Cung cấp điện Quyền Huy Ánh Chương 3

Định nghĩa Đồ thị phụ tải là quan hệ của công suất phụ tải theo thời gian và đặc trưng cho nhu cầu điện của từng thiết bị, nhóm thiết bị, phân xưởng hay xí nghiệp.. Công suất cực đại P

Trang 1

H S ph m K thu t Tp HCM feee.hcmute.edu.vn 28

CHƯƠNG III XÁC ĐỊNH NHU CẦU ĐIỆN

3.1 Khái niệm chung

Khi thiết kế cung cấp điện cho một hộ phụ tải, nhiệm vụ đầu tiên là xác định nhu cầu điện của hộä phụ tải đó Tùy theo quy mô của hộ phụ tải mà nhu cầu điện phải được xác định theo phụ tải thực tế hoặc phải dự kiến đến khả năng phát triển phụ tải trong tương lai 5 năm, 10 năm hoặc lâu hơn nữa Như vậy, xác định nhu cầu điện là giải bài toán dự báo phụ tải ngắn hạn hoặc dài hạn

Dự báo phụ tải ngắn hạn tức là xác định phụ tải của công trình ngay sau công trình đi vào hoạt động, đi vào vận hành Phụ tải đó là thường được gọi là phụ tải tính toán Phụ tải tính toán được sử dụng để chọn các thiết bị điện như: máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ , để tính các tổn thất công suất, tổn thất điện áp để chọn các thiết bị bù

Như vậy, phụ tải tính toán là một số liệu quan trọng để thiết kế cung cấp điện

Phụ tải tính toán phụ thuộc vào nhiều yếu tố như công suất và số lượng thiết bị, chế độ vận hành của chúng, quy trình công nghệ sản xuất, trình độ vận hành của công nhân… Vì vậy, xác định chính xác phụ tải tính toán là một nhiệm vụ khó khăn nhưng rất quan trọng Nếu phụ tải tính toán được xác định nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị điện, có khi dẫn đến cháy, nổ nguy hiểm Còn nếu phụ tải tính toán lớn hơn phụ tải thực tế nhiều thì các thiết bị điện chọn sẽ quá lớn so với yêu cầu, do đó gây lãng phí

3.2 Đồ thị phụ tải

1 Định nghĩa

Đồ thị phụ tải là quan hệ của công suất phụ tải theo thời gian và đặc trưng cho nhu cầu điện của từng thiết bị, nhóm thiết bị, phân xưởng hay xí nghiệp

2 Phân loại

Theo loại công suất, 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)

Theo dạng đồ thị, đồ thị phụ tải gồm có:

 Đồ thị phụ tải thực tế: đây là dạng đồ thị phản ánh quy luật thay đổi thực tế của công suất theo thời gian (Hình 3.1)

 Đồ thị phụ tải nấc thang: đây là dạng đồ thị quy đổi từ đồ thị phụ tải thực tế về dạng nấc thang Nguyên tắc quy đổi là trong các thời khoảng khảo sát, giá trị công suất thay đổi thực tế được quy về giá trị không đổi và bằng với giá trị công suất trung bình Đồ thị phụ tải nấc thang có ưu điểm là đơn giản và thuận tiện cho tính toán (Hình 3.2)

Trang 2

Theo thời gian khảo sát, đồ thị phụ tải gồm có:  Đồ thị phụ tải hàng ngày: đây là dạng đồ thị phụ tải được xây dựng với thời gian khảo sát là 24 giờ Nghiên cứu đồ thị phụ tải hàng ngày, có thể biết được tình trạng làm việc của các thiết bị Từ đó, có thể định ra quy trình vận hành hợp lý nhất nhằm đạt được đồ thị phụ tải tương đối bằng phẳng Khi đó sẽ đạt được mục đích giảm được công suất cực đại mà nguồn phải cung cấp, giảm công suất đặt của máy biến áp và đơn giản trong vận hành Ngoài ra, đồ thị phụ tải hàng ngày cũng là dữ liệu để chọn các thiết bị điện, tính điện năng tiêu thụ  Đồ thị phụ tải hàng tháng: đây là đồ thị phụ tải được xây dựng theo phụ tải trung bình hàng tháng Nghiên cứu đồ thị phụ tải hàng tháng có thể biết được nhịp độ làm việc của hộ phụ tải, từ đó định ra lịch vận hành, sửa chữa các thiết bị điện hợp lý đáp ứng được các yêu cầu sản xuất (Hình 3.3)  Đồ thị phụ tải hàng năm: đây là đồ thị phụ tải được xây dựng căn cứ vào đồ thị phụ tải điển hình của một ngày mùa đông và một ngày mùa hè Giả sử mùa hè gồm n1 ngày và mùa đông gồm n2 ngày Ở đồ thị Hình3.4a, mức P2 tồn tại trong khoảng thời gian t2 + t2’; còn ở đồ thị Hình3.4b, mức P2 tồn tại trong khoảng t2’’ Vậy trong một năm, mức phụ tải P2 tồn tại trong khoảng thời gian là: T2 = (t2 + t2’).n2 +t2’’.n1 Tương tự, trong một năm, mức phụ tải P1 tồn tại trong khoảng thời gian là: T1 = (t1 + t1’).n2 Ở đây: n1, n2 lần lượt là số ngày mùa hè và mùa đông trong một năm Đồ thị phụ tải hàng năm tiện lợi trong việc dự báo nhu cầu về điện năng trong năm, và về hiệu quả kinh tế trong cung cấp điện Hình 3.1 Đồ thị phụ tải hàng ngày dạng thực tế P (kW) P (kW)

Hình 3.2 Đồ thị phụ tải hàng ngày

dạng nấc thang

Trang 3

3 Các đặc trưng của đồ thị phụ tải

Các đặc trưng của đồ thị phụ tải được thể hiện qua các hệ số và các đại lượng như sau:

a Công suất cực đại P max là giá trị công suất cực đại trong khoảng thời gian khảo sát

b Công suất trung bình P tb là đặc trưng tĩnh cơ bản của phụ tải trong khoảng thời gian

khảo sát

T A

dt ) t ( P T

1 P

T

T 0 tb



 

(3.1)

Ở đây: AT là điện năng tiêu thụ trong khoảng thời gian khảo sát T

c Công suất cực tiểu P minlà giá trị công suất cực tiểu trong khoảng thời gian khảo sát

d Điện năng tiêu thụ A T thể hiện qua phần diện tích giới hạn bởi đường cong đồ thị phụ

tải và các hệ trục tọa độ

Hình 3.4 Đồ thị phụ tải hàng năm

a Đồ thị phụ tải điển hình của một ngày mùa đông

b Đồ thị phụ tải điển hình của một ngày mùa hè

c Đồ thị phụ tải hàng năm

t 2

t ’

T 1 T 2

P 1

P 2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Hình 3.3 Đồ thị phụ tải hàng tháng

t (tháng)

Trang 4





i i i

T Pt

Ở đây: Pi là công suất trong thời đoạn khảo sát thứ i, ti là giá trị của thời đoạn khảo sát thứ i,

T là thời gian khảo sát, Pmax là công suất cực đại trong khoảng thời gian khảo sát

e Hệ số điền kín phụ tải K đklà tỷ số giữa công suất trung bình và công suất cực đại

max

P

Đối với đồ thị phụ tải hàng ngày, Kđk được xác định theo biểu thức:

max

24

24P

A

Thường Kđk < 1 , Kđk =1 thì đồ thị phụ tải có dạng bằng phẳng

g Thời gian sử dụng công suất cực đại T max là

khoảng thời gian lý thuyết mà khi sử dụng công suất Pmax

không đổi thì trong khoảng thời gian này lượng điện năng

A bằng đúng lượng điện năng tiêu thụ thực tế Nếu thời

gian t1 càng kéo dài hơn thời gian t2 thì Tmax càng lớn,

trường hợp t1=T thì Tmax cũng bằng T Tmax phụ thuộc vào

tính chất của phụ tải, qui trình của các xí nghiệp công

nghiệp và có thể tham khảo từ các sổ tay thiết kế cung

cấp điện

max

T max

i i

A P

t P

T   

4 Tầm quan trọng của đồ thị phụ tải

Đồ thị phụ tải là số liệu ban đầu rất quan trọng trong thiết kế cung cấp điện Ngoài các số liệu và đại lượng tính được từ đồ thị phụ tải nêu ở phần trên Đồ thị phụ tải hàng ngày còn cung cấp một

số thông tin như:

 Số ca làm việc trong ngày

 Tính chất của phụ tải: phụ tải công nghiệp, phụ tải dân dụng, …

 Tính hợp lý trong việc tiêu thụ điện của phụ tải nhằm đề ra biện pháp giảm chi phí tiền điện cho sản xuất, …

3.3 Các đại lượng cơ bản

1 Công suất định mức Pđm

Công suất định mức là công suất của thiết bị dùng điện được ghi trên nhãn máy hay trong lý lịch máy, được biểu diễn bằng công suất tác dụng P (đối với động cơ, lò điện trở, bóng đèn, …) hoặc biểu diễn bằng công suất biểu kiến S (đối với máy biến áp hàn, lò điện cảm ứng, …) Công

suất định mức được tính với thời gian làm việc lâu dài

Đối với động cơ điện, công suất ghi trên nhãn máy chính là công suất cơ định mức trên trục

Do có tổn hao nên công suất điện định mức phải lớn hơn và được xác định bởi biểu thức:

P

P max

P min

T max

A

Hình 3.5 Đồ thị phụ tải hai cấp

t1 t2

t

T

Trang 5



 đm cơ điện

đm

P P

(3.5)

Ở đây:  là hiệu suất của động cơ thường  = (0,85  0,87)

Đối với thiết bị điện làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại như cầu trục, thang máy, máy biến áp hàn thì khi xác định công suất điện định mức phải qui về công suất định mức làm việc ở chế độ dài hạn:

% P

 Đối với máy biến áp hàn:

100

% S

Sđm  đm  (3.7)

Ở đây: % là hệ số đóng điện, thường có giá trị tiêu chuẩn là15, 25, 40 hay 60%

Công suất định mức của một nhóm thiết bị ba pha bằng tổng công suất của các thiết bị trong nhóm:

; p

P n

1

i đmi

đm 



1

i đmi

đm 



đm

2 đm

2 đm đm

U 3

Q P

Nếu trong mạng điện có các thiết bị một pha thì phải phân bố các thiết bị đó lên ba pha sao cho công suất không cân bằng là nhỏ nhất Sau đây là một số chỉ dẫn:

a Nếu tại một điểm cung cấp (tủ phân phối, đường dây chính) phần công suất không cân bằng nhỏ hơn 15% tổng công suất (1 pha và 3 pha) tại điểm đó thì các thiết bị một pha sử dụng điện áp pha được coi như thiết bị 3 pha có công suất tương đương

 



i tb3phai j tb1phaj pha

3

P

Ở đây: Ptb3phai là công suất định mức của thiết bị 3 pha thứ i, Ptb1phaj là công suất định mức của thiết bị 1 pha thứ j; Pđm3pha là công suất định mức qui về 3 pha của nhóm thiết bị

b Nếu phần công suất không cân bằng lớn hơn 15% tổng công suất các thiết bị tại thời điểm đang xét thì qui đổi về phụ tải định mức 3 pha của các thiết bị như sau:

Trường hợp các thiết bị một pha sử dụng điện áp pha của mạng:

(max) pha 1 đm

i tb3phai pha

3

P  

Ở đây: Pđm1pha(max) là tổng công suất định mức của các thiết bị một pha nối vào pha mang tải lớn nhất

2 Công suất trung bình P tb

Công suất trung bình là đặc trưng tĩnh của phụ tải trong một khoảng thời gian khảo sát được xác định bằng biểu thức sau:

T

A T

dt P

T

0

tb   

;

T

A T

dt Q

T

0

tb   

(3.9)

Ở đây: AP (kW/h), AQ (kVARh) lần lượt là điện năng tác dụng và phản kháng tiêu thụ trong khoảng thời gian khảo sát; T là thời gian khảo sát (giờ)

Trang 6

Phụ tải trung bình của nhóm thiết bị được xác định theo biểu thức:





 n 1

i tbi

tb P



 n 1

i tbi

tb Q

Phụ tải trung bình là cơ sở đánh giá mức độ sử dụng thiết bị và là số liệu quan trọng để xác định phụ tải tính toán Thường phụ tải trung bình được xác định ứng với thời gian khảo sát là một

ca làm việc, một tháng hoặc một năm

3 Công suất cực đại P max

Công suất cực đại của thiết bị (hay nhóm thiết bị) pmax (Pmax) là trị số lớn nhất trong các trị số trung bình có được trong một khoảng thời gian khảo sát Theo khoảng thời gian khảo sát, phân biệt hai loại công suất cực đại:

a Công suất cực đại dài hạn là công suất trung bình lớn nhất trong thời gian tương đối ngắn

(thường lấy bằng 5, 10 hoặc 30 phút) ứng với ca làm việc có phụ tải lớn nhất trong ngày Công suất cực đại được sử dụng để tính tổn thất công suất cực đại, tổn thất điện năng, chọn tiết diện dây dẫn và cáp theo mật độ dòng kinh tế

b Công suất cực đại ngắn hạn hay còn gọi là công suất đỉnh nhọn: đây là công suất cực đại

trong thời gian 1 -2 giây Công suất đỉnh nhọn được sử dụng để kiểm tra dao động điện áp trong lưới điện, kiểm tra điều kiện tự mở máy của động cơ công suất lớn, chọn dây chảy của cầu chì, tính dòng điện khởi động của rơle bảo vệ, …

4 Công suất tính toán P tt

Công suất tính toán Ptt là công suất giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với công suất thực tế biến đổi gây ra cùng một hiệu ứng nhiệt trên dây dẫn và thiết bị điện

Quan hệ giữa công suất tính toán với các công suất khác được nêu trong bất đẳng thức sau:

Do quá trình phát nóng của dây dẫn có quán tính nghĩa là dòng điện chạy qua dây dẫn phải qua một thời gian T nhất định thì nhiệt độ dây dẫn mới đạt đến nhiệt độ ổn định Với dây dẫn thông dụng, thường T khoảng 30 phút Do đó, thường lấy giá trị trung bình của công suất cực đại xuất hiện trong 30 phút để làm công suất tính toán

Tóm lại, phụ tải tính toán theo phát nóng được xác định như sau:

 Khi đồ thị phụ tải thay đổi: phụ tải tính toán là phụ tải trung bình lớn nhất trong khoảng thời gian: 0.5, 0.75, 1, 1.5 hay 2 giờ (tùy theo cỡ dây và cách bố trí)

 Khi đồ thị phụ tải ít thay đổi hoặc không đổi: phụ tải tính toán lấy bằng phụ tải trung bình

6 Thí dụ tính toán

Ví dụ 1: Hãy xác định các hệ số và đại lượng có thể suy từ đồ thị phụ tải hàng ngày điển hình trình bày ở Hình 3.6

Giải:

1 Các công suất và điện năng tiêu thụ

Pmax = 200 kW

Trang 7



















 

24

12 150 6 200 6

100 24

Ptt = Pmax30 = 200 kW

A24 = 1006200615012 = 3600 kWh

2 Các đại lượng khác

75 , 0 200 24

3600

24 max



P

A

K đk

6570 200

3600 365 P

A 365 T

max

24

3.5 Các hệ số tính toán

1 Hệ số sử dụng k sd

Hệ số sử dụng của thiết bị điện ksd, hay của một nhóm thiết bị Ksd là tỷ số giữa công suất tính toán và công suất định mức:

đm

tt sd

p

k  ;





i đmi

i sdi đmi

p

k

Hệ số sử dụng đặc trưng cho chế độ làm việc của phụ tải theo công suất và theo thời gian và là số liệu để xác định phụ tải tính toán

Từ định nghĩa trên có thể phân biệt hệ số sử dụng theo công suất tác dụng, công suất phản kháng và theo dòng điện

Pmax

Ptbbp

Ptb

pmin

P kW

200

150

100

50

Hình 3.6 Đồ thị phụ tải hàng ngày

Trang 8

Bảng 1.1 Hệ số sử dụng

Lò 1 Quạt 1

2 Hệ số đóng điện k đ

Hệ số đóng điện kđ của thiết bị là tỷ số giữa thời gian đóng điện trong chu trình với toàn bộ

thời gian của chu trình tct

Thời gian đóng điện tđ gồm thời gian làm việc mang tải tlv và thời gian chạy không tải tkt ,

như vậy:

kđ

ct

kt lv

t

t 

Hệ số đóng điện của một nhóm thiết bị được xác định theo biểu thức:





i đmi

i đi đmi

p

k

Hệ số đóng điện phụ thuộc vào qui trình công nghệ

3 Hệ số phụ tải k pt

Hệ số phụ tải công suất tác dụng của thiết bị còn gọi là hệ số mang tải là tỷ số của công suất

tác dụng mà thiết bị tiêu thụ trong thực tế (công suất trung bình Ptb trong thời gian đóng điện tđ)

và công suất định mức:

đm

đ tb

pt p

p

4 Hệ số đồng thời K đt

Hệ số đồng thời là tỷ số giữa công suất tính toán cực đại tổng của một nút trong hệ thống

cung cấp điện với tổng các công suất tính toán cực đại của các nhóm thiết bị có nối vào nút đó







 n

1

i tti.

n đt

P

Hệ số đồng thời thể hiện tính chất không cùng xảy ra ở một thời điểm công suất tính toán cực

đại của các nhóm thiết bị, Kđt  1

Hệ số đồng thời cho phân xưởng có nhiều nhóm thiết bị:





 n 1

i tt.nhómi.

px tt px

đt

P

Hệ số đồng thời của trạm biến áp nhà máy cung cấp điện cho nhiều phân xưởng:

Trang 9





 n

1

i tt.pxi.

nm tt nm

đt

P

Hệ số đồng thời được sử dụng để xác định công suất tính toán tổng tại mọi nút của hệ thống

cung cấp điện

Bảng 1.2 Hệ số đồng thời cho tủ phân phối

2 và 3

Tủ được kiểm nghiệm toàn bộ

0.9

Tủ được kiểm nghiệm từng phần trong mỗi trường hợp 1

Nếu mạch chủ yếu là chiếu sáng thì có thể coi Ks gần bằng 1

Bảng 1.3 Hệ số đồng thời theo chức năng của mạch

(1): Trong vài trường hợp, nhất là trong công nghiệp, hệ số này còn có thể lớn hơn

(2): Dòng được lưu ý bằng dòng định mức của động cơ và tăng thêm một trị bằng 1/3 dòng khởi động của nó

Bảng 1.4 Hệ số đồng thời trong tòa nhà dân cư

2-4 1 5-9 0,78 10-14 0,63 15-19 0,53 20-24 0,49 25-29 0,46 30-34 0,44 35-39 0,42 40-49 0,41

7 Hệ số phân tán K pt

Hệ số phân tán là tỷ số của tổng các công suất cực đại riêng lẻ của từng nhóm phụ tải với

công suất cực đại của toàn hệ thống

Thang máy (2) Đ/cơ có công suất lớn thứ nhất 1

Đ/cơ có công suất lớn thứ hai 0.75

Trang 10

đt max

i max

1 P

P

Ở đây: Pmaxi là tổng công suất cực đại riêng lẻ của từng nhóm phụ tải thứ i, Pmax là công suất cực đại đồng thời của toàn hệ thống (nút hệ thống, nơi các nhóm phụ tải i nối vào), Kđt là hệ số đồng thời

Hệ số phân tán cũng có thể được xác định theo biểu thức:

 



i i maxi

i max

pt C P

P

Ở đây: Pmaxi là công suất cực đại của phụ tải thứ i, Ci là hệ số góp phần của phụ tải thứ i

8 Hệ số góp phần C i

Hệ số góp phần Ci là tỷ số giữa công suất yêu cầu của nhóm thứ i vào thời điểm phụ tải đỉnh của hệ thống với công suất cực đại không đồng thời của nhóm:

i max

max ycit

i P

P

Ở đây: Pycitmax là công suất yêu cầu của nhóm thứ i vào thời điểm tmax, khi xuất hiện phụ tải đỉnh của hệ thống; Pmaxi là công suất cực đại của nhóm thứ i

3.7 Các phương pháp xác định công suất tính toán

1 Phương pháp công suất tính toán theo hệ số sử dụng và hệ số đồng thời

Theo phương pháp này, khi hệ số công suất của các phụ tải khác nhau thì công suất tính toán của nhóm n thiết bị được xác định theo các biểu thức sau:

đmi

P k K P

n

i sdi dt

1





đmi

Q k K Q

n

i sdi dt

1





2 tt

tt P Q

Ở đây: ksdi là hệ số sử dụng của thiết bị thứ i; Pđmi là công suất định mức của thiết bị thứ i; n là số thiết bị trong nhóm

Hệ số sử dụng của các thiết bị khác nhau có thể tra ở sổ tay thiết kế

Trường hợp coi hệ số công suất của các thiết bị không khác nhau nhiều thì thì công suất tính toán của nhóm n thiết bị được xác định theo các biểu thức sau:

đmi

S k K S

n

i sdi dt

1





Phương pháp này tính toán đơn giản, thuận tiện và cho kết quả khá chính xác

2 Phương pháp công suất tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất

Với các phân xưởng sản xuất có thiết bị phân bố đều trên diện tích sản xuất như phân xưởng may, phân xưởng dệt, … thì công suất tính toán có thể xác định theo biểu thức:

Định dạng
Số trang	13
Dung lượng	181,34 KB