TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO PHỤ TẢI TÍNH TOÁN PHỤ TẢI VÀ TỔNG HỢP PHỤ TẢI
Phương pháp dự báo phụ tải
Dự báo phụ tải điện là quá trình phỏng đoán nhu cầu năng lượng trong tương lai dựa trên phân tích khoa học Dự báo không chính xác có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng cho nền kinh tế, như thừa năng lực cung cấp dẫn đến tổn thất tài chính hoặc thiếu năng lượng gây cắt giảm phụ tải Để dự báo hiệu quả, cần đảm bảo rằng các phỏng đoán phản ánh đúng sự phát triển thực tế, xem xét cả yếu tố thời gian và lãnh thổ trong quá trình phát triển năng lượng.
Trên phương diện thời gian có thể chia ra như sau:
Dự báo dài hạn từ 25 đến 100 năm cần xem xét sự phát triển của công nghệ mới, các nguồn năng lượng mới và phương pháp truyền tải điện năng hiện đại Những dự báo này không chỉ đơn thuần là phỏng đoán mà được xây dựng dựa trên các phương pháp phân tích đa dạng.
Dự báo hạn trung 10 – 25 năm: Trong loại dự báo này người ta thường dựa vào số liệu quan sát thực hơn của các dự án mới nảy sinh trước đó Mức độ chính xác đòi hỏi cao hơn so với dự báo dài hạn.
Dự báo hạn vừa từ 5 đến 10 năm thường dựa trên các dự án đã có nhưng chưa được báo hạn, và điều này rất quan trọng trong thiết kế các công trình điện Sự khác biệt giữa dự báo và lập dự án là một vấn đề phức tạp, mặc dù chúng có những điểm chung Tuy nhiên, về mặt toán học, chúng được hình thành và giải quyết theo cách khác nhau.
Dự báo ngắn hạn, hay còn gọi là dự báo điều độ, là công cụ quan trọng trong việc lập kế hoạch hàng năm, theo mùa, hàng tháng, hàng tuần, thậm chí hàng ngày hoặc hàng giờ Độ chính xác là yếu tố then chốt trong bài toán này, và thường thì yêu cầu về độ chính xác càng cao khi thời hạn dự báo càng ngắn.
Trên phương diện lãnh thổ có thể phân biệt như sau:
Dự báo ở cấp quốc gia;
1.1.2 Các phương pháp dự báo phụ tải điện
Có rất nhiều phương pháp dự báo phụ tải, mỗi phương pháp có những ưu điểm riêng với độ chính xác nhất định, tuỳ theo mục đích và yêu cầu mà người ta có thể chọn phương pháp thích hợp Trong nhiều trường hợp người ta sử dụng hai hay nhiều phương pháp để nâng cao độ chính xác và tin cậy của dự báo.
Sau đây là một số phương pháp dự báo thông dụng nhất:
Dự báo phụ tải dựa trên vốn đầu tư
Theo phương pháp này có thể dựa trên mức độ trang bị hiện tại và kế hoạch phát triển sản xuất tương lai để dự báo nhu cầu điện năng Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản nhưng thường có sai số lớn, vì vậy chỉ áp dụng trong quy hoạch sơ bộ.
Dự báo theo phương pháp hệ số vượt trước
Phương pháp này giúp ta thấy được khuynh hướng phát triển của nhu cầu điện năng và sơ bộ cân đối nhu cầu này với nhịp độ phát triển kinh tế Ở đây người ta dựa nào đó Trong tương lai xu thế này còn chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác như:
Nhờ vào sự tiến bộ trong khoa học và quản lý, mức tiêu hao điện năng cho mỗi sản phẩm ngày càng giảm Đồng thời, điện năng cũng được sử dụng rộng rãi trong các ngành kinh tế và địa phương, cùng với sự thay đổi liên tục trong cơ cấu kinh tế Những yếu tố này dẫn đến sự biến động đáng kể của hệ số vượt trước.
Việc chỉ sử dụng hệ số vượt trước để dự đoán điện năng trong năm tới có thể gây ra sai số lớn Tuy nhiên, phương pháp này vẫn có thể cung cấp cái nhìn sơ bộ về nhu cầu năng lượng và xu hướng phát triển của phụ tải điện trong một chừng mực nhất định.
Nội dung của phương pháp này là nghiên cứu diễn biến của phụ tải trong các năm quá khứ tương đối ổn định và tìm ra quy luật biến đổi của phụ tải phụ thuộc vào thời gian từ đó sử dụng mô hình tìm được để tính cho giai đoạn dự báo Tức là ta suy diễn toàn bộ diễn biến của phụ tải ở quá khứ vào tương lai và phụ tải dự báo được xác định theo hàm xu thế ở thời điểm tương ứng Có thể có rất nhiều dạng hàm xu thế, mà thông thường được xác định thông qua phương pháp tương quan hồi quy Ta xét một số dạng chính của hàm hồi quy:
Hàm tuyến tính: Pt = a + bt
Hàm Parabol: Pt = a + bt + ct 2
Phương pháp ngoại suy là một trong những phương pháp được ứng dụng nhiều nhất do những ưu điểm nổi bật là phản ánh khá chính xác quá trình phát triển của phụ tải, có thể đánh giá mức độ tin cậy của hàm xu thế dễ dàng Tuy nhiên theo phương pháp này cần phải có lượng thông tin đủ lớn, khối lượng tính toán nhiều.
Ngoài các phương pháp dự báo trên còn một số phương pháp dự báo khác như: Mô hình dự báo Logictique, mô hình dự báo đường cong chữ S, dự báo phụ
1.1.3 Chọn phương pháp dự báo phụ tải
Trong bài thiết kế tôi lựa chọn phương pháp dự báo phụ tải theo phương pháp ngoại suy với thời gian dự báo phụ tải trung hạn là 5 năm vì ở khu vực thôn Yên Lạc có nền kinh tế phát triển tương đối ổn định nên phụ tải biến đổi cũng tương đối ổn định, thời gian dự báo phụ tải đảm bảo mức chọn công suất máy biến áp hoạt động ổn định, đảm bảo hiệu quả vận hành và kinh tế.
Phương pháp tính toán phụ tải
1.2.1 Cơ sở tính toán phụ tải
Phụ tải là một đại lượng ngẫu nhiên chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố, phụ thuộc vào tính chất, đặc điểm của các hộ dùng điện, các tham số hệ thống của mạng điện, các đặc điểm kinh tế, xã hội, nhân tố khí tượng, thiên văn, mùa vụ.
Vì vậy có nhiều phương pháp tính toán phụ tải như phương pháp xác suất thống kê, tính toán phụ tải dựa vào kinh nghiệm của các chuyên gia.v.v…
Mỗi phương pháp tính toán đều có độ chính xác riêng, phù hợp với từng loại phụ tải khác nhau Do đó, việc lựa chọn phương pháp cần căn cứ vào yêu cầu và mục đích cụ thể, nhằm đảm bảo tính chính xác cao, đồng thời đơn giản và dễ áp dụng trong thiết kế.
1.2.2 Phương pháp tính toán phụ tải
Có rất nhiều phương pháp tính toán phụ tải:
Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng hoặc suất tiêu thụ công suất
Nếu phụ tải điện ổn định hoặc chỉ thay đổi nhẹ theo thời gian, công suất tính toán có thể dựa vào suất tiêu thụ điện năng hoặc suất tiêu thụ công suất Các trường hợp này cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo tính chính xác trong việc tính toán.
Theo suất tiêu hao điện năng tên một đơn vị sản phẩm
Trong đó: N - Số lượng sản phẩm sản xuất trong một khoảng thời gian T (đvsp); d - Định mức tiêu thụ điện năng trên một đơn vị sản phẩm (kWh/ đvsp);
T - Thời gian để sản xuất ra N sản phẩm (h).
Theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích
Trong đó: p0 - Suất phụ tải tính toán trên một đơn vị diện tích (mật độ phụ tải) (kW/m 2 );
S - Diện tích vùng quy hoạch hay vùng thiết kế (m 2 ).
Theo suất phụ tải cho trên một đơn vị chiều dài
Trong đó: p0 - Suất phụ tải tính toán trên một đơn vị chiều dài (kW/m);
L - Chiều dài khu vực thiết kế (m).
Xác định phụ tải theo hệ số nhu cầu
Hệ số nhu cầu (knc) là tỷ lệ giữa công suất tính toán trong thiết kế hoặc công suất tiêu thụ trong vận hành với công suất đặt của nhóm hộ tiêu thụ, được ký hiệu là Ptt (kW).
Pđm - Công suất định mức (kW);
Vậy phụ tải tính toán của phụ tải được xác định theo công thức:
Trong đó:Ptt - Công suất tính toán của phụ tải;
Pđmi - Công suất định mức của thiết bị thứ i.
Xác định phụ tải theo hệ số cực đại
Hệ số cực đại (kmax) được định nghĩa là tỷ số giữa công suất tính toán của phụ tải (Ptb) và phụ tải trung bình trong khoảng thời gian xem xét.
Ptt - Công suất trung bình của phụ tải;
Hệ số cực đại được tính với ca làm việc có phụ tải lớn nhất;
Hệ số cực đại kmax được xác định bởi số lượng thiết bị hiệu quả nhq, hệ số sử dụng ksd, cùng với nhiều yếu tố đặc trưng cho chế độ làm việc của các thiết bị.
Phụ tải tính toán được xác định theo công thức:
Ptt Trong đó: ksd∑ - Hệ số sử dụng tổng của một nhóm các thiết bị; nhq - Số thiết bị hiệu quả.
Xác định phụ tải theo hệ số đồng thời
Hệ số đồng thời là tỷ lệ giữa công suất tác dụng tính toán cực đại tại nút khảo sát của hệ thống cung cấp điện và tổng công suất tác dụng tính toán cực đại của nhóm hộ tiêu thụ riêng biệt nối vào nút đó Hệ số này phản ánh tính chất làm việc đồng thời của phụ tải trong hệ thống điện.
P đ tt = k đ đt.Pni (kW) Trong đó: kđt n, kđt đ - hệ số đồng thời ngày và đêm của phụ tải;
Pni - Công suất tính toán của phụ tải thứ i.
1.2.3 Chọn phương pháp tính toán cho bài thiết kế
Trong bài thiết kế này, tôi đã chọn phương pháp tính toán phụ tải theo hệ số đồng thời Phương pháp này không chỉ đơn giản và dễ áp dụng, mà còn phản ánh chính xác tính chất phụ tải của khu vực thiết kế.
Phương pháp tổng hợp phụ tải
Có rất nhiều phương pháp tổng hợp phụ tải
1.3.1 Tổng hợp phụ tải theo phương pháp số gia
Theo phương pháp này, phụ tải tổng hợp được xác định bằng cách cộng từng đôi một, trong đó giá trị của phụ tải lớn được cộng với số gia của phụ tải nhỏ.
Trong đó: k1, k2 - Số gia công suất của phụ tải P1, P2, được xác định theo công thức sau: ki= 0,41
1.3.2 Tổng hợp phụ tải theo phương pháp đồ thị phụ tải
Do đặc điểm của phụ tải điện thay đổi theo thời gian, việc sử dụng phương pháp đồ thị phụ tải giúp giảm thiểu sai số trong tính toán so với các phương pháp tổng hợp phụ tải khác.
Nội dung của phương pháp:
Phân các phụ tải thành từng nhóm có tính chất, chế độ làm việc gần giống nhau.
Trên cơ sở quy trình công nghệ hoặc quy trình làm việc dựng đồ thị phụ tải của từng nhóm trên cùng một hệ tọa độ.
Cộng đồ thị phụ tải của tất cả các nhóm.
Công suất tính toán chính là công suất cực đại của đồ thị phụ tải đã xây dựng.
Phương pháp này yêu cầu độ chính xác cao, đòi hỏi người thực hiện phải có nhiều kinh nghiệm và đầu tư công sức trong việc thống kê, xử lý dữ liệu và xây dựng đồ thị phụ tải cho các nhóm.
1.3.3 Tổng hợp phụ tải theo một số phụ tải đỉnh nhọn
Phụ tải đỉnh nhọn là loại phụ tải xuất hiện trong khoảng thời gian ngắn từ 1 đến 2 giây, thường được tính bằng dòng điện đỉnh nhọn Iđn Việc tính toán dòng điện đỉnh nhọn giúp kiểm tra độ lệch điện áp, lựa chọn thiết bị bảo vệ và tính toán điều kiện khởi động của động cơ điện Ngoài giá trị dòng điện đỉnh nhọn, tần số xuất hiện của nó cũng rất quan trọng Trong mạng điện, dòng điện đỉnh nhọn thường xuất hiện khi khởi động động cơ hoặc khi máy hàn hoạt động.
Trong đó:kkđ - Hệ số khởi động động cơ điện;
Trong việc so sánh các phương pháp tổng hợp phụ tải, mỗi phương pháp đều có những ưu và nhược điểm riêng Tuy nhiên, trong bài thiết kế này, tôi quyết định chọn phương pháp tổng hợp phụ tải theo phương pháp số gia, vì tính đơn giản và sự phù hợp của nó với vùng phụ tải mà tôi đang nghiên cứu.
TỔNG QUAN VỀ QUY CHUẨN THIẾT KẾ
Các quy chuẩn thiết kế của điện lực Kim Bảng
Thiết kế cung cấp điện cho khu vực phải tuân thủ các tiêu chuẩn và quy định hiện hành, đồng thời đáp ứng yêu cầu của tổng công ty điện lực nhà nước và công ty điện lực địa phương.
Hiện nay công ty Điện lực Kim Bảng đang sử dụng một số quy chuẩn trong việc thiết kế cấp điện như sau:
Theo quy chuẩn thiết kế của công ty Điện lực Kim Bảng, có một số quy định quan trọng về việc cấp điện cho khu vực thưa dân cư và kinh tế kém phát triển, nhằm đảm bảo hiệu quả và bền vững trong việc cung cấp điện năng.
Công suất tính toán của mỗi hộ dân là: P0 = 0,35 (kW/hộ);
Hệ số đồng thời của phụ tải sinh hoạt là: kđt n = 0,3 kđt đ = 0,7
Suất tiêu thụ điện và hệ số đồng thời của các thiết bị điện của các cơ sở công cộng được cho ở bảng sau (Bảng 1.1);
Bảng 1.1: Suất tiêu thụ điện và hệ số đồng thời của các cơ sở công cộng
Tên cơ sở p 0 (W/m 2 ) k n đt k đ đt Ủy ban xã 15 0,8 0,45
Trường học (trường tiểu học và trung học) 20 0,75 0,4
Công suất phụ tải động lực ở nông thôn chủ yếu là máy say sát và máy bơm nên công suất phụ tải động lực thường cho từ khoảng 15 ÷ 20 kW;
Theo điều tra nhu cầu của dân cư trong thôn, tôi lấy phụ tải động lực là 18 kW;
Hệ số đồng thời của phụ tải động lực là: kđt n = 0,8 kđt đ = 0,3
Hệ số công suất cosφ = 0,87;
Hao tổn điện áp cho phép trong mạng điện hạ áp: ∆Ucp = 5%;
Trong mạng điện trung áp, hao tổn điện áp cho phép là ∆Ucp = 5% Đối với các khu vực thưa dân cư, bán kính cấp điện không vượt quá 1500m nhằm đảm bảo nguồn cung điện đến phụ tải không ảnh hưởng đến sinh hoạt và sản xuất.
Các tiêu chuẩn thiết kế
Tiêu chuẩn thiết kế IEC;
Tiêu chuẩn thiết kế điện, tiêu chuẩn về vật liệu xây dựng trong tiêu chuẩn thiết kế TCVN 5846 : 1994;
Các quy phạm an toàn kỹ thuật xây dựng trong TCVN 5308 : 1991 và một số tiêu chuẩn hiện hành liên quan;
TCVN 4756:1989: Quy phạm nối đất và nối không các thiết bị điện;
TCVN2295 - 78: Tủ điện của thiết bị phân phối trọn bộvà của trạm biến áp trọn bộ - Yêu cầu an toàn;
Các tiêu chuẩn về khoảng cách an toàn điện.
TỔNG QUAN VỀ LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN
Điều kiện lựa chọn các khí cụ điện
Các điều kiện cơ bản chọn dao cách ly: Điện áp định mức (kV): UđmDCL Uđmlđ
Dòng điện định mức (A): IđmDCL Icb
Dòng điện ngắn mạch (kA): INDCL IN lđ
3.3.2 Cầu chì tự rơi cao thế
Các điều kiện cơ bản chọn cầu chì tự rơi: Điện áp định mức (kV): UđmCTR Uđmlđ
Dòng điện định mức dây chảy (A): IđmCTR Iđmlđ
3.3.3 Chống sét van cao thế
Các điều kiện cơ bản chọn chống sét van: Điện áp định mức (kV): UđmCSVUđmlđ Điện áp dư (kV): UdCSV≤Uđm XK MBA /1,4
3.3.4 Thanh cái hạ áp Điều kiện lựa chọn thanh cái:
Dòng điện phát nóng lâu dài cho phép (A): k1.k2.Icp ≥ Iđm
Khả năng ổn định động (kg/cm): cp tt
Khả năng ổn định nhiệt (mm 2 ): F ≥ α.I∞.
Các điều kiện cơ bản chọn áptômát: Điện áp định mức (kV): UđmA Uđmlđ
Dòng điện định mức (A): IđmA Itt
Khả năng cắt dòng ngắn mạch (kA): ICắt đmAT IN lđ
3.3.6 Cáp từ máy biến áp sang tủ hạ thế Điều kiện chọn cáp: k1 k2 Iđmcáp IđmMBA
NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
CHƯƠNG I: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN VÀ THỰC TRẠNG LƯỚI ĐIỆN
THÔN YÊN LẠC 1.1 Đặc điểm tự nhiên thôn Yên Lạc
Thôn Yên Lạc có vị trí như sau:
Phía Nam giáp thôn Phương Xá, phía Bắc giáp thị trấn Quế, phía Đông giáp thôn Đồng Lạc, Phương Lâm, phía tây giáp thôn Lạc Nhuế. Địa hình:
Thôn Yên Lạc là thôn thuộc xã Đồng Hóa, địa hình mang đặc trưng của vùng đồng bằng Bắc Bộ Ngoài ra, cũng không có núi và biển.
Thôn Yên Lạc chịu ảnh hưởng chung của khí hậu miền Bắc, là khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa mang những nét độc đáo, riêng biệt.
Trong năm, có hai mùa khí hậu chính: mùa mưa từ tháng 4 đến tháng 9 và mùa khô lạnh từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau Mùa mưa đặc trưng với lượng mưa trung bình hàng tháng đạt 212 mm, tổng số ngày mưa trong năm là 134 ngày Mùa nóng ẩm kéo dài từ tháng 4 đến tháng 10, trong khi mùa khô lại ít mưa và khô hanh.
10 đến tháng 3 năm sau ít mưa, lượng mưa bình quân ở những tháng này là 44,5 mm.
Lượng bốc hơi bình quân là 811 mm, số ngày nắng trung bình năm là 146ngày, số ngày có sương muối trong năm không đáng kể, chỉ 2-3 ngày.
Dân số toàn thôn Yên Lạc là 670 khẩu, 143 hộ gia đình.
Nguồn điện gần nhất có thể lấy cấp điện cho thôn là từ đường dây 35kV của lộ 375E24.3 nhánh Kim Bảng.
Lưới điện thôn hiện nay đang trong tình trạng cũ nát, với nhiều mối nối và dây dẫn có tiết diện nhỏ Sự đa dạng về chủng loại dây dẫn không đảm bảo cung cấp điện một cách tin cậy và an toàn.
Trạm biến áp cung cấp điện cho người dân trong thôn đang trong tình trạng xuống cấp nghiêm trọng, với xà giàn bị han rỉ và các thiết bị như máy biến áp, cầu chì tự rơi đã hoạt động lâu năm, không còn đảm bảo an toàn cho quá trình vận hành.
1.4 Sơ đồ mặt bằng của thôn Yên Lạc
Hình 2.1: Sơ đồ mặt bằng thôn Yên Lạc
Tỷ lệ sơ đồ 1:1000 là yếu tố quan trọng trong quy hoạch đô thị, giúp xác định rõ ràng các khu vực dân sinh và đường liên thông Việc áp dụng tỷ lệ này không chỉ đảm bảo sự phát triển bền vững mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho cư dân trong việc di chuyển và sinh hoạt hàng ngày Sơ đồ này đóng vai trò thiết yếu trong việc quy hoạch đường dân sinh và các tuyến đường liên kết, nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân.
ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN KINH TẾ XÃ HỘI VÀ THỰC TRẠNG LƯỚI ĐIỆN THÔN YÊN LẠC
Nguồn cung cấp điện
Nguồn điện gần nhất có thể lấy cấp điện cho thôn là từ đường dây 35kV của lộ 375E24.3 nhánh Kim Bảng.
Hiện trạng lưới điện
Lưới điện thôn hiện nay đã xuống cấp, với nhiều mối nối trên dây dẫn và tiết diện dây dẫn nhỏ Sự đa dạng về chủng loại dây không đảm bảo cung cấp điện một cách tin cậy và an toàn.
Trạm biến áp cung cấp điện cho người dân trong thôn đang trong tình trạng xuống cấp nghiêm trọng, với xà giàn trạm bị han rỉ và các thiết bị như máy biến áp, cầu chì tự rơi đã hoạt động lâu năm, không còn đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành.
Sơ đồ mặt bằng của thôn Yên Lạc
Hình 2.1: Sơ đồ mặt bằng thôn Yên Lạc
Tỷ lệ sơ đồ 1:1000 là một yếu tố quan trọng trong quy hoạch đô thị, giúp xác định chi tiết các khu vực dân sinh và đường liên thông Đường dân sinh đóng vai trò thiết yếu trong việc kết nối các khu vực, tạo thuận lợi cho việc di chuyển và phát triển cộng đồng Sự phân chia hợp lý giữa các loại đường và khu dân cư sẽ nâng cao chất lượng sống cho người dân.
CHƯƠNG II TÍNH TOÁN VÀ TỔNG HỢP PHỤ TẢI 2.1 Phân loại và tính toán phụ tải
Phụ tải sinh hoạt: chủ yếu là các dụng cụ chiếu sáng, quạt gió, đun nấu.v.v.
Phụ tải công cộng (nhà văn hóa, trạm xá v.v.);
Phụ tải sản xuất (máy say sát, máy bơm nước v.v.);
Theo khảo sát thực tế tại thôn Yên Lạc, có ba nhóm phụ tải chính: phụ tải sinh hoạt, phụ tải công cộng và phụ tải động lực Trong đó, nhóm phụ tải công cộng và nhóm phụ tải động lực được phân bổ xen kẽ giữa các điểm tải của nhóm phụ tải sinh hoạt.
Dựa vào đặc điểm địa hình và tình hình phân bố dân cư, thôn Yên Lạc được chia thành 7 điểm dân cư khác nhau, mỗi điểm có số hộ dân riêng biệt được thể hiện trong bảng 2.1.
Bảng 2.1: Điểm dân cư và số hộ dân mỗi điểm dân cư Điểm dân cư n (hộ)
Theo điều tra hiện tại, khu vực thôn Yên Lạc có sự hiện diện của Ủy ban xã, trạm xá xã, nhà văn hóa thôn, cùng với các cơ sở giáo dục như trường mầm non, trường tiểu học và trường trung học.
Bảng 2.2: Diện tích các cơ sở công cộng
Tên cơ sở S (m 2 ) Ủy ban xã 772
Trường học (trường tiểu học và trung học) 5490
Theo điều tra nhu cầu thì trong thôn có nhu cầu về một số phụ tải động lực như máy bơm (13kW), máy say sát (5kW).
Tính phụ tải sinh hoạt
Tính toán suất tiêu thụ điện năng trong một hộ gia đình: Ptt (kW)
Công suất tính toán của điểm dân cư số 1:
Công suất tính toán cho một hộ dân (P0) là 0,35 kW, và với 16 hộ dân tại điểm tải 1 (n1), tổng công suất (Psh1) đạt 5,6 kW Bảng 2.3 cung cấp thông tin chi tiết về công suất của các điểm tải khác nhau.
Bảng 2.3: Điểm dân cư và công suất các điểm dân cư Điểm dân cư n (hộ) Công suât
Phụ tải tính toán có tính đến hệ số đồng thời
Theo quy chuẩn thiết kế ta có: kđt n = 0,3 kđt đ = 0,7 Vậy phụ tải tính toán cho từng điểm dân cư:
Tương tự ta có bảng tổng hợp phụ tải tính toán sinh hoạt (Bảng 2.4):
Bảng 2.4: Phụ tải tính toán sinh hoạt
Vậy phụ tải tính toán của phụ tải sinh hoạt là:
Tính toán phụ tải công cộng
Thôn Yên Lạc hiện nay bao gồm nhiều cơ sở quan trọng như Ủy ban xã, trạm xá xã, nhà văn hóa thôn, trường mầm non, trường tiểu học và trường trung học, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển cộng đồng và giáo dục tại địa phương.
Bảng 2.5: Diện tích, suất tiêu thụ điện và hệ số đồng thời của phụ tải công cộng trong thôn
Tên cơ sở S (m 2 ) p 0 (W/m 2 ) k n đt k đ đt Ủy ban xã 772 15 0,8 0,45
Trường học (trường tiểu học và trung học) 5490 20 0,75 0,4
Theo Bảng 2.5: Suất tiêu thụ điện và hệ số đồng thời của các cơ sở công cộng và công thức (1.2) và (1.3) ta có:
Phụ tải tính toán của Ủy ban xã là:
Phụ tải tính toán có tính đến hệ số đồng thời ngày và đêm:
Tương tự ta có bảng tổng hợp phụ tải của các phụ tải công cộng còn lại:
Bảng 2.6: Tổng hợp phụ tải công cộng của thônYên Lạc
Trường học (trường tiểu học và trung học) 5490 20 0,75 0,4 109,8 82,35 43,92
Vậy phụ tải tính toán của phụ tải công cộng là;
Tính toán phụ tải động lực
Theo tiêu chuẩn thiết kế, phụ tải động lực bao gồm máy bơm 13kW và máy say sát 5kW, tổng công suất phụ tải động lực là 18kW Hệ số đồng thời của phụ tải động lực được xác định là kđt n = 0,8 và kđt đ = 0,3 Công suất tính toán của phụ tải động lực sẽ được tính toán dựa trên các hệ số đồng thời này.
2.2 Tổng hợp phụ tảiTổng hợp phụ tải theo phương pháp số gia Áp dụng công thức (1.4) ta có
Tổng hợp phụ tải giữa phụ tải sinh hoạt và phụ tải công cộng (Pttcc n> Pttsh n,
Phụ tải tổng hợp của toàn thôn bao gồm phụ tải sinh hoạt, phụ tải công cộng và phụ tải động lực, với các giá trị cụ thể là P n > P đl n, P đ > P đl đ, tổng công suất đạt 578 kW, trong đó phụ tải sinh hoạt là 158 kW và phụ tải động lực là 14,4 kW, tỷ lệ phần trăm đạt 0,41.
Vậy phụ tải tính toán của toàn thôn: Ptt = max(P∑n, P∑đ) = 158,578 (kW)
Với α = 7% = 0,07 (theo mức tăng trưởng điện bình quân hàng năm của Kim Bảng đối với vùng nông thôn, dân cư có nền kinh tế tăng trưởng thấp);
Dự báo phụ tải trong 5 năm từ năm 2016 đến 2021
Pdb1 = 158,578 (1+0,07) 1 = 169,678 (kW) Tương tự ta có bảng dự báo phụ tải đến năm 2021
Bảng 2.7: Phụ tải dự báo của thôn Yên Lạc
PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
1.1 Xác định vị trí đặt TBA
Vị trí đặt trạm biến áp đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo yêu cầu kinh tế và kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện Do đó, việc lựa chọn vị trí phải đảm bảo tính tin cậy trong cung cấp điện.
Gần trung tâm phụ tải, việc cung cấp điện được đảm bảo thuận tiện và không ảnh hưởng đến sản xuất Bán kính cung cấp điện được quy định nhỏ hơn hoặc bằng 1500m, phù hợp với tiêu chuẩn thiết kế của công ty điện lực Yên Lạc cho khu vực không có đồi núi và dân cư thưa thớt.
Thao tác, vận hành quản lý dễ dàng;
Phòng chống cháy nổ tốt;
Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành.
Vị trí đặt các trạm biến áp tiêu thụ xác định theo tọa độ của các điểm tải: x =
Trong đó: Pi - công suất của phụ tải thứ i, kW x, y - Tọa độ của các TBATT xi, yi - Tọa độ của các điểm tải thứ i
Từ bản đồ hiện trạng của thôn, tôi đã chọn hệ tọa độ x, y để gắn liền với bản đồ Dựa vào vị trí của các điểm tải, tôi xác định được tọa độ của chúng trên bản đồ, với mỗi điểm tải được ứng với 3 thông số Pi, xi, yi.
Theo điều tra về địa hình và phân bố dân cư, thôn tôi được phân thành 10 điểm tải, bao gồm các điểm dân cư, điểm tải công cộng và điểm tải động lực Bảng dưới đây trình bày chi tiết về phân bố các điểm dân cư, điểm tải công cộng, điểm tải động lực và công suất của các điểm tải.
Bảng 3.1: Tọa độ các điểm tải trong thôn Yên Lạc Điểm tải n (hộ) x (km) y (km) Công suất
Vị trí đặt trạm biến áp (x, y) = ( 0,73; 0,48)
Vị trí này thuận tiện cho nguồn cấp tới, gần đường dân sinh, đảm bảo bán kính cung cấp điện
Hình 3.1:Vị trí tâm Trạm biến áp khi tính toán
1.2 Chọn công suất MBA và sơ đồ nối dây trung áp
Do tính chất phụ tải là phụ tải loại III nên ta lựa chọn 1 MBA cho TBA. + Lựa chọn máy biến áp
Phụ tải toàn thôn theo tính toán(dự báo đến năm 2021) là:
Do đặc điểm của trạm cấp điện cho phụ tải điện loại III và công suất máy dự báo đến năm 2021, tôi đã quyết định chọn một máy biến áp với công suất 250 kVA cho trạm.
“Tra bảng 1.5 trang 28 sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện – Ngô Hồng
Quang – Nhà xuất bản khoa học khoa học kỹ thuật”.
Chọn MBA 3 pha 2 cuộn dây công suất 250 KVA, do công ty thiết bị điện Đông Anh chế tạo.
Bảng 3.3: Thông số làm việc của MBA
S đm U đm Tổn hao (kW) Dòng không tải Điện áp ngắn mạch
(kVA) (kV) Không tải (ΔPPo) Có tải (ΔPPN) I0 (%) UN (%)
1.2.2 Sơ đồ nối dây a, Chọn phương án đi dây trung áp Để xây dựng phương án đi dây cho hệ thống ta có thể đưa ra hai phương án đi dây :
+Phương án 1: Phương án đi dây trung áp bằng cáp
- Dễ thi công công trình;
- Đường dây cáp có tính cấp điện liên tục và ổn định;
- Mức độ an toàn khi thi công lắp đặt và vận hành cao.
- Chi phí khi dây dẫn cao;
- Khi bị sự cố trong cáp khó phát hiện để sửa chữa.
+Phương án 2: Phương án đi dây trung áp bằng dây trần
- Dễ thi công công trình;
- Khi bị sự cố dễ phát hiện để sửa chữa;
- Chi phí cho dây dẫn thấp.
- Dễ gây nguy hiểm khi bị sự cố trên đường dây. b, Chọn phương án cấp điện
Khi so sánh hai phương án, mỗi phương án đều có những ưu và nhược điểm riêng Tuy nhiên, với đặc thù của thôn, tôi quyết định lựa chọn phương án sử dụng dây trung áp bằng dây trần để thiết kế mạng điện trung áp cho khu vực này.
Hiện nay thôn có đường dây trung áp 35kV đi qua, đường dây này được cấp từ trạm biến áp trung gian cách thôn Yên Lạc 20km.
TÍNH TOÁN VÀ TỔNG HỢP PHỤ TẢI
Phân loại và tính toán phụ tải
Phụ tải sinh hoạt: chủ yếu là các dụng cụ chiếu sáng, quạt gió, đun nấu.v.v.
Phụ tải công cộng (nhà văn hóa, trạm xá v.v.);
Phụ tải sản xuất (máy say sát, máy bơm nước v.v.);
Theo khảo sát thực tế tại thôn Yên Lạc, có ba nhóm phụ tải chính: phụ tải sinh hoạt, phụ tải công cộng và phụ tải động lực Trong đó, nhóm phụ tải công cộng và nhóm phụ tải động lực được phân bố xen kẽ giữa các điểm tải của nhóm phụ tải sinh hoạt.
Dựa trên đặc điểm địa hình và tình hình phân bố dân cư, thôn Yên Lạc được chia thành 7 điểm dân cư khác nhau, với thông tin chi tiết về số hộ dân tại mỗi điểm được trình bày trong bảng 2.1.
Bảng 2.1: Điểm dân cư và số hộ dân mỗi điểm dân cư Điểm dân cư n (hộ)
Theo điều tra hiện tại, thôn Yên Lạc có các cơ sở như Ủy ban xã, trạm xá xã, nhà văn hóa thôn, trường mầm non, trường tiểu học và trường trung học.
Bảng 2.2: Diện tích các cơ sở công cộng
Tên cơ sở S (m 2 ) Ủy ban xã 772
Trường học (trường tiểu học và trung học) 5490
Theo điều tra nhu cầu thì trong thôn có nhu cầu về một số phụ tải động lực như máy bơm (13kW), máy say sát (5kW).
Tính phụ tải sinh hoạt
Tính toán suất tiêu thụ điện năng trong một hộ gia đình: Ptt (kW)
Công suất tính toán của điểm dân cư số 1:
Công suất tính toán cho một hộ dân được xác định bằng công thức Psh1 = P0 n1, trong đó P0 là công suất thiết kế cho một hộ và n1 là số hộ dân tại điểm tải 1 Ví dụ, với P0 = 0,35 kW và n1 = 16, ta tính được Psh1 = 5,6 kW Bảng công suất của các điểm tải được trình bày trong Bảng 2.3.
Bảng 2.3: Điểm dân cư và công suất các điểm dân cư Điểm dân cư n (hộ) Công suât
Phụ tải tính toán có tính đến hệ số đồng thời
Theo quy chuẩn thiết kế ta có: kđt n = 0,3 kđt đ = 0,7 Vậy phụ tải tính toán cho từng điểm dân cư:
Tương tự ta có bảng tổng hợp phụ tải tính toán sinh hoạt (Bảng 2.4):
Bảng 2.4: Phụ tải tính toán sinh hoạt
Vậy phụ tải tính toán của phụ tải sinh hoạt là:
Tính toán phụ tải công cộng
Hiện tại, khu vực thôn Yên Lạc bao gồm các cơ sở quan trọng như Ủy ban xã, trạm xá xã, nhà văn hóa thôn, trường mầm non, trường tiểu học và trường trung học.
Bảng 2.5: Diện tích, suất tiêu thụ điện và hệ số đồng thời của phụ tải công cộng trong thôn
Tên cơ sở S (m 2 ) p 0 (W/m 2 ) k n đt k đ đt Ủy ban xã 772 15 0,8 0,45
Trường học (trường tiểu học và trung học) 5490 20 0,75 0,4
Theo Bảng 2.5: Suất tiêu thụ điện và hệ số đồng thời của các cơ sở công cộng và công thức (1.2) và (1.3) ta có:
Phụ tải tính toán của Ủy ban xã là:
Phụ tải tính toán có tính đến hệ số đồng thời ngày và đêm:
Tương tự ta có bảng tổng hợp phụ tải của các phụ tải công cộng còn lại:
Bảng 2.6: Tổng hợp phụ tải công cộng của thônYên Lạc
Trường học (trường tiểu học và trung học) 5490 20 0,75 0,4 109,8 82,35 43,92
Vậy phụ tải tính toán của phụ tải công cộng là;
Tính toán phụ tải động lực
Theo tiêu chuẩn thiết kế và khảo sát, tổng công suất phụ tải động lực bao gồm máy bơm 13kW và máy say sát 5kW, đạt 18kW Hệ số đồng thời của phụ tải động lực lần lượt là kđt n = 0,8 và kđt đ = 0,3 Công suất tính toán của phụ tải động lực đã được điều chỉnh theo hệ số đồng thời.
Tổng hợp phụ tải
Áp dụng công thức (1.4) ta có
Tổng hợp phụ tải giữa phụ tải sinh hoạt và phụ tải công cộng (Pttcc n> Pttsh n,
Phụ tải tổng hợp của toàn thôn bao gồm phụ tải sinh hoạt, phụ tải công cộng và phụ tải động lực, với tổng công suất là 578 kW Trong đó, phụ tải sinh hoạt đạt 158 kW, phụ tải công cộng là 14,4 kW và phụ tải động lực là 0,41 kW Điều này cho thấy rằng tổng phụ tải (P n) lớn hơn phụ tải động lực (P đ), đảm bảo cung cấp đủ điện năng cho nhu cầu của cộng đồng.
Vậy phụ tải tính toán của toàn thôn: Ptt = max(P∑n, P∑đ) = 158,578 (kW)
Với α = 7% = 0,07 (theo mức tăng trưởng điện bình quân hàng năm của Kim Bảng đối với vùng nông thôn, dân cư có nền kinh tế tăng trưởng thấp);
Dự báo phụ tải trong 5 năm từ năm 2016 đến 2021
Pdb1 = 158,578 (1+0,07) 1 = 169,678 (kW) Tương tự ta có bảng dự báo phụ tải đến năm 2021
Bảng 2.7: Phụ tải dự báo của thôn Yên Lạc
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
1.1 Xác định vị trí đặt TBA
Vị trí đặt trạm biến áp đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo các yêu cầu kinh tế và kỹ thuật cho hệ thống cung cấp điện Do đó, việc lựa chọn vị trí phải đảm bảo độ tin cậy trong cung cấp điện.
Gần trung tâm phụ tải, nguồn cung cấp điện thuận tiện và không ảnh hưởng đến sản xuất Đảm bảo bán kính cung cấp điện nhỏ hơn hoặc bằng 1500m, theo tiêu chuẩn thiết kế của công ty điện lực Yên Lạc cho khu vực không có đồi núi và dân cư thưa thớt.
Thao tác, vận hành quản lý dễ dàng;
Phòng chống cháy nổ tốt;
Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành.
Vị trí đặt các trạm biến áp tiêu thụ xác định theo tọa độ của các điểm tải: x =
Trong đó: Pi - công suất của phụ tải thứ i, kW x, y - Tọa độ của các TBATT xi, yi - Tọa độ của các điểm tải thứ i
Từ bản đồ hiện trạng của thôn, chúng tôi đã chọn hệ tọa độ x, y để gắn liền với bản đồ của thôn Dựa vào vị trí của các điểm tải, tôi xác định được tọa độ của chúng trên bản đồ, với mỗi điểm tải tương ứng với ba thông số Pi, xi và yi.
Theo nghiên cứu về địa hình và mật độ dân cư, tôi đã phân chia thôn thành 10 điểm tải dựa trên phụ tải công cộng và phụ tải động lực Dưới đây là bảng phân bố các điểm dân cư, điểm tải công cộng, điểm tải động lực cùng với công suất tương ứng của từng điểm tải.
Bảng 3.1: Tọa độ các điểm tải trong thôn Yên Lạc Điểm tải n (hộ) x (km) y (km) Công suất
Vị trí đặt trạm biến áp (x, y) = ( 0,73; 0,48)
Vị trí này thuận tiện cho nguồn cấp tới, gần đường dân sinh, đảm bảo bán kính cung cấp điện
Hình 3.1:Vị trí tâm Trạm biến áp khi tính toán
1.2 Chọn công suất MBA và sơ đồ nối dây trung áp
Do tính chất phụ tải là phụ tải loại III nên ta lựa chọn 1 MBA cho TBA. + Lựa chọn máy biến áp
Phụ tải toàn thôn theo tính toán(dự báo đến năm 2021) là:
Do đặc điểm của trạm cấp điện cho phụ tải loại III và công suất dự báo đến năm 2021, tôi đã quyết định lựa chọn một máy biến áp với công suất S = 250 kVA cho trạm.
“Tra bảng 1.5 trang 28 sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện – Ngô Hồng
Quang – Nhà xuất bản khoa học khoa học kỹ thuật”.
Chọn MBA 3 pha 2 cuộn dây công suất 250 KVA, do công ty thiết bị điện Đông Anh chế tạo.
Bảng 3.3: Thông số làm việc của MBA
S đm U đm Tổn hao (kW) Dòng không tải Điện áp ngắn mạch
(kVA) (kV) Không tải (ΔPPo) Có tải (ΔPPN) I0 (%) UN (%)
1.2.2 Sơ đồ nối dây a, Chọn phương án đi dây trung áp Để xây dựng phương án đi dây cho hệ thống ta có thể đưa ra hai phương án đi dây :
+Phương án 1: Phương án đi dây trung áp bằng cáp
- Dễ thi công công trình;
- Đường dây cáp có tính cấp điện liên tục và ổn định;
- Mức độ an toàn khi thi công lắp đặt và vận hành cao.
- Chi phí khi dây dẫn cao;
- Khi bị sự cố trong cáp khó phát hiện để sửa chữa.
+Phương án 2: Phương án đi dây trung áp bằng dây trần
- Dễ thi công công trình;
- Khi bị sự cố dễ phát hiện để sửa chữa;
- Chi phí cho dây dẫn thấp.
- Dễ gây nguy hiểm khi bị sự cố trên đường dây. b, Chọn phương án cấp điện
So sánh hai phương án đều có ưu và nhược điểm riêng Tuy nhiên, do đặc thù của thôn, tôi quyết định chọn phương án sử dụng dây trung áp bằng dây trần để thiết kế mạng điện cho khu vực này.
Hiện nay thôn có đường dây trung áp 35kV đi qua, đường dây này được cấp từ trạm biến áp trung gian cách thôn Yên Lạc 20km.
Dựa vào tuyến đường dây 35kV hiện có và vị trí trạm biến áp, phương án tối ưu để cung cấp điện là kết nối từ đường trục chính 35kV với chiều dài ngắn nhất từ điểm đấu đến trạm BATT Từ đó, tôi đã xác định điểm đấu cho trạm biến áp.
Trạm 250 kVA - 35/0,4 kV Yên Lạc đấu từ cột 66
Hình 3.2: Sơ đồ cấp điện c, Lựa chọn tiết diện dây dẫn
Do khoảng cách từ điểm đấu vào trạm ngắn nên lựa chọn dây dẫn là dây nhôm lõi thép (AC), tiết diện dây dẫn không đổi.
Lưới điện trung áp với công suất lớn và điện áp cao có chi phí vận hành đáng kể do chiều dài đường dây Tuy nhiên, nhờ vào các thiết bị điều chỉnh điện áp ổn định, tổn thất điện áp ít được quan tâm Do đó, tiết diện dây dẫn được lựa chọn dựa trên mật độ dòng điện kinh tế Jkt và được kiểm tra lại theo hao tổn điện áp cho phép.
J (mm 2 ) Trong đó: Jkt - mật độ dòng điện kinh tế
Mạng điện này là phụ tải nông thôn có Tmax= 1000-3000h dây AC nên ta chọn:
I - Dòng điện truyền tải trên đường dây
SH - Công suất truyền tải trên đường dây, kVA Vậy tiết diện dây dẫn:
F I = 3,17(mm 2 ) Để đảm bảo độ bền cơ học và dựa theo quy chuẩn của công ty Điện lực Kim Bảng nên ta chọn dây AC-35.
Dây AC35 có r0 = 0,85 (Ω/km), x0 = 0,358 (Ω/km)
Lộ 375E24.3-nhánh Kim Bảng ÐZ 110kV
Kiểm tra lại tiết diện dây dẫn trung áp
Theo tiêu chuẩn thiết kế của công ty điện lực Kim Bảng thì hao tổn điện áp cho phép trên mạng điện trung áp là Ucp = 5%;
Theo điều tra số liệu đường dây lộ 375E24.3, điện áp cho phép từ thanh cái của trạm biến áp 110kV E24.3 đến cột số 66 là 4,87%, trong khi điện áp cho phép sau cột 66 vẫn cần được xác định.
Ta thấy : Utt