bg_ccd_6858

1 Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI GIÁO TRÌNH CUNG CẤP ĐIỆN Trần Tiến Lợi Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI Tập giảng môn học cung cấp điện dùng chung cho ngành HTĐ ngành điện khác ngành khác có liện quan Đây tài liệu tóm tắt dùng làm giảng tác giả Trần Tấn Lợi Khi sử dụng cho đối tượng khác tác giả có thêm bớt cho phù hợp Bài mở đầu: Các tài liệu tham khảo: Giáo trình CCĐ cho xí nghiệp cơng nghiệp Bộ môn phát dẫn điện xuất 1978 (bản in roneo) Giáo trình CCĐ (tập 2) Nguyễn Công Hiền nhiều tác giả xuất 1974,1984 Thiết kế CCĐ XNCN Bộ môn phát dẫn điện (bản in roneo khoa TC tái bản) Một số vấn đề thiết kế qui hoạch mạng điện địa phương Đặng Ngọc Dinh nhiều tác giả Giáo trình mạng điện Bộ mơn phát dẫn điện Một số tài liệu nước dịch: Cung cấp điện cho xí nghiệp cơng nghiệp Tg: Fe-đơ-rov NXB-Năng lượng 1972 Cung cấp điện cho xí nghiệp cơng nghiệp Tg: Epmulov NXB-Năng lượng 1976 Sách tra cứu cung cấp điện (tập I & II sách dịch) Tg: Fe-đô-rov NXB-Năng lượng 1980 Giới thiệu chương giáo trình: Chương I: Chương II: Chương III: Chương IV: Chương V: Chương VI: Chương VII: Chương VIII: Chương IX: Chương X: Chương XI: Chương XII: Những vấn đề chung TH-CCĐ Phụ tải điện Cơ sở so sánh-kinh tế kỹ thuật CCĐ Sơ đồ CCĐ trạm biến áp Tính tốn mạng điện xí nghiệp Xác định tiết diện dây dẫn mạng điện Tính tốn dịng ngắn mạch Lựa chọn thiết bị điện Bù công suất phản kháng mạng xí nghiệp Bảo vệ rơ-le mạng điện xí nghiệp Nối đất chiếu sáng Chiếu sáng công nghiệp 3 Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI Chương I Những vấn đề chung HT-CCĐ 1.1 Khái niệm hệ thống điện: Ngày nói đến hệ thơng lượng, thơng thường người ta thường hình dung hệ thơng điện, tương tự đơi lúc ngường ta gọi Khoa điện Khoa lượng, khơng phải tượng ngẫu nhiên mà chất vấn đề Lý chỗ lượng điện có ưu sản xuất,khai thác truyền tải, toán lượng khai thác tự nhiên người ta chuyển đổi thầnh điện trước sử dụng Từ hình thành hệ thống điện nhằm tryuền tải, phân phối CCĐ điện đến hộ sử dụng điện Một số ưu điểm điện năng: + Dễ chuyển hoá thành dạng lượng khác (Quang, nhiệt, hoá năng…) + Dễ chuyền tải truyền tải với hiệu suất cao + Khơng có sắn tự nhiên, khai thác chuyển hoá thành điện Ở nơi sử dụng điện lại dẽ dàng chuyển thành dạng lượng khác  Ngày phần lớn lượng tự nhiên khác khai thác chỗ đổi thành điện (VD NM nhiệt điện thường xây dựng nơi gần nguồn than; NM thỷ điện gần nguồn nước…) Đó lý xuất hệ thống tryền tải, phân phối cung cấp điện mà chung ta thường giọ hệ thông điện Định nghĩa: Hệ thống điện bao gồm khâu sản xuất điện năng; khâu tryền tải; phân phối cung cấp điện đến tận hộ dùng điện (xem HV.) 220 kV NL sơ cấp 110 kV 10 kV ~ ~ NMĐ1 10 kV sản xuất & tryền tải (phát dẫn điện) 35 kV NMĐ2 6; 10 kV phân phối & cung cấp điện (CCĐ) 0,4 kV HV 01 Từ cho thấy lĩnh vực cung cấp điện có ý nghĩa hẹp Định nghĩa: Hệ thống cung cấp điện bao gồm khâu phân phối; Tuyền tải & cung cấp điện đến hộ tiêu thụ điện Vài nét đặc trưng lượng điện: 1- Khác với hầu hết sản phẩm, điện sản xuất ra, nói chung khơng tích trữ (trừ vài trường hợp đặc biệt với công suất nhỏ pin, acqui )  Tại thời điểm luôn phải đảm bảo cần lượng điện sản xuất tiêu thụ có kể đến tổn thất khâu truyền tải Điều când phải quán triệt khâu thiết kế, qui hoạch, vận hành điều độ hệ thống điện, nhằm giữ vững chất lượng điện (u & f) Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI 2- 3- Các trình điện xẩy nhanh Chẳng hạn sóng điện từ lan truyền dây dẫn với tốc độ lớn xấp sỉ tốc độ ánh sáng 300 000 km/s (q trình ngắn mạch, sóng sét lan truyền lan tuyền)  Đóng cắt thiết bị bảo v.v… phải xẩy vòng nhỏ 1/10 giây  cần thiết để thiết kế, hiệu chỉnh thiết bị bảo vệ Cơng nghiệp điện lực có quan hệ chặt chẽ đến nhiều ngành kinh tế qquốc dân (luyện kim, hố chất, khai thác mỏ, khí, công nghiệp dệt…)  động lực tăng suất lao động tạo nên phát triển nhịp nhành cấu trúc kinh tế Quán triệt đặc điểm xây dựng định hợp lý mức độ điện khí hố ngành kinh tế – Các vùng lãnh thổ khác – Mức độ xây dựng nguồn điện, mạng lưới truyền tải, phân phối  nhằm đáp ứng phát triển cân đối, tránh thiệt hại kinh tế quốc dân phải hạn chế nhu cầu hộ dùng điện Nội dung môn học: Nhằm giải vấn đề kỹ thuật việc thiết kế hệ thống CCĐ-XN nói chung HTĐ nói riêng Một phương án CCĐ gọi hợp lý phải kết hợp hài hoà loạt yêu cầu như:  Tính kinh tế (vốn đầu tư nhỏ)  Độ tin (xác suất điện nhỏ)  An toàn tiện lợi cho việc vận hành thiết bị  Phải đảm bảo chất lượng điện phạm vi cho phép (kỹ thuật) Như lời giải tối ưu thiết kế HTĐ phải nhận từ quan điểm hệ thống, không tách khỏi kế hoạch phát triển lượng vùng; Phải phối hợp vấn đề cụ thể – Chọn sơ đồ nối dây lưới điện, mức tổn thất điện áp ….Việc lựa chọn PA’ CCĐ phải kết hợp với việc lựa chọn vị trí, công suất nhà máy điện trạm biến áp khu vực Phải quan tâm đến đặc điểm công nghệ xí nghiệp, xem xét phát triển xí nghiệp kế hoạch tổng thể (xây dựng, kiến trúc… ) Vì dự án thiết kế CCĐ-XN, thường đưa đồng thời với dự án xây dựng, kiến trúc, cấp thoát nước v.v… duyệt quan trung tâm có phối mặt quan điểm hệ thống tối ưu tổng thể 1.2 Phân loại hộ dùng điện xí nghiệp: Các hộ dùng điện xí nghiệp gồm nhiều loại tuỳ theo cách phân chia khác  (nhằm mục đích đảm bảo CCĐ theo nhu cầu loại hộ phụ tải) a) Theo điện áp tần số: vào Udm f * Hộ dùng điện pha Udm < 1000 V ; fdm = 50 Hz * Hộ dùng điện pha Udm > 1000 V ; fdm = 50 Hz * Hộ dùng điện pha Udm < 1000 V ; fdm = 50 Hz * Hộ dùng điện làm việc với tần số  50 Hz * Hộ dùng dòng điện chiều b) Theo chế độ làm việc: (của hộ dùng điện)    Dài hạn: phụ tải khơng thay đổi thay đổi, làm việc dài hạn mà nhiệt độ không vượt giá trị cho phép (VD: Bơm; quạt gió, khí nén…) Ngắn hạn: thời gian làm việc không đủ dài để nhiệt độ TB đạt giá trị qui định (VD động truyền động cấu phụ máy cắt gọt kim loại, động đóng mở van TB thuỷ lực) Ngắn hạn lập lại: thời kỳ làm việc ngắn hạn TB xen lẫn với thời kỹ nghỉ ngắn hạn  đặc trưng tỷ số thời gian đóng điện thời gian tồn chu trình sản suất (VD máy nâng; TB hàn ) c) Theo mức độ tin cung cấp điện: tuỳ theo tầm quan trọng kinh tế xã hội, hộ tiêu thụ điện CCĐ với mức độ tin cậy khác phân thành loại   Hộ loại I: Là hộ mà cố ngừng CCĐ gây thiệt hại lớn kinh tế, đe doạ đến tính mạng người, ảnh hưởng có hại lớn trị; – gây thiệt hại đối loạn qui trình cơng nghệ Hộ loại I phải CCĐ từ nguồn độc lập trở lên Xác suất ngừng CCĐ nhỏ, thời gian ngừng CCĐ thường phép thời gian tự động đóng thiết bị dự trữ (VD xí nghiệp luyện kim, hố chất lớn…) Hộ loại II: Là hộ có tầm quan trọng lớn ngừng CCĐ dẫn đến thiệt hại kinh tế hư hỏng sản phẩm, ngừng trệ sản xuất, lãng phí loa động v.v… Hộ loại II CCĐ từ nguồn – thời gian ngừng CCĐ cho phép thời gian để đóng TB dự trữ tay (XN khí, dệt, công nghiệp nhẹ, công nghiệp địa phương…) Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI  Hộ loại III: mức độ tin cậy thấp hơn, gồm hộ không nằm hộ loại Cho phép điện thời gian sửa chữa, thay phần tử cố không ngày đêm Hộ loại III thường CCĐ nguồn 1.3 Các hộ tiêu thụ điện điển hình: 1) Các thiết bị động lực công nghiệp 2) Các thiết bị chiếu sáng (thường pha, ĐTPT phẳng, cos = 10,6) 3) Các TB biến đổi Các động truyền động máy gia công 4) Lò thiết bị gia nhiệt 5) Thiết bị hàn (Giải công suất; dạng ĐTPT; Giải Udm ; fdm ; cos ; Tmax ;đặc tính phụ tải; thuộc hộ tiêu thụ loại 1; 3……) 1.4 Các tiêu kỹ thuật CCĐ-XN: Chỉ tiêu kỹ thuật hệ thống CCĐ đánh giá chất lượng điện cung cấp, thông qua tiêu U; f; tính liên tục CCĐ *Tính liên tục CCĐ: hệ thống CCĐ phải đảm bảo việc CCĐ liên tục theo yêu cầu phụ tải (yêu cầu hộ loại I; II & III) Chỉ tiêu thường cụ thể hoá xác suất làm việc tin cậy  sở người ta phân hộ tiêu thụ thành loại hộ mà thiết kế cần phải quán triệt để có PA’ CCĐ hợp lý * Tần số: độ lệch tần số cho phép qui định  0,5 Hz Để đảm bảo tần số hệ thống điện ổn định công suất tiêu thụ phải =< công suất HT Vậy xí nghiệp lớn phụ tải gia tăng thường phải đặt thêm TB tự động đóng thêm máy phát điện dự trữ XN TB bảo vệ sa thải phụ tải theo tần số *Điện áp: Độ lệch điện áp cho phép so với điện áp định mức qui định sau: (ở chế độ làm việc bình thường) + Mạng động lực: + Mạng chiếu sáng: [U%] =  % Udm [U%] =  2, % Udm Trường hợp khởi động động mạng điện tình trạng cố độ lệch điện áp cho phép tới (-10  20 %)Udm Tuy nhiên phụ tải điện thay đổi nên giá trị điện áp lại khác nút phụ tải  điều chỉnh phức tạp Để có biện pháp hiệu lực điều chỉnh điện áp, cần mô tả diễn biến điện áp theo độ lệch so với giá trị định mức, mà phải thể mức độ kéo dài Khi tiêu đánh giá mức độ chất lượng điện áp giá trị tích phân T U ( t )  U dm dt U dm  Trong đó: U(t) - giá trị điện áp nút khảo sát thời điểm t T - khoảng thời gian khảo sát Udm - giá trị định mức mạng Khi độ lệch điện áp so với giá trị yêu cầu (hoặc định mức) mô tả đại lượng ngẫu nhiên có phân bố chuẩn, mục tiêu quan trọng điều chỉnh điện áp là: cho giá trị xác suất để suốt khoảng thời gian khảo sát T độ lệch điện áp nằm phạm vi cho phép, đạt cực đại Ngoài nghiên cứu chất lượng điện cần xét đến hành vi kinh tế, nghĩa phải xét đến thiệt hại kinh tế điện, chất lượng điện xấu Chẳng hạn điện áp thấp định mức, hiệu xuất máy giảm, sản xuất kém, tuổi thọ động thấp định mức, hiệu suất máy giảm, sản phẩm kém, tuổi thọ động giảm v.v Từ xác định giá trị điện áp tối ưu Mặt khác nghiên cưu chất lượng điện quan điểm hiệu sử dụng điện, nghĩa điều chỉnh điện áp đồ thị phụ tải cho tổng số điện sử dụng với điện áp cho phép cực đại Những vấn đè nêu Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI cần có nghiên cưu tỉ mỉ dựa thơng kê có hệ thơng phân phối điện áp nút, suất thiệt hại kinh tế chất lượng điện xấu 1.4 Một số ký hiệu thường dùng: – Máy phát điện nhà máy điện - Động điện – Máy biến áp cuộn dây – Máy biến áp cuộn dây – Máy biến áp điều chỉnh tải - Kháng điện – Máy biến dòng điện – Máy cắt điện - Cầu chì 10 - Aptômát 11 – Cầu dao cách ly 12 – Máy cắt phụ tải 13 – Tụ điện bù 14 – Tủ điều khiển 15 – Tủ phân phối 16 – Tủ phân phối động lực 17 – Tủ chiếu sáng làm việc 18 Tủ chiếu sáng cục 19 – Khởi động từ 20 - Đèn sợi đốt ~ Đ Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI 21 - Đèn huỳnh quang 22 – Công tắc điện 23 – Ổ cắm điện 24 – Dây dẫn điện 25 – Dây cáp điện 26 – Thanh dẫn (thanh cái) 27 – Dây dẫn tần số  50 Hz 28 – Dây dẫn mạng hai dây 29 – Dây dẫn mạng dây 30 - Đường dây điện áp U  36 V 31 – Đường dây mạng động lực chiều 32 – Chống sét ống 33 – Chông sét van 34 – Cầu chì tự rơi Chương II Phụ tải điện Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI Vai trị phụ tải điện: XN có nhiều loại máy khác nhau, với nhiều công nghệ khác nhau; trình độ sử dụng khác với nhiều yếu tố khác dẫn tới tiêu thụ công suất thiết bị không công suất định mức chúng Nhưng mặt khác lại cần xác định phụ tải điện Phụ tải điện hàm nhiều yếu tố theo thời gian P(t), chung khơng tn thủ qui luật định  việc xác định chúng khó khăn Nhưng phụ tải điện lại thông số quan trọng để lựa chọn thiết bị HTĐ Công suất mà ta xác định cách tính tốn gọi phụ tải tính tốn Ptt Nếu Ptt < Pthuc tê  Thiết bị mau giảm tuổi thọ, dẫn đến cháy nổ Nếu Ptt > Pthuc tê  Lãng phí Do có nhiều cơng trình nghiên cứu nhằm xác định Ptt sát với P_thực tế Chủ yếu tồn nhóm phương pháp + Nhóm phương pháp dựa kinh nghiệm vận hành, thiết kế tổng kết lại hệ số tính tốn (đặc điểm nhóm phương pháp là: Thuận lợi cho việc tính tốn, nhanh chóng đạt kết quả, thường cho kết xác) + Nhóm thứ nhóm phương pháp dựa sở lý thuyết xác suất thống kê (có ưu điểm ngược lại với nhóm là: Cho kết xác, xong cách tính lại phức tạp ) 2.1 Đặc tính chung phụ tải điện: 1) Các đặc trưng chung phụ tải điện: Mỗi phụ tải có đặc trưng riêng tiêu xác định điều kiện làm việc mà CCĐ cần phải thoả mãn ý tới (có đặc trưng chung) a) Công suất định mức: “ Là thơng số đặc trưng phụ tải điện, thường ghi nhãn máy cho lý lịch máy” Đơn vị đo công suất định mức thường kW kVA Với động điện Pđm cơng suất trục Pđ Đ Pđm Pd  Pdm  dm dm – hiệu suất định mức động thường lấy 0,8  0,85 (với động không đồng không tải) Tuy với động cơng suất nhỏ khơng cần xác lấy Pd  Pdm Chú ý: + Với thiết bị nung chẩy công suất lớn, thiết bị hàn cơng suất định mức công suất định mức máy BA thường cho [kVA] + Thiết bị chế độ ngắn hạn lập lại, tính phụ tải tính tốn phải qui đổi chế độ làm việc dài hạn (tức phải qui chế độ làm việc có hệ số tiếp điện tương đối) Động ' Pdm  Pdm  dm Biến áp ' Pdm  S dm cos   dm Trong đó: P’dm – Cơng suất định mức qui đổi dm % Sdm; Pdm; cos ; dm % - Các tham số định mức lý lịch máy TB b) Điện áp định mức: Udm phụ tải phải phù hợp với điện áp mạng điện Trong xí nghiệp có nhiều thiết bị khác nên có nhiều cấp điện áp định mức lưới điện 9 Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI + Điện áp pha: 12; 36 V sử dụng cho mạng chiếu sáng cục nơi nguy hiểm + Điện áp ba pha: 127/220; 220/380; 380/660 V cung cấp cho phần lớn thiết bị xí nghiệp (cấp 220/380 V cấp dùng rộng rãi nhất) + Cấp 3; 6; 10 kV: dùng cung cấp cho lò nung chẩy; động cơng suất lớn Ngồi cịn có cấp 35, 110 kV dùng để truyền tải CCĐ cho thiết bị đặc biệt (công suất cực lớn) Với thiết bị chiếu sáng yêu cầu chặt chẽ nên để thích ứng với việc sử dụng vị trí khác lưới TB chiếu sáng thường thiết kế nhiều loại khác cấp điện áp định mức Ví dụ mạng 110 V có loại bóng đèn 100; 110; 115; 120; 127 V Tần số: qui trình cơng nghệ đa dạng thiết bị xí nghiệp  chúng sử dụng dòng điện với tần số khác từ f = o Hz (TB chiều) đến thiết bị có tần số hàng triệu Hz (TB cao tần) Tuy nhiên chúng CCĐ từ lưới điện có tần số định mức 50 60 Hz thơng qua máy biến tần Chú ý: Các động thiết kế tần số định mức 60 Hz sử dụng lưới có tần số định mức 50 Hz với điều kiện điện áp cấp cho động phải giảm theo tỷ lệ tần số (VD động lưới 60 Hz muốn làm việc lưới có tần số 50 Hz Udm =380 V, điện áp trước phải 450460 V) 2) Đồ thị phụ tải: “ Đặc trưng cho tiêu dùng lượng điện thiết bị riêng lẻ, nhóm thiết bị, phân xưởng tồn xí nghiệp Nó tài liệu quan trọng thiết vận hành” a) Phân loại: có nhiều cách phân loại + Đồ thị phụ tải tác dụng P(t) * Theo đại lượng đo + Đồ thị phụ tải phản kháng Q(t) + Đồ thị phụ tải điện A(t) + Đồ thị phụ tải hàng ngày + Đồ thị phụ tải háng tháng + Đồ thị phụ tải hàng năm * Theo thời gian khảo sát Đồ thị phụ tải thiết bị riêng lẻ ký hiệu p(t); q(t); i(t) Của nhóm thiết bị P(t); Q(t); I(t) b) Các loại đồ thị phụ tải thường dùng:  Đồ thị phụ tải hàng ngày: (của nhóm, phân xưởng XN) thường xét với chu kỳ thời gian ngày đêm (24 giờ) xác định theo cách + Bằng dụng cụ đo tự động ghi lại (VH- 2a) + Do nhân viên trực ghi lại sau định (HV-2b) + Biểu diễn theo bậc thang, ghi lại giá trị trung bình khoảng định (HV-2c) P P P Pmax 24 t (giờ) HV-2a 24 HV-2b t (giờ) 24 t (giờ) HV-2c + Đồ thị phụ tải hàng ngày cho ta biết tình trạng làm việc thiết bị để từ xếp lại qui trình vận hành hợp lý nhất, cịn làm để tính chọn thiết bị, tính điện tiêu thụ… + Các thông số đặc trưng đồ thị phụ tải hàng ngày: 1- Phụ tải cực đại Pmax ; Qmax 10 Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI 2- Hệ số công suất cực đại tương ứng với cosmax tgmax = Qmax /Pmax - Điện tác dụng & phản kháng ngày-đêm A [kWh]; Ar[kVArh] Costb tgtb = Ar/A – Hệ số tương ứng với – Hệ số điền kín ĐTPT K dk  A 24.Pmax ; K dkr  Ar 24.Qmax  Đồ thị phụ tải hàng năm: Gồm hai loại: + ĐTPT hàng tháng + ĐTPT theo bậc thang Đồ thị phụ tải hàng tháng: việc xây dựng theo phụ tải trung bình tháng xí nghiệp năm làm P Đồ thị phụ tải hàng tháng cho ta biết nhịp độ sản xuất xí nghiệp Từ đề lịch vận hành sửa chữa TB điện cách hợp lý nhất, nhằm đáp ứng yêu cầu sản xuất (VD: vào tháng 3,4  sửa chữa vừa lớn, tháng cuối năm sửa chữa nhỏ thay thiết bị 10 12 tháng Đồ thị phụ tải theo bậc thang: xây dựng sở đồ thị phụ tải ngày đêm điển hình (thường chọn ngày điển hình vào mùa đơng vào mùa hạ) P P Pmax Pi t’2 t’1 t”1 mùa đông A mùa hè 24 t [giờ] 24 t [giờ] Gọi: n1 – số ngày mùa đông năm n2 – số ngày mùa hè năm  Ti = (t’1 + t”1).n1 + t’2.n2 Các thông số đặc trưng đồ thị phụ tải năm: - Điện tác dụng phản kháng tiêu thụ năm làm việc: A [kWh/năm] & Ar [kVArh/năm] Chúng xác địng diện tích bao đường ĐTPT trục thời gian 2- Thời gian sử dụng công suất cực đại: Tmax  A Pmax ; Tmax r  Ar Qmax Ti 8760 [giờ] Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI 11 – Hệ số cơng suất trung bình: Costb tương ứng với tgtb Ar A tg tb  – Hệ số điền kín đồ thị phụ tải: K dk  T A  max 8760 xPmax 8760 K dkr  Ar T  max r 8760 xQmax 8760 Khái niêm Tmax & : Định nghĩa Tmax: “ Nếu giả thiết ta luôn sử dụng cơng suất cực đại, thời gian cần thiết Tmax phụ tải tiêu thụ lượng điện lượng điện phụ tải thực tế (biến thiên) tiêu thụ năm làm việc” Tmax gọi thời gian sử dụng công suất lớn Tmax – ứng với XN khác có giá trị khac + Trị số tra sổ tay thường định nghĩa theo P & Q hai thông số thường khơng trùng + Qua thơng kê đưa Tmax điển hình số XN + Tmax lớn  đồ thị phụ tải phẳng + Tmax nhỏ  đồ thị phụ tải phẳng P Pmax Tmax 8760 t Định nghĩa  “ Giả thiết ta luôn vận hành với tổn thất cơng suất lớn nhất, thời gian cần thiết  để gây lượng điện tổn thất lượng điện tổn thất phụ tải thực tế gây năm làm việc, gọi thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất”   Tmax thường không nhau, nhiên chúng lại có quan hệ gắn bó, lại khơng tỷ lệ tuyến tính P khơng xuất lúc có tải, mà lúc khơng tải có tổn thất  người ta xây dựng quan hệ  theo Tmax cos 0,6 0,8 8760 Tmax 3) Chế độ làm việc phụ tải qui đổi phụ tải: a) Chế độ làm việc phụ tải: chế độ Chê độ dài han: Chế độ nhiệt độ TB tăng đến giá trị xác lập số không phụ thuộc vào biến đổi công suất khoảng thời gian lần số thời gian phát nóng cuộn dây Phụ tải làm việc với đồ thị phẳng với công suất khơng đổi thời gian làm việc (quạt gió, lị điện trở…) đồ thị phụtải khơng thay đổi thời gian làm việc Chế độ làm việc ngắn hạn: Trong nhiệt độ TB tăng lên đến giá trị thời gian làm việc, lại giảm xuống nhiệt độ môi trường xung quanh thời gian nghỉ Chế độ ngắn hạn lập lại: Trong nhiệt độ TB tăng lên thời gian làm việc chưa đạt giá trị cho phép lại giảm xuống thời gian nghỉ, chưa giảm xuống nhiệt độ môi trường xung quanh Đặc trưng hệ số đóng điện % %  td t 100  d 100 t0  t d Tc td – thời gian đóng điện TB 12 Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI t0 – thời gian nghỉ Tc – chu kỳ công tác phải nhỏ 10 phút b) Qui đổi phụ tải pha pha: Vì tất TB CCĐ từ nguồn đến đường dây tuyền tải TB pha, thiết bị dùng điện lại có thiết bị pha (thường cơng suất nhỏ) Các thiết bị đấu vào điện áp pha điện áp dây  Khi tính phụ tải cần phải qui đổi pha + Khi có TB đấu vào điện áp pha cơng suất tương đương sang pha: Pdm td = 3.Pdm fa Pdm td - Công suất định mức tương đương (sang pha) Pdm fa – Công suất định mức phụ tải pha + Khi có phụ tải pha đấu vào điện áp dây Pdmtd  Pdmfa + Khi có nhiều phụ tải pha đấu vào nhiều điện áp dây pha khác nhau: Pdmtd  3.Pdmfa max Để tính tốn cho trường hợp này, trước tiên phải qui đổi TB pha đấu vào điện áp dây TB đấu vào điện áp pha Sau xác định cơng suất cực đại pha (Pdmfamax) 2.1 Các phương pháp xác định phụ tải tính tốn: 1) Khái niệm phụ tải tính tốn: “ Là phụ tải khơng có thực mà cần phải tính để từ làm sở cho việc tính tốn thiêts kế, lựa chọn TB CCĐ”  có loại + Phụ tải tính tốn theo phát nóng cho phép + Phụ tải tính tốn theo điều kiện tổn thất Phụ tải tính tốn theo phat nóng: Định nghĩa: “là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế (biến thiên) hiệu nhiệt lớn nhất” + Trong thực tế thường dùng phụ tải tính tốn tác dụng Ptt đặc trưng cho q trình sinh cơng, thuận tiện cho việc đo đạc vận hành Ptt  U dm Itt cos  tt Trong tính tốn cho phép lấy gần costt = costb Quan hệ phụ tải tính tốn với phụ tải khác sau: Pma x  Ptt  Pqp  Ptb Trong đó: T Ptb   P ( t ).dt T T – thời gian khảo sát P(t) - đồ thị phụ tải thực tế 13 Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI Pqp  T T  P ( t ).dt + Sự phát nóng dây dẫn kết tác dụng phụ tải thời gian T Người ta nhận thấy giá trị trung bình phụ tải thời gian PT đặc trưng cho phát nóng dây dẫn xác so với cơng suất cực đại tức thời Pmax khoảng thời gian Chính phụ tải tính tốn Ptt xác định giá trị cực đại giá trị trung bình khoảng thời gian T Khi khoảng thời gian xê dịch toàn đồ thị phụ tải cho + Tồn khoảng thời gian tối ưu mà phụ tải trung bình lấy thời gian đặc trưng xác cho thay đổi phát nóng dây dẫn khoảng + Người ta thường lấy: P Pmax2 Pmax1 Ptb2 Ptb1 Ttb = 3T0 T T t T0 – số thời gian phát nóng dây dẫn sau khoảng thời gian trị số phát nóng đạt tới 95% trị số xác lập KM – Hệ số cực đại công suât tác dụng với khoảng thời gian trung bình T=30 phút (với Ptt KM khơng có ký hiệu đặc biệt hiểu tính với T=30 phút) + Trong thực tế T thường lấy 30 phút, gần lần số thời gian phát nóng loại dây dẫn có tiết diện trung bình nhỏ  Nếu số thời gian phát nóng dây dẫn lớn so với 10 phút cơng suất cực đại 30 phút phải qui đổi công suất cực đại với khoảng thời gian dài Bên cạnh Ptt cịn có Qtt ;Stt Itt Phụ tải tính tốn theo điều kiện tổn thất cho phép: cịn gọi phụtải đỉnh nhọn Pdn ;Qdn ;Sdn ;Idn - phụ tải cực đại xuất thời gian ngắn (12 giây) Nó gây tổn thất điện áp lớn mạng điện điều kiện làm việc nặng nề cho mạng Mà lúc lại cần phải đảm bảo yêu cầu sản xuất VD moment khởi động động cơ, chất lượng mối hàn, độ ổn định ánh sáng điện + Đối với phụ tải vận hành có cách đo đạc, cịn thiết kế xác định gần vào giá trị đặc trưng phụ tải có đo đạc thống kê trình lâu dài 2) Các phương pháp xác định phụ tải tính tốn: (theo ĐK phát nóng) Tuy thuộc vào vị trí phụ tải, vào gai đoạn thiết kế mà người ta dùng phưong pháp xác đơn giản Khi xác định Ptt cần lưu ý ssố vấn đề: + Đồ thị phụ tải luôn thay đổi theo thời gian, tăng lên phẳng theo mức hoàn thiện kỹ thuật sản xuất (hệ số điền kín phụ tải tăng lên dần) + Việc hồn thiện q trình sản xuất (tự động hố giới hố) làm tăng lượng điện xí nghiệp  thiết kế CCĐ phải tính đến phát triển tương lai xí nghiệp, phải lấy mức phụ tải xí nghiệp 10 năm sau Các phương pháp xác định phụ tải tính tốn phạm vi sử dụng: 1- Theo cơng st trung bình hệ số cực đại: gọi phương pháp biểu đồ hay phương pháp số thiết bị điện hiệu - thường dùng cho mạng điện PX điện áp đến 1000 V mạng cao hơn, mạng tồn xí nghiệp 2- Theo cơng suất trung bình độ lệch phụ tải khỏi giá trị trung bình: phương pháp thống kê - dùng cho mạng điện PX điện áp đến 1000 V 3- Theo cơng suất trung bình hệ số hình dạng đồ thị phụ tải: dùng cho mạng điện từ trạm biến áp phân xưởng mạng tồn xí nghiệp 4- Theo cơng suất đặt hệ số nhu cầu (cần dùng): dùng để tính tốn sơ bộ, ngồi cịn phương pháp khác 5- Theo xuất chi phí điện đơn vị sản phẩm: 6- Theo xuất phụ tải đơn vị diện tích sản xuất:: hai phuoeng pháp dùng để tính tốn sơ 1) Xác định phụ tải tính tốn theo cơng suất trung bình hệ số cực đại: 14 Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI Theo phương pháp phụ tải tính tốn nhóm thiết bị: Ptt  K M Ptb  K M K sd Pdm Ptb – cơng suất trung bình phu tải ca mang tải lớn Pdm – công suất định mức phụ tải (tổng Pdm TB nhóm ) Ksd – hệ số sử dụng cơng st tác dụng (của nhóm TB.) KM – Hệ số cực đại công suât tác dụng với khoảng thời gian trung bình T=30 phút (với Ptt KM khơng có ký hiệu đặc biệt hiểu tính với T=30 phút) a) Hệ số sử dụng công suât:: Ksd “là tỉ số cơng suất trung bình công suất định mức” hệ số sử dụng định nghĩa cho Q; I Với thiết bị đơn lẻ kí hiệu chữ nhỏ cịn với nhóm TB kí hiệu chữ in hoa n k sd p  tb pdm K sd ; P  tb  Pdm p dmi k sdi i 1 n p dmj i 1 Có thể xác định theo điện năng: K sd  A Ar A - điện tiêu thụ ca theo đồ thị phụ tải Ar - điện tiêu thụ định mức Tương tự ta có: n k sdq q  tb q dm Q  tb  Qdm K sdq ; q k sdqi dmi i 1 n q dmj i 1 n k sdI i  tb i dm I  tb  I dm K sdI ; i dmi k sdi i 1 n i dmj i 1 + hệ số sử dụng thiết bị riêng lẻ nhóm thiết bị đặc trưng xây dựng theo số liệu thống kê lâu dài cho cẩm nang kỹ thuật b) Số thiết bị dùng điện có hiệu quả: nhq Định nghĩa: “là số thiết bị điện giả thiết có cơng suất, chế độ làm việc mà chúng gây phụ tải tính tốn, phụ tải tính tốn nhóm TB có đồ thị phụ tải không giống công suất chế độ làm việc” Cơng thức đầy đủ để tính số thiết bị dùng điện hiệu nhóm có n thiết bị: nhq  n    pdmi  i 1   n  pdmi  i 1 15 Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI pdmi – công suất định mức thiết bị thứ i nhóm n - tổng số thiết bị nhóm + Nếu công suất định mức tất thiết bị dùng điện  n = nhq + Với số thiết bị lớn sử dụng công thức khơng thuận lợi  sử dụng công thức gần với sai số 20 % Các trường hợp riêng để tính nhanh nhq : m + Khi Pdm max 3 Pdm Ksd  0,4 Thì số thiết bị hiệu lấy số thiết bị thực tế nhóm  nhq  n + Khi nhóm có n1 thiết bị dùng điện có tổng cơng suất định mức nhỏ % tổng cơng suất định mức tồn nhóm n1 n  pdmi  5% pdmi  nhq  n  n1 Ví dụ: Xác định số thiết bị hiệu nhóm có chế độ làm việc dài hạn có số lượng cơng suất sau: Hệ số sử dụng tồn nhóm Ksd = 0,5 Số TB 10 Công suất 0,6 4,5 10 14 + Tính công thức đầy đủ: 10.0 ,6  5.4 ,5  6.7  5.10  2.14 2 kW kW kW kW kW 10 ,0 ,6  5.4 ,5  6.7  5.10  2.14  20 + Tính gần đúng: nhóm có 10 thiết bị nhỏ (0,6 kW) 10x0,6= kW <  pdmx 5% = 148,5x5%= 7,4  nhq = n – n1 = 28 – 10 = 18 kết sai số 10% + Khi m > Ksd  0,2 n 2. pdmi nhq  i 1 Chú ý: tính nhq > n pdm max Thì lấy  nhq  n Ví dụ: Nhóm có thiết bị làm việc dài hạn Hãy xác đinh số thiết bị hiệu nhóm; Ksd = 0,4 Số TB 25 20 Công suât 20 kW 10 kW kW kW 4,5 kW 2,8 kW kW m = 20/1 = 20 > ; Ksd = 0,4 > 0,2 n  pdmi  nhq  i 1 Pdm max  297  29 ,7  30 20 + Khi khơng có khả sử dụng phương pháp đơn giản: phải sử dụng đường cong bảng tra Bảng đường cong xây dựng quan hệ số thiết bị hiệu tương đối theo n* p* tức * nhq  f ( n* ; p* ) Trong đó: tra n*hq suy  * nhq  n.nhq 16 Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI * nhq  nhq n1 - số thiết bị có cơng suất lớn 1/2 cơng suất thiết bị có cơng suất lớn nhóm n n1 n P p *  dm1 Pdm n*  Pdm1 - Tổng công suất n1 thiết bị Pdm - Tổng công suất định mức tất TB Ví dụ: Xác định số TB hiệu nhóm TB Nhóm có Ksd = 0,1 Số TB 5 20 Công suât ấ 10 4,5 2,8 Giải: ta có m = 10/1 =10 với m = 10 ; Ksd = 0,1 khơng áp dụng cách tính gần kW kW kW kW kW n = + + + + 20 = 38 Pdm = 4x10 + 5x7 + 4x4,5 + 5x2,8 + 20x1 = 127 kW Thiết bị có cơng suất lớn 10 kW 1/2 10 = kW n1 = + = P1 = 4x10 + 5x7 = 75 kW n* = n1 / n = 9/38 p* = P1/Pdm = 75/127 Từ n* p* Tra bảng ta tim n*hq = 0,59  * nhq  n.nhq  38 x ,56  21 + Đối với nhóm thiết bị pha đấu vào mạng pha: số thiết bị hiệu xác định cách đơn giản theo công thức sau: n  pdmi nhq  Pdm max (2.40) n p dmi - Tổng công suất thiết bị pha nút tính tốn Pdmmax - Công suất định mức thiết bị pha lớn c) Hệ số cực đại: KM “ tỉ số cơng suất tính tốn cơng suất trung bình” kM  ptt ptb KM  Ptt Ptb kM KM với thiết bị với nhóm thiết bị Cơng suất trung bình tính theo công thức sau: T Ptb   P ( t )dt T  A T T – thời gian khảo sát lấy độ dai ca mang tải lớn Tương tự ta có hệ số cực đại với dòng điện: 17 Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI K MI  Itt Itb + Hệ số cực đại liên quan đến đại lượng quan trọng đồ thị phụ tải Ptt Ptb trị số phụ thuộc vào số thiết bị dùng điện hiệu nhq nhiều hệ số khác đặc trưng cho chế độ tiêu thụ nhóm TB  có nhiều phương pháp xác định KM nhiều tác giả khác + Trong thực tế thường KM xây dựng theo quan hệ nhq ksd dạng đường cong dạng bảng tra  KM = f(nhq ; ksd) + Cần nhớ KM tra bảng tra thường tương ứng với thời gian tính tốn 30 phút Trường hợp tính Ptt với T>30 phút (với thiết bị lớn) KM phải tính qui đổi lại theo cơng thức: K MT   KM 2T KM - tra bảng (T=30 phút) T > 30 phút d) Phụ tải tính táon phản kháng nhón TB.: Qtt Thường tính gần sau: + Khi nhq  10  + Khi nhq > 10  Qtt = Qtb Qtt = 1,1 Qtb Qtb - công suất trung bình nhóm phụ tải ca mang tải lớn Qtb = Ksdq Qdm Qtb = Ptb tgtb n p tgtb rút từ cos  tb  dmi cos  i i 1 n p dmi i 1 e) Nhữg trường hợp riêng dùng phương pháp đơn giản để tính Ptt: + Khi nhq <  trường hợp không tra KM theo đường cong n + Nếu n   Ptt   pdmi i 1 n n Qtt   q dmi   pdmi tg i i 1 i 1 n + Nếu n >  Ptt   pdmi k ti i 1 n Qtt   q dmi k tqi i 1 kti ktqi - hệ số tải tác dụng hệ số tải phản kháng 18 Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI + Khi khơng có số liệu cụ thể lấy gần với thiết bị có chế độ làm việc dài hạn Kt = 0,9; cosdm = 0,8 , TB ngắn hạn lập lại Kt = 0,7 ; cosdm = 0,7 + Với nhóm thiết bị làm việc dài hạn, có đồ thị phụ tải phẳng, thay đổi (VD – lị điện trở, quạt gió, trạm khí nén, tạm bơm…) Ksd  0,6 ; Kdk  0,9 (hệ số điền kín đồ thị phụ tải)  lấy KM =  Ptt = Ptb ; Qtt = Qtb f) Phụ tải tính tốn thiết bị pha: Xẩy theo trường hợp + Nếu nhóm thiết bị pha phân bố pha phụ tải tính tốn chúng tính tốn thiết bị pha có cơng suất tương đương Chú ý nhq nhóm TB xác định theo cơng thức (2.40) + Nhóm thiết bị pha có n > có đồ thị phụ tải thay đổi có chế độ làm việc giống (cùng Ksd cos) đấu vào điện áp dây pha, phân bố không pha phụ tải tính tốn tương đương xác định theo công thức: (2.48) (2.49) (2.49) Ptt tđ = 3.Ptb pha KM = Ksd KM Pdm pha Khi nhq  10  Qtt tđ = 3.Qtb pha 1,1 = 3,3.Ksdq Qdm pha = 3,3 Ksdp Pdm pha tg Khi nhq > 10  Qtt tđ = 3Qtb pha = Ksdq.Qdm pha = 3.Ksdp.Pdm pha tg Trong đó: Ptb pha ; Qtb pha - Phụ tải trung bình pha mang tải lớn pha có phụ tải lớn + Nhóm thiết bị pha n > có đồ thị phụ tải thay đổi, có chế độ làm việc khác đấu vào điện áp pha điện áp dây Trước tiên cần tính phụ tải trung bình ca mang tait lớn Tính cho pha A: Ptb (A) = Ksd PdmAB p(AB)A + Ksd Pdm AC p(AC)A + Ksd Pdm A0 Qtb (A) = Ksdq QdmAB q(AB)A + Ksdq QdmAC q(AC)A + Ksdq Qdm A0 Trong đó: Ksd ; Ksdq - hệ số sử dụng công suât tác dụng phản kháng TB pha có chế độ làm việc khác p(AB)A; p(AC)A; q(AB)A; q(AC)A – hệ số qui đổi công suất TB pha mắc vào điện áp dây qui pha A (tra bảng) Tương tự xác định phụ tải trung bình pha cong lại (pha B C) ta có phụ tải trung bình pha lớn  Từ xác định phụ tải trrung bình tương đương pha: Ptb tđ = Ptb pha (pha có tải lớn nhất) Qtb tđ = Qtb pha Sau Ptt tđ = KM Ptb tđ Qtt tđ = Tính theo (2.49); (2.50) Để tra KM lấy Ksd pha mang tải lớn theo công thức sau: K sd  Pdn1 Ptbpha  Pdm  Pdm (2.55) Trong đó: Pdm0 - Tổng công suất định mức phụ tải pha đấu vào điện áp pha (của pha mang tải lớn nhất) Pdm1 ; Pdm2 - Tổng công suất định mức thiết bị pha đấu pha mang tải lớn pha cong lại + Nếu nhóm thiết bị pha có đồ thị phụ tải phẳng (VD – chiếu sáng, lò điện trở pha …) xem KM =1 19 Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI Ptttđ = Ptb td ; Qtt tđ = Qtbtđ (2.54) g) Phụ tải tính tốn nút hệ thống CCĐ: (tủ phân phối, đường dây chính, trạm biến áp, trạm phân phối điện áp < 1000 V) Nút phụ tải cung cấp cho n nhóm phụ tải n Ptt = KM P (2.55) tbi n Khi nhq  10  Qtt = 1,1 Q (2.56) tbi n nhq > 10  Qtt = Q tbi Stt  Ptt2  Qtt2 K Trong đó: Ptbi = p dmi k sdi (2.57) dmi k sdi (2.58) K Qtbi = q K – số thiết bị nhóm thứ i n – số nhóm thiết bị đấu vào nút nhq – số thiết bị hiệu toàn thiết bị đấu vào nút KM – Hệ số cực đại nút Để tra KM cần biết hệ số sử dụng nút n P tbi K sd  (2.59) n P dmi + Nếu nút phụ tải có n nhóm thiết bị có đồ thị phụtải thay đổi m nhóm có đồ thị phụ tải phẳng n m Ptt  K M  Ptbi   Ptbj n Khi m nhq  10 Qtt  1,1 Qtbi   Qtbj nhq > 10 Qtt   Qtbi   Qtbj n (2.60) m Chú ý: + Trong nút có nhóm TB pha, nhóm thay nhóm thiết bị pha đương đương + Khi phân xưởng có TB dự trữ (máy BA hàn, thiết bị làm việc ngắn hạn VD: bơn tiêu nước, động đóng van nước…) khơng cần tính cơng suất chúng vào phụ tải trung bình nhóm, tủ động lực, đường dây CCĐ cho chúng cần có dự trữ thích hợp +Trong nhóm thiết bị có xét đến các phụ tải chiếu sáng công suất thiết bị bù (TB bù có dấu “-“ nhóm) 2) Xác định phụ tải tính tốn theo cơng suất trung bình hệ số hình dạng: Theo phương pháp này: Ptt = Khdp Ptb Qtt = Khdq Qtb (2.70) 20 Bài giảng cung cấp điện Biên soạn: TRẦN TẤN LỢI Stt  Ptt2  Qtt2 Khdp Khdq - Hệ số hình dạng đồ thị phụ tải tác dụng phản kháng, tính sau: k hdp  k hdq  pqp ptb q qp q tb ; K hdp  ; K hdq  Pqp Ptb Qqp Qtb Pqp ; Qqp - phụ tải trung bình bình phương (tức bình phương đồ thị phụ tải lấy trung bình) Hệ số hình dạng xác định vận hành theo số đồng hồ đo điện m  A  pi K hdp  m Ap (2.73) Ap - Điện tác dụng tiêu thụ ngày đêm Api - Điện tác dụng tiêu thụ khoảng T=T/m T - Thời gian khảo sát, thường lấy ngày đêm m – Khoảng chia đồ thị phụ tải thường lấy 24 (tức T = giờ) Hệ số hình dạng có giá trị nằm khoảng 1,1  1,2 3) Xác định phụ tải tính tốn theo cơng suất đặt hệ số nhu cầu: + Phụ tải tính tốn nhóm TB có chế độ làm việc giống (cúng ksd) Ptt = Knc Pđ (có thể lấy Pđ = Pđm) Qtt = Ptt tg Stt  Ptt2  Qtt2  Ptt cos  Knc – hệ số nhu cầu nhóm thiết bị cos - hệ số cơng suất nhóm TB (vì giả thiết tồn nhóm có chế độ làm việc chung hệ số cos) + Nếu nhóm TB có nhiều TB với cos khác nhau, để tính Qtt người ta sử dụng hệ số cos trung bình nhóm: n p dmi cos  cos  tb  n p dmi + Nếu nhóm có nhiều Tb có hệ số nhu cầu khác nhau: n p K nctb  dmi k nci n p dmi + Phụ tải tính tốn nút hệ thơng CCĐ (phân xưởng, XN) cách tổng hợp phụ tải tính tốn nhóm nối vào nút có tính đến hệ số đồng thơì