EB16

525 Chương 13 XÁC ĐỊNH NHU CẦU ĐIỆN 13.1 MỞ ĐẦU Xác định phụ tải điện nhiệm vụ thiết kế cung cấp điện Nhu cầu điện xác định theo phụ tải thực tế mà phải kể đến khả phát triển tương lai Xác định nhu cầu điện có liên quan đến toán dự báo phụ tải ngắn hạn hay dài hạn Ví dụï xác định nhu cầu điện phân xưởng chủ yếu dựa vào máy móc thực tế đặt phân xưởng đó, xác định nhu cầu điện xí nghiệp phải xét khả mở rộng xí nghiệp tương lai gần khu vực phải tính đến khả phát triển vòng 5, 10 năm tới Dự báo phụ tải ngắn hạn xác định phụ tải công trình công trình đưa vào vận hành Phụ tải xác định gọi phụ tải tính toán Phụ tải tính toán dùng để chọn thiết bị điện như: máy biến áp, dây dẫn, khí cụ đóng cắt, bảo vệ, để tính tổn thất công suất, tổn thất điện áp, tính toán chọn thiết bị bù Phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố số lượng công suất máy, chế độ vận hành, qui trình công nghệ sản xuất … Vì xác định phụ tải tính toán khó khăn quan trọng Nếu phụ tải tính toán xác định nhỏ phụ tải thực tế vận hành gây tải thiết bị điện, làm giảm tuổi thọ thiết bị truyền dẫn đường dây, máy biến áp Ngược lại, phụ tải tính toán lớn thực tế thiết bị chọn lớn yêu cầu gây lãng phí Đã có nhiều công trình nghiên cứu nhiều phương pháp xác định phụ tải điện phụ tải phụ thuộc vào nhiều yếu tố nói nên chưa có phương pháp hoàn toàn xác tiện lợi Các phương pháp xác định phụ tải tính toán chia làm hai nhóm sau: Nhóm thứ nhất: bao gồm phương pháp dựa vào kinh nghiệm thiết kế vận hành đưa hệ số tính toán Các phương pháp thuận tiện, cho kết gần Các phương pháp chính: - Phương pháp tính theo hệ số yêu cầu; - Phương pháp tính theo suất tiêu hao điện đơn vị sản phẩm; - Phương pháp tính theo suất phụ tải đơn vị diện tích Nhóm thứ hai: bao gồm phương pháp dựa sở lý thuyết xác suất thống kê Các phương pháp có xét ảnh hưởng nhiều yếu tố, kết xác tính toán phức tạp Trong chương đề cập phương pháp thường dùng phương pháp tính theo công suất trung bình hệ số cực đại (phương pháp số thiết bị hiệu quả) 13.2 ĐỒ THỊ PHỤ TẢI ĐIỆN Đường cong biểu diễn thay đổi công suất tiêu thụ phụ tải theo thời gian gọi 526 CHƯƠNG 13 đồ thị phụ tải Phụ tải điện đặc trưng cho nhu cầu (hay yêu cầu) thiết bị, nhóm thiết bị phân xưởng hay toàn xí nghiệp Công suất tác dụng P, công suất phản kháng Q dòng điện I ba dạng phụ tải dùng tính toán thiết kế vận hành hệ thống cung cấp điện Sự thay đổi phụ tải theo thời gian quan sát dụng cụ đo dụng cụ tự ghi Các đặc trưng đồ thị phụ tải tham khảo mục 7.5 Chương Đồ thị phụ tải thiết bị ký hiệu chữ in nhỏ: p(t), q(t), i(t) Đồ thị phụ tải nhóm thiết bị ký hiệu chữ in hoa: P(t), Q(t), I(t) Nếu nhóm có n thiết bị viết: P(t) = n ∑ p i (t ) Q(t) = i =1 n ∑ q (t ) i (13.1) i =1 Khi thieát keá cung cấp điện thường sử dụng đồ thị phụ tải nhóm thiết bị thuộc tủ động lực Với đồ thị phụ tải toàn xí nghiệp, xác định nhu cầu tiêu thụ xí nghiệp từ xác định lựa chọn nguồn cung cấp điện, sơ đồ cung cấp thiết bị điện Theo thời gian chia đồ thị phụ tải ngày, đồ thị phụ tải tháng đồ thị phụ tải năm Nghiên cứu đồ thị phụ tải ngày để biết tình trạng làm việc thiết bị phân xưởng hay xí nghiệp, từ điều chỉnh phụ tải cho đồ thị phẳng nhằm giảm bớt công suất cực đại mà nguồn phải cung cấp 13.3 CÁC ĐỊNH NGHĨA VÀ KÝ HIỆU CÁC ĐẠI LƯNG CƠ BẢN 1- Công suất định mức (hay công suất đặt thiết bị điện): công suất thiết bị dùng điện ghi nhãn máy hay lý lịch máy, biểu diễn công suất tác dụng p (đối với động cơ, lò điện trở, bóng đèn ) biểu diễn công suất biểu kiến S (đối với máy biến áp hàn, lò điện cảm ứng ) Công suất định mức tính với thời gian làm việc lâu dài Đối với động điện, công suất ghi nhãn máy công suất định mức trục Trong động có tổn hao nên công suất điện phải lớn tính bởi: Pđm,điện = Pđm,cơ (13.2) η η hiệu suất động (η = 0,85 đến 0,87) Đối với thiết bị điện làm việc chế độ ngắn hạn lặp lại cầu trục, thang máy, máy biến áp hàn tính phụ tải điện phải qui đổi công suất định mức chế độ làm việc dài hạn: Đối với động cơ: P’đm = Pđm ε% 100 Đối với máy biến áp hàn: S’đm = Sđm (13.3) ε% 100 (13.4) ε% hệ số tiếp điện thường có giá trị tiêu chuẩn ε% = 15, 25, 40, 60% Công suất định mức nhóm thiết bị tổng công suất thiết bị nhóm: 527 XÁC ĐỊNH NHU CẦU ĐIỆN Pđm = n ∑ pñm,i ; Qñm = i =1 n ∑ q ñm,i ; Iñm = 2 Pñm + Qñm 3U đm i =1 (đối với thiết bị ba pha) (13.5) Nếu mạng điện có thiết bị pha phải phân bố thiết bị lên ba pha cho độ không cân Sau số dẫn: a) điểm cung cấp (tủ phân phối, đường dây chính) phần công suất không cân nhỏ 15% tổng công suất (một pha ba pha) điểm thiết bị pha coi thiết bị ba pha có công suất tương đương b) phần công suất không cân lớn 15% tổng công suất thiết bị điểm xét qui đổi phụ tải định mức ba pha thiết bị sau: - Trường hợp thiết bị pha nối vào điện áp pha mạng: Pđm,3 pha = 3Pđm,1 pha (max) Pđm,1 pha (max) công suất định mức thiết bị pha pha mang tải lớn - Trường hợp mạng vừa có thiết bị pha nối vào điện áp pha, vừa có thiết bị pha nối vào điện áp dây phải qui đổi thiết bị nối vào điện áp dây thành thiết bị tương đương nối vào điện áp pha Các hệ số qui đổi cho Bảng 13.1: Bảng 13.1: Hệ số qui đổi tải pha ba pha Hệ số công suất phụ tải Hệ số quy đổi 0,3 0,4 0,5 0,6 0,65 0,7 0,8 0,9 p(ab)a, p(bc)b, p(ac)c 1,4 1,17 1,0 0,89 0,84 0,80 0,72 0,64 0,5 p(ab)b, p(bc)c, p(ac)a –0,4 –0,17 0,11 0,16 0,20 0,28 0,36 0,5 q(ab)a, q(bc)b, q(ac)c 1,26 0,86 0,58 0,38 0,30 0,22 0,09 –0,05 –0,29 q(ab)b, q(bc)c, q(ac)a 2,45 1,44 1,16 0,96 0,88 0,80 0,67 0,53 0,29 Ví dụï 13.1: Một mạng có thiết bị pha nối vào điện áp dây Uab, Uac điện áp pha Uan Hãy qui đổi phụ tải pha a Giải Phụ tải tác dụng pha a: Ppha, a = Pab p(ab)a + Pac.p(ac)a + Pan Phụ tải phản kháng pha a: Qpha, a = Qab.q(ab)a + Qac.q(ac)a + Qan Pab, Pac, Qab, Qac tổng công suất tác dụng phản kháng thiết bị pha nối vào điện áp dây Uab Uac ; Pan, Qan tổng công suất tác dụng phản kháng thiết bị pha mắc vào điện áp pha Uan a) Khi có thiết bị pha mắc vào điện áp pha: Pqui đổi,3 pha = 3Pđm,1 pha b) Khi có thiết bị pha mắc vào điện áp dây: Pqui đổi,3 pha = Pđm,1 pha 2- Phụ tải trung bình đặc trưng tónh phụ tải khoảng thời gian 528 CHƯƠNG 13 Tổng phụ tải trung bình thiết bị dùng làm để đánh giá giới hạn phụ tải tính toán Trong thực tế phụ tải trung bình tính toán theo công thức sau: - Đối với thiết bị: ptb = aP t qtb = aQ stb = t p2tb + q 2tb itb = p2tb + q 2tb 3U đm (13.6) aP, aQ – điện tác dụng phản kháng xác định theo số công tơ đo điện tác dụng phản kháng - Đối với nhóm thiết bị: Ptb = hay: Ptb = AP t Qtb = n ∑ p tb,i AQ Stb = t Ptb + Q2tb Itb = n ∑q Qtb = 1=1 tb, i Ptb + Q 2tb 3m (13.7) (13.8) 1=1 Biết phụ tải trung bình đánh giá mức độ sử dụng thiết bị Phụ tải trung bình số liệu quan trọng để xác định phụ tải tính toán, tổn thất điện Thông thường, phụ tải trung bình xác định ứng với thời gian khảo sát ca làm việc, ngày, tháng hay năm 3- Phụ tải cực đại Trị số phụ tải cực đại pmax, Pmax, qmax, Qmax, smax, Smax, imax, Imax trị số lớn trị số trung bình có khoảng thời gian khảo sát Theo khoảng thời gian khảo sát, phân biệt hai loại phụ tải cực đại: a) Phụ tải cực đại dài hạn pmax, Pmax, phụ tải trung bình lớn khoảng thời gian tương đối ngắn (thường lấy 5, 10 30 phút ứng với ca làm việc có phụ tải lớn ngày Đôi dùng phụ tải cực làm phụ tải tính toán Phụ tải cực đại dùng để tính tổn thất công suất lớn nhất, tổn thất điện năng, chọn tiết diện dây dẫn cáp theo mật độ dòng kinh tế b) Phụ tải cực đại ngắn hạn hay gọi phụ tải đỉnh nhọn phụ tải cực đại thời gian 1–2 giây Dùng phụ tải đỉnh nhọn để kiểm tra dao động điện áp lưới điện, kiểm tra điều kiện tự mở máy động công suất lớn, chọn dây chảy cầu chì, tính dòng điện khởi động rơle bảo vệ 4- Phụ tải trung bình bình phương Được định nghóa xác định theo biểu thức sau: Ptbbp = T Qtbbp = T Itbbp = T ∫ T ∫ T ∫ T P2 (t)dt Q2 (t)dt (13.9) (13.10) I2 (t)dt T khoảng thời gian khảo sát Phụ tải trung bình bình phương dùng để tính tổn thất công suất trung bình, hệ số tổn thất tổn thất điện 529 XÁC ĐỊNH NHU CẦU ÑIEÄN ∆Ptb = Ptbbp + Q2tbbp U2 (13.11) R ∆A = ∆Ptb.T (xem mục 7.5 Chương 7) (13.12) 5- Phụ tải tính toán Phụ tải tính toán số liệu thiết kế hệ thống cung cấp điện định nghóa sau: Phụ tải tính toán, Ptt – phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế (biến đổi) mặt hiệu ứng nhiệt lớn Nói cách khác, phụ tải tính toán làm nóng dây dẫn lên tới nhiệt độ nhiệt độ lớn phụ tải thực tế gây Quan hệ phụ tải tính toán với phụ tải khác nêu bất đẳng thức sau: Pmax ≥ Ptt ≥ Ptbbp ≥ Ptb (13.13) Quá trình phát nóng dây dẫn có quán tính nghóa dòng điện chạy qua dây dẫn phải qua thời gian T dây dẫn nóng lên đến nhiệt độ ổn định Thời gian T khoảng ba lần số thời gian phát nóng T0 dây dẫn Với loại dây dẫn thông dụng T0 khoảng 10 phút, T khoảng 30 phút Do đó, thường lấy trị số trung bình phụ tải lớn xuất 30 phút để làm phụ tải tính toán Hằng số thời gian phát nóng T0 thay đổi theo cỡ dây cách bố trí dây (trên không, ống, chôn đất), tiết diện dây lớn trị số T0 lớn Tóm lại phụ tải tính toán theo phát nóng xác định sau: - Khi đồ thị phụ tải thay đổi: phụ tải tính toán phụ tải trung bình lớn khoảng thời gian: 0,5, 0,75, 1, 1,5, (tùy theo cỡ dây cách bố trí) - Khi đồ thị phụ tải thay đổi không đổi: phụ tải tính toán lấy phụ tải trung bình 13.4 CÁC HỆ SỐ ĐẶC TRƯNG CHO CÁC THIẾT BỊ TIÊU THỤ ĐIỆN VÀ ĐỒ THỊ PHỤ TẢI Khi tính toán xác định phụ tải thường dùng hệ số đặc trưng cho chế độ làm việc thiết bị tiêu thụ điện theo công suất theo thời gian Qui ước ký hiệu: dùng chữ k để hệ số liên quan đến thiết bị, chữ K để hệ số liên quan đến nhóm thiết bị 1- Hệ số sử dụng Hệ số sử dụng thiết bị điện ksd, hay nhóm thiết bị tỷ số công suất trung bình công suất định mức: ksd = p tb ; pđm Ksd = Ptb = Pñm ∑k p ∑p sd ñm (13.14) đm Nếu có đồ thị phụ tải hệ số sử dụng tính sau: Ksd = P1 t1 + P2 t + + Pn t n Pñm (t1 + t + + t n ) (13.15) Hệ số sử dụng đặc trưng cho chế độ làm việc phụ tải theo công suất theo thời gian số liệu để xác định phụ tải tính toán 530 CHƯƠNG 13 Từ định nghóa phân biệt hệ số sử dụng theo công suất tác dụng, công suất phản kháng theo dòng điện 2- Hệ số đóng điện Hệ số đóng điện kđ thiết bị tỷ số thời gian đóng điện chu trình với toàn thời gian chu trình tct Thời gian đóng điện tđ gồm thời gian làm việc mang tải tlv thời gian chạy không tải tkt, vậy: kđ = t lv + t kt t ct (13.14) Hệ số đóng điện nhóm thiết bị cho trị số trung bình có trọng lượng hệ số đóng điện thiết bị nhóm: Kđ = ∑k p ∑p d đm (13.15) đm Hệ số đóng điện phụ thuộc vào trình công nghệ 3- Hệ số phụ tải Hệ số phụ tải công suất tác dụng thiết bị gọi hệ số mang tải tỷ số công suất tác dụng thực tế mà thiết bị tiêu thụ (nghóa phụ tải trung bình ptb,đ thời gian đóng điện tđ chu trình) công suất định mức kpt = p tb,đ (13.16) pđm Mặt khác: kpt = p tb,đ pđm = p tb,ñ tñ pñm tñ = p t k a = tb ct = sñ pñm tñ pñm tñ kñ (13.17) điện a = ptb,đ.tđ = ptb.tct Hệ số phụ tải công suất tác dụng nhóm thiết bị tỷ số hệ số sử dụng nhóm Ksd với hệ số đóng điện nhóm Kđ Kpt = K sđ Kđ (13.18) 4- Hệ số cực đại Hệ số cực đại tỷ số công suất tác dụng tính toán với công suất trung bình nhóm thiết bị khoảng thời gian khảo sát Kmax = Ptt Ptb (13.19) Thời gian khảo sát thời gian ca mang tải lớn Hệ số cực đại phụ thuộc vào số thiết bị làm việc hiệu nhq, vào hệ số sử dụng Ksd Trong thực tế tra Kmax theo đường cong Kmax = f(Ksd, nhq) (H.13.1) tra bảng 13.2 Theo bảng số nhq > 200 với Ksd Ksd > 0,8 với nhq cách gần lấy Kmax = 531 XÁC ĐỊNH NHU CẦU ĐIỆN Bảng 13.2: Hệ số cực đại Kmax theo Ksd nhq nhq Giá trò Kmax Ksd 0,1 0,15 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 3,43 3,11 2,64 2,14 1,87 1,65 1,46 1,29 1,14 1,05 3,23 2,87 2,42 2,00 1,76 1,57 1,41 1,26 1,12 1,04 3,04 2,64 2,24 1,88 1,66 1,51 1,37 1,23 1,10 1,04 2,88 2,48 2,10 1,80 1,58 1,45 1,33 1,21 1,09 1,04 2,72 2,31 1,99 1,72 1,52 1,40 1,30 1,20 1,08 1,04 2,56 2,20 1,90 1,65 1,47 1,37 1,28 1,18 1,08 1,03 10 2,42 2,10 1,84 1,60 1,36 1,34 1,26 1,16 1,07 1,03 12 2,24 1,96 1,75 1,52 1,32 1,28 1,23 1,15 1,07 1,03 14 2,10 1,85 1,67 1,45 1,28 1,25 1,20 1,13 0,17 1,03 16 1,99 1,77 1,61 1,41 1,26 1,23 1,18 1,12 1,07 1,03 18 1,91 1,70 1,55 1,37 1,24 1,21 1,16 1,11 1,06 1,03 20 1,84 1,65 1,50 1,34 1,21 1,20 1,15 1,11 1,06 1,03 25 1,71 1,55 1,40 1,28 1,19 1,17 1,14 1,10 1,06 1,03 30 1,62 1,46 1,34 1,24 1,17 1,16 1,13 1,10 1,05 1,03 35 1,56 1,41 1,30 1,21 1,15 1,15 1,12 1,09 1,05 1,02 40 1,50 1,37 1,27 1,19 1,14 1,13 1,12 1,09 1,05 0,02 45 1,45 1,33 1,25 1,17 1,13 1,12 1,11 1,08 1,04 1,02 50 1,40 1,30 1,23 1,16 1,12 1,11 1,10 1,08 1,04 1,02 60 1,32 1,25 1,19 1,14 1,10 1,11 1,09 1,07 1,03 1,02 70 1,27 1,22 1,17 1,12 1,10 1,10 1,09 1,06 1,03 1,02 80 1,25 1,20 1,15 1,11 1,09 1,10 1,08 1,06 1,03 1,02 90 1,23 1,18 1,13 1,10 1,08 1,09 1,08 1,05 1,02 1,02 100 1,21 1,17 1,12 1,10 1,07 1,08 1,07 1,05 1,02 1,02 120 1,19 1,16 1,12 1,09 1,06 1,07 1,07 1,05 1,02 1,02 140 1,17 1,15 1,11 1,08 1,05 1,06 1,06 1,05 1,02 1,02 160 1,16 1,13 1,10 1,08 1,05 1,05 1,05 1,04 1,02 1,02 180 1,16 1,12 1,10 1,08 1,05 1,05 1,05 1,04 1,01 1,01 200 1,15 1,12 1,09 1,07 1,05 1,05 1,05 1,04 1,01 1,01 220 1,14 1,12 1,08 1,07 1,05 1,05 1,05 1,04 1,01 1,01 240 1,14 1,11 1,08 1,07 1,05 1,05 1,05 1,03 1,01 1,01 260 1,13 1,11 1,08 1,06 1,05 1,05 1,05 1,03 1,01 1,01 280 1,13 1,10 1,08 1,06 1,05 1,05 1,05 1,03 1,01 1,01 300 1,12 1,10 1,07 1,06 1,04 1,03 1,03 1,03 1,0 1,01 532 CHƯƠNG 13 Hình 13.1: Đường cong Kmax = f(nhq, Ksd) 5- Hệ số nhu cầu Hệ số nhu cầu công suất tác dụng tỷ số công suất tác dụng tính toán (khi thiết kế) công suất tác dụng tiêu thụ (khi vận hành) với công suất tác dụng định mức nhóm thiết bị Knc = Ptt Pdm hay Knc = Pt ,thụ Pdm (13.20) Hệ số nhu cầu nhóm thiết bị khác thuộc ngành công nghiệp khác xác định theo kinh nghiệm vận hành thiết kế tham khảo sổ tay thiết kế Dựa vào định nghóa hệ số sử dụng, hệ số cực đại, hệ số nhu cầu có quan hệ sau: Knc = Ptt P P P P = tt tb = tt tb = K max K sd Pñm Pñm Ptb Ptb Pñm (13.21) Theo sổ tay tra cứu, Knc số, điều số thiết bị nhóm lớn Ksd lớn Trong trường hợp tổng quát, lấy Knc số tính toán gặp sai số lớn 6- Hệ số điền kín phụ tải Hệ số điền kín phụ tải (còn gọi tắt hệ số phụ tải mục 7.5 Chương tỷ số công suất trung bình với công suất cực đại khoảng thời gian khảo sát Kđk = Ptb Pmax (13.22) Thời gian khảo sát thời gian ca mang tải lớn Tương tự, xác định hệ số điền kín phụ tải theo công suất phản kháng theo dòng điện 7- Hệ số đồng thời trị số cực đại phụ tải 533 XÁC ĐỊNH NHU CẦU ĐIỆN Hệ số gọi tắt hệ số đồng thời Hệ số đồng thời tỷ số phụ tải tính toán cực đại tổng nút hệ thống cung cấp điện với tổng phụ tải tính toán cực đại nhóm thiết bị có nối vào nút Kđt = PttΣ (13.23) n ∑P tt , i i =1 Hệ số đồng thời nói lên tính chất phụ tải tính toán cực đại nhóm thiết bị không xảy thời điểm, Kđt ≤ Hệ số đồng thời cho phân xưởng có nhiều nhóm thiết bị: Kđt,px = Ptt,px (13.24) n ∑P tt , n h ó m, i i =1 Hệ số đồng thời nhà máy điện hay trạm biến áp xí nghiệp cung cấp điện cho nhiều phân xưởng: Kđt,nm = Ptt ,nm (13.25) n ∑P tt ,px , i i =1 Nếu ước lượng hệ số đồng thời dùng hệ số để tính phụ tải tính toán tổng nút phụ tải (PttΣ = Kđt.ΣPtt) phụ tải tính toán không nhỏ phụ tải trung bình nút 8- Hệ số phân tán trị số cực đai phụ tải Hệ số phân tán nghịch đảo hệ số đồng thời: Kp,tán = , Kp,tán ≥ K dt (13.26) 9- Yêu cầu phân tán (hay yêu cầu đồng thời, coincident demand) Đó yêu cầu cực đại PttΣ hay Pmax Σ , Dg nhóm phụ tải xét toàn gồm phụ tải không liên quan với khoảng thời gian qui định Do yêu cầu cầu cực đại có phân tán có ý nghóa quan trọng Nó cực đại phụ tải tổng hợp tổng phụ tải góp phần vào yêu cầu cực đại khoảng thời gian định Yêu cầu không đồng thời ΣPtt hay ΣPmax , ΣDi (noncoincident demand) định nghóa tổng yêu cầu nhóm phụ tải ràng buộc khoảng thời gian theo yêu cầu áp dụng 10- Hệ số yêu cầu tỷ số yêu cầu cực đại hệ thống với tổng phụ tải có nối vào hệ thống (demand factor, DF) Kyc = DF = Yêu cầu cực đại Tổng yêu cầu có nối với hệ thống = Pmax Pđm Dó nhiên, hệ số yêu cầu tính cho phần hệ thống nghóa cho phụ tải công nghiệp hay thương mại thay cho toàn hệ thống Trong trường hợp hệ số yêu cầu thường nhỏ 1, dấu hiệu vận hành đồng thời phụ tải tổng có nối với hệ thống Hệ số yêu cầu có ý nghóa tương tự hệ số nhu cầu Tổng yêu cầu có nối với hệ thống: tổng công suất định mức liên tục thiết bị tiêu thụ nối với hệ thống 534 CHƯƠNG 13 Hệ số phân tán (diversity factor): tỷ số tổng yêu cầu cực đại riêng rẽ nhiều phần toàn hệ thống chia cho yêu cầu cực đại toàn hệ thống Do đó, hệ số phân tán FD là: Tổng yêu cầu cực đại riêng phần Kp,tán = FD = FD = Hay Cực đại đồng thời D1 + D2 + D3 + + Dn ΣDi = Dg Dg Kp,taùn = ∑P max Pmax Σ đó: Di: yêu cầu cực đại phụ tải i (Pmax,i) Dg = D1 + + + + n = cực đại đồng thời nhóm n phụ tải (PmaxΣ) Hệ số phân tán hay lớn Theo định nghóa hệ số yêu cầu: DF = Yêu cầu cực đại = Tổng yêu cầu nối với hệ thống Pmax Pdm Suy ra: Yêu cầu cực đại = Tổng yêu cầu nối với hệ thống x DF = TCD x DF TCD: Tổng yêu cầu có nối với hệ thống (total connected demand), DF: hệ số yêu cầu (demand factor) n ∑ từ K p, t aùn = FD = n ∑k (TCDi xDFi ) i =1 = Dg y2i ⋅ Pñmi i =1 Pmax Σ = ∑P max Pmax Σ TCDi: tổng yêu cầu có nối với hệ thống nhóm hay loại phụ tải i; DFi : hệ số yêu cầu nhóm hay loại phụ tải i Hệ số đồng thời: tỷ số yêu cầu cực đại tổng đồng thời nhóm phụ tải chia cho tổng yêu cầu cực đại phụ tải riêng rẽ nhóm phụ tải lấy điện từ điểm cung cấp Hệ số đồng thời Kđt hay Fc (coincidence factor) cho bởi: Kđt = Fc = Kđt = Fc = Yêu cầu cực đại đồng thời Tổng yêu cầu cực đại phụ tải = Pmax Σ ∑P max Dg ∑D i Do đó, hệ số đồng thời nghịch đảo hệ số phân tán: Fc = 1 hay Kđt = FD K p.t án Lượng phân tán phụ tải (load diversity, LD): hiệu số tổng phụ tải đỉnh hai hay nhiều phụ tải riêng rẽ với phụ tải đỉnh phụ tải tổng hợp Do đó, lượng phân tán phụ tải cho 541 XÁC ĐỊNH NHU CẦU ĐIỆN Trường hợp 1: Phụ tải cực tiểu P1 = Từ (1) (2) có được: Kpt = Ktt = t T Trường hợp 2: Phụ tải cực đại xảy thời gian ngắn t → Lúc đó: T−t → 1,0 T Do Ktt → (Kpt)2 Trường hợp 3: Phụ tải không đổi: t → T nghóa chênh lệch phụ tải cực tiểu cực đại không đáng kể, ví dụ phụ tải nhà máy hóa dầu Khi đó: Ktt → Kpt → Tổng quát, hệ số tổn thất khoảng: K 2pt < Ktt < Kpt Hình 13.8 cho ba đường cong hệ số tổn thất theo hệ số phụ tải Hệ số tổn thất Ktt xác định trực tiếp từ hệ số phụ tải, lý Ktt xác định từ việc xem tổn thất hàm thời gian tổn thất tỷ lệ với bình phương phụ tải Buller Woodrow đưa quan hệ gần đúng: Ktt = 0,3Kpt + 0,7 K 2pt Ví dụï 13.7: Giả thiết trạm biến áp phân phối cung cấp cho thị trấn phụ tải đỉnh hàng năm 3500 kW Tổng điện cung cấp cho phát tuyến sơ cấp 10.000.000 kWh Phụ tải đỉnh xảy vào tháng 7,8 Đồ thị phụ tải hàng tháng H.13.9 Hình 13.9 a) Tính yêu cầu công suất trung bình năm; b) Tính hệ số phụ tải hàng năm Giải a) Công suất trung bình hàng năm: 542 CHƯƠNG 13 Ptb,năm= Tổng điện năm Số naêm = 107 kWh / naêm = 1141 kW 8760 / năm b) Hệ số phụ tải hàng năm: K pt = hay: Kpt = Phụ tải trung bình Phụ tải đỉnh = 1141 = 0, 326 3500 A 107 kWh / nam = = 0, 326 Pmax 8760 3500 kW.8760 Ví dụï 13.8: Giả thiết phụ tải hàng năm phát tuyến sơ cấp 2000 kW Tổn thất công suất lúc phụ tải đỉnh ∆P = 100 kW Tổng điện cung cấp đầu phát phát tuyến 5,61x106 kWh a) Xác định hệ số tổn thất hàng năm; b) Tính tổn thất điện hàng năm chi phí tổn thất với tiền điện 0,03$/kWh Giải a) Hệ số tổn thất cho bởi: Ktt = 0,3 Kpt + 0,7 K 2pt đó: Kpt = A = 0, 32 Pmax 8760 Ktt = 0,3 0,32 + 0,7 0,322 = 0,1681 Suy ra: b) Theo định nghóa hệ số tổn thất: Ktt = Suy ra: Tổn thất công suất trung bình Tổn thất công suất lúc phụ tải = ∆Ptb ∆Pmax ∆Ptb = Ktt ∆Pmax = 0,1681 100 = 16,81 kW Tổn thất điện năm: ∆A = 16,81 x 8760 = 147.000 kWh Chi phí tổn thất điện naêng: Y∆A = C ∆A = 0,03x147.000 = 4410 $/naêm Ví dụï 13.9: Giả thiết máy biến áp cung cấp cho ba phát tuyến Yêu cầu cực đại 30 phút phát tuyến với hệ số công suất vào lúc phụ tải đỉnh cho bảng Phát tuyến Yêu cầu cực đại (kW) Hệ số công suaát 1800 0,95 2000 0,85 2200 0,90 Giả thiết hệ số phân tán phụ tải phát tuyến 1,15 công suất tác dụng phản kháng a) Tính phụ tải yêu cầu cực đại 30 phút hàng năm máy biến áp theo công suất tác dụng biểu kiến b) Xác định lượng phân tán phụ tải tác dụng 543 XÁC ĐỊNH NHU CẦU ĐIỆN Giải a) Hệ số phân tán phụ tải cho bởi: K p t án = 1800 + 2000 + 2200 = 1, 15 Pmax Σ Do yêu cầu cực đại công suất tác dụng (có phân tán): PmaxΣ = 6000 = 5217 kW 1, 15 Để tìm công suất biểu kiến kVA, trước hết tìm góc hệ số công suất: cosϕ1 = 0,95 ⇒ ϕ1 = 18,20 cosϕ2 = 0,85 ⇒ ϕ2 = 31,790 cosϕ3 = 0,9 ⇒ ϕ3 = 25,840 Yêu cầu cực đại công suất phản kháng (có phân tán):  ∑P  QmaxΣ =   = max, i tgϕi i =1   / K p t aùn   1800.tg18, 20 + 2000.tg31, 790 + 2200.tg25, 840 = 2518, kVAr 1, 15 Suy ra: SmaxΣ = 2 2 Pmax Σ + Q max Σ = 5217 + 2518, = 5793, kVA b) Lượng phân tán phụ tải tác dụng: LD = ΣPmax – PmaxΣ = 6000 – 5217 = 783 kW 13.5 SỐ THIẾT BỊ HIỆU QUẢ VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH Số thiết bị hiệu nhq số thiết bị giả thiết có công suất chế độ làm việc tạo nên phụ tải tính toán với phụ tải tính toán nhóm thiết bị thực tế (gồm n thiết bị có chế độ làm việc công suất khác nhau) Số thiết bị hiệu tính toán theo công thức:  n  pdm,i      nhq =  i =n1 ∑ ∑ (13.27) pdm ,i i =1 Cách xác định nhq: Khi số thiết bị nhóm n ≥ số thiết bị qui đổi nhq lấy số thực tế n thỏa mãn điều kiện m= pdm,max pdm,min ≤3 (13.28) Khi xác định nhq bỏ qua thiết bị nhỏ mà tổng công suất chúng không vượt 5% tổng công suất định mức toàn nhóm Khi m > Ksd ≥ 0,2 số nhq xác định theo công thức: 544 CHƯƠNG 13 n ∑p nhq = dm , i (13.29) i =1 pdm,max Nếu tính nhq lớn n lấy nhq = n Khi m > Ksd < 0,2 phải xác định nhq đường cong hay bảng số Hình 13.10: Đồ thị nhq* = f(n*, P*) Trình tự xác định nhq theo đường cong H.13.10 hay dùng bảng 13.3 theo thứ tự sau: - Tính: n* = n1 n P* = P1 P (13.30) đó: n - số thiết bị nhóm; n1 - số thiết bị có công suất định mức lớn hay nửa công suất thiết bị có công suất lớn ; P P1 - tổng công suất ứng với n n1 thiết bị - Tra bảng đường cong: ứng với n* P* tìm n * hq Các đường cong hay bảng tra xây dựng theo công thức: nhq* = 0, 95 *2 P (1 − P* )2 + n* − n* - Suy số thiết bị hiệu quả: nhq = n *hq n (13.32) (13.31) 545 Baûng 13.3 Baûng tra nhq theo n vaø P * n* = n1/n 1,0 0,95 0,9 0,85 0,8 0,75 0,7 0,65 0,6 * P* = Pdm1/Pdm 0,55 0,5 * 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,005 0,005 0,005 0,006 0,007 0,007 0,009 0,010 0,011 0,013 0,016 0,019 0,024 0,030 0,039 0,051 0,073 0,01 0,009 0,011 0,012 0,013 0,015 0,017 0,019 0,023 0,026 0,031 0,037 0,047 0,059 0,076 0,10 0,14 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 0,11 0,19 0,26 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 0,16 0,27 0,36 0,04 0,04 0,04 0,05 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 0,12 0,15 0,18 0,22 0,22 0,34 0,44 0,05 0,05 0,05 0,05 0,06 0,07 0,08 0,10 0,11 0,13 0,15 0,18 0,22 0,26 0,26 0,41 0,51 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 0,31 0,47 0,58 0,08 0,08 0,08 0,09 0,11 0,12 0,13 0,15 0,17 0,20 0,24 0,28 0,33 0,40 0,40 0,57 0,68 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 0,47 0,66 0,76 0,15 0,14 0,16 0,17 0,20 0,23 0,25 0,28 0,32 0,37 0,42 0,44 0,56 0,67 0,67 0,80 0,88 0,20 0,19 0,21 0,23 0,26 0,29 0,33 0,37 0,42 0,47 0,54 0,68 0,69 0,76 0,76 0,89 0,93 0,25 0,24 0,26 0,29 0,31 0,36 0,41 0,45 0,51 0,57 0,64 0,71 0,78 0,85 0,85 0,93 0,95 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 0,90 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 0,94 0,40 0,38 0,42 0,47 0,52 0,57 0,63 0,69 0,74 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 0,87 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 0,71 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 0,95 100 0,95 0,2 0,15 0,1 0,11 0,20 0,36 0,48 0,57 0,61 0,70 0,79 0,85 0,93 0,95 0,18 0,32 0,51 0,64 0,72 0,79 0,83 0,89 0,92 0,95 0,34 0,52 0,71 0,81 0,86 0,90 0,92 0,94 0,95 546 CHƯƠNG 13 Ví dụï 13.10 Xác định nhq nhóm thiết bị làm việc theo chế độ dài hạn, có công suất định mức sau: 10 máy 0,6 kW, maùy 5,5 kW, maùy kW, maùy 10 kW, máy 15 kW Hệ số sử dụng nhóm thiết bị Ksd = 0,5 Giải Theo công thức xác nhq: nhq = (10.0, + 5.5, + 6.7 + 5.10 + 2.15)2 10.(0, 6)2 + 5.(5, 5)2 + 6.(7)2 + 5.(10)2 + 2.(15)2 = (155, 5)2 = 17, 28 1398, 85 Tính theo gần theo trường hợp 1: Có thể bỏ qua 10 máy có công suất tổng 10 x 0,6 = kW kW nhỏ 5% công suất tổng nhóm (155,5 kW) Khi máy có công suất nhỏ pđm,min = 5,5 kW, máy có công suất lớn pđm,max = 15 kW m= 15 = 2, 73 < 5, m thỏa điều kiện nên: nhq = 28 – 10 = 18 máy Ví dụï 13.11 Xác định nhq nhóm thiết bị có chế độ làm việc dài hạn, có công suất định mức sau: máy 20 kW, máy 14 kW, maùy 10 kW, maùy kW, maùy 4,5 kW, maùy 2,8 kW, 10 maùy kW Hệ số sử dụng nhóm thiết bị Ksd = 0,4 Giải Tổng số thiết bị nhóm: n = + + + + + + 10 = 40 Tính: m= pdm,max pdm,min = 20 = 20 Vì m > Ksd = 0,4 > 0,2 nên áp dụng trường hợp n ∑p nhq = dm , i i =1 pdm,max = × 307 = 30, 20 Ví dụï 13.12 Xác định nhq nhóm thiết thiết bị làm việc chế độ làm việc dài hạn, có công suất định mức sau: máy 15 kW, maùy kW, maùy 4,5 kW, maùy 2,8 kW, 20 máy kW Hệ số sử dụng nhóm thiết bị Ksd = 0,1 Giải Xác định m = 15 =7,5 547 XÁC ĐỊNH NHU CẦU ĐIỆN Khi m = 7,5 Ksd = 0,1 lấy n (theo trường hợp 1), mặt khác Ksd < 0,2 nên tính theo trường hợp Vậy phải xác định theo trường hợp Số thiết bị có công suất định mức lớn hay công suất thiết bị có công suất lớn (15 kW): n1 = + = Tổng công suất định mức n1 thiết bị: P1 = ⋅ 15 + ⋅ = 100 kW Tổng công suất định mức toàn nhóm n thiết bị: P = × 15 + × + × 4, + × 2, + 20 × = 166, kW Tính: n* = n1 = = 0, 25 n 36 P* = P1 100 = = 0, P 166, Tra Bảng 13.3 với n* = 0,25 P* = 0,6 có n *hq = 0,57 Suy ra: nhq = n *hq n = 0,57 × 36 = 20,5 13.6 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN Có nhiều phương pháp để xác định phụ tải tính toán Những phương pháp đơn giản cho kết không thật xác, ngược lại muốn xác tính toán phức tạp Tùy theo yêu cầu cụ thể số liệu thu thập mà chọn phương pháp thích hợp Sau trình bày số phương pháp thường dùng 13.6.1 Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt hệ số nhu cầu Phụ tải tính toán nhóm thiết bị có chế độ làm việc giống xác định theo công thức: Ptt = Knc.Pñm (13.33) Qtt = Ptt tgϕ (13.34) Stt = Ptt2 + Q2tt = Ptt cos ϕ (13.35) Knc hệ số nhu cầu nhóm thiết bị, giá trị tham khảo sổ tay tra cứu Khi hệ số công suất thiết bị nhóm không giống tính hệ số công suất nhóm theo công thức: n ∑p cosϕ = ñm , i i =1  n   n  pñm,i  +  q ñm,i        i =1   i =1  ∑ với qđm,i = pđm,i tgϕi , n số thiết bị nhóm ∑ (13.36) 548 CHƯƠNG 13 tính gần cosϕ trung bình theo công thức: cosϕ = pđm1 cos ϕ1 + pñm2 cos ϕ2 + + pñmn cos ϕn pđm1 + pđm2 + + pđm,n (13.37) Phụ tải tính toán nút hệ thống cung cấp điện (phân xưởng, xí nghiệp…) tổng phụ tải tính toán nhóm thiết bị có nối vào nút có xét đến hệ số đồng thời:   n  Ptt ,i  +  Q tt ,i      i =1   i =1   Stt = Kñt   n ∑ ∑ (13.38) n số nhóm thết bị ; Kđt hệ số đồng thời Ví dụï 13.13 Xác định phụ tải tính toán nhóm thiết bị phân xưởng, nhóm có chế độ làm việc khác Công suất đặt, hệ số nhu cầu Knc, hệ số công suất cosϕ cho Bảng 13.4 Kết tính toán cho bảng Có thể tính hệ số nhu cầu toàn phân xưởng: Knc,px = Ptt ,px Pdm,px = 239, 13 = 0, 63 376, Hệ số công suất toàn phân xưởng: cosϕpx = Ptt,px Stt ,px = 239, 13 = 0, 75 318, 17 tgϕpx = 0,88 Kết cosϕpx tgϕpx ghi bảng Bảng 13.4 Tổng Số Số thứ thiết tự nhóm bị I 16 191,4 0,8 II III 23 IV công Hệ số nhu cầu Công suất tính toán cosϕ ϕ Ptt= Knc.Pñm Qtt = Ptt.tgϕ ϕ (kW) (kVAr) 0, 75 0, 882 153,1 135 0,35 0, 1, 732 3,2 5,5 158,5 0,6 0, 75 0, 882 95 83,8 18 0,8 0, 85 0, 62 14,4 8,9 Ptt,px = Qtt,px = suất đặt (kW) Knc tgϕ ϕ Phụ tải tổng 49 376,9 Hệ số đồng nhóm thời Kđt = 0,9 0, 75 0, 88 4 Kđt ∑ Ptt,n h óm Kđt ∑ Qtt ,n h oùm i=1 = 0,9 265,7 239,13 kW i=1 = = 0,9 233,2 = 209,88 kVAr Ptt2 + Qtt2 Stt = (kVA) Stt,px = Ptt2,px + Q2tt,px = 318,17 kVA 549 XÁC ĐỊNH NHU CẦU ĐIỆN Phương pháp tính phụ tải tính toán theo công suất đặt hệ số nhu cầu có ưu điểm đơn giản, tính toán thuận tiện Nhược điểm chủ yếu phương pháp xác hệ số nhu cầu tra sổ tay số liệu cố định, thực tế hệ số phụ thuộc vào chế độ vận hành số thiết bị nhóm Vì phương pháp gần sơ 13.6.2 Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu sản xuất a) Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện đơn vị sản phẩm Đối với phụ tải có đồ thị phụ tải thay đổi (như quạt gió, bơm nước, máy nén, thiết bị điện phân, xí nghiệp giấy, xí nghiệp hóa chất ) dùng phương pháp để xác định phụ tải tính toán với phụ tải tính toán phụ tải trung bình ca mang tải lớn nhất: Ptt = Ptb,ca = a o Mca Tca (13.39) đó: a0: suất tiêu hao điện đơn vị sản phẩm (kWh/sản phẩm); Mca: số lượng sản phẩm sản xuất ca; Tca: thời gian làm việc ca mang tải lớn (giờ) Khi biết số sản phẩm sản xuất hàng năm phụ tải tính toán xác định sau: Ptt = a M A = Tmax Tmax (13.40) đó: A: điện tiêu thụ năm; M: số sản phẩm sản xuất năm; Tmax: thời gian sử dụng công suất cực đại Ví dụï 13.14 Tính phụ tải tính toán nhóm máy nén khí Biết năm sản xuất 400.106 m3 khí nén, để nén m3 khí cần 0,15 kWh điện năng, thời gian Tmax = 7000 Giải Thời gian Tmax lớn chứng tỏ đồ thị phụ tải máy nén gần không đổi Phụ tải tính toán cho bởi: Ptt = 400.106.0, 15 = 8570 kW 7000 b) Xác định phụ tải tính toán theo công suất phụ tải đơn vị diện tích sản xuất Với phân xưởng sản xuất có nhiều thiết bị phân bố tương đối mặt phân xưởng may, phân xưởng dệt … áp dụng phương pháp để xác định phụ tải tính toán: Ptt = p0 F đó: p0: suất công suất tính toán m2 diện tích sản xuất (kW/m2); F: diện tích bố trí thiết bị (m2) Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu sản xuất phương pháp gần