Chương II Phụ tải điện Vai trò của phụ tải điện: trong XN có rất nhiều loại máy khác nhau, với nhiều công nghệ khác nhau; trình độ sử dụng cũng rất khác nhau cùng với nhiều yếu tố khác
Trang 1Chương II
Phụ tải điện
Vai trò của phụ tải điện: trong XN có rất nhiều loại máy khác nhau, với nhiều công
nghệ khác nhau; trình độ sử dụng cũng rất khác nhau cùng với nhiều yếu tố khác
dẫn tới sự tiêu thụ công suất của các thiết bị không bao giờ bằng công suất định
mức của chúng Nhưng mặt khác chúng ta lại cần xác định phụ tải điện Phụ tải
điện lμ một hμm của nhiều yếu tố theo thời gian P(t), vμ vì vậy chung không tuân
thủ một qui luật nhất định → cho nên việc xác định được chúng lμ rất khó khăn
Nhưng phụ tải điện lại lμ một thông số quan trọng để lựa chọn các thiết bị của HTĐ
Công suất mμ ta xác định được bằng cách tính toán gọi lμ phụ tải tính toán P tt
Nếu P tt < P thuc tê → Thiết bị mau giảm tuổi thọ, có thể cháy nổ
Nếu P tt > P thuc tê→ Lãng phí
Do đó đã có rất nhiều công trình nghiên cứu nhằm xác định P tt sát nhất với
P_thực tế Chủ yếu tồn tại 2 nhóm phương pháp
+ Nhóm phương pháp dựa trên kinh nghiệm vận hμnh, thiết kế vμ được tổng kết lại
bằng các hệ số tính toán (đặc điểm của nhóm phương pháp nμy lμ: Thuận lợi nhất
cho việc tính toán, nhanh chóng đạt kết quả, nhưng thường cho kết quả kém chính
xác)
+ Nhóm thứ 2 lμ nhóm phương pháp dựa trên cơ sở của lý thuyết xác suất vμ thống
kê (có ưu điểm ngược lại với nhóm trên lμ: Cho kết quả khá chính xác, xong cách
tính lại khá phức tạp )
2.1 Đặc tính chung của phụ tải điện:
1) Các đặc trưng chung của phụ tải điện:
Mỗi phụ tải có các đặc trưng riêng vμ các chỉ tiêu xác định điều kiện lμm việc của
mình mμ khi CCĐ cần phải được thoả mãn hoặc chú ý tới (có 3 đặc trưng chung)
a) Công suất định mức:
“ Lμ thông số đặc trưng chính của phụ tải điện, thường được ghi trên nhãn của máy
hoặc cho trong lý lịch máy”
Đơn vị đo của công suất định mức thường lμ kW hoặc kVA Với một động cơ điện P đm
chính lμ công suất cơ trên trục cơ của nó
dm
dm d
P P
η
=
ηdm – lμ hiệu suất định mức của động cơ thường lấy lμ 0,8 ữ 0,85 (với động cơ không
đồng bộ không tải) Tuy vậy với các động cơ công suất nhỏ vμ nếu không cần chính
xác lắm thì có thê lấy P d≈ P dm
Chú ý:
+ Với các thiết bị nung chẩy công suất lớn, các thiết bị hμn thì công suất định mức chính lμ công suất định mức của máy BA vμ thường cho lμ [kVA]
+ Thiết bị ở chế độ ngắn hạn lập lại, khi tính phụ tải tính toán phải qui đổi về chế độ lμm việc dμi hạn (tức phải qui về chế độ lμm việc có hệ số tiết điện tương đối)
Động cơ Pdm ' = Pdm. εdm
Biến áp Pdm ' = Sdm cos ϕ . εdm
Trong đó:
P’ dm – Công suất định mức đã qui đổi về εdm %
S dm ; P dm ; cosϕ ; εdm % - Các tham số định mức ở lý lịch máy của TB
b) Điện áp định mức:
U dm của phụ tải phải phù hợp với điện áp của mạng điện Trong xí nghiệp có nhiều thiết
bị khác nhau nên cũng có nhiều cấp điện áp định mức của lưới điện
+ Điện áp một pha: 12; 36 V sử dụng cho mạng chiếu sáng cục bộ hoặc các nơi nguy hiểm
+ Điện áp ba pha: 127/220; 220/380; 380/660 V cung cấp cho phần lớn các thiết bị của xí nghiệp (cấp 220/380 V lμ cấp được dùng rộng rãi nhất)
+ Cấp 3; 6; 10 kV: dùng cung cấp cho các lò nung chẩy; các động cơ công suất lớn Ngoμi ra còn có cấp 35, 110 kV dùng để truyền tải hoặc CCĐ cho các thiết bị đặc biệt (công suất cực lớn) Với thiết bị chiếu sáng yêu cầu chặt chẽ hơn nên để thích ứng với việc sử dụng ở các vị trí khacs nhau trong lưới TB chiếu sáng thường được thiết kế nhiều loại khác nhau trong cùng một cấp điện áp định mức Ví dụ ở mạng 110 V có các loại bóng đèn 100; 110; 115; 120; 127 V
Tần số: do qui trình công nghệ vμ sự đa dạng của thiết bị trong xí nghiệp → chúng sử dụng dòng điện với tần số rất khác nhau từ f = o Hz (TB một chiều) đến các thiết bị có tần số hμng triệu Hz (TB cao tần) Tuy nhiên chúng vẫn chỉ được CCĐ từ lưới điện có tần số định mức 50 hoặc 60 Hz thông qua các máy biến tần
Chú ý: Các động cơ thiết kế ở tần số định mức 60 Hz vẫn có thể sử dụng được ở lưới có tần số định mức 50 Hz với điều kiện điện áp cấp cho động cơ phải giảm đi theo tỷ lệ của tần số (VD động cơ ở lưới 60 Hz muốn lμm việc ở lưới có tần số 50 Hz thì điện áp trước đó của nó phải lμ 450ữ460 V)
2) Đồ thị phụ tải:
“ Đặc trưng cho sự tiêu dùng năng lượng điện của các thiết bị riêng lẻ, của nhóm thiết bị, của phân xưởng hoặc của toμn bộ xí nghiệp Nó lμ tμi liệu quan trọng trong thiết vμ vận hμnh”
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 năng A(t)
Đ
P đm
P đ
Trang 2+ Đồ thị phụ tải hμng ngμy
* Theo thời gian khảo sát + Đồ thị phụ tải háng thág
+ Đồ thị phụ tải hμng năm
Đồ thị phụ tải của thiết bị riêng lẻ ký hiệu lμ 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:
được xét với chu kỳ thời gian lμ một ngμy đêm (24 giờ) vμ có thể xác định theo 3
cách
+ Bằng dụng cụ đo tự động ghi lại (VH- 2a)
+ Do nhân viên trực ghi lại sau những giờ nhất định (HV-2b)
+ BBiểu diễn theo bậc thang, ghi lại giá trị trung bình trong những khoảng nhất
định (HV-2c)
+ Đồ thị phụ tải hμng ngμy cho ta biết tình trạng lμm việc của thiết bị để từ đó sắp xếp
lại qui trình vận hμnh hợp lý nhất, nó cong lμm căn cứ để tính chọn thiết bị, tính điện
năng tiêu thụ…
+ Các thông số đặc trưng của đồ thị phụ tải hμng ngμy:
1- Phụ tải cực đại P max ; Q max
2- Hệ số công suất cực đại cosϕmax
tương ứng với tgϕmax = Q max /P max
3 - Điện năng tác dụng &
phản kháng ngμy đêm A [kWh]; Ar[kVArh]
4 – Hệ số Cosϕtb
tương ứng với tgϕtb = Ar/A
5 – Hệ số điền kín của ĐTPT
max dk
P 24
A
max dkr
Q 24
Ar
d Đồ thị phụ tải hμng năm:
Gồm hai loại + ĐTPT hμng tháng + ĐTPT theo bậc thang
Đồ thị phụ tải hμng tháng: được xây dựng theo phụ tải trung bình của từng tháng của
xí nghiệp trong một năm lμm việc
Đồ thị phụ tải theo bậc thang: xây dựng trên cơ sở của đồ thị phụ tải ngμy đêm điển hình (thường chọn 1 ngμy điển hình vμo mua đông vμ vμo mua hạ)
Gọi: n 1 – số ngμy mùa đông trong năm
n 2 – số ngμy mùa hè trong năm → T i = (t’ 1 + t” 1 ).n 1 + t’ 2 n 2 Các thông số đặc trưng của đồ thị phụ tải năm:
1 - Điện năng tác dụng vμ phản kháng tiêu thụ trong một năm lμm việc:
A [kWh/năm] & Ar [kVArh/năm]
Chúng được xác địng bằng diện tích bao bởi đường ĐTPT vμ trực thời gian
2- Thời gian sử dụng công suất cực đại:
max max
P
A
max
r r max Q
A
24
P
P max
24
P
P
HV-2a HV-2b HV-2c
0 2 4 6 8 10 12 tháng
P
Đồ thị phụ tải hμng tháng cho ta biết nhịp
độ sản xuất của xí nghiệp Từ đó có thể đề
ra lịch vận hμnh sửa chữa các TB điện một cách hợp lý nhất, nhằm đáp ứng các yêu
sửa chữa vừa vμ lớn, còn ở những tháng cuối năm chỉ sửa chữa nhỏ vμ thay các thiết bị
0 24 t [giờ]
P
0 24 t [giờ]
P
t’ 1 t” 1
mùa đông
t’2 mùa hè
0
P i
Pmax
Ti
A
8760 [giờ]
Trang 33 – Hệ số công suất trung bình: Cosϕtb tương ứng với tgϕtb
A
A
tb =
4 – Hệ số điền kín đồ thị phụ tải:
8760
T xP
8760
A
max
8760
T xQ
8760
A
max
r
Khái niêm về T max & τ:
Định nghĩa T max : “ Nếu giả thiết rằng ta luôn luôn sử dụng công suất cực đại thì thời
gian cần thiết T max để cho phụ tải đó tiêu thụ được lượng điện năng do phụ tải thực tế
(biến thiên) tiêu thụ trong một năm lμm việc” T max gọi lμ thời gian sử dụng công suất
lớn nhất
Định nghĩa τ “ Giả thiết ta luôn luôn vận hμnh với tổn thất công suất lớn nhất thì thời
gian cần thiết τ để gây ra được lượng điện năng tổn thất bằng lượng điện năng tổn
thất do phụ tải thực tế gây ra trong một năm lμm việc, gọi lμ thời gian chịu tổn thất
công suất lớn nhất”
3) Chế độ lμm việc của phụ tải vμ qui đổi phụ tải:
a) Chế độ lμm việc của phụ tải: 3 chế độ
Chê độ dμi han: Chế độ trong đó nhiệt độ của TB tăng đến giá trị xác lập vμ lμ
hằng số không phụthuộc vμo sự biến đổi của công suất trong khoảng thời gian
bằng 3 lần hằng số thời gian phát nóng của cuộn dây Phụ tải có thể lμm việc với
đồ thị bằng phẳng với công suất không đổi trong thời gian lμm việc (quạt gió, các
lò điện trở…) hoặc đồ thị phụtải không thay đổi trong thời gian lμm việc
Chế độ lμm việc ngắn hạn: Trong đó nhiệt độ của TB tăng lên đến giá trị nμo đó trong thời gian lμm việc, rồi lại giảm xuống bằng nhiệt độ môi trường xung quanh trong thời gian nghỉ
Chế độ ngắn hạn lập lại: Trong đó nhiệt độ của TB tăng lên trong thời gian lμm việc nhưng chưa đạt giá trị cho phép vμ lại giảm xuống trong thời gian nghỉ, nhưng chưa giảm xuống nhiệt độ của môi trường xung quanh
Đặc trưng bằng hệ số đóng điện ε%
T
t 100 t t
t
%
c d
d 0
+
=
ε
t d – thời gian đóng điện cuat TB
t 0 – thời gian nghỉ
T c – lμ một chu kỳ công tác vμ phải nhỏ hơn 10 phút
b) Qui đổi phụ tải 1 pha về 3 pha:
Vì tất cả các TB CCĐ từ nguồn đến các đường dây tuyền tải đều lμ TB 3 pha, các thiết bị dùng điện lại có cả thiết bị 1 pha (thường công suất nhỏ) Các thiết bị nμy có thể đấu vμo điện áp pha hoặc điện áp dây → Khi tính phụ tải cần phải được qui
đổi về 3 pha
+ Khi có 1 TB đấu vμo điện áp pha thì công suất tương đương sang 3 pha:
P dm td = 3.P dm fa
P dm td - Công suất định mức tương đương (sang 3 pha)
P dm fa – Công suất định mức của phụ tải một pha
+ Khi có 1 phụ tải 1 pha đấu vμo điện áp dây
Pdmtd = 3 Pdmfa
+ Khi có nhiều phụ tải 1 pha đấu vμo nhiều điện áp dây vμ pha khác nhau:
Pdmtd = 3 Pdmfa max
Để tính toán cho trường hợp nμy, trước tiên phải qui đổi các TB 1 pha đấu vμo điện áp dây về TB đấu vμo điện áp pha Sau đó sẽ xác định được công suất cực đại của 1 pha nμo đó (P dmfamax )
2.1 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán:
1) Khái niệm về phụ tải tính toán:
T max – ứng với mỗi XN khác nhau sẽ có giá trị khac nhau
+ Trị số nμy có thể tra ở sổ tay vμ thường được
định nghĩa theo P & Q hai thông số nμy thường không trùng nhau
+ Qua thông kê có thể đưa ra T max điển hình của một số XN
+ T max lớn → đồ thị phụ tải cμng bằng phẳng
+ T max nhỏ → đồ thị phụ tải ít bằng phẳng hơn.
P
P max
T max
0 8760 Tmax
τ
1
0,8
0,6
τ vμ T max thường không bao giờ bằng nhau, tuy nhiên chúng lại có quan hệ rất gắn bó, nhưng lại không tỷ lệ tuyến tính vì ΔP không chỉ xuất hiện lúc
có tải, mμ ngay cả lúc không tải cũng vẫn có tổn thất
→ người ta xây dựng quan hệ τ theo T max vμ cosϕ
Trang 4“ Lμ phụ tải không có thực mμ chúng ta cần phải tính ra để từ đó lμm cơ sở cho việc
tính toán thiêts kế, lựa chọn TB CCĐ” → có 2 loại
+ Phụ tải tính toán theo phát nóng cho phép
+ Phụ tải tính toán theo điều kiện tổn thất
Phụ tải tính toán theo phat nóng:
Định nghĩa: “lμ phụ tải giả thiết lâu dμi không đổi, tương đương với phụ tải thực tế
(biến thiên) về hiệu quả nhiệt lớn nhất”
+ Trong thực tế thường dùng phụ tải tính toán tác dụng P tt vì nó đặc trưng cho quá
trình sinh công, thuận tiện cho việc đo đạc vận hμnh
Ptt = 3 UdmIttcos ϕtt
Trong tính toán có thể cho phép lấy gần đúng cosϕtt = cosϕtb
Quan hệ giữa phụ tải tính toán với các phụ tải khác như sau:
P ma x≥ P tt ≥ P qp ≥ P tb
Trong đó:
T
dt ).
t ( P P
T
0 tb
∫
= T – thời gian khảo sát
P(t) - đồ thị phụtải thực tế
= ∫T
0
2
qp P ( t ) dt
T
1 P
+ Sự phát nóng của dây dẫn lμ kết quả của sự tác dụng của phụ tải trong thời gian T
Người at nhận thấy rằng giá trị trung bình của phụ tải trong thời gian nay P T đặc trưng
cho sự phát nóng của dây dẫn chính xác hơn so với công suất cực đại tức thời P max
trong khoảng thời gian đó
T 0 – hằng số thời gian phát nóng của dây dẫn vì sau khoảng thời gian nμy trị số phát
nóng đạt tới 95% trị số xác lập
+ Trong thực tế T thường được lấy lμ 30 phút, gần bằng 3 lần hằng số thời gian phát nóng của các loại dây dẫn có tiết diện trung bình vμ nhỏ → Nếu hằng số thời gian phát nóng của dây dẫn lớn hơn so với 10 phút thì công suất cực đại 30 phút phải qui đổi ra công suất cực đại với khoảng thời gian dμi hơn Bên cạnh P tt còn có Q tt ;S tt vμ I tt
Phụ tải tính toán theo điều kiện tổn thất cho phép: còn gọi lμ phụtải đỉnh nhọn P dn
;Q dn ;S dn ;I dn - lμ phụ tải cực đại xuất hiện trong thời gian ngắn (1ữ2 giây) Nó gây ra tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng điện vμ các điều kiện lμm việc nặng nề nhất cho mạng Mμ chính lúc đó lại cần phải đảm bảo các yêu cầu của sản xuất VD moment khởi động của động cơ, chất lượng các mối hμn, độ ổn định của ánh sáng điện
+ Đối với phụ tải đang vận hμnh có thể có được bằng cách đo đạc, còn trong thiết kế
có thể xác định gần đúng căn cứ vμo các giá trị đặc trưng của các phụ tải đã có vμ đã
được đo đạc thống kê trong quá trình lâu dμi
2) Các phương pháp xác định phụ tải tính toán: (theo ĐK phát nóng)
Tuy thuộc vμo vị trí của phụ tải, vμo gai đoạn thiết kế mμ người ta dùng phưong pháp chính xác hoặc đơn giản Khi xác định P tt cần lưu ý một ssố vấn đề:
+ Đồ thị phụ tải luôn luôn thay đổi theo thời gian, tăng lên vμ bằng phẳng hơn theo mức hoμn thiện kỹ thuật sản xuất (hệ số điền kín phụ tải tăng lên dần)
+ Việc hoμn thiện quá trình sản xuất (tự động hoá vμ cơ giới hoá) sẽ lμm tăng lượng
điện năng của xí nghiệp → khi thiết kế CCĐ phải tính đến sự phát triển tương lai của
xí nghiệp, phải lấy mức của phụ tải xí nghiệp 10 năm sau
Các phương pháp xác định phụ tải tính toán vμ phạm vi sử dụng:
1- Theo công suât trung bình vμ hệ số cực đại: còn gọi lμ phương pháp biểu đồ hay phương pháp số thiết bị điện hiệu quả - thường được dùng cho mạng điện PX điện áp
đến 1000 V vμ mạng cao hơn, mạng toμn xí nghiệp
2- Theo công suất trung bình vμ độ lệch của phụ tải khỏi giá trị trung bình: đây lμ phương pháp thống kê - dùng cho mạng điện PX điện áp đến 1000 V
3- Theo công suất trung bình vμ hệ số hình dạng của đồ thị phụ tải: dùng cho mạng
điện từ trạm biến áp phân xưởng cho đến mạng toμn xí nghiệp
4- Theo công suất đặt vμ hệ số nhu cầu (cần dùng): dùng để tính toán sơ bộ, ngoμi ra còn 2 phương pháp khác
5- Theo xuất chi phí điện năng trên đơn vị sản phẩm:
6- Theo xuất phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất:: cả hai phuoeng pháp trên đều dùng để tính toán sơ bộ
1) Xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình vμ hệ số cực đại:
Theo phương pháp nμy phụ tải tính toán của nhóm thiết bị:
Ptt = KM Ptb = KM Ksd Pdm
P tb – công suất trung bình của phu tải trong ca mang tải lớn nhất
P dm – công suất định mức của phụ tải (tổng P dm của TB trong nhóm )
Ptb2
P
P max1
Pmax2
P tb1
t
Chính vì thế phụ tải tính toán P tt được xác
định bằng giá trị cực đại trong các giá trị trung bình trong khoảng thời gian T Khi đó khoảng thời gian nμy xê dịch trên toμn bộ đồ thị phụ tải đã cho
+ Tồn tại một khoảng thời gian tối ưu mμ phụ tải trung bình lấy trong thời gian đó đặc trưng chính xác nhất cho sự thay đổi phát nóng của dây dẫn trong khoảng đó
+ Người ta thường lấy:
T tb = 3T 0
Trang 5K sd – hệ số sử dụng công suât tác dụng (của nhóm TB.)
K M – Hệ số cực đại công suât tác dụng với khoảng thời gian trung bình T=30 phút (với
P tt vμ K M khi không có ký hiệu đặc biệt được hiểu lμ tính với T=30 phút)
a) Hệ số sử dụng công suât:: K sd “lμ tỉ số giữa công suất trung bình vμ công suất
định mức” hệ số sử dụng được định nghĩa cho cả Q; I Với thiết bị đơn lẻ kí hiệu bằng
chữ nhỏ còn với nhóm TB được kí hiệu bằng chữ in hoa
dm
tb sd
p
p
k = ;
∑
∑
=
=
=
1 i dmj
n
1 i
sdi dmi
dm
tb sd
p
k p P
P K
Có thể xác định theo điện năng:
r sd
A
A
A - điện năng tiêu thụ trong 1 ca theo đồ thị phụ tải
A r - điện năng tiêu thụ định mức
Tương tự ta có:
dm
tb sdq
q
q
k = ;
∑
∑
=
=
=
1 i dmj
n
1 i
sdqi dmi
dm
tb sdq
q
k q Q
Q K
dm
tb sdI
i
i
k = ;
∑
∑
=
=
=
1 i dmj
n
1 i
sdi dmi
dm
tb sdI
i
k i I
I K
+ hệ số sử dụng các thiết bị riêng lẻ vμ các nhóm thiết bị đặc trưng được xây dựng
theo các số lieẹu thống kê lâu dμi vμ được cho trong các cẩm nang kỹ thuật
b) Số thiết bị dùng điện có hiệu quả: n hq
Định nghĩa: “lμ số thiết bị điện giả thiết có cùng công suât, cùng chế độ lμm việc mμ
chúng gây ra một phụ tải tính toán, bằng phụ tải tính toán của nhóm TB có đồ thị phụ
tải không giống nhau về công suât vμ chế độ lμm việc”
Công thức đầy đủ để tính số thiết bị dùng điện hiệu quả của nhóm có n thiết bị:
( )
∑
∑
=
= ⎟⎟ ⎠ ⎞
⎜⎜
⎝
⎛
1 i
2 dmi
2 n
1 i dmi
hq
p
p n
p dmi – công suất định mức của thiết bị thứ i trong nhóm
n - tổng số thiết bị trong nhóm
+ Nếu công suất định mức của tất cả các thiết bị dùng điện đều bằng nhau → n=n hq + Với số thiết bị lớn sử dụng công thức trên không thuận lợi → có thể sử dụng công thức gần đúng với sai số ±20 %
Các trường hợp riêng để tính nhanh n hq :
P
P m
min dm
max
thiết bị thực tế của nhóm → nhq = n
+ Khi trong nhóm có n 1 thiết bị dùng điện có tổng công suất định mức nhỏ hơn hoặc bằng 5 % tổng công suất định mức của toμn nhóm
∑n pdmi ≤ 5 % ∑n pdmi
1
→ nhq = n ư n1
Ví dụ: Xác định số thiết bị hiệu quả của nhóm có chế độ lμm việc dμi hạn có số lượng
vμ công suất như sau: Hệ số sử dụng của toμn nhóm K sd = 0,5 + Tính bằng công thức đầy đủ:
14 2 10 5 7 6 5 , 4 5 6 , 0 , 10
14 2 10 5 7 6 5 , 4 5 6 , 0 10
2 2
2 2 2
2
= +
+ + +
+ + + +
+ Tính gần đúng: vì nhóm có 10 thiết bị rất nhỏ (0,6 kW) 10x0,6= 6 kW < ∑ p dm x 5% = 148,5x5%= 7,4 → n hq = n – n 1 = 28 – 10 = 18 kết quả nμy sai số 10%
+ Khi m > 3 vμ K sd≥ 0,2 thì
max dm
n
1 i dmi
hq
p
p 2 n
∑
=
= Chú ý: nếu tính ra n hq > n
→ nhq = n
Số TB Công suât
10 0,6 kW
5 4,5 kW
6 7 kW
5 10 kW
2 14 kW
Trang 6Ví dụ: Nhóm có các thiết bị lμm việc dμi hạn Hãy xác đinh số thiết bị hiệu quả của
nhóm; K sd = 0,4
m = 20/1 = 20 > 3 ; K sd = 0,4 > 0,2
20
297 P
p 2 n
max dm
n
1 i dmi
=
+ Khi không có khả năng sử dụng các phương pháp đơn giản: thì phải sử dụng các
đường cong hoặc bảng tra Bảng vμ đường cong được xây dựng quan hệ số thiết bị
hiệu quả tương đối theo n * vμ p * tức
nhq * = f ( n*; p*) khi tra được n *
hq → nhq = n nhq *
Trong đó:
n
n
n
n
n* = 1
dm
1 dm
*
P
P
p =
Via dụ: Xác định số TB hiệu quả của nhóm TB Nhóm có K sd = 0,1
Giải: ta có m = 10/1 =10 với m = 10 ; K sd = 0,1
không áp dụng được cách gând đúng
n = 5 + 4 + 5 + 4 + 20 = 38
P dm = 4x10 + 5x7 + 4x4,5 + 5x2,8 + 20x1 = 127 kW
Thiết bị có công suất lớn nhất lμ 10 kW 1/2 10 = 5 kW
n 1 = 4 + 5 = 9
P 1 = 4x10 + 5x7 = 75 kW
n * = n 1 / n = 9/38
p * = P 1 /P dm = 75/127 Từ n * vμ p * Tra bảng ta tim được n *
hq = 0,59 → n n n* 38 x 0 , 56 21
hq
+ Đối với nhóm thiết bị một pha đấu vμo mạng 3 pha: thì số thiết bị hiệu quả có thể
xác định 1 cách đơn giản theo công thức sau:
max dm
n
1 dmi
hq
P 3
p 2 n
∑
c) Hệ số cực đại: K M
“ lμ tỉ số giữa công suất tính toán vμ công suất trung bình”
tb
tt M p
p
tb
tt M P
P
K =
k M vμ K M với từng thiết bị vμ với nhóm thiết bị
Công suất trung bình có thể tính theo công thức sau:
T
A T
dt ) t ( P P
T
0
T – thời gian khảo sát lấy bằng độ dai của ca mang tải lớn nhất
Tương tự ta có hệ số cực đại với dòng điện:
tb
tt MI I
I
K =
+ Hệ số cực đại liên quan đến 2 đại lượng quan trọng của đồ thị phụ tải lμ P tt vμ P tb trị
số của nó phụ thuộc vμo số thiết bị dùng điện hiệu quả n hq vμ nhiều hệ số khác đặc trưng cho chế độ tiêu thụ của nhóm TB → có nhiều phương pháp xác định K M của nhiều tác giả khác nhau
+ Trong thực tế thường K M được xây dựng theo quan hệ của n hq vμ k sd dưới dạng
đường cong hoặc dạng bảng tra → K M = f(n hq ; k sd )
+ Cần nhớ rằng K M tra được trong các bảng tra thường chỉ tương ứng với thời gian tính toán lμ 30 phút Trường hợp khi tính P tt với T>30 phút (với thiết bị lớn) thì K M sẽ phải tính qui đổi lại theo công thức:
T 2
K 1
MT = +
K M - tra được trong bảng (T=30 phút)
T > 30 phút
Số TB Công suât
4 20 kW
5 10 kW
6 4 kW
5 7 kW
4 4,5 kW
25 2,8 kW
20 1 kW
n 1 - số thiết bị có công suất lớn hơn ẵ công suất của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm
P dm1 - Tổng công suất của n 1 thiết bị
P dm - Tổng công suất định mức của tất cả TB
Số TB Công suât
4 10 kW
5 7 kW
4 4,5 kW
5 2,8 kW
20 1 kW
1 dmi
p - Tổng công suất của thiết bị một pha tại nút tính toán
P dmmax - Công suất định mức của thiết bị 1 pha lớn nhất
Trang 7d) Phụ tải tính táon phản kháng của nhón TB.: Q tt
Thường chỉ được tính gần đúng như sau:
+ Khi n hq ≤ 10 → Q tt = 1,1 Q tb
+ Khi n hq > 10 → Q tt = Q tb
Q tb - lμ công suất trung bình của nhóm phụ tải trong ca mang tải lớn nhất
Q tb = K sdq Q dm hoặc Q tb = P tb tgϕtb
tgϕtb rút từ
∑
∑
=
=
1 i dmi
n
1 i
i dmi
tb
p
cos p cos
ϕ ϕ
e) Nhữg trường hợp riêng dùng phương pháp đơn giản để tính P tt :
+ Khi n hq < 4 → trường hợp nμy không tra được K M theo đường cong
+ Nếu n ≤ 3 → ∑
=
= n
1 i dmi
P
∑ ∑
=
=
=
1 i
i dmi n
1 i dmi
+ Nếu n > 3 → ∑
=
= n
1 i
ti dmi
tt p k P
∑
=
= n
1 i
tqi dmi
tt q k Q
k ti vμ k tqi - lμ hệ số tải tác dụng vμ hệ số tải phản kháng
+ Khi không có số liệu cụ thể lấy gần đúng với thiết bị có chế độ lμm việc dμi hạn K t =
0,9; cosϕdm = 0,8 , còn đối với TB ngắn hạn lập lại K t = 0,7 ; cosϕdm = 0,7
+ Với nhóm thiết bị lμm việc dμi hạn, có đồ thị phụ tải bằng phẳng, ít thay đổi (VD – lò
điện trở, quạt gió, trạm khí nén, tạm bơm…) K sd≥ 0,6 ; K dk≥ 0,9 (hệ số điền kín đồ
thị phụ tải) → có thể lấy K M = 1
→ P tt = P tb ; Q tt = Q tb
f) Phụ tải tính toán của các thiết bị một pha: Xẩy ra theo 4 trường hợp
+ Nếu nhóm thiết bị một pha phân bố đều trên các pha thì phụ tải tính toán của chúng
có thể tính toán như đối với thiết bị 3 pha có công suất tương đương Chú ý trong đó n hq của nhóm TB được xác định theo công thức (2.40)
+ Nhóm thiết bị một pha có n > 3 có đồ thị phụ tải thay đổi có chế độ lμm việc giống nhau (cùng K sd vμ cosϕ) đấu vμo điện áp dây vμ pha, phân bố không đều trên các pha thì phụ tải tính toán tương đương xác định theo công thức:
(2.48) P tt tđ = 3.P tb pha K M = 3 K sd K M P dm pha (2.49) Khi n hq≤ 10 → Q tt tđ = 3.Q tb pha 1,1 = 3,3.K sdq Q dm pha = 3,3 K sdp P dm pha tgϕ
(2.49) Khi n hq > 10 → Q tt tđ = 3Q tb pha = 3 K sdq Q dm pha = 3.K sdp P dm pha tgϕ
Trong đó:
P tb pha ; Q tb pha - Phụ tải trung bình trong pha mang tải lớn nhất của pha có phụ tải lớn nhất
+ Nhóm thiết bị một pha n > 3 có đồ thị phụ tải thay đổi, có chế độ lμm việc khác nhau đấu vμo điện áp pha vμ điện áp dây Trước tiên cần tính phụ tải trung bình trong
ca mang tait lớn nhất Tính cho pha A:
P tb (A) = K sd P dmAB p(AB)A + K sd P dm AC p(AC)A + K sd P dm A0
Q tb (A) = K sdq Q dmAB q(AB)A + K sdq Q dmAC q(AC)A + K sdq Q dm A0
Trong đó:
K sd ; K sdq - hệ số sử dụng công suât tác dụng vμ phản kháng của TB một pha có chế
độ lμm việc khác nhau
p(AB)A; p(AC)A; q(AB)A; q(AC)A – hệ số qui đổi công suất của TB một pha khi mắc vμo điện áp dây vμ qui về pha A - (tra bảng)
Tương tự như trên chúng ta sẽ xác định được phụ tải trung bình của các pha cong lại (pha B vμ C)→ ta có phụ tải trung bình của pha lớn nhất → Từ đó xác định được phụ tải trrung bình tương đương 3 pha:
P tb tđ = 3 P tb pha (pha có tải lớn nhất)
Q tb tđ = 3 Q tb pha Sau đó P tt tđ = K M P tb tđ
Q tt tđ = Tính theo (2.49); (2.50)
Để tra được K M sẽ lấy K sd của pha mang tải lớn nhất theo công thức sau:
Trang 8
0 dm 2 dm 1 dn
tbpha sd
P 2
P P
P K
+ +
Trong đó:
P dm0 - Tổng công suất định mức của phụ tải 1 pha đấu vμo điện áp pha (của pha
mang tải lớn nhất)
P dm1 ; P dm2 - Tổng công suất định mức của các thiết bị 1 pha đấu giữa pha mang tải
lớn nhất vμ 2 pha cong lại
+ Nếu nhóm thiết bị một pha có đồ thị phụ tải bằng phẳng (VD – chiếu sáng, các lò
điện trở 1 pha …) có thể xem K M =1
P tttđ = P tb td ; Q tt tđ = Q tbtđ (2.54)
g) Phụ tải tính toán của nút hệ thống CCĐ: (tủ phân phối, đường dây chính, tram
biến áp, trạm phân phối điện áp < 1000 V) Nút phụ tải nμy cung cấp cho n nhóm phụ
tải
P tt = K M ∑n Ptbi (2.55)
Khi n hq≤ 10 → Q tt = 1,1∑n Qtbi (2.56)
n hq > 10 → Q tt = ∑n Qtbi
Stt = Ptt 2 + Qtt 2
Trong đó: P tbi = ∑K
1
sdi dmi k
p (2.57)
Q tbi = ∑K
1
sdi dmi k
q (2.58)
K – số thiết bị trong nhóm thứ i
n – số nhóm thiết bị đấu vμo nút
n hq – số thiết bị hiệu quả của toμn bộ thiết bị đấu vμo nút
K M – Hệ số cực đại của nút Để tra được K M cần biết hệ số sử dụng của nút
∑
∑
= n
dmi
n
tbi
sd
P
P
+ Nếu trong nút phụ tải có n nhóm thiết bị có đồ thị phụtải thay đổi vμ m nhóm có đồ thị phụ tải bằng phẳng
Ptt = KM∑n Ptbi + ∑m Ptbj (2.60) Khi n hq≤ 10 Qtt = 1 , 1 ∑n Qtbi + ∑m Qtbj
n hq > 10 Qtt = ∑n Qtbi + ∑m Qtbj Chú ý:
+ Trong nút có các nhóm TB một pha, các nhóm nμy được thay thế bằng các nhóm thiết bị 3 pha đương đương
+ Khi trong phân xưởng có các TB dự trữ (máy BA hμn, thiết bị lμm việc ngắn hạn VD: bơn tiêu nước, động cơ đóng các van nước…) thì không cần tính công suất của chúng vμo phụ tải trung bình của cả nhóm, nhưng các tủ động lực, đường dây CCĐ cho chúng vẫn cần có dự trữ thích hợp
+Trong các nhóm thiết bị trên có xét đến các các phụ tải chiếu sáng vμ công suất của các thiết bị bù (TB bù có dấu “-“ trong các nhóm)
2) Xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình vμ hệ số hình dạng:
Theo phương pháp nμy:
P tt = K hdp P tb (2.70)
Q tt = K hdq Q tb
Stt = Ptt 2 + Qtt 2
K hdp vμ K hdq - Hệ số hình dạng của đồ thị phụ tải tác dụng vμ phản kháng, được tính như sau:
tb
qp hdp
p
p
tb
qp hdp
P
P
tb
qp hdq
q
q
tb
qp hdq
Q
Q
P qp ; Q qp - lμ phụ tải trung bình bình phương (tức lμ bình phương của đồ thị phụ tải rồi mới lấy trung bình)
Hệ số hình dạng có thể xác định trong vận hμnh theo chỉ số của đồng hồ đo điện
Trang 9
p
m
1
2 pi
hdp
A
A
m K
∑
=
Δ
(2.73)
A p - Điện năng tác dụng tiêu thụ 1 ngμy đêm
ΔA pi - Điện năng tác dụng tiêu thụ trong khoảng ΔT=T/m
T - Thời gian khảo sát, thường lấy lμ 1 ngμy đêm
m – Khoảng chia của đồ thị phụ tải thường lấy lμ 24 giờ (tức ΔT = 1 giờ) Hệ số hình
dạng có giá trị nằm trong khoảng 1,1 ữ 1,2
3) Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt vμ hệ số nhu cầu:
+ Phụ tải tính toán của nhóm TB có chế độ lμm việc giống nhau (cúng k sd )
P tt = K nc P đ (có thể lấy P đ = P đm )
Q tt = P tt tgϕ
ϕ
cos
P Q
P
tt 2 tt
K nc – hệ số nhu cầu của nhóm thiết bị
cosϕ - hệ số công suất của nhóm TB (vì giả thiết lμ toμn bộ nhóm lμ có chế độ lμm
việc như nhau vμ cùng chung một hệ số cosϕ)
+ Nếu nhóm TB có nhiều TB với cosϕ khá khác nhau, để tính Q tt người ta có thể sử
dụng hệ số cosϕ trung bình của nhóm:
∑
∑
1 dmi
n
1 dmi
tb
p
cos p cos
ϕ ϕ
+ Nếu nhóm có nhiều Tb có hệ số nhu cầu khá khác nhau:
∑
∑
= n
1 dmi
n
1
nci dmi
nctb
p
k
p
+ Phụ tải tính toán ở một nút nμo đó của hệ thông CCĐ (phân xưởng, XN) bằng cách
tổng hợp các phụ tải tính toán của các nhóm nối vμo nút có tính đến hệ số đồng thơì
2 K
1 tti
2 K
1 tti dt
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ +
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
K dt - hệ số đồng thời có gia trị 0,85 ữ 1
4) Xác định phụ tải tính toán theo xuất chi phí điện năng trên đơn vị sản phẩm vμ tổng sản lượng:
+ Biết xuất chi phí điện năng cho đơn vị sản phẩm a 0 [kWh/1ĐV]
+ Biết M tổng sản phẩm cần sản xuất ra trong khoảng thời gian khảo sát T ( 1 ca; 1 năm) → có thể tính được phụ tải tác dụng trung bình của phân xưởng, XN
T
a M
Sau đó lựa chọn hệ số cực đại tương ứng với xí nghiệp hoặc PX
P tt = K M P tb Trường hợp T = 1 năm
max
0 max
tt
T
a M P
5) Xác định phụ tải tính toán theo xuất phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất:
Theo phương pháp nμy:
P tt = p 0 F (2.78)
p 0 - Xuất phụ tải tính toán trên 1 m 2 diện tích sản suất [kW/m 2 ]
F - Diện tích sản xuất đặt thiết bị [m 2 ]
phương pháp nμy chi dùng để tính toán sơ bộ
6) Xác định phụ tải đỉnh nhọn:
.” Lμ phu tải cực đại xuất hiện trong thời gian ngắn 1 ữ 2 giây “; thường xuất hiện khi khởi động các động cơ
+ Với nhóm thiết bị: nó xuất hiện khi thiết bị có dòng mở máy lớn nhất trong nhó lμm việc (đóng điện)
I dn = I kd (max) + (I ttnhom – K sd I dm (max) (2.79)
I kd (max) - Dòng khởi động của động cơ có dòng khởi động lớn nhất trong nhóm máy
I kd = k mm I dm
k mm – hệ số mở máy của thiết bị
- (5 – 7) - động cơ không đồng bộ
- ≥ lò điện, máy biến áp
I dm (max) - đòng định mức của động cơ đang khởi động, đã qui về ε%
I tt - dòng tính toán của toμn nhóm TB
+ Với một thiết bị:
I dn = I kd = k mm I dm
Trang 102.3 Phụ tải tính toán của toàn xí nghiệp:
Điểm 3: sẽ bằng phụ tải điểm 2 công thêm phần tổn thất đường dây hạ áp
.
dd 2
3
.
S S
S = + Δ
Điểm 4: điểm tổng hạ áp của các tram BA phân xưởng Tai đây phụ tải tính toán có
thể tính bằng phương pháp hệ số nhu cầu hoặc tổng hợp các phụ tải tại các điểm 4
i 3 i
3 dt
K dt – hệ số đồng thời (xét tới sự đồng thời đạt giá trị cực đại) cho thể chọn trong
khoảng từ 0,85 đến 1
Điểm 5: S 5 = S 4 + ΔS B2
Điểm 6: S 6 = S 5 + ΔS dd
Điểm 7: S 7 = K dt (∑P 6i +j∑Q 6i )
Điểm 8: S 8 = S 7 + ΔS B1
Chú ý: S 8 chưa phải lμ phụ tải của xí nghiệp Vì khi tính phụ tải XN còn phải kể đến
sự phát triển của XN (5 ữ 10 năm) sau
S XN = S 8 + ΔS XN
Để xác định được ΔS XN phải dự báo tăng trưởng phụ tải
2.4 Dự báo phụ tải:
Quá trình sản suất phụ tải của XN phát triển không ngừng Để đáp ứng liên tục nhu cầu dùng điện của XN, cần phải biết trước được nhu cầu điện trong nhiều năm trước mắt của XN Để dự trù công suất vμ điện năng của hệ thống → lập kế hoạch phát triển hệ thống CCĐ-XN → Dự báo phụ tải
Có nhiều phương pháp dự báo nhất lμ phương pháp ngoại suy; phương pháp chuyên gia; phương pháp mô hình hoá Dưới đây chỉ xét tới phương pháp ngoại suy Nội dung: phương pháp ngoại suy lμ xây dựng qui luật phát triển của phụ tải điện trong quá khứ căn cứ vμo số liệu thống kê trong thời gian đủ dải Sau đó kéo dai qui luật đó vμo tương lai, (trên cơ sở giả thiết rằng qui luật phat triển phụ tải điện trong tương lai) Gồm 2 phương pháp nhỏ: + phương pháp hμm phát triển vμ phương pháp ham tương quan
1)Phương pháp hμm phát triển:
“ Nội dung của phương pháp nμy lμ xây dựng qui luật phát triển của phụ tải theo thời gian trong quá khứ Qui luật nμy được biểu diễn dưới dạng
P(t) = f(t) P(t) – lμ phụ tải điện tại t
f(t) – lμ hμm xác định P(t)
Sự phát triển của phụ tải theo thờ gian lμ một quá trình ngẫu nhiên vì thế giữa phụ tải
điện vμ thời gian không có quan hệ hμm, mμ lμ quan hệ tương quan → hμm f(t) lμ hμm tương quan Hai dạng thông dụng nhất của f(t) dùng trong dự báo lμ hμm tuyến tính vμ hμm mũ
P(t) = a + b(t) (2.82) P(t) = a.e bt hoặc P(t) = P 0 (1+α) t (2.83)
ở thời điểm bắt đầu khảo sát t 0 = 0
~
7
35 ữ220 kV
8
8
B1
6 ữ 20 kV
7
~
6 ữ 20 kV
TPP
5 5 5 5
5
B2
4 0,2; 0,4; 0,6 kV
3 3 3
1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1
2
2 2
1
1
1
1
1
1
2
2
2
4 B2
+ Nguyên tắc:
+ P ttXN – phải được tính từ các TB điện nguợc trở về phía nguồn
+ Phải kể đến tổn thất trên đường dây vμ trong máy BA
+ Phụ tải tính toán XN cần phải kể đến dự kiến phát triển của XN trong 5 ữ 10 năm tới
Điểm 1: điểm trực tiếp cấp điện đến các
TB dùng điện, tai đây cần xác định chế
độ lμm việc của từng thiết bị (xác định k t ;
ε%; k sd ; cosϕ …)
Điếm 2: Với nhóm thiết bị lμm việc ở chế
phương pháp số thiết bị hiệu quả
P tt = K M P tb
.
2 2
P
t
0 tn
t 1 t 2 t 3 t 4 t 5
Trong HV- qui luật phát triển ngầu nhiên của phụ tải trong quá khứ ( t < 0) được thay bằng
(tương lai) → sẽ tính được P(t n )
Vấn đề đặt ra ở đây lμ khi nμo cho phép
sử dụng hμm tuyến tính vμ nếu dùng được hμm tuyến tính thì các hệ số a vμ b xác định như thế nμo? Theo lý thuết xác xuất mối quan hệ tuyến tính giữa phụ tải vμ tời gian được đánh giá bởi hệ
số tương quan:
a+bt
Pn
