phụ tải điện

2- Với các thiết bị làm việc ở chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại như cầu trục, máy hàn, khi tính phụ tải điện của chúng ta phải quy đổi về công suất định mức ở chế độ làm việc dài hạn...

Ch ươ ng 2

2-1 ĐẶ T V N Ấ ĐỀ

2-2 ĐỒ TH PH T I I N Ị Ụ Ả Đ Ệ

2-3 C C Á ĐẠ ƯỢ I L NG V H S TH À Ệ Ố ƯỜ NG G Ặ P

2-1 Đ T V N Đ Ặ Ấ Ề

2.1.1 Định nghĩa phụ tải điện

Phụ tải điện là CSTD và CSPK yêu cầu tại một điểm nào đó của lưới điện ở điện áp định mức, điểm đó gọi là điểm đặt hay điểm đấu phụ tải.

VD:

2.1.2 Đặc điểm chung của PTĐ

 Biến thiên theo qui luật ngày đêm, theo qui luật của sinh

hoạt và SX, các phụ tải có tính chất giống nhau thì có đồ thị phụ tải ngày đêm giống nhau, cùng một phụ tải nhưng

trong những ngày khác nhau có đồ thị phụ tải ngày đêm

khác nhau

 Tại một thời điểm, phụ tải trong các ngày đêm khác nhau biến thiên ngẫu nhiên quanh giá trị trung bình, theo phân phối chuẩn

 Phụ tải có tính chất mùa: trong những tháng khác nhau có giá trị khác nhau

 Phụ tải biến thiên mạnh theo thời tiết đặc biệt là nhiệt độ môi trường, mưa hoặc khô

 Phụ tải biến đổi theo tần số và điện áp tại điểm đấu nối vào lưới điện

2.1.3 Phương pháp nghiên cứu phụ tải

PTĐ là số liệu dùng làm căn cứ để chọn các TBĐ trong

HT CCĐ Nếu PTTT nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ dẫn đến làm giảm tuổi thọ của các TBĐ, có thể dẫn tới cháy

nổ các TBĐ Nếu PTTT lớn hơn phụ tải thực tế nhiểu thì các thiết bị chọn sẽ quá lớn so với yêu cầu dẫn tới lãng phí

Do tính chất quan trọng như vậy nên đã có rất nhiều công trình nghiên cứu và đề ra nhiều phương pháp xác định PTTT.

2 hướng nghiờn c u: ứ

 Nhóm dựa vào kinh nghiệm thiết kế và vận hành để tổng kết và đưa ra các hệ số tính toán, phương pháp này thuận tiện nhưng chỉ cho kết quả gần đúng

 Nhóm dựa trên cơ sở của lý thuyết toán học, phương pháp này kể đến ảnh hưởng nhiều yếu tố do vậy kết quả tính

toán có chính xác song việc tính toán lại phức tạp Các phư

ơng pháp dự báo nhu cầu điện:

2-2 Đ TH PH T I ĐI N Ồ Ị Ụ Ả Ệ

Đường biểu diễn sự biến thiên của CSTD, CSPK và dòng điện phụ tải theo thời gian gọi là đồ thị phụ tải CSTD, CSPK và dòng điện.

a) Đồ thị phụ tải do thiết bị tự ghi (1).

b) Đồ thị phụ tải do nhân viên vận hành ghi (2) c) Đồ thị phụ tải vẽ theo hình bậc thang (3).

1 P

t

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 20 24

Đồ th ph t i ngày ị ụ ả đêm

Đ th ph t i hàng tháng ồ ị ụ ả

Cỏch xõy d ng ự đồ th ph t i n ị ụ ả ăm b c thang ậ

Hình 2.4 a Đồ thị phụ tải ngày mùa hè điển hình; b Đồ thị phụ tải ngày mùa đông điển hình;

c Đồ thị phụ tải hàng năm theo khoảng thời gian.

Bài t p 2-1 ậ

 Một TBA 10 kV có đặt 2

MBA Đồ thị phụ tải hàng

ngày của TBA cho trên hình

(đường nét liền là trong mùa

hè, đường nét đứt là trong

mùa đông) Phụ tải cực đại

của trạm là Smax = 1900 kVA

đông Yêu cầu: Xây dựng đồ

thị phụ tải năm cho TBA.

S%

100 85

20 15

6 12 22 24

t (giờ) 0

2-3 CÁC Đ I L Ạ ƯỢ NG VÀ H S Ệ Ố

2.3.1 Cụng suất định mức

- Công suất định mức của một TB là công suất ghi trên Đ

nhãn hiệu máy hay ghi trong lí lịch máy, được biểu diễn bằng CSTD P hoặc biểu diễn bằng công suất toàn phần

S, được thiết kế với các điều kiện tiêu chuẩn

- Cụng suất đặt được tớnh theo biểu thức sau:

(2-1)trong đú:

Pđ - cụng suất đặt của động cơ

Pđm -cụng suất định mức của động cơ

ηđc- hiệu suất định mức của động cơ

dc

dm d

P P

η

=

Cách xác định công su t ấ đặt

 Đối với những động cơ có công suất nhỏ cho phép lấy Pđ=Pđm

 Đối với những động cơ có công suất lớn khi biết ηđc phải dùng 1) để tính công suất đặt

(2- Với các thiết bị làm việc ở chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại như cầu trục, máy hàn, khi tính phụ tải điện của chúng ta phải quy đổi

về công suất định mức ở chế độ làm việc dài hạn

- Đối với động cơ:

- Đối với máy biến áp hàn:

%

P

Pd = dm εdm

%

P

%

cos S

Pd = dm φdm εdm = dm εdm

Cách xác định công su t ấ đặt

o Công suất định mức của nhóm gồm n thiết bị:

trong đ ó:

P'dm - công suất định mức của n thiết bị.

pdmi - công suất định mức của thiết bị thứ i đã quy đổi về ε%=100%.

o Công suất định mức qui đổi của thiết bị 1 pha:

∑

=

1 i

dmi

dm p'

P

2.3.2 Phụ tải trung bình

Phụ tải trung bình là một đặc trưng tĩnh của phụ tải trong một khoảng thời gian nào đó

Trong thực tế người ta tính phụ tải trung bình theo biểu thức:

AP, AQ - điện năng tiêu thụ tính trong khoảng thời gian được khảo sát kWh, kVArh

t - thời gian khảo sát [h]

Phụ tải trung bình của một nhóm gồm n thiết bị:

; t

Qdt Q

; t

Pdt P

t

0 tb

t

0 tb

A Q

; t

tbi tb

n

1 i

tbi

tb p ; Q qP

1 Phụ tải cực đại ổn định, Pmax

Phụ tải cực đại ổn định là phụ tải trung bình lớn nhất tính trong khoảng thời gian tương đối ngắn (thường lấy bằng

2 Phụ tải đỉnh nhọn, Pđn

Là phụ tải cực đại xuất hiên trong

khoảng (1÷2)s Phụ tải đỉnh nhọn để

kiểm tra độ dao động điện áp, điều

kiên tự khởi động của động cơ, kiểm

tra điều kiện làm việc của cầu chì,

tính dòng điện khởi động của rơle

bảo vệ

Phụ tải đỉnh nhọn thường xuất hiện khi

động cơ khởi động Ta không chỉ

quan tâm tới trị số của phụ tải đỉnh

nhọn mà còn quan tâm tới số lần

xuất hiện trong một giờ.

Số lần xuất hiện của phụ tải đỉnh nhọn

càng tăng thì càng ảnh hưởng xấu

đến sự làm việc bình thường của các

thiết bị dùng điện khác trong mạng

Hình 2-5: Cách xác định phụ tải cực đại trong

khoảng thời gian 30 ' và 2 ''

2’’

Pđỉnh nhọn

2.3.4 Phụ tải tính toán, Ptt

PTTT là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi tương đương với phụ tải thực tế (biến thiên) về mặt hiệu ứng nhiệt lớn nhất Nói một cách khác PTTT cũng làm nóng vật dẫn lên tới nhiệt độ bằng nhiệt độ

do phụ tải thực tế gây ra

Quan hệ giữa PTTT và các phụ tải khác như sau:

Pmax ≥ Ptt ≥ Ptb

2.3.5 Hệ số sử dụng, Ksd

Hệ số sử dụng là tỷ số giữa phụ tải trung bình với công suất định mức

- Đối với một thiết bị:

- Đối với nhóm có n thiết bị:

Ksd nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác công suất của thiết bị điện trong một chu kỳ làm việc, Hệ số sử dụng là chỉ tiêu cơ bản

để tính PTTT

dm

tb sd

dmi

n

1 i

tbi

sd

p p K

- Nếu có đồ thị phụ tải

(hình 2-6) thì có thể tính

hệ số sử dụng như sau:

- Phụ tải trung bình được

lấy ứng với ca có phụ tải

lớn nhất trong ba ca làm

việc

)t

tt

t(P

tPt

Pt

PK

nghi n

2 1

dm

n n 2

2 1

1 sd

++

++

++

Hệ số phụ tải là tỷ số giữa phụ tải thực tế và công suất định mức:

K pt nói nên mức độ sử dụng, mức độ khai thác thiết bị trong thời

gian đang xét Thường ta phải xét hệ số phụ tải trong một khoảng thời gian nào đó, nên phụ tải thực tế chính là phụ tải trung bình trong khoảng thời gian đó

Nếu có đồ thị phụ tải (hình 2-6) có thể tính hệ số phụ tải như sau:

)tt

t(P

tPt

Pt

PK

n 2

1 dm

n n 2

2 1

1

++

ct dm

tb dm

tbd dm

thucte pt

k

k t

t p

p p

p p

p

2.3.7 Số thiết bị dùng điện có hiệu quả, nhq

Số thiết bị dùng điện có hiệu quả là số thiết bị giả thiết có cùng công suất và chế độ làm việc, có công suất đúng bằng công suất tính toán của nhóm thiết bị thực tế

Biểu thức để tính nhq như sau:

Khi số thiết bị trong nhóm lớn (n>5) việc tính toán nhq theo biểu thức trên khá phức tạp nên trong thực tế người ta tính nhq theo các

phương pháp đơn giản sau:

2 dmi

2 dm n

1 i

2 dmi

2 n

1 i

dmi

hq

p

Pp

pn

- Khi thì nhq = n.

trong đó:

suất lớn nhất và bé nhất trong nhóm.

Khi xác định nhq có thể bỏ qua các thiết bị nhỏ mà tổng công suất của nó không vượt quá 5% tổng công suất

định mức của toàn nhóm (khi đó số thiết bị bỏ không

được tính vào trong giá trị n), tức là nhq = n - n1.

3 p

p m

min dm

max

dm ≤

=

dmi hq

- Khi thì xác định nhq theo các đường cong hoặc bảng.

Trình tự tính toán:

+ Tìm thiết bị có công suất định mức lớn nhất trong nhóm.

+ Tìm n1 là những thiết bị có công suất định mức không nhỏ hơn một nửa công suất định mức của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm ứng với nư1 này ta xác định được tổng công suất định mức

+ Tính n là số thiết bị trong nhóm và tổng công suất định mức tương ứng + Tính giá trị

ứng với giá trị vừa tìm được n*, P* dựa vào đường cong 2-7 hoặc bảng 2-1,

ta xác định giá trị nhq* Sau đó từ nhq* ta tìm được nhq = nhq*.n

2, 0 K

dm P P

∑

=

1 i dmi

1 1 i 1 dm 1

1

P

P P

P P n n

n* & *

Đồ thị để xác định số thiết bị hiệu quả

Bài t p 2-2 ậ

Xác định nhq của nhóm thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn, có các thông số định mức như sau:

4 máy 10 kW, 5 máy 7 kW, 4 máy 4,5 kW, 3 máy 2,8

kW và 20 máy 1 kW Hệ số sử dụng của nhóm thiết

bị là Ksd = 0,1.

2.3.8 Hệ số cực đại: Kmax

Hệ số cực đại là tỷ số giữa CSTD tính toán với công suất trung bình của nhóm thiết bị trong khoảng thời gian khảo sát:

Hệ số cực đại Kmax phụ thuộc vào số thiết bị hiệu qủa nhq của nhóm, vào hệ

số sử dụng Ksd và các yếu tố khác đặc trưng cho chế độ làm việc của các thiết bị điện trong nhóm.

Những đường cong biểu thị giá trị hệ số cực đại Kmax theo nhq

và Ksd

Hệ số nhu cầu là tỷ số giữa PTTT với công suất định

mức.:

Cũng như hệ số cực đại Kmax hệ số nhu cầu thường tính cho CSTD của nhóm máy Cũng có khi tính toán hệ số nhu cầu cho CSPK nhưng số liệu này ít dùng Trong thực tế Knc thường do kinh nghiệm vận hành tổng kết lại.

sd

max dm

tb tb

tt dm

tt

P

P P

P P

P

2.3.10 Hệ số điền kín đồ thị phụ tải

Hệ số điền kín đồ thị phụ tải Kdk là tỷ số giữa công trung bình với công suất cực đại trong thời gian khảo sát:

Khi Ptb = Pmax thì Kđk = 1 -> Kđk nói lên mức độ sử dụng công suất, Kđk càng lớn thì càng tốt vì đồ thị càng bằng phẳng.

Nếu ta coi Pmax = Ptt thì hệ số điền kín đồ thị phụ tải là một đại lượng nghịch

đảo của hệ số cực đại:

Hệ số điền kín của phụ tải dùng để xác định khả năng quá tải của thiết bị

và đánh giá chế độ làm việc của mạng điện.

t.

P

A P

P K

max max

P P

P K

tt

tb tb

dk = = =

Với đặc tính ngẫu nhiên, các hộ dùng điện không phải lúc nào cũng được đóng vào lưới điện, mà ở từng thời điểm nhất

định 1 số này được đóng, 1 số khác được cắt ra Tính chất này của phụ tải được biểu thị bởi hệ số đồng thời

Hệ số đồng thời là tỷ số giữa PTTT cực đại tổng của một nút của hệ thống CCĐ với tổng số các PTTT cực đại của nhóm thiết bị nối vào nút đó:

Kdt là số liệu cơ bản để xỏc định PTTT của cỏc PX, XN, theo kinh nghiệm vận hành Kdt=(0,85ữ1)

tti

tt dt

P P K

Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax là thời gian giả thiết mà phụ tải luôn làm việc với công suất cực đại sẽ tiêu thụ một lượng điện năng đúng bằng lượng điện

năng mà phụ tải thực tế (biến thiên) tiêu thụ trong một năm.

Tmax ứng với mỗi loại XN và chế độ làm việc khác nhau có giá trị khác nhau Trị số này có thể được tra trong các sổ tay.

2.3.12 Thời gian sử dụng công suất cực đại, Tmax

Cách xác định Tma x từ đồ thị phụ tải năm

 Điện năng tiêu thụ trong một năm là:

max max

8760 t

0

P T dt ) t ( P

max max

8760 t

0 max

P

A P

dt ) t ( P

Lo¹i hé dïng ®iÖn Tmax (giê/năm)Phô t¶i chiÕu s¸ng vµ sinh ho¹t 1350 3400

Thời gian chịu tổn thất công

suất lớn nhất τ là thời gian

giả thiết mà phụ tải luôn

1 2 3 4 5 6 7 8 8,76 x 10 3

τ

Tmax

Đường cong biểu diễn quan hệ τ =f(Tmax;cosφ).

2.3.13 Thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất, τ.

2-4 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC Đ nh PTTT Ị

đơn vị diện tích SX

một đơn vị sản phẩm

quả)

2.4.1 Xác định PTTT theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

PTTT của nhóm thiết bị có cùng chế độ làm việc dài hạn:

Một cách gần đúng ta có thể coi pđ=pđm do đó:

trong đó:

pđ - công suất đặt của thiết bị [kW]

pđm - công suất định mức của thiết bị đã qui đổi về dài hạn [kW]

Ptt, Qtt, Stt - CSTD, CSPK, công suất biểu kiến tính toán của nhóm thiết bị [kW], [kVAr], [kVA]

∑

=

1 i

di nc

tt K p

P Qtt = Ptt.tgϕ

ϕ

= +

=

cos

P Q

dmi nc

tt K pP

Nếu hệ số công suất của của các thiết bị trong nhóm không giống nhau thì cần phải tính toán hệ số công suất trung bình.

Hệ số nhu cầu của các loại máy khác nhau có giá trị khác nhau và

có thể tra trong các tài liệu hướng dẫn thiết kế

Cách tính toán PTTT theo phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, tính toán thuận tiện Nhưng kết quả kém chính xác

n 2

1

n n

2 2

1

1 tb

P P

P

cos P

cos P

cos

P cos

+ +

+

ϕ +

+ ϕ +

Biểu thức tính: Ptt=Po.F

trong đó:

F - diện tích đặt máy sản xuất (m2)

Po - suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất (kW/m2)

Trị số Po có thể tra trong các sổ tay thiết kế, trị số Po của từng loại

PX do kinh nghiệm vân hành thống kê lại mà có

Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng vì vậy thường được

dùng khi tính toán sơ bộ, khi so sánh các phương án Khi PX có mật độ máy phân bố đều trên mặt bằng như PX cơ khí sản xuất

ôtô Cũng thường dùng phương pháp này để tính toán

2.4.2 Xác định PTTT theo suất phụ tải trên một đơn vị

diện tích sản xuất

Biểu thức tính:

trong đó:

M - số đơn vị sản phẩm sản xuất ra trong một năm.

W0 - suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm [kWh/đơn vị sản phẩm].

Tmax - thời gian sử dụng công suất lớn nhất [h].

Phương pháp này thường dùng tính toán cho các TBĐ có

đồ thị phụ tải ít biến đổi hoặc không biến đổi Ví dụ như quạt gió, bơm nước, máy nén khí Khi đó PTTTgần

bằng phụ tải trung bình và kết quả tương đối chính xác.

max

0 tt

T

W

M

P =

2.4.3 Xác định PTTT theo suất tiêu hao điện năng cho

một đơn vị sản phẩm

Biểu thức tính:

Ptt = Kmax.PtbThay: Ptb = Ksd Pdm

Ptt = Kmax Ksd Pdmtrong đó:

Ptb, Pđm - công suất trung bình và công suất định mức của nhóm

Kmax, Ksd - hệ số cực đại và hệ số sử dụng của nhóm máy

Phương pháp này cho kết quả tương đối chính xác, vì nó xét tới số ảnh hưởng của thiết bị trong nhóm, số thiết bị có công suất lớn nhất, cũng như sự khác nhau về chế độ làm việc của chúng (khi tính nhq đã xét tới những yếu tố đó)

2.4.4 Xác định PTTT theo hệ số cực đại Kmax và công

suất trung bình Ptb

1 s tr ố ường h p ợ đặc bi t ệ

Đối với thiết bị làm việc trong chế độ ngắn hạn lặp lại thì:

trong đó:

Sdm - công suất định mức cho trong lý lịch máy.

S'dm - công suất đã quy đổi về ε%= 100%.

0

S 875

, 0

=

b) Trường hợp n>3 và nhq< 4:

trong đó:

kpt - là hệ số phụ tải của từng máy, nếu không có số liệu chính xác thì có thể lấy gần đúng như sau: kpt=0,9 - đối với các thiết bị là việc ở chế độ dài hạn; kpt=0,7 - đối với các thiết bị là việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại.

c) Đối với các thiết bị có đồ thị phụ tải bằng phẳng (máy bơm, máy nén khí ) PTTT có thể lấy bằng phụ tải trung bình:

Ptt = Ptb = ksd Pđm

1 s tr ố ường h p ợ đặc bi t ệ

trong đó:

I mm(max) - dòng điện mở máy lớn nhất của các động cơ

I tt - dòng điện tính toán của nhóm máy

Iđmmax - dòng điện định mức của động cơ có dòng điện mở máy lớn nhất đã qui đổi về chế độ dài hạn.

ksd - hệ số sử dụng của động cơ có dòng mở máy lớn

nhất.

Hệ số mở máy có thể lấy gần đúng như sau:

- Đối với động cơ KĐB rôto lồng sóc: Kmm=(5÷7)

- Đối với động cơ KĐB rôto dây quấn: Kmm=(2,5÷3).

- Đối với lò điện và máy biến áp hàn Kmm≥ 3.

Trình tự tính toán như sau:

1) Phụ tải tại điểm 1: Là điểm CCĐ trực tiếp cho các TBĐ, cần xác

định công suất của các thiết bị đó, các hệ số cần thiết như: Ksd,

Kpt

2) Phụ tải tại điểm 2: Dùng các phương pháp tính toán trên để tính

PTTT cho từng nhóm máy, ta thường dùng phương pháp hệ số

Kmax, và Ptb

Ta có: S 2 = P 2 + jQ 2

1 1 1

Nguån

3) Ph t i t i đi m 3 ụ ả ạ ể : Ph t i t i đi m 3 b ng ph t i t i ụ ả ạ ể ằ ụ ả ạ

đi m 2 c ng v i t n th t đi n năng trên m ng đi n áp ể ộ ớ ổ ấ ệ ạ ệ

th p.ấ

trong đó: là t n th t công su t trên m ng đi n áp th p.ổ ấ ấ ạ ệ ấ

4) Ph t i t i đi m 4 ụ ả ạ ể : ph t i t i đi m này thụ ả ạ ể ường là ph t i ụ ảtính toán c a PX.ủ

1 i

n

1 i

i 3 dtPX

cs i

3 dtPX

5) Phụ tải tại điểm 5:

trong đó:

- tổn thất công suất trong MBA

6) Phụ tải tại điểm 6:

trong đó:

- tổn thất công suất trên mạng điện cao áp

2 BA 4

∆

ddi

S

∆