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 Năm 2011 Sinh viên thực hiện: Bùi Hải Đăng 2 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 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 MỞ ĐẦU Ngày nay, điện năng đã đi vào mọi mặt của đời sống, trên tất cả các lĩnh vực, từ công nghiệp cho tới sinh hoạt hàng ngày. Trong nền kinh tế đang đi lên của nước ta, ngành công nghiệp điện năng do đó càng đóng một vai trò quan trọng hơn bao giờ hết. Để xây dựng một nền kinh tế phát triển thì không thể không có một nền công nghiệp điện năng vững mạnh. Bởi vậy khi quy hoạch phát triển các khu dân cư, đô thị hay các khu công nghiệp … thì cần phải hết sức chú trọng việc xây dựng hệ thống điện ở đó nhằm đảm bảo cung cấp điện cho các khu vực này. Nói cách khác, khi lập kế hoạch phát triển kinh tế xã hội thì kế hoạch phát triển điện năng phải đi trước một bước, thỏa mãn nhu cầu điện năng không chỉ trước mắt mà còn cho sự phát triển tương lai. Công nghiệp điện lực ở nước ta đóng vai trò quan trọng trong công cuộc xây dựng hiện đại hoá đất nước. Trong những năm gần đây, nền kinh tế nước ta đang có những bước nhảy vọt đáng kể, đời sống nhân dân ngày một nâng cao. Nhu cầu điện năng trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt không ngừng tăng trưởng. Nhằm đẩy nhanh tốc độ phát triển của đất nước, đáp ứng nhu cầu về năng lượng điện, Đảng và Nhà nước đã quan tâm đầu tư mọi mặt về cơ sở vật chất, đào tạo cán bộ kỹ thuật và công nhân lành nghề và đặc biệt chú trọng tới việc đưa lưới điện quốc gia đến mọi miền đất nước, cung cấp điện phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt. Trong tình hình kinh tế thị trường nước ta, cùng với xu thế hội nhập quốc tế hiện nay là việc mở rộng quan hệ quốc tế, ngày càng có thêm nhiều nhà đầu tư nước ngoài đến với chúng ta. Ngay tại Hà Nội đã và đang xây dựng rất nhiều các tòa nhà chung cư từ 11-20 tầng như chung cư Mỹ Đình, chung cư Trung Hòa Nhân Chính, các tòa nhà chung cư cao cấp kết hợp văn phòng, khu Sinh viên thực hiện: Bùi Hải Đăng 4 thương mại từ 20-50 tầng, tòa nhà Keangnam với 70 tầng … Các tòa nhà cao 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 1.1. Giới thiệu về đối tượng cung cấp điện. Thủ đô Hà Nội là một trong những trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa lớn nhất của miền Bắc nói riêng và của cả nước nói chung, do đó tốc độ đô thị hóa cao, dân số ngày một tăng nhanh nên nhu cầu về nhà ở, đi lại, sinh hoạt của người dân càng trở nên quan trọng. Trên xu hướng đó, việc xây dựng khu đô thị, khu thương mại, tòa nhà chung cư, khách sạn, được nhà nước ta triển khai một cách có hệ thống và nhanh chóng hoàn thành để đưa vào sử dụng. Tòa nhà Hỗn Hợp HH4 TWIN TOWER được xây dựng tại Khu Đô Thị Mới Mỹ Đình - Mễ Trì - Từ Liêm - Hà Nội, do chủ đầu tư là Tổng công ty Sông Đà xây dựng. Tòa nhà là một công trình cao tầng với tổng diện tích khoảng 10.000 m 2 . Công trình gồm tổ hợp 3 khối nhà A, B, C trong đó khối C ở giữa có chiều cao từ cốt nền đến đỉnh mái 28,9 m gồm 5 tầng với chức năng phụ trợ cho hai khối nhà A, B ở hai bên; các khối nhà A, B có chiều cao từ cốt nền đến diềm mái khoảng 93,8m; gồm 25 tầng (không kể tầng kỹ thuật và tầng áp mái); 3 khối nhà có chung 2 tầng hầm diện tích 1 sàn tầng hầm là 2.300m 2 dùng làm nơi để xe và các phòng kỹ thuật phục vụ cho tòa nhà. Sinh viên thực hiện: Bùi Hải Đăng 6 Toàn cảnh tòa nhà Hỗn Hợp HH4 TWIN TOWER 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, nhiều thiết bị điện mới đã được đưa vào sử dụng. Ngoài các nhà máy xí nghiệp hiện đại được xây dưng thì ngày nay còn xuất hiện một loại công trình đặc biệt đó là các nhà cao tầng dùng làm các văn phòng, khách sạn, hay các trung tâm thương mại. Để thiết kế hệ thống cung cấp điện cho toà nhà đảm bảo các chỉ tiêu, người thiết kế cần nắm được một số đặc điểm cơ bản sau: - Phụ tải phong phú, đa dạng (điện áp, công suất, số pha, …). - Phụ tải tập trung trong không gian hẹp, mật độ phụ tải tương đối cao. - Có các hệ thống cấp nguồn dự phòng (ắc quy, máy phát, …). - Không gian lắp đặt bị hạn chế nên phải bố trí hợp lý đồng thời phải thỏa mãn các yêu cầu về mỹ thuật trong kiến trúc xây dựng. - Yêu cầu cao về chế độ làm việc và an toàn cho người sử dụng. 1.2.2. Phân loại hộ tiêu thụ điện trong tòa nhà cao tầng hỗn hợp: Sinh viên thực hiện: Bùi Hải Đăng 8 Hệ thống cung cấp điện cho toà nhà phải đáp ứng đầy đủ các nhu cầu điện năng và phải bảo đảm độ tin cậy về cấp điện cho từng loại hộ dùng điện cụ thể. Độ tin cậy liên tục cung cấp điện tuỳ thuộc vào hộ tiêu thụ. Vì vậy ta cần phải phân loại các hộ tiêu thụ. Trong tòa nhà cao tầng phụ tải rất đa dạng như: thang máy, bơm cứu hỏa, bơm nước sinh hoạt, các thiết bị chiếu sáng sinh hoạt, chiếu sáng sự cố, các thiết bị dân dụng như: điều hòa, quạt thông gió, quạt treo tường, quạt trần, bếp điện, bàn là, bình nóng lạnh, lò vi sóng, tủ lạnh, máy giặt, ti vi Căn cứ vào các phụ tải trên có thể phân loại các hộ tiêu thụ theo các tiêu chí sau: - Hộ loại 1: Là thiết bị chiếu sáng sự cố những nơi tập trung đông người như các sảnh chờ, hành lang công cộng, cầu thang thoát hiểm, các phòng kỹ thuật, tầng kỹ thuật, phòng sơ cứu, phòng phát thanh, phòng thông tin liên lạc. 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 liên tục khi nguồn điện lưới bị mất, đảm bảo an toàn cho hoạt động của mọi thiết bị trong toà nhà như động cơ thang máy, thang cuốn, bơm nước, đèn chiếu sáng sự cố, … Người thiết kế cần có phương án cung cấp điện cho tòa nhà khi không có điện lưới, đảm bảo tòa nhà phải được cấp điện bằng 2 nguồn. Ngoài độ tin cậy cấp điện, cần đặc biệt chú đến vấn đề an toàn, phòng chống cháy nổ. b) Chất lượng điện năng: Chất lượng điện rất quan trọng đối với những công trình có quy mô lớn, nhất là những tòa nhà cao cấp đa chức năng, Sinh viên thực hiện: Bùi Hải Đăng 10 Chất lượng điện năng được đánh giá qua hai chỉ tiêu: Tần số f và điện áp U. - Tần số: Do cơ quan điều khiển hệ thống điện quốc gia điều chỉnh. Chỉ có những hộ tiêu thụ lớn (hàng chục MW trở lên) mới phải quan tâm đến chế độ vận hành của mình sao cho hợp lý để góp phần ổn định tần số của hệ thống điện. - Điện áp: Là vấn đề cần phải quan tâm vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến việc vận hành và tuổi thọ của thiết bị. Vì vậy phải luôn đảm bảo độ lệch điện áp nằm trong phạm vi ± 5% U đm . c) An toàn cung cấp điện: Hệ thống cung cấp điện phải được vận hành an toàn đối với người và thiết bị. Muốn đạt được yêu cầu đó, người thiết kế phải chọn sơ đồ cung cấp điện hợp lý, rõ ràng, mạch lạc để tránh được nhầm lẫn trong vận hành; các thiết bị điện phải được chọn đúng tính năng sử dụng, đúng chủng loại, đúng công suất phù hợp với cấp điện áp và dòng điện làm việc. Công tác xây dựng, lắp đặt hệ thống cung cấp điện ảnh hưởng lớn đến 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. [...]... năng lượng cho khắp tòa nhà để tự nó đảm bảo cho các hệ thống dịch vụ hợp thành Bởi vậy, mặc dù các bộ phận cấu thành được sử dụng có thể như nhau, nhưng hai hệ thống lại không như nhau, trừ khi chúng được áp dụng cho các tòa nhà giống hệt nhau với các dịch vụ và những người sử dụng như nhau Các dịch vụ tòa nhà bao gồm các hệ thống HVAC, các hệ thống điện, các hệ thống chiếu sáng, các hệ thống cứu hỏa,... rộng các hệ thống điều khiển tòa nhà có máy tính, từ các bộ điều khiển chuyên dụng, đến các trạm độc lập từ xa, đến những hệ thống lớn hơn bao gồm các trạm máy tính trung tâm và các máy in BAS là một trong những hệ thống chính của các tòa nhà thông minh Một BAS bao gồm một số phân hệ được kết nối theo những cách thức khác nhau để tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh Hệ thống phải được thiết kế và cung cấp. .. kW c) Phụ tải các tầng căn hộ: Theo bản vẽ thiết kế từ tầng 18 - tầng 27 được sử dụng làm các căn hộ, từ tầng 18 – tầng 22 có diện tích mỗi tầng là 984,4 m2 và mỗi tầng có 6 căn hộ, từ tầng 23 - tầng 25 có diện tích mỗi tầng là 785,5 m2 mỗi tầng có 4 căn hộ, tầng 26 - tầng 27 có diện tích mỗi tầng là 635 m2 mỗi tầng có 2 căn hộ Tòa nhà được chia ra làm 2 mô hình căn hộ: Căn hộ số 1: có diện tích mỗi... phối điện đến các tầng theo thứ tự từ thấp lên cao Từ hệ thống tủ điện phân phối chính, các xuất tuyến cấp nguồn cho các tầng thường đi theo hệ thống khay cáp, thang cáp đặt trong hộp kỹ thuật (bám theo mặt tường và trần) và các máng cáp đi kín dưới sàn nhà đưa điện cấp cho các tủ tầng nằm trên một trục ứng Mỗi tầng được cấp điện từ các tủ phân phối trung gian riêng của tầng và được đặt trong các buồng... 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... nhà, cũng như các công cụ, năng lực và khả năng mở rộng các dịch vụ và phương tiện cho người sử dụng Mục tiêu của việc thiết kế cho toà nhà là tạo ra một toà nhà thông minh có những ứng dụng cao qua các hệ thống tích hợp Điều này không chỉ áp dụng cho hạ tầng và các dịch vụ của toà nhà, mà còn cho môi trường điều hành vật lý, các hệ thống thông tin, viến thông, an ninh và quản lý cần thiết để giúp... 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, …) 19 Sinh viên thực hiện: Bùi Hải Đăng - Hệ thống điều hòa trung tâm - Hệ thống chiếu sáng công cộng (Public Lighting) - Hệ thống thiết bị viễn thông - Hệ thống giám sát truy nhập (Access control) - Hệ thống Camera an ninh - Hệ thống. .. trên các công nghệ, ý tưởng, kiến trúc đã được công nhận Toàn bộ thiết kế được tập trung xung quanh một kiến trúc tích hợp liên kết tất cả các chương trình ứng dụng và dịch vụ với nhau để cung cấp khả năng điều hành tuyệt vời cho toà nhà Giải pháp BMS cung cấp một hệ thống điều hành tích hợp cho việc quản lý các dịch vụ của toà nhà và các ứng dụng thông minh cho cán bộ nhân viên làm việc tại toà nhà, ... 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... việc cung cấp điện liên tục cho một số phụ tải quan trọng như: hệ thống điện chiếu sáng làm việc cho khu 13 Sinh viên thực hiện: Bùi Hải Đăng vực dịch vụ, hệ thống điện chiếu sáng công cộng, hệ thống phòng cháy chữa cháy, hệ thống thang máy, bơm nước, hệ thống máy tính, thông tin liên lạc, … các tòa nhà thường bố trí một máy phát điện dự phòng sử dụng động cơ điêzen, loại máy không dùng chổi than, có . áp dụng cho các tòa nhà giống hệt nhau với các dịch vụ và những người sử dụng như nhau. Các dịch vụ tòa nhà bao gồm các hệ thống HVAC, các hệ thống điện, các hệ thống chiếu sáng, các hệ thống. HỆ ĐÀO TẠO CHÍNH QUY (KỸ SƯ DÂN SỰ) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC 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. TỰ ĐỘNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO TÒA NHÀ CAO TẦNG CÓ ỨNG DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HIỆN ĐẠI Năm 2011 Sinh viên thực hiện: Bùi Hải Đăng 2