CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI potx

I CÁC PHƯƠN PHÁP XÁC NH PH T I TÍNH TỐN :ĐỊ Ụ Ả 1 Định nghĩa về phụ tải tính toán : Việc xác định phụ tải tính toán giúp ta xác định được tiết diện dây dẫn Sdd đến từng tủ động lực, cũng

TÍNH TỐN PHỤ TẢI

A - PHẦN LÝ THUYẾT

Hiện nay cĩ nhiều phương pháp để tính phụ tải tính tốn Thơng

thường những phương pháp đơn giản tính tốn thuận tiện lại cho kết qủa khơng thật chính xác, cịn muốn đọ chính xác cao thì phương pháp tính tốn phức tạp

Mục đính của việc tính tốn phụ tải điện nhằm :

-Chọn tiết diện dây daanxcuar lưới cung cấp và phân phối điện áp từ dưới 1000V trở lên

-Chọn số lượng và cơng suất máy biến áp của trạm biến áp

-Chọn tiết diện thanh dẫn của thiết bị phân phối

-Chọn các thiết bị chuyển mạch và bảo vệ

I CÁC PHƯƠN PHÁP XÁC NH PH T I TÍNH TỐN :ĐỊ Ụ Ả

1 Định nghĩa về phụ tải tính toán :

Việc xác định phụ tải tính toán giúp ta xác định được tiết diện dây dẫn (Sdd) đến từng tủ động lực, cũng như đến từng thiết bị, giúp ta có số lượng cũng như công suất máy biến áp của phân xưởng, ta chọn các thiết bị bảo vệ cho từng thiết bị, cho từng tủ động lực, cho tủ phân phối

Để tính toán thiết kế điện, trước hết cần xác định nhu cầu tải thực tế lớn nhất Nếu chỉ dựa vào việc cộng số học của tổng tải trên lưới, điều này sẽ dẫn đến không kinh tế Mục đích của chương này là chỉ ra cách gán các giá trị hệ số đồng thời và hệ số sử dụng trong việc tính toán phụ tải hiện hữu và thiết kế Các hệ số đồng thời tính đến sự vận hành không đồng thời của các thiết bị trong nhóm Còn hệ số sử dụng thể hiện sự vận hành thường không đầy tải Các giá trị của các hệ số này có được dựa trên kinh nghiệm và thống kê từ các lưới hiện có

Tải được xác định qua hai đại lượng :

+ Công Suất (KW)

+ Công Suất biểu kiến (KVA)

Công suất đặt (KW):

Hầu hết, các thiết bị đều có nhãn ghi công suất định mức của thiết bị (Pn) Công suất đặt là tổng công suất định mức của các thiết bị tiêu thụ điện trong lưới Đây không phải là công suất thực

Với động cơ, công suất định mức là công suất đầu ra trên trục động cơ Công suất đầu vào rõ ràng sẽ lớn hơn

Các đèn Huỳnh Quang và phóng điện có Ballast có công suất định mức ghi trên đèn Công suất này nhỏ hơn công suất tiêu thụ bởi đèn và ballast

Công suất biểu kiến (KVA):

Công suất biểu kiến thường là tổng số học (KVA) của các tải riêng biệt Phụ tải tính toán (KVA) sẽ không bằng tổng công suất đặt

Công suất biểu kiến yêu cầu của một tải (có thể là một thiết bị) được tính từ công suất định mức của nó (nếu cần, có thể phải hiệu chỉnh đối với các động cơ) và sử dụng các hệ số sau:

KVA KW KW

KW

=

=

=

=

Suất Công Số

Hệ

Vào Đầu

Ra Đầu Suất

Hiệu

ϕ

η

Cos

Công suất biểu kiến yêu cầu của tải:

ϕ

η.Cos P

S= đm

Thực ra thì tổng số KVA không phải là tổng số học các công suất biểu kiến của từng tải (trừ khi có cùng hệ số công suất) Kết quả thu được do đó sẽ lớn hơn giá trị thực Nhưng trong thiết kế, điều này là chấp nhận được

Hệ số sử dụng K sd :

Là tỉ số của phụ tải tính toán trung bình với công suất đặt hay công suất định mức của thiết bị trong một khoảng thời gian khảo sát (giờ, ca, hoặc ngày đêm,…)

+ Đối với một thiết bị: Ksd =

dm

tb

P P

+ Đối với một nhóm thiết bị: Ksd =

dm

tb P

P

=

∑

∑

=

=

n

i dmi

n

i tbi

P P

1 1

Hệ số sử dụng nói lên mức sử dụng, mức độ khai thác công suất của thiết

bị trong khoảng thời gian cho xem xét

Hệ số đồng thời K đt :

Là tỉ số giữa công suất tác dụng tính toán cực đại tại nút khảo sát của hệ thống cung cấp điện với tổng các công suất tác dụng tính toán cự đại của các nhóm hộ tiêu thụ riêng biệt (hoặc các nhóm thiết bị) nối vào nút đó:

Kđt = ∑

=

n

i tti

tt P P

1

Hệ số đồng thời phụ thuộc vào số các phần tử n đi vào nhóm

Kđt = 0.9 ÷ 0.95 khi số phần tử n = 2 ÷ 4

Kđt = 0.8 ÷ 0.85 khi số phần tử n = 5 ÷10

2 Phương pháp tính phụ tải tính toán :

Hiện nay, có rất nhiều phương pháp để tính toán phụ tải tính toán (PTTT), dựa trên cơ sở khoa học để tính toán phụ tải điện và được hoàn thiện về phương diện lý thuyết trên cơ sở quan sát các phụ tải điện ở hộ tiêu thụ điện đang vận hành

Thông thường, những phương pháp tính toán đơn giản, thuận tiện lại cho kết quả không thật chính xác, còn muốn chính xác cao thì phải tính toán lại phức tạp Do vậy, tùy theo giai đoạn thiết kế thi công và yêu cầu cụ thể mà chọn phương pháp tính toán cho thích hợp

Nguyên tắc chung để tính PTTT của hệ thống là tính từ thiết bị điện ngược trở về nguồn, tức là được tiến hành từ bậc thấp đến bậc cao của hệ thống cung cấp điện, và ta chỉ cần tính toán tại các điểm nút của hệ thống điện

Mục đích của việc tính toán phụ tải điện tại các nút nhằm:

- Chọn tiết diện dây dẫn của lưới cung cấp và phân phối điện áp từ dưới 1000V trở lên

- Chọn số lượng và công suất máy biến áp

- Chọn tiết diện thanh dẫn của thiết bị phân phối

- Chọn các thiết bị chuyển mạch và bảo vệ

Tính toán phụ tải tính toán P tt theo hệ số sử dụng K sd và K đt :

Dòng điện định mức của từng thiết bị:

Áp dụng công thức :

ϕ

ηCos U

P I

dm

dm dm

3

10 3

=

Dòng điện làm việc của từng thiết bị:

Ib = Iđm .Ksd Dòng điện tải trong các dây dẫn :

Ib (tổng) = Kđt ΣIb Phương pháp tính toán Ptt hệ số sử dụng Ksd

Ptt = kdt *∑

=

n

i ui dmi

P k

Qtt = Ptt * tgϕ (VAR) cos ϕtb = cos (arctan(Qtt/Ptt))

Việc xác định Kđt (hệ số đồng thời) đòi hỏi sự hiểu biết chi tiết về lưới và điều kiện vận hành của từng tải riêng biệt trong lưới do vậy khó có thể cho giá trị chính xác cho mọi trường hợp

- Xác định phụ tải tính tốn theo suất tiêu hao điện năng trên đơn vị sản phẩm :

phụ tải tính tốn lấy bằng giá trị trung bình của cả phụ tải lớn nhất đĩ Hệ số đĩng điện của các hộ tiêu thụ điện này lấy bằng 1, cịn hệ số phụ tải thay đổi rất ít

Đối với các hộ tiêu thụ cĩ đồ thị phụ tải thực tế khoong thay đổi phụ tải tính tốn bằng phụ tải trung bình và được xác định theo suất tiêu hao diện nâng trên một đơn vị sản phẩm khi cho trước tổng sản phẩm sản xuất trong một khoảng thời gian

Tca

Wo Mca Pca

Ptt = =

Trong đĩ :

Mca : số lượng sản phẩm trong một ca

Tca : thồi gian một ca phụ tải lốn nhất

Wo : suất tiêu hao điện năng cho một đon vị sản phẩm – đon vị : KWh/1đvsp

Khi cho biết Wo và tổng sản phẩm sản suất trong cả năm M của phân xưởng hay xí nghiệp

Phụ tải tính toán sẽ là Ptt=M.

max

T Wo

Tmax : thồi gian sử dụng công suất lốn nhất,giờ

-Xác định phụ tải tính toán thoe công suất phụ tải trên một đơn vị sản xuất :

Ptt=Po.F

Trong đó :

F :diện tích bố trí nhóm tiêu thụ (m2)

Po :suất phụ tải trên một đon vị diện tích sản xuất là m2,KW/m2

Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng

Nó được dùng để tính phụ tải các phan xưởng có mật độ máy móc sản xuất tương đối đều

- Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu :

Đối với nhóm thiết bị :

Ptt=Knc∑Pđi

Qtt=Ptt.tgφ

ϕ cos )

tt Q tt P

Một cách gần đúng : Pđ=Pđm

Do đó : Ptt=Knc∑Pđmi

Nếu hệ số công suất của nhóm thiết bị không giống nhau thì tính theo hệ

số công suất trung bình như sau:

Cosϕ=

)

(

) cos

cos cos

(

2 1

2 2 1 1

n

n n

P P

P

P P

P

+ + +

+ +

ϕ

ω

Phụ tải tính toán ở điểm nút của hệ thống cung cấp điện được xác định bằng tổng phụ tải tính toán của các nhóm thiết bị nối đến nút này có thể kể đến hệ số đồng thồi

S tt = Kđồng thời [ ((∑Ptt)2 +(∑Qtt)2) ]

Trong đó :

Kđồng thời: nằm trong giới hạn cho phép 0.85-1

Đây là phương pháp đơn giản , tính toán thuận tiện , nên thương được dùng

Nhược điểm là kém chính xác vì hệ số nhu cầu tra ử sổ tay

- Xác định phụ tải tinh toán theo hệ số cực đại Kmax và công suất trung bình :

Ptt=Kmax.Pca=Kmax.Ksd.Pđm

Ptt=Knc.Pđm

Cơ sở để xác định phụ tải tính toán là sử dụng phụ tải trung bình cực đại

Ptt(30 )=Kmax(30).Pca

Trong đó :

Ptt(30) :phụ tải cực đại nửa giờ

Pca : công suất trung bình của nhóm thiết bị ử ca phụ tải max

Kmax(30) : hệ số cực đại của công suất tác dụng ứng với thời giant rung bình

30 phút

o Tính phụ tải đỉnh nhọn :

I=Imm=KmmIđm Trong đó : Kmm là hệ số mở máy của động cơ

Khi không có số liệu chính xác thì hệ số mở máy có thể lấy như sau : -Đối với động cơ điện không đồng bộ roto long sóc ; Kmm=5-7

-Đối với động cơ một chiều hoặc động cơ không đồng bộ roto dây quấn : Kmm=2.5

-Đối với máy biến áp và lò điện hồ quang : Kmm = 3(theo lý lịch máy tức

là không qui đổi vềε %=100%)

-Đối với một nhóm máy , dòng điện đỉnh nhọn xuất hiện khi máy có dòng điện mở máy lớn nhất trong nhóm máy , còn các máy khác làm việc bình thường Do đó công thức tính như sau:

Iđn=Imm(max) +(Iđmi-Iddmmax) Hay :

Ở đây

cơ trong nhĩm

Iđni: tổng dịng điện tính tốn của các máy trừ máy cĩ dịng điện mở máy lớn nhất

Iddmmaxx : dịng điện định mức của động cơ cĩ dịng điện mở máy lốn nhất đã qui đổi về chế độ làm việc dài hạn

Phụ tải tính tốn động lực :

Pttđl=∑Ptti

Qttđl=∑Qtti

S tt = K đt [ ((Ptt)2 +(Qtt)2) ]

3 Những yêu cầu khi thiết kế cung cấp điện:

Khi thiết kế cung cấp điện cho một công trình nào đó phải có những yêu cầu nhất định Do đo,ù việc thiết kế cung cấp điện phải đảm bảo cho hộ tiêu thụ điện có đủ lượng điện năng yêu cầu với chất lượng tốt Có thể nêu ra các yêu cầu sau:

Độ tin cậy khi cung cấp điện :

Độ tin cậy khi cung cấp điện tuỳ thuộc vào hộ tiêu thụ loại nào, trong điều kiện cho phép người ta cố gắng chọn phương án cung cấp điện có độ tin cậy càng cao càng tốt

Chất lượng điện:

Chất lượng điện được đánh giá bằng 2 chỉ tiêu: tần số và điện áp

Chỉ tiêu tần số do cơ quan điều chỉnh hệ thống điện điều chỉnh Chỉ có những hộ tiêu thụ lớn (hàng chục MW trở lên) mới phải quan tâm đến chế độ vận hành của mình sao cho hợp lý để góp phần ổn định tần số của hệ thống điện

Vì vậy, người ta thiết kế cung cấp điện thường quan tâm đảm bảo chất lượng điện áp cho khách hàng

Nói chung, điện áp ở lưới trung áp và hạ áp cho phép dao động quanh giá trị ± 5% điện áp định mức Đối với những phụ tải có yêu cầu cao về chất lượng điện áp như nhà máy hoá chất, điện tử, cơ khí chính xác … điện áp cho phép dao động ± 2.5% điện áp định mức

An toàn cung cấp điện:

Hệ thống cung cấp điện phải được vận hành an toàn tuyệt đối với người làm việc và thiết bị Muốn đạt được yêu cầu đó, người thiết kế phải chọn sơ đồ cung cấp điện hợp lý, rõ ràng, mạch lạc để tránh bị nhằm lẫn trong vận hành, các thiết bị điện phải được chọn đúng chủng loại, đúng công suất

Công tác xây dựng, lắp đặt hệ thống cung cấp điện ảnh hưởng lớn đến độ

an toàn cung cấp điện

Cuối cùng, công việc vận hành quản lý hệ thống điện một cách an toàn có vai trò đặc biệt quan trọng Người sử dụng phải tuyệt đối tuân thủ những quy định về an toàn sử dụng điện

khi các chỉ tiêu kỹ thuật nêu trên được đảm bảo.

Chỉ tiêu kinh tế được đánh giá qua: Tổng số vốn đầu tư, chi phí vận hành và thời gian thu hồi lại vốn Việc đánh giá chỉ tiêu kinh tế phải thông qua tính toán và so sánh tỉ mỉ giữa các phương án, từ đó mới có thể đưa ra phương án tối ưu

B - PHẦN TÍNH TỐN

TÍNH TỐN PHỤ TẢI CHO HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHIẾU SÁNG TRỆT NHÀ E:

SUẤT(P)(W)

COSϕ

Tổng số lượng thiết bị: n=54

Cơng suất lớn nhất trong các số thiết bị

Pmax= 80 (w) Nửa cơng suất lớn nhất :

Pmax/2 =80/2= 40 (w)

Số thiết bị cĩ cơng suất

P ≥Pmax/2: n1=54

Ta cĩ : n* = n/n1 = 1

Tổng cơng suất:

Tổng cơng suất thiết bị cĩ

P≥ P max/2 : ΣP1 = 3190 (w)

Ta có :

ΣP/ΣP1 = 1 Tra bảng phụ lục 2 (giáo trình cung cấp điện – PHẠM VĂN THÀNH )

Ta có được

n*hq = 0,95

Vậy số thiết bị dùng hiệu quả là :

Nhq=n*hq x n = 0,95 x 54 = 51,4

Ta có Ksd = 0,1 và Nhq = 51,4

tra bảng phụ lục 1 (giáo trình cung cấp điện – PHẠM VĂN THÀNH )

T a có : Kmax = 1,395

Vậy Knc = Kmax x Ksd = 1,395 x 0,1 = 0,1395

Từ Knc ta tính được công suất tính toán Ptt

Ptt = Knc x ΣP = 445 (W)

Công suất phản kháng là :

Qtt = Ptt x tgω = 462 (var)

Công suất biểu kiến là :

Stt = 645 (va) = 0,65 (kva)

Động Lực :

Pmax/2 = 279

Vậy ta có :n1= 39 máy

có p ≥ Pmax / 2

n* = 39 / 46 =0,85

ΣP1 = 11578 (w)

P* = ΣP1 / ΣP = 11998 / 11578 = 0,96

Tra bảng phụ lục 2 (giáo trình cung cấp điện – PHẠM VĂN THÀNH)

Ta có : N*hq = 0,89

Vậy Nhq= N*hq x n = 40,9

Ksd = 0,1

Tra bảng phụ lục 2 (giáo trình cung cấp điện – PHẠM VĂN THÀNH )

Ta được : Kmax = 1,49

Knc = Kmax x Ksd = 0,1 x 1,49 =0,149

Công suất tính toán của phụ tải :

Ptt =Knc x ΣP = 0,149 x 11998 =1787,7 (w)

COSωtb = (3,6x0,7+0,428x0,72+0,25x0,7+1,25x0,8+0,47x0,65+6x0,75)/11,998 =0,73

Từ COSωtb

ta có tgω =0,935

Công suất phản kháng của phụ tải :

Qtt = Ptt x tgω =1787,7 x 0,935=1671,4(var)

Công suất biểu kiến của phụ tải :

Stt = 2447,4 (va)=2,45 (kva)

Tổng công suất tầng trệt nhà E : 3,1 (KVA)