũng cần chú ý đến
các yêu cầu khác như: thuận tiện cho công tác vận hành và sửa chữa, có điều
kiện thuận lợi cho yêu cầu phát triển phụ tải sau này, rút ngắn được thời gian
xây dựng, v.v
1.2.4. Một số vấn đề chung khi thiết kế cung cấp điện:
a) Các bước thực hiện thiết kế cung cấp điện:
Bước 1: Thu thập dữ liệu ban đầu
- Nhiệm vụ, mục đích thiết kế cung cấp điện
- Đặc điểm quá trình công nghệ hay công năng của công trình sẽ được
cung cấp điện
- Dữ liệu về nguồn điện: công suất nguồn, hướng cấp điện, khoảng cách
đến hộ tiêu thụ
- Dữ liệu về phụ tải: công suất, phân bố, phân loại hộ tiêu thụ.

nhiên
- Phương pháp bù bằng tụ điện: xác định dung lượng bù, phân phối tụ
điện bù trong mạng cao áp và hạ áp.
Bước 9: Bảo vệ rơle và tự động hoá
- Bảo vệ rơle cho máy biến áp, đường dây cao áp, các thiết bị điện có
công suất lớn, quan trọng
- Các biện pháp tự động hóa: tự động đóng lặp lại, đóng dự phòng
Sinh viên thực hiện: Bùi Hải Đăng
13

- Các biện pháp thông tin điều khiển.
Bước 10: Hồ sơ thiết kế cung cấp điện
- Bảng thống kê các dữ liệu ban đầu
- Bản vẽ mặt bằng công trình và phân bố phụ tải
- Bản vẽ sơ đồ nguyên lý cung cấp điện mạng cao áp, mạng hạ áp,
mạng chiếu sáng
- Bản vẽ mặt bằng và sơ đồ đi dây của mạng cao áp, mạng hạ áp, mạng
chiếu sáng.
- Bản vẽ chi tiết các bộ phận như bảo vệ rơle, đo lường, tự động hóa,
nối đất, thiết bị chống sét
b) Về đảm bảo nguồn điện:
Do phụ tải của các tòa nhà tương đối lớn (lên đến cỡ hàng MVA) nên
nguồn cấp từ lưới điện quốc gia thường là nguồn trung áp 22kV lộ kép và
được chuyển đổi xuống điện áp 0,4kV cấp điện cho các tủ điện hạ áp tổng của
tòa nhà. Đường cáp cung cấp điện từ cột đường dây trên không (điểm đấu
điện) đến trạm biến áp thường dùng cáp ngầm khô XLPE/PVC có đặc tính
chống thấm dọc. Trước khi cung cấp điện cho toà nhà, từ trạm biến áp nguồn
điện được đưa đến các tủ hạ áp tổng, các tủ này có hệ thống đóng cắt và bảo
vệ quá tải, ngắn mạch …
Để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho tòa nhà, thường dùng trạm tối

các tủ tầng nằm trên một trục đứng.
Mỗi tầng được cấp điện từ các tủ phân phối trung gian riêng của tầng và
được đặt trong các buồng kỹ thuật điện. Các tủ này có kết cấu kiểu đặt đứng
trên sàn nhà, áp sát vào tường hoặc loại bảng điện treo tường (đặt nổi hoặc âm
tường).
Sinh viên thực hiện: Bùi Hải Đăng
15

Cáp và dây dẫn đến bảng điện, công tắc, thiết bị, ổ cắm được đặt bên
trong ống nhựa cứng PVC có đặc tính chống cháy đặt chìm trong tường, sàn
hoặc trần giả.
Các bảng điện tầng dùng tủ đặt đứng hoặc bảng điện treo tường, vỏ tôn
sơn tỉnh điện bắt nổi hoặc âm tường, thiết bị đóng cắt dùng áptômát vỏ đúc
(MCCB) 1 pha hoặc 3 pha có móc bảo vệ từ và nhiệt. Để đảm bảo an toàn cho
người sử dụng nên có các thiết bị phát hiện dòng rò (RCD) lắp ở đầu tuyến
dây cấp nguồn cho cả dây pha và trung tính.
Hệ thống nối đất đến các bảng điện tầng, các thiết bị động lực, dùng cáp
ruột đồng một lõi vỏ cách điện PVC làm dây nối đất; các mạch động lực như
các ổ cắm đặt chờ bếp, máy lạnh đều có dây nối đất đi kèm nối về vỏ bảng
điện tầng.
Trong mỗi khu văn phòng, căn hộ bố trí một tủ phân phối điện, trong đó
lắp đặt các áptômat tổng, áptômat phân đoạn, áptômat nhánh có thông số phù
hợp để bảo vệ và phân phối điện đến các thiết bị dùng điện. Dây dẫn điện đi
trong nhà dùng dây lõi đồng, cách điện PVC đi theo máng cáp và được luồn
trong ống nhựa cứng chôn ngầm trong tường, trần hoặc đi trên trần giả.
Mỗi khu vực sử dụng điện trong công trình tùy theo chức năng sử dụng
được bố trí các công tơ đo đếm điện riêng để tiện tính toán, đánh giá việc sử
dụng điện tiết kiệm và hiệu quả. Các khu vực công cộng của tòa nhà được cấp
điện từ tủ điện tổng cũng có thể bố trí công tơ đo đếm riêng. Các đồng hồ đo
đếm điện năng thường có cấp chính xác cấp 1.

quan hệ giữa giá trị của sản phẩm đầu cuối và chi phí vận hành tòa nhà. Nó
cũng có thể phụ thuộc vào mức độ phức tạp của các dịch vụ tòa nhà và tổng
Sinh viên thực hiện: Bùi Hải Đăng
17

vốn đầu tư của chúng. Sau đây sẽ đưa ra những lợi ích điển hình chủ yếu mà
một BAS có thể mang lại.
1. Độ tin cậy của các máy móc thiết bị và các dịch vụ được nâng cao
Các mục tiêu vận hành và bảo trì hệ thống là để đảm bảo cho máy móc
thiết bị hoạt động tốt không hỏng hóc và duy trì sự hoạt động hiệu quả. Sự cố
một cấu kiện hầu như luôn gây ra việc sửa chữa hoặc thay thế tốn kém hơn chi
phí cần thiết cho việc chăm sóc định kỳ theo thời gian. Hơn nữa, hỏng hóc
một thiết bị nào đó làm gián đoạn dịch vụ được đảm bảo bởi hệ thống này và
gây nên sự bất tiện cho những người ngụ cư và/hoặc chi phí tốn kém thêm cho
chủ nhà.
Một BAS có thể mang lại sự đóng góp đáng kể theo hướng đảm bảo các
tính năng hoạt động bằng cách giám sát hệ thống một cách liên tục và duy trì
sự bảo dưỡng phòng ngừa. Những ví dụ điển hình là các cảnh báo thiết bị khi
đạt đến thời gian vận hành định trước và trong trường hợp tính năng của thiết
bị đã bị xuống cấp đến một mức nào đó.
2. Giảm các chi phí vận hành
Một trong những phí tổn chủ yếu khi vận hành tòa nhà là chi phí năng
lượng dùng cho sưởi ấm, điều hòa không khí và chiếu sáng không gian. Trên
thực tế, chức năng quan trọng của BAS là giảm các chi phí năng lượng này
càng nhiều càng tốt. Các ví dụ điển hình về điều này là khởi động/dừng được
lập trình, định chu trình làm việc, đặt lại điểm thiết lập và tối ưu hóa các máy
làm lạnh.
Tất cả các loại tòa nhà đều là những ứng viên cho một dạng hệ thống
tiết kiệm năng lượng nào đó. Nếu chỉ theo lý do lắp đặt một hệ thống để tiết
kiệm năng lượng, thì người ta thường thích gọi nó là một hệ thống điều khiển

19

Hơn nữa, BAS cũng có thể hỗ trợ cho các biện pháp an ninh an toàn
khác. Ví dụ, bản thân nó có thể giám sát vào ra bằng cách cung cấp cho người
quản lý tòa nhà khả năng chấp nhận các mức truy nhập khác nhau cho mỗi
thành viên khác nhau trong đội ngũ cán bộ nhân viên. BAS có thể giúp cho
người bảo vệ chống lại sự đột nhập không cho phép vào tòa nhà bằng cách sử
dụng các thẻ ra vào, bằng việc kiểm tra và giám sát các khu vực riêng biệt của
tòa nhà, và bằng việc đảm bảo duy trì việc tuần tra an ninh phù hợp với kế
hoạch đã ấn định.
1.3.2. Tòa nhà thông minh:
Ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển vượt bậc đã mang đến nhiều giải
pháp ứng dụng thiết thực trong cuộc sống. Riêng sự phát triển của hệ thống
mạng và các thiết bị IP, việc tích hợp các thành phần, hệ thống khác nhau của
toà nhà thành một hệ thống tổng thể trở nên dễ dàng hơn. Tòa nhà thông minh
(Intelligent Building) là một khái niệm mới nhưng đã nhanh chóng trở thành
xu huớng tất yếu cho tất cả các toà nhà hiện đại trên thế giới.
Tại Việt Nam, nhiều cao ốc văn phòng, trung tâm thương mại, trường
học, sân bay, bệnh viện đã và đang được xây dựng, nhưng chưa sử dụng các
hệ thống tự động hoá trong quản lý toà nhà, nếu có cũng chỉ là các hệ thống
riêng biệt như: báo cháy, điều hoà không khí,
Giải pháp tích hợp cho phép nâng cao hiệu suất của tòa nhà bằng cách
giảm chi phí nhân công, chi phí năng lượng, cung cấp môi trường làm việc
tiện nghi và an toàn cho cán bộ và nhân viên làm việc trong nhà và khách đến
làm việc với các đơn vị tại toà nhà. Hệ thống quản lý tòa nhà (BMS) sẽ tích
hợp với các hệ thống dịch vụ sau:
- Hệ thống cung cấp và phân phối điện (máy cắt, tủ hạ áp, tủ phân phối
đầu tầng, máy phát điện dự phòng, …)
Sinh viên thực hiện: Bùi Hải Đăng
20

Giải pháp BMS đã được hoàn thiện theo thời gian, theo nhiều khía cạnh
như kết nối hoàn hảo với các hệ thống và ứng dụng khác nhau, qui trình quản
lý dễ dàng, tập trung vào những người sử dụng khác nhau, v.v
Ngày nay, Hệ thống Quản lý Toà nhà Thông minh (Intelligent
Building Management System - IBMS) đã trở thành hiện thực nhờ vào sự
kết hợp thành công giữa các hệ thống công nghệ thông tin và quy trình quản
trị đồng bộ. Các công trình thông minh có khả năng tích hợp nhiều hệ thống
chuyên biệt được lắp đặt tại một hoặc nhiều địa điểm, được vận hành trên
cùng một hạ tầng mạng, được giám sát và điều khiển trực quan, đơn giản
thông qua một giao diện trung tâm thân thiện.
Bằng các phương thức trên, Hệ thống IBMS quản lý các công
trình đồng thời đem đến cho khách hàng các giá trị như:
- Tối ưu công năng của toà nhà, sử dụng điện tiết kiệm, hiệu quả;
- Cải thiện việc điều khiển toà nhà. Giảm chi phí vận hành hệ thống.
Đó chính là những toà nhà thông minh!.
Điều khiển tự động hoá, Truyền thông và Tích hợp là những đặc trưng
cơ bản của một toà nhà thông minh.
1.4. CAD trong thiết kế cung cấp điện.
Ngày nay, theo dòng phát triển của khoa học kỹ thuật với thiết kế có sự
trợ giúp của máy tính (CAD - Computer Aided Design) người thiết kế có thể
nâng cao chất lượng dự án thiết kế, đồng thời giảm chi phí không những về
nhân lực mà còn về tài chính và vật lực. Dưới sức ép của thị trường, các nhà
cung cấp phải luôn thay đổi mẫu mã nâng cao chất lượng thiết kế đưa sản
phẩm ra thị trường nhanh hơn, việc sử dụng CAD đã trở thành đương nhiên
trong học tập và lao động ở các nước phát triển. CAD hiện là công cụ thiết kế
Sinh viên thực hiện: Bùi Hải Đăng
22

rất hiệu quả của các nhà thiết kế, các công ty thiết kế cao cấp và chuyên
nghiệp.

kế mạng động lực phải đảm bảo các chỉ tiêu về kinh tế, kỹ thuật và an toàn.
Để đạt được các chỉ tiêu trên, người thiết kế phải giải quyết một khối lượng
lớn các bài toán về kinh tế kỹ thuật khá phức tạp. Phần mềm đã cung cấp cho
người thiết kế đầy đủ các loại nguồn, các phần tử của hệ thống điện được
dung trong thiết kế, vì vậy người thiết kế chỉ cần nhập những thông tin cần
thiết theo yêu cầu thiết kế, phần mềm sẽ tự tính toán và xuất ra kết quả tính
toán của một dự án thiết kế.
 Phần mềm thiết kế hệ thống chiếu sáng: hệ thống chiếu sáng là
một phần quan trọng không thể thiếu được trong một công trình, hệ thống
chiếu sáng phải đảm bảo cung cấp độ rọi theo yêu cầu, độ sáng đồng đều, phù
hợp với độ tuổi người lao động và yêu cầu công việc nhằm đảm bảo về sức
khỏe cho người lao động, tăng năng suất lao động, tạo cảm giác thoải mái, an
toàn trong công việc. Do đó, việc thiết kế hệ thống chiếu sáng để đạt được yêu
cầu nêu trên không phải là một vấn đề đơn giản. Các phần mềm CAD thiết kế
hệ thống chiếu sáng đã giúp cho người thiết kế có thể đạt được mục đích trên
với một thời gian ngắn so với việc tính toán như vậy bằng tay, ngoài ra độ
chính xác tính toán cũng được nâng cao. Mặt khác người thiết kế cũng có thể
dễ dàng chỉnh sửa theo yêu cầu công việc mà không mất thời gian để thực
hiện lại các bước tính toán đã qua, khi đó phần mềm sẽ tự động tính toán các
giá trị phù hợp với thông số sửa đổi.
Sinh viên thực hiện: Bùi Hải Đăng
24

 Phần mềm thiết kế hệ thống chống sét: Việt Nam là một nước
nằm trong khu vực nhiệt đới ẩm, khí hậu Việt Nam rất thuận lợi cho việc phát
sinh, phát triển của dông sét. Thiệt hại do sét gây ra là rất lớn, đôi khi ảnh
hưởng lớn đến nhiều hoạt động kinh tế - xã hội thậm chí đến tính mạng con
người. Vì vậy, việc thiết kế và trang bị hệ thống sét cho công trình là vấn để
mang tính cấp thiết. Phần mềm CAD thiết kế chống sét trợ giúp người thiết kế
đề ra giải pháp chống sét hợp lý phù hợp với mức bảo vệ yêu cầu một cách

toán lớn hơn nhiều so với phụ tải thực tế thì sẽ gây lãng phí, tốn kém.
Việc xác định phụ tải tính toán giúp ta xác định được tiết diện dây dẫn
đến từng tủ động lực, cũng như đến từng thiết bị, giúp ta có cứ liệu để lựa
chọn số lượng cũng như công suất máy biến áp của tòa nhà, tính chọn các thiết
bị bảo vệ cho từng thiết bị, cho từng tủ động lực và tủ phân phối.
Nguyên tắc chung để xác định phụ tải tính toán của hệ thống là tính từ
thiết bị điện ngược trở về nguồn, tức là được tiến hành từ bậc thấp đến bậc cao
của hệ thống cung cấp điện, và ta chỉ cần tính toán tại các điểm nút của hệ
thống cấp điện cho đối tượng.
Phân nhóm các phụ tải động lực:
+ Nhóm 1:
- Hệ thống thang máy
- Hệ thống bơm nước (sinh hoạt, cứu hỏa)
- Hệ thống điều hòa trung tâm.
+ Nhóm 2:
- Khu văn phòng, chung cư, tầng hầm, tầng kỹ thuật.
2.1.1. Xác định phụ tải nhóm 1: