Giáo trình cung cấp điện Chương 2 Xác định nhu cầu điện

Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương Chương II XÁC ĐỊNH NHU CẦU ĐIỆN 2.1 Khái niệm chung Khi thiết kế cung cấp điện cho công trình nhiệm vụ phải xác định nhu cầu điện công trình Tùy theo quy mô công trình mà nhu cầu điện phải xác định theo phụ tải thực tế có tính đến phát triển phụ tải sau năm, 10 năm lâu Do xác định nhu cầu điện giải toán dự báo phụ tải ngắn hạn dài hạn Dự báo phụ tải ngắn hạn xác định phụ tải công trình sau công trình vào vận hành Phụ tải thường gọi phụ tải tính toán Phụ tải tính toán sử dụng để lựa chọn thiết bị như: công suất, số lượng máy biến áp; chủng loại, tiết diện dây dẫn; thiết bị đóng cắt, bảo vệ…, để tính tổn thất công suất, tổn thất điện áp, tính toán chọn dung lượng bù Như phụ tải tính toán số liệu quan trọng để thiết kế cung cấp điện Các phương pháp xác định phụ tải tính toán chia làm hai nhóm chính: * Nhóm thứ nhất: Các phương pháp nhóm sử dụng hệ số tính toán dựa vào kinh nghiệm thiết kế vận hành Đặc điểm phương pháp thuộc nhóm thuận tiện tính toán cho kết gần Các phương pháp nhóm: ♦ Phương pháp suất tiêu hao điện đơn vị sản phẩm ♦ Phương pháp công suất đặt hệ số nhu cầu ♦ Phương pháp suất phụ tải đơn vị diện tích sản suất * Nhóm thứ hai: Các phương pháp nhóm sử dụng hệ số tính toán dựa sở lý thuyết xác suất thống kê Đặc điểm phương pháp thuộc nhóm có xét đến ảnh hưởng nhiều yếu tố, cho kết xác tính toán phức tạp Các phương pháp nhóm: ♦ Phương pháp công suất trung bình hệ số hình dáng ♦ Phương pháp công suất trung bình phương sai phụ tải ♦ Phương pháp số thiết bị hiệu Trong thực tế tuỳ theo yêu cầu cụ thể để chọn phương pháp tính toán thích hợp 2.2 Đồ thị phụ tải Định nghĩa Đồ thị phụ tải đường biểu diễn mối quan hệ phụ tải điện theo thời gian phụ thuộc vào nhiều yếu tố đặc điểm trình công nghệ, chế độ vận hành v.v Ứng với loại phụ tải ngành công nghiệp đưa dạng đồ thị phụ tải điển hình Phân loại: Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương Theo công suất dòng điện, đồ thị phụ tải gồm có: ♦ Đồ thị phụ tải công suất tác dụng: P = f (t) ♦ Đồ thị phụ tải công suất phản kháng Q = g(t) ♦ Đồ thị phụ tải công suất biểu kiến S = h(t) ♦ Đồ thị phụ tải theo dòng điện I = j(t) Theo hình dạng, đồ thị phụ tải gồm có: ♦ Đồ thị phụ tải thực tế: dạng đồ thị phản ánh thay đổi theo thực tế công suất theo thời gian (hình 2.1) ♦ Đồ thị nấc thang: Đồ thị quy đổi từ dạng đồ thị phụ tải thực tế dạng nấc thang (hình 2.2) Hình 2.1 Đồ thị phụ tải ngày dạng thực tế Hình 2.2 Đồ thị phụ tải ngày dạng nấc thang ♣ Phương pháp xây dựng đồ thị phụ tải hàng ngày Phụ tải điện chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố, phụ thuộc vào tính chất, đặc điểm hộ dùng điện, tham số hệ thống điện, đặc điểm kinh tế xã hội vùng cung cấp điện vv Để xây dựng đồ thị phụ tải hàng ngày thời gian tiến hành khảo sát 24 tiến hành lấy số liệu n ngày liên tục để đảm bảo độ tin cậy Việc lấy số liệu áp dụng phương pháp đo đếm từ xa, phương pháp dùng thiết bị tự ghi phương pháp đo đếm trực tiếp ♣ Phương pháp xây dựng đồ thị phụ tải hàng tháng Đồ thị phụ tải hàng tháng xây dựng theo phụ tải trung bình hàng tháng từ đồ thị ta biết nhịp độ làm việc hộ tiêu thụ để từ đưa lịch bảo trì sửa chữa thiết bị điện hợp lý (hình 2.3) Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương P(KW) t(thang) 10 11 12 Hình 2.3 Đồ thị phụ tải hàng tháng ♣ Phương pháp xây dựng đồ thị phụ tải hàng năm Đồ thị phụ tải hàng năm xây dựng dựa sở đồ thị phụ tải điển hình ngày, đêm mùa hè mùa đông (hình 2.4) Tùy theo đặc điểm vùng ta chọn số ngày mùa đông mùa hè thích hợp ( vùng đồng Bắc thường lấy mùa đông 190 ngày mùa hè 175 ngày ) Hình 2.4 Đồ thị phụ tải hàng năm (a) đồ thị phụ tải điển hình ngày mùa đông (b) đồ thị phụ tải điển hình ngày mùa hè (c) đồ thị phụ tải hàng năm Ở hình 2.4(a): thời gian ứng với phụ tải P2 là: t2đ + t 2đ ’ Ở hình 2.4(b): thời gian ứng với phụ tải P2 là: t2h Vậy năm mức phụ tải P2 tồn khoảng thời gian là: T2 = (t2đ + t 2đ).190 + t2h.175 ’ Tương tự năm mức phụ tải P1 tồn khoảng thời gian là: T1 = t2đ.190 + t2h.175 Đồ thị phụ tải hàng năm dùng để chọn dung lượng máy biến áp, chọn thiết bị điện, đánh giá mức độ sử dụng điện tiêu hao điện Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương 2.3 Các đại lượng hệ số tính toán 2.3.1 Các đại lượng Công suất định mức Pđm Công suất định mức Pđm ( gọi công suất danh định ) thiết bị điện công suất ghi nhãn máy ghi lý lịch máy Đối với động điện, công suất định mức ghi nhãn hiệu máy công suất trục Đối với thiết bị làm việc chế độ ngắn hạn lập lại cần trục, thang máy, máy biến áp hàn công suất định mức phải quy chế độ làm việc dài hạn với hệ số tiếp điện định mức ε đm ♦ Đối với động điện: ' Pđm = Pđm ε đm (2.3.1) ♦ Đối với máy biến áp hàn ' S đm = S đm ε đm (2.3.2) Trong đó: ε đm hệ số tiếp điện định mức, thường có giá trị 15, 25, 40 hay 60% Công suất định mức nhóm thiết bị pha: n n Pđm = ∑ Pđmi ; Qđm = ∑ Qđmi ; i =1 I đm = i =1 2 + Qđm Pđm (2.3.3) 3U đm Trường hợp mạng có thiết bị điện pha: ta phân phối thiết bị lên pha cho mức độ không cân pha a) Nếu điểm cung cấp ( tủ phân phối, đường dây v.v…) phần công suất không cân bé 15% tổng công suất điểm thiết bị pha coi thiết bị ba pha có công suất tương đương Pđm pha = ∑ Pđm phai + ∑ Pđm1 phaj i (2.3.4) j b) Nếu phần công suất không cân lớn 15% tổng công suất thiết bị điểm xét, phụ tải tính toán quy đổi ba pha thiết bị sau: ♦ Trường hợp thiết bị pha nối vào điện áp pha mạng: Pđm pha = ∑ Pđm3 phai + 3Pđm1 pha (max) (2.3.5) i Ở Pđm1 pha (max) tổng công suất định mức thiết bị pha pha mang tải lớn ♦ Trường hợp mạng có thiết bị pha nối vào điện áp pha thiết bị pha nối vào điện áp dây, ta phải quy đổi thiết bị nối vào điện áp dây thành thiết bị nối vào điện áp pha ( hệ số quy đổi cho bảng 3.1 ) Bảng 3.1 Hệ số quy đổi p (ab) a, p (bc)b, p( ac)c p ( ab)b, p (bc)c, p ( ac) a 0.4 1.17 -0.17 0.5 1.0 Hệ số công suất phụ tải 0.6 0.65 0.7 0.8 0.89 0.84 0.80 0.72 0.11 0.16 0.20 0.28 0.9 0.64 0.36 0.5 0.5 Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương 0.86 1.44 q ( ab) a, q (bc)b, q (ac)c q ( ab)b, q (bc)c, q ( ac) a 0.58 1.16 0.38 0.96 0.30 0.88 0.22 0.80 0.19 0.67 -0.05 0.53 -0.29 0.29 - Công suất quy đổi pha a: Pđm ( a ) = p (ab)a.Pđm1 pha ( ab ) + p (ac)a.Pđm1 pha ( ac ) + Pđm1 pha ( a ) Qđm ( a ) = q (ab)a.Qđm1 pha ( ab ) + q( ac) a.Qđm1 pha ( ac ) + Qđm1 pha ( a ) - Công suất quy đổi pha b: Pđm (b ) = p (ba )b.Pđm1 pha (ba ) + p (bc)b.Pđm1 pha (bc ) + Pđm1 pha (b ) Qđm (b ) = q (ba)b.Qđm1 pha (ba ) + q (bc)b.Qđm1 pha (bc ) + Qđm1 pha (b ) - Công suất quy đổi pha c: Pđm (c ) = p (ca)c.Pđm1 pha (ca ) + p(cb)b.Pđm1 pha ( cb ) + Pđm1 pha ( c ) Qđm ( c ) = q (ca)c.Qđm1 pha ( ca ) + q (cb)b.Qđm1 pha ( cb ) + Qđm1 pha ( c ) - Công suất định mức pha mang tải lớn nhất: Pđm1 pha (max) = max[ Pđm ( a ) , Pđm (b ) , Pđm ( c ) ] Qđm1 pha (max) = max[Qđm ( a ) , Qđm (b ) , Qđm (c ) ] Công suất đặt Pđặt Công suất đặt Pđặt tổng công suất định mức tổ hợp thiết bị điểm tải, xác định theo biểu thức: Pđăt = ∑ Trong đó: Pđmi (2.3.6) ηi Pđặt , Pđmi công suất đặt công suất định mức thiết bị thứ i η i hệ số hiệu dụng thiết bị thứ i Trong thực tế đa số thiết bị có η lớn nên coi xấp xỉ Do để thuận tiện tính toán xem Pđặt ≈ Pđm ứng với thiết bị nhóm thiết bị Pđăt = ∑ Pđm Công suất trung bình Ptb Công suất tiêu thụ trung bình khoảng thời gian T xác định biểu thức sau: t Ptb = ∫ P(t )dt T t ; Qtb = ∫ Q(t )dt T (2.3.7) Trên thực tế phụ tải trung bình tính theo công thức: Ptb = AP T ; Qtb = AQ T (2.3.8) Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương Trong AP (kWh), AQ (kVARh) điện tác dụng điện phản kháng tiêu thụ khoảng thời gian khảo sát T(h) Đối với nhóm thiết bị công suất trung bình xác định theo biểu thức: n Ptb = ∑ Ptbi n Qtb = ∑ Qtbi ; i =1 (2.3.9) i =1 Công suất tiêu thụ trung bình đóng vai trò quan trọng việc phân tích chế độ, xác định phụ tải tính toán tiêu hao điện Phụ tải trung bình theo dòng điện xác định biểu thức: Ptb2 + Qtb2 I tb = 3U (2.3.10) Trong U điện áp mạng điện Công suất cực đại Pmax Công suất cực đại Pmax công suất lớn xuất khoảng thời gian xét Phân biệt hai loại công suất cực đại: ♦ Công suất cực đại dài hạn ( hay gọi công suất cực đại ổn định ) công suất tiêu thụ trung bình lớn nhất, thường tính khoảng thời gian 30 phút Đây công suất dùng để tính tổn thất công suất cực đại để chọn thiết bị điện, dây dẫn cáp theo mật độ dòng điện kinh tế ♦ Công suất cực đại ngắn hạn ( hay gọi công suất cực đại đỉnh nhọn ) công suất cực đại xuất khoảng thời gian ngắn từ 1-2 giây ( ví dụ khởi động động ) Người ta vào giá trị cực đại để kiểm tra dao động điện áp, điều kiện tự khởi động động cơ, chọn dây chảy tính dòng điện khởi động rơle bảo vệ Ngoài người ta quan tâm đến số lần xuất phụ tải này, tần số xuất lớn thì mức độ ảnh hưởng tới làm việc bình thường thiết bị điện khác mạng điện cao Công suất trung bình bình phương Ptbbp Công suất trung bình bình phương sử dụng để tính tổn thất xác định theo biểu thức sau: t Ptbbp = P (t )dt ; ∫ T0 t Qtbbp = Q (t )dt ∫ T (2.3.11) Trong T thời gian khảo sát Tổn thất công suất trung bình tổn thất điện tính theo biểu thức sau: ∆Ptb = (2.3.12) 2 Ptbbp + Qtbbp U2 R Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương ∆A = ∆Ptb T (2.3.13) Công suất tính toán Ptt Công suất tính toán công suất giả định lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế biến đổi theo điều kiện tác dụng nhiệt lớn Các thiết bị điện chọn theo công suất đảm bảo an toàn trạng thái vận hành Ptt có giá trị khoảng: Ptb ≤ Ptt ≤ Pmax (2.3.14) Trong tính toán thường lấy Ptt = Pmax Vì coi công suất tính toán công suất cực đại Phụ tải tính toán Ptt lấy phụ tải trung bình cực đại xuất thời gian nửa ( lần giá trị T0 - số thời gian đốt nóng dây dẫn thông dụng ) sau khoảng thời gian trị số phát nóng đạt đến 95% giá trị xác lập ( T0 dây dẫn loại dao động phạm vi 10 phút ) Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax Là khoảng thời gian mà thời gian ( Tmax) công suất tiệu thụ Pmax điện tiêu thụ điện tiêu thụ thực tế ứng với công suất thay đổi Tmax = ∑ Pt i i Pmax = AT Pmax (2.3.15) 2.3.2 Các hệ số tính toán Trong nghiên cứu tính toán phụ tải, hệ số giữ vai trò quan trọng Giữa đại lượng có mối quan hệ phụ thuộc lẫn thông qua hệ số Thông qua hệ số tính toán ta dễ dàng xác định đại lượng biết đại lượng Hệ số sử dụng k sd Hệ số sử dụng thiết bị điện xác định tỷ số công suất tiêu thụ trung bình công suất định mức thiết bị khoảng thời gian xét ( giờ, ca, ngày đêm, năm v.v…) Thời gian xét gọi chu kỳ khảo sát T ♦ Đối với thiết bị: k sd = Ptb Pđm (2.3.15) n ♦ Đối với nhóm thiết bị: K sd = ∑k sdi Pđmi i =1 n ∑P đmi i =1 (2.3.16) Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương Hệ số sử dụng nói lên mức độ sử dụng, hay mức độ khai thác công suất thiết bị điện khoảng thời gian xét Hệ số đóng điện kđ Hệ số đóng điện biểu thị mức độ đóng điện vào lưới thiết bị điện khoảng thời gian xét Đó tỷ số thời gian đóng điện tổng thời gian chu kỳ xét tck Thời gian đóng điện t đ chu kỳ xét tổng thời gian làm việc tlv với thời gian chạy không tải t kt kđ = t đ t lv + t kt = t ck t ck (2.3.17) Hệ số đóng điện nhóm thiết bị: n Kđ = ∑k Pđmi i =1 n ∑P đmi i =1 (2.3.18) Hệ số kđ phụ thuộc vào quy trình công nghệ Hệ số phụ tải k pt Hệ số phụ tải gọi hệ số mang tải, biểu thị mức độ mang tải thiết bị làm việc, xác định tỷ số công suất tiêu thụ trung bình thời gian đóng điện Ptb.đ với công suất định mức k pt = Ptb.đ Ptb.đ t đ P t k A = = = tb ck = sd Pđm Pđm t đ Pđm t đ Pđm t đ kđ (2.3.19) Trong đó: điện A = Ptb.đ t đ = Ptb t ck Hệ số phụ tải nhóm thiết bị: K pt = K sd Kđ (2.3.20) Hệ số cực đại k max ≥ Hệ số cực đại xác định tỷ số công suất tính toán công suất trung bình khoảng thời gian xem xét, thường tính với ca mang tải lớn k max = Ptt P tb (2.3.21) Hệ số k max phụ thuộc chủ yếu vào số thiết bị hiệu nhq , hệ số sử dụng k sd Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương Trong sổ tay thiết kế hệ số k max tra theo đường cong k max = f (k sd , nhq ) hình (2.5) dạng bảng biểu ( bảng 3.2 ) Hình 2.5 Quan hệ k max = f (k sd , nhq ) Bảng 3.2 Hệ số k max tính theo k sd n hq n hq 10 12 16 18 20 25 30 35 40 45 50 k sd 0,1 3,43 3,23 3,04 2,88 2,72 2,56 2,42 2,10 1,99 1,91 1,84 1,71 1,62 1,56 1,50 1,45 1,40 0,15 3,11 2,87 2,4 2,48 2,34 2,20 2,10 1,85 1,77 1,70 1,65 1,55 1,46 1,41 1,37 1,33 1,30 0,2 2,64 2,42 2,24 2,10 1,99 1,90 1,84 1,67 1,61 1,55 1,50 1,40 1,34 1,30 1,27 1,25 1,23 0,3 2,14 2,00 1,88 1,80 1,72 1,65 1,60 1,45 1,41 1,37 1,34 1,28 1,24 1,21 1,19 1,17 1,16 0,4 1,87 1,76 1,66 1,58 1,52 1,47 1,36 1,28 1,26 1,24 1,21 1,19 1,17 1,15 1,14 1,13 1,12 0,5 1,65 1,57 1,51 1,45 1,40 1,37 1,34 1,25 1,23 1,21 1,20 1,17 1,16 1,15 1,13 1,12 1,11 0,6 1,46 1,41 1,37 1,33 1,30 1,28 1,26 1,20 1,18 1,16 1,15 1,14 1,13 1,12 1,12 1,11 1,10 0,7 1,29 1,26 1,23 1,21 1,20 1,18 1,16 1,13 1,12 1,11 1,11 1,10 1,10 1,09 1,09 1,08 1,08 0,8 1,14 1,12 1,10 1,09 1,08 1,08 1,07 1,17 1,07 1,06 1,06 1,06 1,05 1,05 1,05 1,04 1,04 0,9 1,05 1,04 1,04 1,04 1,04 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,02 1,02 1,02 1,02 Giáo trình cung cấp điện 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 1,32 1,27 1,25 1,23 1,21 1,19 1,17 1,16 1,16 1,15 1,14 1,14 1,13 1,13 1,12 Th.s Nguyễn Công Chương 1,25 1,22 1,20 1,18 1,17 1,16 1,15 1,13 1,12 1,12 1,12 1,11 1,11 1,10 1,10 1,19 1,17 1,15 1,13 1,12 1,12 1,11 1,10 1,10 1,09 1,08 1,08 1,08 1,08 1,07 1,14 1,12 1,11 1,10 1,10 1,09 1,08 1,08 1,08 1,07 1,07 1,07 1,06 1,06 1,06 1,10 1,10 1,09 1,08 1,07 1,06 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,04 1,11 1,10 1,10 1,09 1,08 1,07 1,06 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,03 1,09 1,09 1,08 1,08 1,07 1,07 1,06 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05 1,03 1,07 1,06 1,06 1,05 1,05 1,05 1,05 1,04 1,04 1,04 1,04 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,10 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,02 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 1,01 Số thiết bị hiệu n hq Trong tính toán ta thường gặp nhóm thiết bị có công suất định mức chế độ làm việc khác nhau, điều làm phức tạp toán Để đơn giản hóa phương pháp tính cần phải giả thiết nhóm thiết bị đồng ( công suất chế độ làm việc thiết bị điện tương đương ) Số thiết bị hiệu n hq nhóm n thiết bị thực tế có công suất định mức chế độ làm việc khác số quy đổi gồm có n hq thiết bị có công suất chế độ làm việc tạo nên phụ tải tính toán với phụ tải tính toán nhóm thiết bị thực tế ♦ Khi số thiết bị nhóm n ≤ 5: n hq   n  ∑ Pđmi   =  i =n1 ∑ Pđmi2 i =1 (2.3.22) ♦ Khi số thiết bị nhóm n > 5: Ta tìm n hq theo bảng tra đường cong, trình tự tính sau: - Phân riêng thiết bị có công suất lớn mà công suất định mức thiết bị ≥ nửa công suất thiết bị lớn nhóm Pđmi ≥ Pmax - Xác định số lượng thiết bị n1 nhóm n1 ∑P - Xác định tổng công suất định mức nhóm n thiết bị: ∑ P - Xác định tổng công suất định mức nhóm n1 thiết bị: ni =1 đmi đmi i =1 Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương - Tìm giá trị tương đối: n1 n* = ∑P đmi n1 n P* = i =1 n ∑P đmi i =1 (2.3.23) - Tra bảng ( bảng 3.3 ) đường cong ( hình 2.6 ), ta tìm n hq* n hq* tính theo biểu thức: n hq* = 0.95 ( P*) (1 − P*) + n* 1− n* (2.3.24) - Xác định số thiết bị hiệu quả: nhq = n.nhq* (2.3.25) Bảng 3.3 Quan hệ nhq* theo n* P* n* = P* n1/n 0,1 0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 0,65 0,6 0,55 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02 0,03 0,03 0,05 0,07 0,1 0,1 0,3 5 7 9 0,00 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,03 0,03 0,04 0,05 0,07 0,5 7 0,14 0,3 0,10 0,2 2 0,02 0,02 0,02 0,02 0,03 0,03 0,03 0,04 0,04 0,05 0,06 0,07 0,09 0,11 0,14 0,19 0,26 0,3 0,5 0,7 1 0,03 0,03 0,03 0,04 0,04 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,11 0,13 0,16 0,21 0,27 0,36 0,4 0,6 0,8 0,04 0,04 0,04 0,05 0,06 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,12 0,15 0,18 0,22 0,27 0,34 0,44 0,5 0,7 0,8 0,05 0,05 0,05 0,05 0,07 0,07 0,08 0,10 0,11 0,13 0,15 0,18 0,22 0,26 0,33 0,41 0,51 0,6 0,7 0,9 0,06 0,06 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,12 0,13 0,15 0,18 0,21 0,26 0,31 0,38 0,47 0,58 0,7 0,8 0,9 0,08 0,08 0,08 0,09 0,11 0,12 0,03 0,15 0,17 0,20 0,24 0,28 0,33 0,40 0,48 0,57 0,68 0,7 0,8 0,9 9 0,10 0,09 0,10 0,12 0,13 0,15 0,17 0,19 0,22 0,25 0,29 0,34 0,40 0,47 0,56 0,66 0,76 0,8 0,9 0,9 5 0,15 0,14 0,16 0,17 0,20 0,23 0,25 0,28 0,32 0,37 0,42 0,48 0,56 0,67 0,72 0,80 0,88 0,9 0,9 0,20 0,19 0,21 0,23 0,26 0,29 0,33 0,37 0,42 0,47 0,54 0,64 0,69 0,76 0,83 0,89 0,93 0,005 0,01 0,9 0,1 Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương 0.25 0,24 0,26 0,29 0,32 0,36 0,41 0,45 0,51 0,57 0,64 0,71 0,78 0,85 0,90 0,93 0,30 0,29 0,32 0,35 0,39 0,42 0,48 0,53 0,60 0,66 0,75 0,80 0,86 0,90 0,94 0,95 0,35 0,33 0,37 0,41 0,45 0,50 0,56 0,62 0,68 0,74 0,81 0,86 0,91 0,94 0,95 0,40 0,38 0,42 0,47 0,52 0,57 0,63 0,69 0,75 0,81 0,86 0,91 0,93 0,95 0,45 0,43 0,44 0,52 0,58 0,64 0,70 0,76 0,81 0,87 0,91 0,93 0,95 0,50 0,48 0,47 0,58 0,64 0,70 0,76 0,82 0,89 0,91 0,94 0,95 0,55 0,52 0,57 0,63 0,69 0,75 0,82 0,87 0,91 0,94 0,95 0,60 0,57 0,63 0,69 0,75 0,81 0,87 0,91 0,94 0,95 0,65 0,62 0,68 0,74 0,81 0,86 0,91 0,94 0,95 0,70 0,66 0,73 0,80 0,86 0,90 0,94 0,95 0,75 0,70 0,78 0,85 0,90 0,93 0,95 0,80 0,70 0,83 0,89 0,94 0,95 0,85 0,80 0,88 0,93 0,95 0,90 0,85 0,92 0,95 0,95 0,95 Hình 2.6 Quan hệ n hq* theo P * n * Hệ số nhu cầu k nc Hệ số nhu cầu tỷ số công suất tính toán ( điều kiện thiết kế ) công suất tiêu thụ ( điều kiện vận hành ) công suất định mức thiết bị dùng điện Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương Ptt P P P P = tt tb = tt tb = k max k sd Pđm Pđm Ptb Ptb Pđm k nc = (2.3.26) Đối với nhóm thiết bị khác nhau: K nc = ∑k nci Pđmi i Pđmi (2.3.27) Hệ số đồng thời k đt Thực tế hộ tiêu thụ lúc đóng vào lúc lên mạng, thời điểm số đóng vào, số khác lại cắt Tính chất phụ tải biểu thị hệ số k đt Số hộ tiêu thụ lớn k đt nhỏ Hệ số đồng thời tỷ số công suất tác dụng tính toán cực đại nút khảo sát hệ thống với tổng công suất tác dụng tính toán cực đại nhóm hộ tiêu thụ riêng biệt nối vào nút k đt = Ptt ( k đt ≤ 1) n ∑P tti i =1 (2.3.28) - Đối với phân xưởng có nhiều nhóm thiết bị: K đt = Ptt px n ∑P tt nhómi i =1 (2.3.29) - Đối với nhà máy cấp điện cho nhiều phân xưởng: K đt = Ptt nm n ∑P tt pxi i =1 (2.3.30) Hệ số điền kín đồ thị phụ tải k đk Hệ số điền kín đồ thị phụ tải tỷ số công suất trung bình công suất cực đại thời gian khảo sát k đk = Ptb Pmax (2.3.31) 2.4 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán 2.4.1 Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt Pđ hệ số nhu cầu Knc Công thức tính: Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương n Ptt = ∑ k nci Pđmi (kW) (2.4.1) Qtt = Ptt tgϕ (kVar) (2.4.2) Ptt (kVA) cos ϕ (2.4.3) i =1 S tt = Ptt2 + Qtt2 = Trong đó: Pđmi : công suất định mức thiết bị thứ i Ptt , Qtt , S tt công suất tác dụng, công suất toàn phần công suất phản kháng nhóm thiết bị k nc : hệ số nhu cầu tra sổ tay n: số thiết bị nhóm Trường hợp hệ số công suất thiết bị nhóm khác ta tính cos ϕ tb sau: n ∑ P cos ϕ i cos ϕ tb = i (2.4.4) i =1 n ∑ Pi i =1 Phương pháp có ưu điểm đơn giản tính toán nên sử dụng rộng rãi, xác hệ số k nc số liệu cố định tra sổ tay cho trước, không phụ thuộc vào chế độ vận hành số thiết bị nhóm 2.4.2 Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện đơn vị sản phẩm Ptt = Trong đó: MWo Tmax (kW) (2.4.5) M số đơn vị sản phẩm sản xuất năm Wo suất tiêu hao điện đơn vị sản phẩm (kWh/đvsp) Tmax thời gian sử dụng công suất lớn (h) 2.4.3 Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải đơn vị diện tích sản xuất (kW) Ptt = P0 S Trong đó: (2.4.6) 2 Po - suất phụ tải trên 1m diện tích sản xuất (kW/m ) S - diện tích sản xuất (m2) Phương pháp cho kết gần đúng, dùng giai đoạn thiết kế sơ dùng để tính toán phân xưởng có mật độ máy móc tương đối đồng đều, giá trị Po tra sổ tay 2.4.4 Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại kmax công suất trung bình n Ptt = k max ∑ k sdi Pđmi (kW) i =1 Trong đó: Pđmi - công suất định mức thiết bị thứ i (2.4.7) Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương kmax, ksdi - hệ số cực đại, hệ số sử dụng thiế bị thứ i Phương pháp cho kết xác cao tính toán xét đến yếu tố số lượng thiết bị nhóm, số thiết bị có công suất lớn, chế độ làm việc thiết bị Các công thức gần áp dụng phương pháp sau: ♦ Trường hợp 1: n ≤ 3: n n Ptt = ∑ Pđmi , Qtt = ∑ Pđmi tgϕ i =1 (2.4.8) i =1 ♦ Trường hợp 2: n > 3, nhq 10 n Ptt = k max K sd ∑ Pđmi i =1 (2.4.12) Qtt = Qtb = Ptb tgϕ 2.4.5 Các ví dụ tính toán Ví dụ 1: Hãy xác định đại lượng tính toán suy từ đồ thị phụ tải điển hình hàng ngày sau: Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương Giải: - Công suất cực đại: Pmax = 150 kW - Công suất cực tiểu: Pmin = 50 kW - Điện tiêu thụ 24 A24giờ = 50x8 + 100x4 + 150x4 + 80x8 = 2040 kWh - Công suất trung bình Ptb = A24giờ /24 = 1960/24 = 85 kW - Công suất bình phương trung bình 50 2.8 + 100 2.4 + 150 2.4 + 80 2.8 ( ) P t dt = 91,56 kW = 24 T ∫0 T Pbptb = - Công suất tính toán Ptt = Pmax(30) = 150 kW - Thời gian tổn thất công suất cực đại năm Tmax = 365.A24/Pmax = 2040/150 = 365x2040/150 = 4964 - Hệ số điền kín kđk = Ptb / Pmax = 85/150 = 0,57 Ví dụ 2: Cho nhóm thiết bị có thông số bảng sau, xác định công suất tính toán theo công suất đặt hệ số nhu cầu Pđm, kW 10 20 knc 0,4 0,6 0,9 0,3 0,5 cos ϕ 0,8 0,8 0,8 0,7 0,7 Giải: n Ptt = ∑ k nci Pđmi = i =1 ∑ (10.0,4 + 5.0,6 + 20.0,9 + 4.0,3 + 6.0,5) = 29,2 (kW) Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương n ∑ P cos ϕ i cos ϕ = i i =1 = n ∑P ∑ (10.0,8 + 5.0,8 + 20.0,8 + 4.0,7 + 6.0,7) = 10 + + 20 + + 35 = 0,78 45 i i =1 Qtt = Ptt tgϕ = 29,2.0,81 = 23,6 (kVar) S tt = Ptt2 + Qtt2 = Ptt = 29,2/0,78 = 37,54 (kVA) cos ϕ 2.5 Trình tự tính toán phụ tải điện cấp hệ thống điện Nguôn cung câp Thanh cai 22kV 0,4kV Tu phân phôi tông Tu đông lưc Đên phu tai Đên phu tai Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện Tính toán công suất theo trình tự từ phụ tải nguồn, Cụ thể sau: ♦ Tính Ptt1, Qtt1 điểm 1: công suất tính toán thiết bị nối với tủ động lực → chọn dây dẫn nối từ thiết bị đến tủ động lực ♦ Tính Ptt2, Qtt2 điểm 2: công suất tính toán nhóm thiết bị nối với tủ động lực → chọn máy cắt cho tủ động lực ♦ Tính Ptt3, Qtt3 điểm 3: Ptt3 = Ptt2 + ∆P23 (∆P23 tổn thất công suất tác dụng tuyến dây 23 ) Qtt3 = Qtt2 + ∆Q23 (∆Q23 tổn thất công suất phản kháng tuyến dây 23 ) → chọn dây cáp nối từ tủ động lực đến tủ phân phối ♦ Tính Ptt4, Qtt4 điểm 4: n Ptt = K đt ∑ Ptti3 ; i =1 n Qtt = K đt ∑ Qtti i =1 Trong đó: n-số nhánh tủ phân phối chính; Kđt hệ số đồng thời nhóm máy nối với tủ động lực; Pitt3, Qitt3 công suất tính toán nhánh thứ i nối với tủ phân phối ♦ Tính Ptt5, Qtt5 điểm 5: tương tự Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương Ptt5 = Ptt4 + ∆P45 Qtt5 = Qtt4 + ∆Q45 → chọn dây cáp nối từ tủ phân phối đến hạ áp trạm biến áp chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ phía hạ áp trạm ♦ Tính Ptt6, Qtt6 điểm 6: Ptt6 = Ptt5 + ∆PT ( ∆PT tổn thất công suất tác dụng trạm biến áp ) Qtt5 = Qtt5 + ∆QT ( ∆QT tổn thất công suất phản kháng trạm biến áp) → Chọn dung lượng máy biến áp phân xưởng 2.6 Xác định tâm phụ tải điện Trong tính toán thiết kế, việc xác định tọa độ tâm phụ tải để từ tìm vị trí đặt máy biến áp, tủ phân phối nhằm đảm bảo tổn thất công suất, tổn thất điện bé Tâm phụ tải xác định theo công thức sau: X = ∑ P x ∑P i i i ; Y= ∑ P y ∑P i i i (2.4.13) Trong đó: (X,Y) - tọa độ tâm phụ tải nhóm máy ( phân xưởng ) Pi - công suất thiết bị thứ i ( nhóm thiết bị thứ i ) xi, yi - tọa độ thiết bị thứ i ( nhóm thiết bị thứ i ) [...]... 4 0,10 0,09 0,10 0, 12 0,13 0,15 0,17 0,19 0 ,22 0 ,25 0 ,29 0,34 0,40 0,47 0,56 0,66 0,76 0,8 0,9 0,9 5 2 5 0,15 0,14 0,16 0,17 0 ,20 0 ,23 0 ,25 0 ,28 0, 32 0,37 0, 42 0,48 0,56 0,67 0, 72 0,80 0,88 0,9 0,9 3 5 0 ,20 0,19 0 ,21 0 ,23 0 ,26 0 ,29 0,33 0,37 0, 42 0,47 0,54 0,64 0,69 0,76 0,83 0,89 0,93 0,005 0,01 0,9 5 0,1 Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương 5 0 .25 0 ,24 0 ,26 0 ,29 0, 32 0,36 0,41 0,45 0,51... 4.0,7 + 6.0,7) = 10 + 5 + 20 + 4 + 6 35 = 0,78 45 i i =1 Qtt = Ptt tgϕ = 29 ,2. 0,81 = 23 ,6 (kVar) S tt = Ptt2 + Qtt2 = Ptt = 29 ,2/ 0,78 = 37,54 (kVA) cos ϕ 2. 5 Trình tự tính toán phụ tải điện ở các cấp của hệ thống điện Nguôn cung câp 6 Thanh cai 22 kV 0,4kV 5 4 Tu phân phôi tông 3 2 Tu đông lưc 1 Đên phu tai Đên phu tai Hình 2. 7 Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện Tính toán công suất theo trình tự từ phụ tải về... Pmax (2. 3.31) 2. 4 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán 2. 4.1 Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt Pđ và hệ số nhu cầu Knc Công thức tính: Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương n Ptt = ∑ k nci Pđmi (kW) (2. 4.1) Qtt = Ptt tgϕ (kVar) (2. 4 .2) Ptt (kVA) cos ϕ (2. 4.3) i =1 S tt = Ptt2 + Qtt2 = Trong đó: Pđmi : là công suất định mức của thiết bị thứ i Ptt , Qtt , S tt là công suất tác... 0 ,21 0 ,27 0,36 0,4 0,6 0,8 8 4 1 0,04 0,04 0,04 0,05 0,06 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0, 12 0,15 0,18 0 ,22 0 ,27 0,34 0,44 0,5 0,7 0,8 7 2 6 0,05 0,05 0,05 0,05 0,07 0,07 0,08 0,10 0,11 0,13 0,15 0,18 0 ,22 0 ,26 0,33 0,41 0,51 0,6 0,7 0,9 4 9 0 0,06 0,06 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0, 12 0,13 0,15 0,18 0 ,21 0 ,26 0,31 0,38 0,47 0,58 0,7 0,8 0,9 0 3 2 0,08 0,08 0,08 0,09 0,11 0, 12 0,03 0,15 0,17 0 ,20 0 ,24 0 ,28 .. .Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương - Tìm các giá trị tương đối: n1 n* = ∑P đmi n1 n và P* = i =1 n ∑P đmi i =1 (2. 3 .23 ) - Tra bảng ( bảng 3.3 ) hoặc đường cong ( hình 2. 6 ), ta tìm được n hq* n hq* còn có thể được tính theo biểu thức: n hq* = 0.95 ( P*) (1 − P*) 2 + n* 1− n* 2 (2. 3 .24 ) - Xác định số thiết bị hiệu quả: nhq = n.nhq* (2. 3 .25 ) Bảng 3.3 Quan hệ nhq*... Ví dụ 2: Cho một nhóm thiết bị có các thông số như bảng sau, hãy xác định công suất tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu Pđm, kW 10 5 20 4 6 knc 0,4 0,6 0,9 0,3 0,5 cos ϕ 0,8 0,8 0,8 0,7 0,7 Giải: n Ptt = ∑ k nci Pđmi = i =1 ∑ (10.0,4 + 5.0,6 + 20 .0,9 + 4.0,3 + 6.0,5) = 29 ,2 (kW) Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương n ∑ P cos ϕ i cos ϕ = i i =1 = n ∑P ∑ (10.0,8 + 5.0,8 + 20 .0,8... 50 kW - Điện năng tiêu thụ trong 24 giờ A24giờ = 50x8 + 100x4 + 150x4 + 80x8 = 20 40 kWh - Công suất trung bình Ptb = A24giờ /24 = 1960 /24 = 85 kW - Công suất bình phương trung bình 1 50 2. 8 + 100 2. 4 + 150 2. 4 + 80 2. 8 2 ( ) P t dt = 91,56 kW = 24 T ∫0 T Pbptb = - Công suất tính toán Ptt = Pmax(30) = 150 kW - Thời gian tổn thất công suất cực đại trong năm Tmax = 365.A24/Pmax = 20 40/150 = 365x2040/150... 0,55 0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0 ,25 0 ,2 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0, 02 0,03 0,03 0,05 0,07 0,1 0,1 0,3 5 5 6 7 7 9 0 1 3 6 9 4 0 9 1 3 1 8 4 0,00 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0, 02 0, 02 0,03 0,03 0,04 0,05 0,07 0,5 2 3 5 7 9 3 6 1 7 7 9 6 0,14 0,3 1 0,10 0 ,2 9 0 2 2 0, 02 0, 02 0, 02 0, 02 0,03 0,03 0,03 0,04 0,04 0,05 0,06 0,07 0,09 0,11 0,14 0,19 0 ,26 0,3 0,5 0,7 6 1 1 0,03 0,03... tính như sau: (2. 4.10) Ptt = Ptb , Qtt = Qtb ♦ Trường hợp 4: 4 ≤ nhq ≤ 10 n Ptt = k max K sd ∑ Pđmi i =1 (2. 4.11) Qtt = 1.1Qtb = 1.1Ptb tgϕ ♦ Trường hợp 5: nhq > 10 n Ptt = k max K sd ∑ Pđmi i =1 (2. 4. 12) Qtt = Qtb = Ptb tgϕ 2. 4.5 Các ví dụ tính toán Ví dụ 1: Hãy xác định các đại lượng tính toán được suy từ đồ thị phụ tải điển hình hàng ngày sau: Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương Giải:... trong điều kiện thiết kế ) hoặc công suất tiêu thụ ( trong điều kiện vận hành ) và công suất định mức của thiết bị dùng điện Giáo trình cung cấp điện Th.s Nguyễn Công Chương Ptt P P P P = tt tb = tt tb = k max k sd Pđm Pđm Ptb Ptb Pđm k nc = (2. 3 .26 ) Đối với nhóm thiết bị khác nhau: K nc = ∑k nci Pđmi i Pđmi (2. 3 .27 ) 7 Hệ số đồng thời k đt Thực tế các hộ tiêu thụ không phải lúc nào cũng được đóng vào ... 100 120 140 160 180 20 0 22 0 24 0 26 0 28 0 300 1, 32 1 ,27 1 ,25 1 ,23 1 ,21 1,19 1,17 1,16 1,16 1,15 1,14 1,14 1,13 1,13 1, 12 Th.s Nguyễn Công Chương 1 ,25 1 ,22 1 ,20 1,18 1,17 1,16 1,15 1,13 1, 12 1, 12 1, 12. .. 3 .2 Hệ số k max tính theo k sd n hq n hq 10 12 16 18 20 25 30 35 40 45 50 k sd 0,1 3,43 3 ,23 3,04 2, 88 2, 72 2,56 2, 42 2,10 1,99 1,91 1,84 1,71 1, 62 1,56 1,50 1,45 1,40 0,15 3,11 2, 87 2, 4 2, 48 2, 34... 2, 48 2, 34 2, 20 2, 10 1,85 1,77 1,70 1,65 1,55 1,46 1,41 1,37 1,33 1,30 0 ,2 2,64 2, 42 2 ,24 2, 10 1,99 1,90 1,84 1,67 1,61 1,55 1,50 1,40 1,34 1,30 1 ,27 1 ,25 1 ,23 0,3 2, 14 2, 00 1,88 1,80 1, 72 1,65 1,60