Đặc tính của phụ tải điện

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CUNG CẤP ĐIỆN

2.3.1. Đặc tính của phụ tải điện

Khi xét về đặc tính chung của phụ tải điện thì chúng ta phải xét về các đặc tính riêng của chúng. Mỗi phụ tải đều có đặc tính riêng và các chỉ tiêu xác định điều kiện làm việc của mình mà khi cung cấp điện cần phải được thỏa mãn hoặc chú ý tới .

*. Công suất định mức:

– Là thông số đặc trưng chính của phụ tải điện, thường được ghi trên các nhãn của máy hoặc trong lý lịch máy.

–Đơn vị đo của công suất định mức thường là kW hoặc kVA. Với một động cơ Pđm chính là công suất cơ trên trục cơ của nó.

–Với các thiết bị nung chẩy công suất lớn, các thiết bị hàn thì công suất định mức chính là công suất định mức của máy biến áp và thường cho là (kVA).

*. Điện áp định mức:

– Uđm của phụ tải phủ hợp điện áp của mạng điện. Trong xí nghiệp có nhiều thiết bị khác nhau nên cũng có nhiều cấp điện áp định mức của lưới điện.

+ Điện áp một pha: 12; 36V sử dụng cho mạng chiếu sáng cục bộ hoặc nơi nguy hiểm.

+ Điện áp ba pha: 127/220; 220/380V cung cấp cho phần lớn các thiết bị của xí nghiệp (cấp 220/380V là dùng rộng rãi nhất ).

+ Cấp 3; 6; 10kV: Dùng cung cấp cho các lò nung chẩy, các động cơ công suất lớn. Ngoài ra còn có cấp 35, 110 kV dùng để truyền tải hoặc cung cấp điện cho các thiết bị đặc biệt (công suất cực lớn). Với thiết bị chiếu sáng yêu cầu chặt chẽ hơn nên để thích ứng với việc sử dụng ở các vị trí khác nhau trong lưới điện

*. Tần số: Do quy trình công nghệ và sự đa dạng của thiết bị trong xí nghiệp, sử dụng dòng điện và tần số khác nhau từ f = 0 Hz (thiết bị chiếu sáng) đến các thiết bị có tần số hàng triệu Hz (thiết bị cao tần). Tuy nhiên chúng vẫn chỉ được cung cấp điện từ lưới điện có tần số định mức 50 hoặc 60 Hz thông qua các máy biến tần.

2.3.2. Xác định phụ tải tính toán

* Tầm quan trọng của việc tính toán phụ tải điện

- Phụ tải điện là số liệu đầu tiên và quan trọng nhất để tính toán thiết kế hệ thống cung cấp điện

+ Nếu xác định phụ tải điện quá lớn so với thực tếsẽ dẫn đến chọn thiết bị điện

quá lớn làm tăng vốn đầu tư

30

+ Nếu xác định phụ tải điện quá nhỏ, dẫn đến chọn thiết bị điện quá nhỏ sẽ bị quá tải gây cháy nổ hư hại công trình điện, làm mất điện.

- Cần phân biệt phụ tải tính toán và phụ tải thực tế:

+ Phụ tải tính toán: Là phụ tải gần đúng chỉ dùng để tính toán thiết kế hệ thống cung cấp điện

+ Phụ tải thực tế: Là phụ tải chính xác có thể xác định được bằng các đồng hồ đo điện trong quá trình vận hành.

- Có nhiều phương pháp để xác định phụ tải điện. Cần căn cứ vào lượng thông tin thu nhận được qua từng giai đoạn thiết kế để lựa chọn phương pháp thích hợp. Càng có nhiều thông tin về đối tượng sử dụng càng lựa chọn được phương pháp tính toán chính xác.

* Vai trò của phụ tải điện: trong xí nghiệp có rất nhiều loại máy khác nhau, với nhiều công nghệ khác nhau; trình độ sử dụng cũng rất khác nhau cùng với nhiều yếu tố khác dẫn tới sự tiêu thụ công suất của các thiết bị không bao giờ bằng công suất định mức của chúng. Nhưng mặt khác chúng ta lại cần xác định phụ tải điện. Phụ tải điện là một hàm của nhiều yếu tố theo thời gian P(t), và vì vậy chúng không tuân thủ một qui luật nhất định  cho nên việc xác định được chúng là rất khó khăn. Nhưng phụ tải điện lại là một thông số quan trọng để lựa chọn các thiết bị của hệ thống điện. Công suất mà ta xác định được bằng cách tính toán gọi là phụ tải tính toán Ptt.

Nếu Ptt < pthực tê  thiết bị mau giảm tuổi thọ, có thể cháy nổ.

Nếu Ptt > pthực tê  lãng phí.

Do đó đã có rất nhiều công trình nghiên cứu nhằm xác định Ptt sát nhất với Pt.tế. Chủ yếu tồn tại 2 nhóm phương pháp.

+ Nhóm phương pháp dựa trên kinh nghiệm vận hành, thiết kế và được tổng kết lại bằng các hệ số tính toán (đặc điểm của nhóm phương pháp này là: thuận lợi nhất cho việc tính toán, nhanh chóng đạt kết quả, nhưng thường cho kết quả kém chính xác).

+ Nhóm thứ 2 là nhóm phương pháp dựa trên cơ sở của lý thuyết xác suất và thống kê (có ưu điểm ngược lại với nhóm trên là: cho kết quả khá chính xác, xong cách tính lại khá phức tạp ).

2.3.2.1. Xác định phụ tải cho khu vực nông thôn.

a, Xác định phụ tải điện trạm bơm

*Trạm bơm tưới.

Với trạm đặt nhiều máy bơm người ta thường cho 1 máy thay phiên nhau nghỉ để bảo dưỡng.

Công suất tác dụng: dt

1

.

n

tt t dmi

i

P K K P



 

Kdt: hệ sốđồng thời: dt lv

K n

 n

31 Trong đó:

+) nlv: sốmáy bơm làm việc trong trạm +) n: tổng số máy bơm trong trạm

Công suất phản kháng: Qtt  P tgtt.  (KVAr)

- Công suất biểu kiến (toàn phần): 2 2 os

tt

tt tt tt

S P Q P

c 

   (KVA) với

cos0, 6 0, 7

* Trạm bơm tiêu:

1 n

tt dmi

i

P P



 (do tất cảmáy bơm làm việc đông tải)

b, Phụ tải điện trường học

* Phòng học:

- Xác định phụ tải điện cho một phòng.

PP=P0.S (w) P0 15 20 w/m2 S: diện tích phòng học

P0: suất phụ tải tiêu thụ trên một đơn vị điện tích

- Xác định phụ tải điện cho một tầng, nhà học gồm n phòng.

1

.

n

t dt pi

i

P K P



 

Kdt: hệ số đồng thời lấy bằng 1 vì thường sử dụng hết phụ tải - Xác định phụ tải điện cho cả nhà học gồm m tầng.

1

.

m

N dt ti

i

P K P



 

* Xác định phụ tải điện của phòng trực, phòng hiệu trưởng, phòng họp giáo viên.

PH = P0.S P0=20 w/m2

S=100m2

Phụ tải tính toán cho cảtrường:

. os

tt N H

tt tt tt tt

P P P

Q P tg S P

c





 





- Nếu dùng đèn sợi đốt và quạt thì : cos =0,9 - Nếu dùng đèn tuýp và quạt thì : cos0,8

32 c, Phụ tải ánh sáng sinh hoạt

- Xác định phụ tải 1 thôn: Ptt=P0+H.

Trong đó:

H: số hộ dân trong thôn

P0:Suất phụ tải tính toán, tiêu thụ cho một hộ Ở khu vực thuần nông: P0= 0,5 kw/hộ

Khu vực ven đường quốc lộ hoặc có nghề phụ: Po=0,8 kW/hộ 2.3.2.2. Xác định phụ tải điện khu vực công nghiệp

a, Giai đoạn dự án khả thi

- Xác định phụ tải điện căn cứ vào diện tích: Stt = S0.D Trong đó

So: Suất phụ tải trên một đơn vị diện tích.

D: Diện tích đất công nghiệp

Với khu công nghiệp nhẹ thì S0 100 200 (KVA/ha) Với khu công nghiệp nặng thì So 300 400 (KVA/ha) - Căn cứ vào sản lượng: Ptt= a.m/ Tmax

tt tt.

Q P tg S  P2Q2 Trong đó:

+ a: Suất điện năng chi phí để sản xuất 1 đơn vị sản phẩm(kwh/sp) + m: Sản lượng

+ Tmax: Thời gian sử dụng công suất lớn I' (Tmax: a: tra sổ tay kỹ thuật) b, Giai đoạn xây dựng nhà xưởng

- Phụ tải động lực.

d

1

.

n

dl nc nc dmi

i

P K P K P



  

Knc: hệ số nhu cầu, tra sổ tay kỹ thuật Pđ: công suất dặt trong phân xưởng

dl dl

Q P tg - Phụ tải chiếu sáng

Pcs=P0.D

cs cs. Q P tg

+ Phân xưởng cơ khí luyên kim : P0 12 15 (w/m2)

33

+ Với các phân xưởng dệt may: P0 15 20 (w/m2) + Với kho, bãi P0  5 10(w/m2) + Xương thiết kế P0 25 30 (w/m2) +Nhà hành chính P0 20 25 (w/m2) Nếu dùng đèn sợi đốt: cos =1 tg =0 Qcs0 Nếu dùng đèn tuýp : cos =0,8 tg =0,75 - Phụ tải của toàn phân xưởng;

2 2

os =P S

PX dl cs

PX dl cs

PX PX PX

PX PX

PX

P P P

Q Q Q

S P Q

c 

 

 

 

- Phụ tải điện của toàn xí nghiệp.

1

1

2 2

. .

os

n

XN dt PXi

i n

XN dt PXi

i

XN XN XN

XN XN

XN

P K P

Q K Q

S P Q

c P

 S









 





 Kdt 0,8 0,85

c, Giai đoạn thiết kế chi tiết

ax ax

1

. . .

n

tt m TB m Sd dmi

i

P K P K K P



  

Trong đó

Ksd: là hệ số sử dụng( tra Sổ tay kỹ thuật)

Kmax: là hệ số cực đại( tra Sổ tay kỹ thuật). Để chọn được Kmaxta phải tính nhq - Cách tính nhq

+ Xác định 1

1 n

n dmi

i

P P





+ Xác định tỉ số: n* n1

 n ;

1

1 1 1

*

1 n

dmi

n n i

n n

dmi i

P P P

P P P

P





  







+ Căn cứ vào P* và n* tra Sổ tay kỹ thuật để chọn được nhq*

34 + Tính nhq = n . nhq*

+ Căn cứ vào nhq và Ksd tra Sỏ tay kỹ thuật để chọn Kmax

2.3.2.3. Xác định phụ tải điện khu vực đô thị a, Phụ tải điện các hộgia đình

Các hộ gia đình là đối tượng sử dụng điện lớn nhất ở đô thị.

- Trong giai đoạn xây dựng cơ sở hạ tầng: thông tin nhận được là mặt bằng quy hoạch đường phố, công thức xác định phụ tải như sau:

Trong đó: L: chiều dài đoạn phố, công suất phụ tải trên một mét chiều dài.

- Trong giai đoạn thiết kế chi tiết, thông tin nhận được tương đối chính xác, để xác định phụ tải điện có hai phương pháp tính toán:

- Phương pháp 1: Tính phụ tải từ căn hộ rồi đến khu vực.

- Phương pháp 2: Tính ngược lại từ khu vực rồi đến căn hộ.

b, Phụ tải điện các trường đại học, trung học chuyên nghiệp

Đối với khu vực giảng đường, hành chính văn phòng, phòng thí nghiệm phụ tải được xác định theo công thức: Với = 20÷40 W/m2. Sau đó được cộng với phụ tải của xưởng điện, cơ khí, ký túc xá…ta được phụ tải cho trường học.

c, Các loại phụ tải khác

Các phụ tải điện khác như: khu văn phòng, khách sạn siêu thị, nhà hàng công viên được tính toán tương tự bằng cách chọn công suất phụ tải đơn vị phù hợp.

2.3.3. Dự báo phụ tải điện

Dự báonhu cầuphụ tải điện là hoạt động tính toán, ước lượng và đánh giá xu hướng tăng trưởng, tốc độ tăng trưởng và nhu cầu của phụ tải điện được cung cấp điện từ hệ thống điện trong ngắn hạn, trung hạn và dài hạn.

Phân loại dự báo:

Theo thời gian dự báo chúng ta có các loại dự báo sau:

- Dự báo ngắn hạn (tầm ngắn): Thời gian từ 1 đến 2 năm - Dự báo hạng vừa (tầm trung): Thời gian từ 3 đến 10 năm

- Dự báo dài hạn (tầm xa): Thời gian từ 15 đến 20 năm, có tính chất chiến lược.

Ngoài ra còn có dự báo điều độ với thời gian dự báo theo giờ trong ngày, tuần… để phục vụ cho công tác điều độ hệ thống.

Các phương pháp dự báo phụ tải điện:

*. Phương pháp hệ số vượt trước: là phương pháp cho biết khuynh hướng phát triển của nhu cầu tiêu thụ điện năng so với nhịp độ phát triển của nền kinh tế quốc dân.

Ví dụ: trong khoảng thời gian 5 năm từ 2015 đến 2020 sản lượng công nghiệp của thành phố A tăng từ 100 % lên 150 %, còn sản lượng tiêu thụ điện năng trong thời gian đó tăng lên 170%.

35

Như vậy hệ số vượt trước là: k = 170/150 = 1,13

Dựa vào hệ số k chúng ta có thể xác định được điện năng tiêu thụ ở năm dự báo. Phương pháp này có nhiều sai số do những nguyên nhân sau:

- Suất tiêu hao điện năng ngày càng giảm (đối với một sản phẩm) do công nghệ ngày càng cao và trình độ quản lý ngày càng tốt hơn.

- Điện năng ngày càng sử dụng vào nhiều ngành kinh tế và nhiều địa phương.

- Cơ cấu kinh tế thường xuyên thay đổi.

*. Phương pháp tính toán trực tiếp:

Nội dung của phương pháp là xác định điện năng tiêu thụ của năm dự báo dựa trên tổng sản lượng kinh tế của các ngành ở năm dự báo và suất tiêu hao điện năng đối với từng loại sản phẩm, mức tiêu hao của từng hộ gia đình. Phương pháp này được áp dụng ở các nước có nền kinh tế phát triển ổn định, có kế hoạch, không có khủng hoảng.

Ưu điểm của phương án là tính toán đơn giản, cho ta biết tỷ lệ sử dụng điện năng trong các ngành kinh tế như công nghiệp, nông nghiệp, dân dụng…và xác định được nhu cầu điện năng ở từng địa phương

Nhược điểm: Mức đọ chính xác phụ thuộc nhiều vào việc thu thập số liệu của các ngành, địa phương dự báo.

Phương pháp này được dùng để dự báo tầm ngắn và tầm trung

*. Phương pháp ngoại suy theo thời gian

Nội dung của phương pháp là tìm qui luật phát triển của điện năngtheo thời gian dựa vào số liệu thống kê trong một thời gian quá khứ tương đối ổn định, rồi kéo dài qui luật đó ra để dự báo cho tương lai.

Ví dụ: Mô hình có dạng hàm mũ như sau:

Trong đó:

α – tốc độ phát triển bình quan hàng năm;

t –thời gian dự báo;

A0–điện năng ở năm chọn làm gốc;

At – điện năng ở năm dự báo thứ t;

Như vậy hàm số mũ có ưu điểm là đơn giản, phản ánh chỉ số phát triển hàng năm không đổi. Có thể xác định hằng số C bằng cách lấy giá trị trung bình nhân chỉ số phát triển nhiều năm.

Tổng quát mô hình dự báo có dạng:

Lấy logarit 2 vế ta được:

lgAt = lgA0 + t.lgC

36

Đặt y = lgAt a = lgA0 , b = lgC thì công thức trên có thể viết lại là:

Y = a + bt

Các hệ số a, b được xác định bằng phương pháp bình phương cực tiểu.

Ưu điểm của phương pháp ngoại suy hàm mũ là đơn giản và có thể áp dụng để dự báo điện năng tầm ngắn và tầm xa.

Khuyết điểm: kết quả chỉ chính xác nếu tương lai không nhiễu và quá khứ phải tuân theo một quy luật.

*. Phương pháp tương quan

Nghiên cứ mối tương qua giữa các thành phần kinh tế với điện năng nhằm phát hiện những mối quan hệ về mặt định lượng từ đó xây dựng mô hình biểu diễn sự tương quan giữa điện năng với sản lượng các thành phần kinh tế như: sản lượng công nghiệp, sản lượng kinh tế quốc dân… Khi xác định được các giá trị sản lượng các thành phần kinh tế ( bằng các phương pháp khác ) ở năm dự báo, dựa vào mối quan hệ trên để dự báo phụ tải điện năng.

Nhược điểm của phương pháp là ta phải thành lập các mô hình dự báo phụ, ví dụ như sản lượng công nghiệp, sản lượng kinh tế quốc dân theo thời gian để dự báo sản lượng công nghiệp, kinh tế quốc dân ở năm t dự báo.

*. Phương pháp so sánh đối chiếu

So sánh đối chiếu nhu cầu phát triển điện năng của các nước có hành cảnh tương tự.

Đây là phương pháp được nhiều nước áp dụng để dự báo nhu cầu năng lượng một cách hiệu quả. Phương pháp này được dùng cho dự báo trung hạn và ngắn hạn.

*. Phương pháp chuyên gia

Dựa trên cơ sở hiểubiết sâu sắc của các chuyên gia giỏi ở các lĩnh vực của các ngành để dự báo các chỉ tiêu kinh tế. Cũng có khi dùng phương pháp này để dự báo triển vọng, thường người ta lấy trung bình có tỷ trọng ý kiến các chuyên gia phát biểu.

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 1 1. Phân tích đặc điểm của năng lượng điện?

2. Ở nước ta hiện nay có những loại nguồn điện nào? Phân tích đặc điểm của các dạng nguồn điện?

3. Phân tích cấu trúc lưới điện? Cách phân loại lưới điện?

4. Khi tính toán thiết kế hệ thống cung cấp điện thì cần phải tuân thủ những yêu cầu nào? Phân tích đặc điểm của yêu cầu đó?

5. Đặc điểm của lưới điện công nghiệp?

6. Đặc điểm của lưới điện nông nghiệp?

7. Đặc điểm của lưới điện công đô thị?

8. Phân tích tầm quan trọng của việc tính toán phụ tải điện?

9. Trình bày các phương pháp xác định phụ tải tính toán cho khu vực nông thôn?

10. Trình bày các phương pháp xác định phụ tải tính toán cho khu vực công nghiệp?

11. Trình bày các phương pháp xác định phụ tải tính toán cho khu vực đô thị?