Ví dụ 2.3: Xây dựng mô hình dự báo phụ tải dạng tuyến tính và xác định phụ tải dự báo ở năm 2015, biết số liệu thống kê về phụ tải tiêu thụ của các năm như sau: Giải: Để đơn giản cho cá
Trang 1Nguyễn Thế Vụ Đ2H3
Chương 1
Ví dụ 1.1 Số liệu thống kê về phụ tải cho thấy kỳ vọng toán của phụ tải là M(P)=Ptb= 86,5 kW, độ lệch trung bình bình phương σP = 7,75 kW Hỏi cần phải có kích thước mẫu (số lần lấy số liệu) là bao nhiêu để đảm bảo sai số không quá 5%, tức là s = 0,05; Cho hệ số tản β = 2.
Giải: Trước hết ta xác định hệ số biến động
75 ,
=
Số lần tối thiểu cần lấy số liệu về phụ tải sẽ là:
2) (
s
k
05 , 0
09 , 0 2
Như vậy cần phải lấy số liệu ít nhất 13 lần.
Ví dụ 1.2 Số liệu thống kê về đại lượng X với 9 lần đo như sau:
Để đảm bảo sai số không vượt quá 7,5%, thì cần phải lấy số liệu ít nhất bao nhiêu lần? Lấy β = 2
Giải: Trước hết ta cần xác định các đặc số của đại lượng X:
M
1
1)
9
3538294036332837
D ∑ i−
=
2))((
)(
=
=
=
x M
s
k
075 , 0
118 , 0 2
Ví dụ 1.3 Chỉ số công tơ tổng tại thanh cái trạm biến áp phân phối công suất đặt là 250 kVA cho biết điện năng
A=3160 kWh trong một ngày đêm (T=24h), hệ số công suất của phụ tải là cos ϕ = 0,87 Hãy đánh giá mức độ mang tải trung bình của máy biến áp.
Giải: Trước hết ta xác định công suất trung bình theo biểu thức
1
Trang 2Nguyễn Thế Vụ Đ2H3
ϕ
cos
T
A
87 , 0 24
34 ,
S
S k
Giá trị của hệ số mang tải nằm trong khoảng: 0,5 < 0,605 < 0,75, như vậy có thể nhận thấy máy biến áp
có mức độ mang tải bình thường
Ví dụ 1.4 Hãy xác định bán kính hiệu dụng của mạng điện hạ áp U=0,38 kV, biết giá trị điện cho phép là
∆ Ucp=7,5%, dây dẫn bằng nhôm có điện trở suất trung bình là r0 = 0,64 và x0= 0,35 Ω /km, mật độ dòng điện trung bình của đường dây là j=1,1 A/mm2, hệ số công suất trung bình là cos ϕ = 0,85.
35 , 0 85 ,
=
Đối với dây nhôm ta lấy ρ = 31,5 Ω mm2/km
Bán kính hiệu dụng của mạng điện sẽ là:
j k
U U r
x
cp hd
3
10ρ
∆
1,1.14,1.5,31.3
5,7.38,0
=
Chương 2
Ví dụ 2.2 Hãy xác định phụ tải tính toán cho một điểm dân cư gồm n=56 hộ gia đình, công suất tiêu thụ trung
bình của mỗi hộ là p0 = 1,2kW (không dùng bếp điện), 5 phụ tải động lực gồm các động cơ vệ sinh kỹ thuật với công suất định mức tương ứng là: Pđl1=3kW; Pđl1=4,5kW; Pđl1=5,6kW; Pđl1=6kW; Pđl1=2,8kW Hệ số công suất của nhóm phụ tải sinh hoạt cos ϕsh=0,93 và nhóm phụ tải động lực cos ϕđl= 0,8
Giải: Trước hết ta phân các phụ tải thành hai nhóm: chiếu sáng và động lực.
Hệ số đồng thời của nhóm phụ tải sinh hoạt dc tra theo bảng 1.pl ứng với số hộ gia đình là 56 bằng kđt=0,336;
Hệ số nhu cầu của nhóm phụ tải động lực được tra theo bảng 3.pl phụ thuộc vào số lượng thiết bị là 5 sẽ bằng
52,17(41,0)5( 0 , 04− = 0 , 04− =
i
P k
2) Phương pháp hệ số nhu cầu: Với số nhóm là 2 thì hệ số nhu cầu sẽ là knc.n= 0,9 (bảng 4.pl phụ lục):
Ptt2 = knc.n(Psh+Pđl) = 0,9.(22,58+17,52)= 33,82 kW;
3) Phương pháp hệ số tham gia vào cực đại:
Phụ tải tính toán của nhóm sinh hoạt lớn hơn phụ tải tính toán của nhóm động lực, vì vậy thời điểm cực đại được xét vào buổi tối Theo bảng 2.4 ta có hệ số tham gia vào cực đại của nhóm phụ tải động lực là ktM= 0,6, như vậy phụ tải tổng hợp của hai nhóm sẽ là:
Trang 3Nguyễn Thế Vụ Đ2H3
Ptt3= Psh+ktM.đlPđl = 22,58 + 0,6.17,52 = 33,1 kW Đánh giá sai số giữa các phương pháp: Phân tích các kết quả tính toán ta nhận thấy sai số giữa phương pháp thứ 2 và phương pháp thứ 3 là không đáng kể Sai số giữa phương pháp thứ nhất và phương pháp thứ hai được đánh giá theo biểu thức:
% 3 , 6 100 1
, 36
82 , 33 1 , 36 100
P
P P s
Nhận xét: Sai số giữa các phương pháp tổng hợp phụ tải không quá lớn.
Xác định hệ số công suất tổng hợp
tti
i tti tb
8 , 0 52 , 17 93 , 0 58 ,
+
+
=
Công suất toàn phần: Stt = Ptt1/cos ϕtb = 36,1/0,87 = 41,33 kVA;
Công suất phản kháng: Qtt = Ptt.tg ϕtb = 36,1.0,56 = 22 kVAr
Ví dụ 2.3: Xây dựng mô hình dự báo phụ tải dạng tuyến tính và xác định phụ tải dự báo ở năm 2015, biết số
liệu thống kê về phụ tải tiêu thụ của các năm như sau:
Giải: Để đơn giản cho các phép tính ta giản ước dãy số liệu về thời gian đi 2000 đơn vị:
Cách 1: Giải bài toán theo phương pháp thông thường
Bài toán được giải dưới dạng bảng, từ kết quả trong bảng ta xác định:
Các đường cong xây dựng theo số liệu
thống kê (đường 1) và theo hàm dự báo
(đường 2) được thể hiện trên hình 2.11.
Cách 2: Giải bài toán với sự trợ giúp của chương trình excel:
Trang 4Rõ ràng với sự trợ giúp của chương trình Excel bài toán sẽ được giải cực kỳ nhanh chóng và đơn giản.
Để xác định phụ tải dự báo ở năm 2015 ta chỉ cần thay giá trị t=15 vào hàm dự báo”
P2015= 161,4.15 + 910,62 = 3331,59 kW.
Chương 3
Ví dụ 3.1: Hãy xác định chi phí quy dẫn của đường dây 22 kV có chiều dài 23,5 km làm bằng dây AC.50, công suất
Giải: Trước hết ta tra các số liệu liên quan đến đường dây 22 kV: Theo bảng 3.2 ứng với đường dây 22 kV ta
tìm được a = 198,75 106 đ/km và b = 1,09 106/(mm2.km)
xác định giá trị dòng điện chạy trên đường dây:
A U
S
22.3
1340
=
Vốn đầu tư của đường dây: V = (a + b.F).L = (198,75 + 1,09.50).106.23,5 = 5955,71.106 đ;
Hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn đầu tư:
1 ) 1 (
) 1 (
− +
+
=
h
h T
T tc
i
i i
1 ) 1 , 0 1 (
) 1 , 0 1 ( 1 , 0
25
25
=
− +
Điện trở đường dây: R = r0.L = 0,65.23,5 = 15,28 Ω ;
Chi phí tổn thất điện năng:
C = 3I2R τ c∆10-3 = 3.352 15,28.3111.0,001.10-3 = 176,34.106 đ.
Xác định chi phí quy dẫn:
Z = pV + C = 0,15 5955,71.106 + 176,34.106 = 1070,69.106đ.
Trang 5Nguyễn Thế Vụ Đ2H3
Ví dụ 3.2: Hãy xác định chi phí quy dẫn của trạm biến áp 22/0,4 kV có công suất định mức Sn=500 kVA, công suất của phụ tải là S = 387 kVA; thời gian sử dụng công suất cực đại TM=4760h, giá thành tổn thất c∆=1000 đ/kWh; Tuổi thọ trạm biến áp Th=25 năm, hệ số chiết khấu i=0,1.
Giải: Theo bảng 12.pl ứng với máy biến áp 22/0,4 kV, công suất 500 ta tìm được ∆ P0 = 1 kW và ∆ Pk=7 kW; Theo bảng 3.2, ứng với trạm biến áp 22/0,4 kV ta có m = 24,18.106đ và n=0,18.106đ/kVA.
Hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn đầu tư:
1)1(
)1(
−+
1)1,01(
)1,01(1,025
25
=
−+
Ví dụ 3.3: Hãy xác định mật độ dòng điện kinh tế của đường dây 22 kV làm bằng dây AC, biết thời gian sử
dụng công suất cực đại TM= 4230h, tuổi thọ của đường dây là Th=25 năm, giá thành tổn thất điện năng
c∆=1000đ/kWh, hệ số chiết khấu i =0,14.
Giải: Trước hết ta xác định các hệ số cần thiết cho tính toán:
Hệ số tiêu chuẩn sử dụng vốn đầu tư:
1)1(
)1(
−+
1)14,01(
)14,01(1,0
25
25
=
−+
3
/92,0001.0.2583.5,31.3
10.11,1.19,03
10
mm A c
b p
∆
τρ
Ví dụ 3.5: Hãy so sánh các phương án cung cấp điện cho một điểm tải công suất S = 956 kVA, hệ số công suất
trung bình cos ϕ = 0,86 (tg ϕ =0,59) ; Chiều dài từ trạm biến áp trung gian đến trung tâm tải là 18 km ; Hao tổn điện áp cho phép ∆ Ucp=6,5% Thời gian sử dụng công suất cực đại TM=5270 h, giá thành tổn thất điện năng 800 đ/kWh Tuổi thọ của mạng điện coi bằng Th=25 năm, hệ số chiết khấu i=0,1.
Giải: Xác định các thành phần phụ tải
5
Trang 6Nguyễn Thế Vụ Đ2H3
Ta so sánh hai phương án: dùng đường dây 35 và 22 kV
* Đối với phương án 35 kV:
Giá trị hao tổn điện áp cho phép:
; 2275 100
10 35 5 , 6 100
Ux= . 0.
35
18 4 , 0 84 ,
Tiết diện dây dẫn cần thiết:
;08,664,2174.35.32
10.18.16,822
mm U
U
L P F
Chi phí quy dẫn của đường dây 35 kV được xác định tương tự như ví dụ 3.1
Trạm biến áp 35/0,4 sẽ có công suất đủ đáp ứng cung cấp điện cho phụ tải do đó cần chọn máy có Sn =
1000 kVA, có ∆ P0 = 1,9 kW và ∆ Pk=13 kW; Theo bảng 3.2, ứng với trạm biến áp 25/0,4 kV ta có m = 34,34.106đ và n=0,20.106đ/kVA.
Chi phí quy dẫn của trạm biến áp được xác định tương tự như ví dụ 3.2.
Tình toán tương tự đối với phương án đường dây 22 kV, kết quả ghi trong bảng:
Bảng VD3.5a Kết quả tính toán chi phí quy dẫn của đường dây theo các phương án (106đ)
Phương
án
Các tham số kinh tế - kỹ thuật đường
Ví dụ 3.6: Hãy xác định cấp điện áp tối ưu theo phương pháp hệ số Lagrange, biết công suất truyền tải là 1256 kVA.
Giải : Ta tiến hành so sánh ba phương án :
Phương án 1 : đường dây 35 kV
Phương án 2 : đường dây 22 kV
Phương án 3 : đường dây 10 kV
Trước hết ta xác định giá tị dòng điện chạy trên đường dây theo các phương án :
A
35 3
1256
Trang 7Nguyễn Thế Vụ Đ2H3
Tính toán tương tự đối với các phương án khác, kết quả ghi trong bảng VD 3.6
Bảng VU.3.6 Kết quả tính toán ví dụ 3.6
* 1
2 1
* 3 3 1
* 2 3 2
* 1
2
) (
) (
) (
Z Z Z
Z Z
Z
+ +
+ +
) 22 35 (
22 , 0 ) 10 35 (
32 , 0 ) 10 22 (
15 ,
+
−
+ +
+
− +
=
35 kV
Nhận xét : Có thể nhận thấy phương pháp hệ số Lagrange chưa cho chúng at lời giải cuối cùng, vì thực ra với kết quả tính
phải xét đến các điều kiện phụ khác
Chương 4
Ví dụ 4.1 Hãy xác định phụ tải tính toán của mạng điện hạ áp được cung cấp điện bởi trạm biến áp phân phối 22/0,4 kV
(hình 4.17) Phụ tải sinh hoạt bao gồm các điểm dân cư với số hộ cho trong bảng VD 4.1a, ngoài ra còn có một nhà ủy ban
Bảng VD 4.1a Số liệu về phụ tải sinh hoạt
5
6
9 8
7 10
H 11
Trang 8Nguyễn Thế Vụ Đ2H3
Giải:
* Phụ tải chiếu sáng đường làng
* Tính toán phụ tải sinh hoạt
Phụ tải tính toán của điểm dân cư số 2:
Tính toán tương tự cho các điểm dân cư khác, kết quả ghi trong bảng VD4.3:
Bảng VD4.1c Kết quả tính toán phụ tải sinh hoạt của các điểm dân cư
P ) 0,41]
5
[( 45 0 , 04 5
4
5
055,3.[(
055,355,
Tính toán tương tự cho các đoạn dây khác, kết quả ghi trong bảng VD 4.1d
Bảng VD 4.1d Kết quả tính toán phụ tải trên các đoạn dây
55,1038,
41,0)5
08,35.[(
08,3553,
k P P
P tt = đl + sh+cs sh+cs = + − =
Trang 9Nguyễn Thế Vụ Đ2H3
Xác định hệ số công suất trung bình của phụ tải đông lực:
dli
i dli dl
84,0.3288,0.2872,0.5,776,0.10
=+
++
++
dl dl
96,0.07,8383,0.53,
++Công suất toàn phần:
42 , 94 88 , 0
07 , 83
Ví dụ 4.2 Hãy xác định phụ tải tính toán của mạng điện phân phối 10 kV (hình 4.18), biết phụ tải tính toán của các trạm
biến áp phân phối là:
Giải: Bài toán xác định phụ tải tính toán của mạng điện phân phối có thể được thực hiện theo hai phương pháp:
a) Phương pháp số gia: Ta tiến hành xác định phụ tải trên các đoạn dây, tính từ điểm cuối trở về thanh cái trạm trung
gian
kVA S
S S
5
132[(
207]
38,0)5
8 04
, 0 8 7 6
Dòng công suất trên đoạn 1-2 bao gồm các thành phần phụ tải của đoạn 2-6 và của điểm tải 3, Tính toán tương tự như trên, kết quả ghi trong bảng VD 4.2
Bảng VD 4.2 Kết quả tính toán phụ tải
a) Phương pháp hệ số nhu cầu
Theo phương pháp hệ số nhu cầu, phụ tải tính toán của mạng điện phân phối được xác định theo biểu thức:
Sai số giữa hai phương pháp
∼
8
911
Trang 10Nguyễn Thế Vụ Đ2H3
% 21 , 1 100 )
=
I
II I
S
S S s
Ta nhận thấy sai số giữa hai phương pháp là không đáng kể, tuy nhiên trong mọi trường hợp phương pháp số gia vẫn là phương pháp có độ tin cậy cao hơn
Ví dụ 4.3 Hãy so sánh các phương án cung cấp điện cho điểm dân cư miền núi bằng mạng điện ba pha thông thường
Giải: Xác định các thành phần phụ tải
Giá trị hao tổn điện áp cho phép:
;1100100
10.22.5100
U x= . 0.
22
37.4,0.5,
10.37.88
mm U
U
L P F
Trang 11Kết quả tính toán của các phương án được tổng hợp trong bảng sau:
Bảng VD 4.3.Kết quả tính toán của các phương án ví dụ 4.3
điện ba pha thông thường
Ví dụ 4.4 Hãy so sánh các phương án xây dựng trạm phong điện cung cấp cho khu vực nông thôn miền núi, biết vận tốc
gió khảo sát trung bình của trạm khí tượng ở độ cao 10m là v=15,8 m/s; thời gian sử dụng công suất T = 3120 h/năm; Các
27,1661
1
Tính toán tương tự đối với phương án II, kết quả ghi trong bảng VD 4.4b
Bảng VD 4.4.b Kết quả tính toán của các phương án ví dụ 4.4.
11
Trang 12Nguyễn Thế Vụ Đ2H3
Phân tích kết quả bảng VD 4.4b ta thấy phương án I có giá thành điện năng thấp hơn so với phương án II, vì vậy
ta chọn phương án I là phương án xây dựng nguồn cung cấp điện cho khu vực nông thôn miền núi
Ví dụ 4.5 Hãy so sánh các phương án xây dựng trạm thủy điện nhỏ cung cấp điện cho khu vực miền núi Thời gian sử
dụng công suất trong năm T = 4280 h/năm; Các tham số: chiều cao cột nước h, lưu lượng nước Q, vốn đầu tư V, thời gian
Bảng VD 4.5a: Các dữ kiện ban đầu về các phương án xây dựng trạm thủy điện nhỏ
Tính toán tương tự cho phương án 2, kết quả ghi trong bảng sau:
Phân tích các kết quả tính toán ta thấy phương án 2 có giá thành điện năng thấp hơn so với phương án 1, do đó ta chọn phương án 2 để đầu tư xây dưng công trình thủy điện
Ví dụ 4.6 Hãy so sánh các phương án dầu tư xây dựng trạm thủy điện theo phương pháp phân tích kinh tế - tài chính với
các số liệu như ví dụ 4.4 Tất cả vốn đầu tư đều là vốn tự có, đối với phương án 2 vốn đầu tư được dải đều trong suốt thời
Giải:
* Phương án 1: (đơn vị tính 103 $)
Trang 13Nguyễn Thế Vụ Đ2H3
)1,01(
1.315)1(
Tính toán tương tự cho các năm, kết quả ghi trong bảng VD 4.5a
* Phương án 2: (Tính toán tương tự như phương án 1, kết quả ghi trong bảng VD 4.6b.
Bảng VD 4.6.b Kết quả phân tích kinh tế - tài chính dự án thủy điện nhỏ phương án 2 (đơn vị 103 $)
620,3 5
620,3 5
620,3 5
620,3 5
578,7 5
578,7 5
578,7 5
578,7 5
578,7 5 578,75
2
244,5 2
244,5 2
244,5 2
244,5 2
244,5 2
244,5 2 244,52
NPV,
13
Trang 14Ví dụ 5.1 Hãy tính toán phụ tải của khu chung cư, xây dựng ở nội thành trong thành phố rất lớn với các dữ kiện: Chung
hai máy bơm công suất mỗi máy 4,5 kW;
Phụ tải thanh máy:
Trước hết cần quy giá trị công suất của các thang máy về chế độ làm việc dài hạn:
ε
1
1 n tm
tm P
P = = =4,5 0,7=3,76
Ptm Σ=knc.tm.NđnΣPtmi = 1.2.(5,86+3,76) = 19,24 kW;
Phụ tải tính toán của trạm bơm:
∑
= nc đn n b bom k N P P
1 bom.i = 0,9.2.2.4,5 =16,2 kWPhụ tải động lực:
)(
.dl tm bom nc
Tổng công suất tính toán của tòa nhà chung cư:
Ví dụ 5.2 Hãy chọn dây cáp động lực 0,38 kV cung cấp cho các máy bơm, đặt cách nguồn là 75 m, biết công suất tính
Trang 15Nguyễn Thế Vụ Đ2H3
Giải: Trước hết ta xác định dòng điện chạy trên dây cáp:
;81,328,0.38,0.3
28,17cos
Icp= k1.k2.k3 Icpn = 0,95.1.0,96.46 = 41,95 A > IM = 32,81 A;
Kiểm tra dây cáp theo hao tổn điện áp:
V U
Qx
38,0
075,0)
073,0.37,1084,1.82,13()
%36,18,3
17,510
100
%= ∆ 3 = = <∆ =
U
U U
Để kiểm tra các điều kiện nhiệt, trước hết ta cần xác định dòng ngắn mạch tại điểm đặt thiết bị bảo vệ
Thiết lập sơ đồ thay thế tính toán:
nB
cb k B
S
U U
Z
.100
2
250,0.100
4,0
Ω
=
;0102,0)10.25,0(
10.38,0.1,4)10.(
10
2 3
3 2 2
3
3 2
B S
U P
R
;0235,00102,00256,
38,0
U I
t I
115
5,01530
Trang 16Nguyễn Thế Vụ Đ2H3
Ví dụ 5.3 Chọn cầu chảy để bảo vệ mạch điện chiếu sáng một pha 220 V có công suất tính toán 5,3kW, hệ số cosϕ = 1,
Giải:
Dòng làm việc chạy trên đường dây:
; 1 , 24 22 , 0
3 , 5
A U
P I
ph
Dòng định mức của cầu chảy được xác định trong khoảng:
c
cp n M
k
I I
21,1
321
,
Phụ tải tính toán được xác định bằng cách công từng cặp phân xưởng, bắt đầu từ các phân xưởng có công suất thấp nhất
và kết thúc với phân xưởng có công suất cao nhất
Phụ tải tính toán của phân xưởng 1 và phân xưởng 2:
45,
=
Tính toán tương tự, kết quả ghi trong bảng VD 6.2 sau:
Bảng VD 6.2 Kết quả tính toán phụ tải nhà máy theo phương pháp số gia
b) Phương pháp hệ số nhu cầu :
Tính toán tương tự như bài VD 6.1 ta xác định được các hệ số
55 , 0 57 , 287 9 , 158
55,0155,01
=
−+
Trang 17Nguyễn Thế Vụ Đ2H3
Đánh giá sai số giữa hai phương pháp:
% 35 , 1 100
P
P P ss
Có thể nhận thấy sai số giưa hai phương pháp là không đáng kể
Ví dụ 6.5 Xác định các chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện của sơ đồ mạng điện phân phối từ thanh cái trạm biến áp trung
gian đến đầu vào của hộ dùng điện theo sơ đồ hình 6.28 gồm: thanh cái trạm trung gian, máy cắt lộ ra, 17,8 km đường dây
22 kV, máy biến áp tiêu thụ, thanh cái trạm tiêu thụ và 0,47 km đường cáp hạ áp Công suất tính toán của hộ dùng điện là
Giải: Để đơn giản, bài toán được giải dưới dạng bảng biểu, các dữ kiện đầu vào và kết quả tính toán được thể hiện trong
bảng VD 6.5
Thông lượng hỏng hóc và thời gian phục hồi tra theo bảng 28.pl
Tổng thông lượng hỏng hóc của mạng điện:
kV