Hệ thống điện nước thi công công trình

Thiết kế và tính toán hệ thống điện phục vụ thi công là yếu tố sống còn, đảm bảo an toàn tuyệt đối cho con người và hiệu suất tối đa của thiết bị.

Ở đây nhata.net giả đinh cho quy mô một công trình: một cần trục tháp khoảng 30 kw; 1 vận thăng lồng 22 kw; 5 máy hàn; 1 máy cắt sắt; 2 máy uốn sắt; một số máy cầm tay; máy bơm nước 4 HP và 2 HP; máy rửa xe; 3 máy đầm bê tông; 4 máy trộn vữa xây, 100 công nhân lưu trú... chiếu sáng cho khoảng 10000 m2. Khoảng cách từ trạm điện đến tủ điện công trường khoảng 300m.

Bảng 1: Ước tính Công suất Đấu nối

Hạng mục	Số lượng	Công suất Đơn vị (kW)	Tổng công suất Đấu nối (kW)	Ghi chú
Cần trục tháp	1	30.0	30.0	Công suất định mức
Vận thăng lồng	1	22.0	22.0	Công suất định mức
Máy hàn (Hồ quang)	3	7.0	21.0	Ước tính 10 kVA (kW) / máy
Máy cắt sắt	1	6.0	6.0	Loại cắt cây thép lớn
Máy uốn sắt	2	5.0	10.0	Loại uốn trung bình
Máy bơm nước	2	4.5	4.5	4 HP (3.0 kW) + 2 HP (1.5 kW)
Máy rửa xe	1	3.5	3.5
Máy đầm bê tông	3	2.0	6.0	Máy đầm dùi, đầm bàn
Máy trộn vữa xây	4	2.0	8.0	Loại 400L
Máy cầm tay	-	-	10.0	Khoan, mài, cắt gạch, máy tiện (ước tính)
Chiếu sáng	10,000 m2	15.0	15.0	Ước tính 1.5 W/m2 (văn phòng, bãi, khu vực thi công)
Văn phòng, lán trại 100 người	100	0,14	14.0	Chiếu sáng, quạt, sạc điện thoại, sinh hoạt...
TỔNG CỘNG			150.0 kW

I. ĐƯỜNG TRỤC CHÍNH (MAIN FEEDER) & BẢO VỆ

Đây là đường dây cấp nguồn từ Trạm biến áp về Tủ Tổng Công trường, với giả định khoảng cách 300m.

Hạng mục	Thông số Đề xuất	Lý do
Cáp Chính	4 x 120 mm2 (Đồng, Cu/XLPE/PVC)	Đảm bảo chịu tải 271 A liên tục và hạn chế sụt áp trên khoảng cách 300 m ban đầu.
Thiết bị Tổng	MCCB 320 A (4 cực)	Đủ khả năng bảo vệ cáp 120 mm 2 và chịu được dòng làm việc 271 A (có thể điều chỉnh ngưỡng IR nếu cần).
An toàn	Tiếp địa Hệ thống	Bắt buộc phải có hệ thống tiếp địa riêng cho Tủ Tổng.

Lưu ý lắp đặt: Với khoảng cách 300m, việc lắp đặt cáp cần hết sức cẩn thận, nên đi cáp trong ống bảo vệ HDPE hoặc chôn sâu trong đất để đảm bảo tuổi thọ và an toàn.

II. BẢNG PHÂN NHÁNH TẢI & BẢO VỆ (TỪ TỦ TỔNG)

Với giả định khoảng cách từ tủ tổng tới các tải tối đa 100m trên mặt bằng. Khi đó vấn đề sụt áp sẽ không còn quá nghiêm trọng, việc chọn tiết diện cáp sẽ chủ yếu dựa vào khả năng chịu tải. Tất cả các tải 3 pha đều cần 3 cấp bảo vệ cơ bản: MCB/MCCB (Quá tải/Ngắn mạch), Contactor (Đóng cắt điều khiển) và Rơ-le Nhiệt (Bảo vệ motor).

Nhánh Tải	Công suất (P)	Dòng tính toán (Ib)	Tiết diện Cáp (mm2)	Thiết bị Bảo vệ (A)	An toàn Bắt buộc
1. Cẩu Tháp	30 kW	57  A	4 x 16	MCCB 80 A	Rơ-le Nhiệt
2. Vận Thăng	22 kW	42 A	4 x10	MCCB 63 A	Rơ-le Nhiệt
3. Cắt/Uốn Thép	16 kW	30.3 A	4 x 6	MCB/MCCB 40 A	Rơ-le Nhiệt
4. Trộn Vữa Xây	8 kW	15.2 A	4 x 4	MCB 25 A	Rơ-le Nhiệt
5. Bơm Nước móng+ Rửa Xe	8.0 kW	15.2 A	4 x 4	MCB 25 A	RCBO 30A(Tủ phụ)
6. Chiếu sáng Chung	40 kW	75.8 A	4 x 25	MCCB 100 A	RCBO 30 mA (Tủ phụ)
7. Văn phòng BĐH	12 kW	22.8 A	4 x 6	MCCB 40 A	RCBO 30 A (Ổ cắm)
8. Lán Trại CN	14 kW	26.6 A	4 x 6	MCCB 40 A	RCBO/RCCB 30 mA (Bắt buộc)
9. Cấp Tầng (Trục đứng)	32 kW	60.7  A	4 x 25	MCCB 100 A	RCBO 30 mA (Tủ tầng)

III. CHI TIẾT TUYẾN TRỤC ĐỨNG & TỦ TẦNG (DB TẦNG)

1. Nguyên tắc Tuyến Trục Đứng (RISER)

Bảo vệ Chống giật: Bắt buộc lắp đặt RCBO 30 mA tại Tủ Phân phối Tầng.

Duy trì 3 Pha: Bắt buộc sử dụng cáp 4 x 25 mm2 (3P + N) để đảm bảo điện áp ổn định (220V/380V) cho tất cả 9 tầng, tránh sụt áp và lệch pha. Bởi:

• Khi ta dùng cáp 3 pha để cấp 32 kW lên tầng, dòng điện trên mỗi pha thấp và điện áp cao 380V, giúp kiểm soát sụt áp rất tốt.
• Nếu dùng 1 pha để cấp 32 kW lên cao, dòng điện sẽ tăng gấp khoảng 3 lần và điện áp thấp hơn. Dù bạn có dùng cáp 1 pha tiết diện lớn nhất đi chăng nữa, sụt áp chắc chắn sẽ vượt quá ngưỡng cho phép 5% theo tiêu chuẩn ngành xây dựng. Hậu quả: Máy đầm, máy cầm tay: Các thiết bị này sẽ bị yếu đi đáng kể, hoạt động không đủ công suất, dễ bị nóng và nhanh hỏng do thiếu điện áp. Chiếu sáng: Đèn điện trên các tầng sẽ bị tối, chập chờn, ảnh hưởng đến chất lượng thi công và an toàn lao động.
• Việc cân pha 2 pha dưới đất và 1 pha đi lên tầng sẽ gây ra sự mất cân bằng lớn tại tủ điện chính. Hậu quả: Phát sinh Dòng Trung tính: Dòng điện sẽ tập trung chảy qua dây trung tính (N), có thể gây quá tải và cháy dây trung tính; Làm nóng Thiết bị Đóng cắt: Gây stress nhiệt và hư hỏng các thiết bị đóng cắt 3 pha khác trong tủ điện chính; Hiệu suất Thấp: Gây tổn hao năng lượng và làm giảm hiệu suất chung của máy biến áp/máy phát điện.

2. Sơ đồ Thiết bị Tủ Tầng (DB Tầng)

Tủ DB Tầng nhận nguồn 3 pha (4 x 25 mm) và thực hiện hai chức năng chính:

1. Cân bằng Tải: Chia đều tải 1 pha (220 V) của đầm, máy cầm tay, chiếu sáng ra 3 pha (A, B, C) để tránh lệch pha trên đường trục đứng.
2. An toàn Chống giật (cực kỳ quan trọng): Vì môi trường làm việc trên cao luôn ẩm ướt, dầm thép lộ thiên, dễ gây rò điện.

• • Bắt buộc sử dụng RCBO (Aptomat chống rò tích hợp) 30 mA cho tất cả các ổ cắm cấp cho công nhân.
  • Phải có dây tiếp địa (PE) đi kèm cáp 4 x 25 mm2 lên tầng. Dây PE phải được kết nối với vỏ tủ DB tầng và kết nối tới PE của tất cả các ổ cắm.
  • 30 mA là BẮT BUỘC: RCBO 30 mA sẽ ngắt điện ngay lập tức nếu dòng rò vượt quá 30 phần nghìn A, đủ để cứu mạng công nhân khỏi điện giật.

Thiết bị	Thông số	Chức năng
MCB/MCCB Tổng Tầng	3P hoặc 4P 32 A	Cách ly và bảo vệ toàn bộ tủ tầng.
RCBO Ổ cắm	1P + N 16 A / 30 mA	Bảo vệ đầm, máy cầm tay khỏi quá tải và chống giật.
RCBO Chiếu sáng	1P + N 10 A / 30 mA	Bảo vệ nhánh chiếu sáng khỏi quá tải và chống giật.
Thanh Đồng (Busbar)		Để cân bằng và phân phối nguồn 3 pha.

• 3. Cân bằng Tải 1 Pha tại Tủ Tầng
• Tải 1 pha (220V) phải được chia đều cho 3 pha ({A, B, C) thông qua các RCBO nhánh, ví dụ:
• Pha A: Ổ cắm 1 với RCBO 16 A cho máy Đầm/Máy Cắt & Ổ cắm 4 RCBO 16 A Dự phòng.
• Pha B: Ổ cắm 2 với RCBO 16 A cho Đầm/máy khoan & Ổ cắm 5 RCBO 16 A dự phòng.
• Pha C: Ổ cắm 3 với RCBO 16 A cho máy cầm tay & Chiếu sáng kèm RCBO 10 A.
• Việc này đảm bảo 3 pha cân bằng, dòng điện làm việc thực tế dưới 10 A trên mỗi pha tại tủ tầng, vận hành rất an toàn.

HỆ THỐNG NƯỚC

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP NƯỚC THI CÔNG TRỤC ĐỨNG (9 TẦNG)

I. Nguồn nước và Bể chứa Tạm

• Nguồn nước: Lấy từ hệ thống nước sạch thành phố hoặc giếng khoan (nếu được cấp phép và nước đạt tiêu chuẩn).
• Bể chứa Tạm (Sump/Reservoir): Xây dựng một bể chứa nước tạm thời dưới nền đất (gần Tủ Tổng Điện và cẩu tháp) để trữ nước và đặt máy bơm chính.
• Mục đích: Đảm bảo máy bơm luôn có đủ nước để hút, tránh tình trạng bơm chạy khô (dry run) làm cháy máy.

II. Lựa chọn Máy Bơm (Cột áp và Lưu lượng)

Đây là bước quan trọng nhất vì bơm phải đẩy nước lên độ cao 9 tầng (30 m cộng thêm tổn thất đường ống). Các thông số tính toán:

• Tính toán Cột áp (Head- H): Chiều cao Thực tế (Static Head): 9 tầng x 3.5 m/tầng = 31.5 m; Tổn thất đường ống (Friction Loss): Ước tính 10% - 15% cột áp tĩnh. Ta chọn 15\% (~ 4.7 m). Cột áp Yêu cầu Tối thiểu: 31.5 m + 4.7 m =36.2 m. Chọn Máy bơm có cột áp thiết kế H > 40 m.
• Tính toán Lưu lượng (Flow Rate - Q): Lưu lượng cần thiết để bảo dưỡng, trộn vữa và sinh hoạt là khá lớn, Ước tính lưu lượng cho thi công 4 - 6 m3/giờ. Chọn Máy bơm có lưu lượng Q ~ 6 m3/giờ tại cột áp 40 m.
• Công suất và Chủng loại Bơm: Công suất Bơm: Thường rơi vào khoảng 5 HP đến 7.5 HP (3.7 kW - 5.6 kW) để đạt được cột áp và lưu lượng trên; Chủng loại: Nên dùng Bơm ly tâm đa tầng cánh (Multi-stage Centrifugal Pump) vì loại này có khả năng tạo ra cột áp cao tốt hơn so với bơm ly tâm đơn cánh.

III. Phân phối Nước tại mỗi Tầng

• Vị trí Lấy nước Tại mỗi tầng: Ống tầng D42/34 có lắp đặt riêng một Van chặn (van bi bằng đồng/thép) ngay trước điểm lấy nước để phòng ngừa cách ly sự cố và điều chỉnh hoặc giảm áp lực nước cấp.
• Sau đó là nhánh bảo dưỡng bắt đầu bằng một van bi (Ball Valve) D27+ Đầu nối nhanh (Quick Connector) đặt trên cao, đễ nhìn thấy để công nhân có thể dễ dàng gắn ống mềm của họ vào sử dụng, đồng thời dễ kiểm tra việc khóa van khi không sử dụng.
• Tiếp theo là van bi D34+ đầu nối ren ngoài/hoặc vòi nước lớn> đặt gần mặt sàn để dễ dàng xả nước trực tiếp vào thùng phuy 200L/đưa nước vào khu vực trộn vữa.

IV. Thiết kế Hệ thống Đường Ống Đứng (Riser)

• Đường ống Trục đứng (Riser Pipe): Sử dụng ống có đường kính Phi 60 (hoặc DN50) cho trục đứng chính. Tiết diện này giúp giảm tổn thất ma sát và dễ dàng cấp nước lên cao.
• Lắp đặt: Cố định chắc chắn vào kết cấu (trục thang máy hoặc vách cứng) bằng kẹp treo để chống rung và đảm bảo an toàn.
• Về vật liệu: Cột áp 40m tương đương áp lực tại chân trục đứng rất lớn (~4 Bar), lại thường xuyên bị tác động bởi va chạm. Ưu tiên ống thép mạ kẽm (Galvanized Steel Pipe - GI). Tiếp đến ống HDPE chịu áp lực cao PN10 hoặc PN16). Các vật liệu này có khả năng chịu áp lực và chống va đập cơ học tốt hơn nhiều so với uPVC (thường là Class1/Class 2, mối nối keo dán dễ bị bung nứt rò rỉ dưới áp lực cao) khá giòn. Van Cấp nước: Nên lắp đặt Van Chặn và Đầu nối trên trục chính bằng các phụ kiện Thép hoặc Đồng để đảm bảo độ kín và độ bền. Chỉ nên bắt đầu dùng ống PVC hoặc ống mềm sau khi đã lắp đặt Van chặn (bằng kim loại) tại mỗi tầng để giảm áp lực cục bộ và chuyển sang hệ thống phân phối nội bộ tầng.

V. An toàn và Dự phòng

• Máy bơm dự phòng: Luôn có một máy bơm dự phòng (~ 3 HP) hoặc chuẩn bị sẵn hợp đồng thuê nhanh khi máy bơm chính gặp sự cố (bảo dưỡng, cháy máy).
• Van một chiều (Check Valve): Lắp đặt Check Valve ngay sau máy bơm để ngăn nước chảy ngược lại bể chứa khi máy bơm ngừng hoạt động, bảo vệ bơm và hệ thống.

Giải pháp này đảm bảo bạn có đủ áp lực và lưu lượng để phục vụ đồng thời các công tác bảo dưỡng, trộn vữa và vệ sinh trên 9 tầng nhà.

HỆ THỐNG CẤP NƯỚC TOÀN CÔNG TRƯỜNG

Với giả định phục vụ cho ~ 100 công nhân sinh hoạt, 20 người văn phòng, và 9 tầng thi công) là tải lớn và rất đáng kể, đủ để phải thiết kế một hệ thống cấp nước chuyên biệt.

I. TÍNH TOÁN NHU CẦU SỬ DỤNG NƯỚC (ƯỚC TÍNH)

Ta xác định tổng nhu cầu nước hàng ngày (QTotal) dựa trên các định mức tiêu thụ chuẩn trong ngành xây dựng.

Hạng mục Tiêu thụ	Định mức (Q)	Số lượng	Nhu cầu ngày (m3/ngày)
1. Sinh hoạt Công nhân	100 Lít/người/ngày	100 người	10.0
2. Sinh hoạt Văn phòng	70 Lít/người/ngày	20 người	1.4
3. Thi công Xây dựng (Bảo dưỡng, trộn vữa)	-	-	15.0
TỔNG NHU CẦU			26.4

Kết luận về Tải:

• Tổng nhu cầu: Khoảng 26 - 30 m3 mỗi ngày.
• Tốc độ Khai thác Cần thiết: Nếu máy bơm giếng chạy 12 giờ/ngày, tốc độ khai thác tối thiểu cần là 2.2 m3/giờ.

II. THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIẾNG KHOAN VÀ BỂ CHỨA

• Số lượng Giếng: Khuyến nghị 2 Giếng Khoan (Giếng A và Giếng B), đường kính Phi 110 - Phi 168 mm. Mục đích: Giếng A làm việc chính; Giếng B dự phòng. Đảm bảo nguồn nước không bị gián đoạn nếu một giếng gặp sự cố hoặc cạn nước cục bộ.
• Bơm Giếng (Bơm Hút): Sử dụng Bơm chìm Giếng khoan (Submersible Well Pump) công suất 1.5} - 2 HP (1.1 kW- 1.5 kW) để bơm nước từ giếng lên bể chứa.
• Bể Chứa Tổng (Buffer Tank): Cần bể chứa 30 m3 (đủ cho 1 ngày sử dụng) để ổn định nguồn nước và làm đệm cho quá trình bơm trục đứng.
• Hệ thống Lọc: Nước cho Thi công (tưới, trộn vữa) có thể sử dụng trực tiếp nếu nước giếng trong. Nước cho Sinh hoạt/Văn phòng (ăn uống, vệ sinh) bắt buộc phải qua hệ thống lọc tạm thời (Bể lắng, Lọc cát/Than hoạt tính) để loại bỏ phèn, sắt và cặn.
• Đường Ống Ngang (Mặt bằng): Phi 60 mm đến Phi 42 mm; uPVC hoặc GI. Cấp nước cho lán trại và khu vực trộn vữa dưới nền.

III. BỂ CHỨA

Với tổng nhu cầu nước hàng ngày là khoảng 11.5- 12 m3. Hãy xây một bể chứa nước sạch sau lọc tương ứng.

Bể lọc (thô) nước tạm thời (thường là bể lọc thủ công) là rất cần thiết để loại bỏ cặn, phèn, và các kim loại nặng (như sắt) thường có trong nước giếng khoan, đảm bảo nước sinh hoạt.  Vật liệu: Bể thường bao gồm 2 đến 3 lớp liên tiếp, có thể được xây bằng gạch, đổ bê tông hoặc sử dụng các thùng phuy lớn ghép nối. Bể được chia thành 2 ngăn chính: Ngăn lắng, Ngăn lọc. Phần ngăn lọc nên có nên có thể tích từ 1/3 đến 1/2 tổng nhu cầu ngày. Ta chọn bể có thể tích ~ 5m3 khoảng 10 giờ bơm). Chia đôi cho ngăn lắng 2,5 m3 và ngăn lọc 2,5 m3.

Ngăn Lọc sẽ được lấp đầy bằng các lớp vật liệu lọc theo thứ tự từ dưới lên trên (Lớp đỡ -> Lớp lọc chính). Tổng chiều dày lớp vật liệu khoảng 50 - 70 cm. 

Lớp	Vật liệu	Chiều dày (cm)	Chức năng
Lớp Đỡ Dưới	Sỏi Lớn (Phi 20 - 40 mm)	10	Đỡ các lớp vật liệu trên, tạo khoảng trống cho nước chảy.
Lớp Đỡ giữa	Sỏi Vừa (Phi 10 - 20 mm)	10	Lọc cặn lớn, giữ chặt lớp cát.
Lớp Cát Thạch anh/Vàng	Cát thạch anh (hoặc cát vàng sạch)	20	Lọc các hạt cặn lơ lửng, bùn đất.
Lớp Than Hoạt tính	Than hoạt tính dạng hạt (hoặc than củi)	10	Hấp thụ mùi, màu, các tạp chất hữu cơ và hóa chất (rất quan trọng cho nước sinh hoạt).
Lớp Cát Mịn Trên	Cát mịn (lớp bề mặt)	10	Lọc tinh, dễ dàng thay thế khi bị tắc.

Quy trình Vận hành và Bảo trì

1. Ngăn Lắng (Ngăn 1): Nước giếng khoan được bơm vào ngăn này trước tiên. Bùn đất và các hạt nặng sẽ lắng xuống đáy. Cần có van xả bùn ở đáy ngăn này.
2. Ngăn Lọc (Ngăn 2): Nước từ ngăn Lắng chảy qua các lớp vật liệu lọc, bắt đầu từ cát mịn, từ trên xuống dưới để loại bỏ cặn.
3. Bảo trì: Lớp cát và than hoạt tính cần được xới hoặc thay thế 3 - 6 tháng một lần (hoặc khi thấy tốc độ lọc bị giảm đột ngột) để đảm bảo chất lượng nước.

Hệ thống lọc này đơn giản, chi phí thấp, và đáp ứng được yêu cầu về chất lượng nước cơ bản cho thi công và sinh hoạt tạm thời.

III. HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG

Bộ phận	Tiết diện Ống	Vật liệu	Ghi chú
Trục Đứng Chính (Riser)	Phi 60 (DN50	Thép mạ kẽm (GI)	Bắt buộc chịu áp lực cao và chống va đập ( đã đề cập ở trên)
Đường Ống Ngang (Mặt bằng)	Phi 60 mm đến Phi 42 mm	uPVC hoặc GI	Cấp nước cho lán trại và khu vực trộn vữa dưới nền.