TÍNH TOÁN PHỤ TẢI

Mục đích xác định phụ tải tính toán: xác định phụ tải tính toán là một công đoạn rất quan trọng trong thiết kế cung cấp điện, nhằm làm cơ sở cho việc lựa chọn dây dẫn và các thiết bị của lưới điện.

CHƯƠNG I

TÍNH TOÁN PHỤ TẢI

Mục đích xác định phụ tải tính toán: xác định phụ tải tính toán là một công

đoạn rất quan trọng trong thiết kế cung cấp điện, nhằm làm cơ sở cho việc lựa chọn dây dẫn và các thiết bị của lưới điện

1.1 Xác định phụ tải của các phân xưởng

a Phụ tải của phân xưởng A (có 6 thiết bị)

 Phụ tải động lực

+ Xác định hệ số sử dụng của phân xưởng được xác định theo biểu thức:

562,033

535,18

65,4535,410

65,0.656,0.5,463,0.575,0.367,0.5,437,0.10

=

=

+++++

++

++

P

k P k

+ Xác định số thiết bị tiêu thụ hiệu quả: nhq

- Số thiết bị trong phân xưởng là n = 6

- Thiết bị có công suất đặt lớn nhất là PđmMax = 10kW

- Số thiết bị của phân xưởng A có công suất lớn hơn hoặc bằng nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm : n1 = 3

Tra bảng 3-1 Tr.36 sách CCĐ- NXBKH&KT ta được n*hq = f(n*,p*) = 0,89 Nên số thiết bị dùng điện có hiệu quả

nhq = n*hq.n = 0,89.6 = 5,34 ⇒ ta chọn nhq = 5 (thiết bị)

+ Xác định hệ số nhu cầu theo biểu thức

758,05

562,01562,0

1

=

−+

=

−+

∑

hq

sd sd

nc

n

k k

k

+ Công suất tính toán của phân xưởng

PA = knc.ΣPi = 0,758.33 = 25,014 (kW)+ Xác định hệ số công suất trung bình của phân xưởng

65,4535,410

82,0.68,0.5,475,0.575,0.373,0.5,48,0.10cos

.cos ( )

+++++

++

++

805,25

 Phụ tải tính toán của toàn bộ phân xưởng A

Tổng công suất tác dụng của phân xưởng A là:

PΣA = PA + ki.Pcs

Vì mạng điện cung cấp cho xí nghiệp là mạng hạ áp nên:

41,05

04 , 0

P k

32.4014

,25

04 , 0

=

∑A

P

(kW)+ Hệ số công suất tổng hợp của toàn phân xưởng

814,032

,4538,27

32,4782,0.014,25cos

+

cs A

cs A

A

P P

11

A

A

814,0

538,27

Pn,

kW CosjS

Qi(kVAr)

Pcs,kW

PSn,kW

Si(kVA)

A 0,562 5 0,758 33 25,014 0,814 19,66 4,32 27,538 33,83

D 0,654 6 0,795 30,3 24,098 0,791 20,58 4,32 26,622 33,649

E 0,587 7 0,743 42,6 31,653 0,779 27,238 3,84 33,879 43,47

G 0,55 7 0,72 45,6 32,83 0,786 27,499 3,696 34,96 44,484

sd

S

k S k

b Hệ số nhu cầu của xí nghiệp

684,013

564,01564,0

1

=

−+

=

−+

∑

N

k k

XN sd ncXN

( Trong đó N = 13 là số phân xưởng của toàn xí nghiệp)

c Hệ số công suất trung bình của toàn xí nghiệp

127,509cos

1sinϕXN = − 2ϕXN =

d Tổng công suất tính toán của xí nghiệp

- Sơ đồ đi dây đơn giản, xử lý sự cố nhanh, chính xác

Trong thực tế thì 2 mặt kinh tế và kỹ thuật mâu thuẫn với nhau Phương án tốt về mặt kỹ thuật thì lại đắt về kinh tế và ngược lại Do đó ta phải so sánh cả 2 mặt kinh tế và kỹ thuật để tìm ra phương án tối ưu nhất là phương án dung hoà cả 2 yêu cầu trên

2.2 Chọn công suất và số lượng máy biến áp trong trạm biến áp của xí nghiệp

- Trong lĩnh vực truyền tải và cung cấp điện năng tâm biến áp đóng vai trò rất quan trọng Trạm biến áp ngoài có nhiệm vụ như trạm phân phối, nó còn có nhiệm

vụ biến đổi điện áp này thành điện áp khác ứng với nhu cầu phụ tải Do đó, ngoài

các thiết bị giống như trạm phân phối, trạm biến áp còn có thêm một hoặc nhiều máy biến áp (MBA)

- Dung lượng của MBA, vị trí, số lượng và phương hướng vận hành của trạm biến áp sẽ ảnh hưởng rất lớn đến chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện

- Việc lựa chọn vị trí và số lượng máy biến áp cho xí nghiệp cần phải tiến hành

so sánh các chỉ tiêu về kinh tế và kỹ thuật

- Vị trí của máy biến áp phải thoả mãn các yêu cầu cơ bản sau

+ An toàn liên tục khi cung cấp điện

+ Phòng chống cháy nổ, bụi bẩn, khí ăn mòn

+ Gần trung tâm phụ tải, thuận tiện cho nguồn cung cấp điện

+ Thao tác vận hành xử lý dễ dàng

+ Tiết kiệm vốn đầu tư và chi phí vận hành

- Số lượng máy biến áp trong nhà máy phụ thuộc vào mức độ tập trung hay phân tán của phụ tải trong nhà máy Ngoài ra nó còn phụ thuộc vào tính chất quan trọng của nhà máy về mức độ cung cấp điện

Để chọn vị trí đặt trạm biến áp cho nhà máy được phù hợp với các yêu cầu trên,

ta phải tiến hành tính tâm phụ tải của toàn xí nghiệp, nếu đặt trạm biến áp tại tâm phụ tải tính toán (theo điều kiện cho phép) thì sẽ giảm chi phí tổn thất về điện áp và công suất điện năng Tuy nhiên, việc lựa chọn vị trí cuối cùng còn phụ thuộc vào các yếu tố khác như: đảm bảo tính mỹ quan, như thuận tiện và an toàn trong thao tác…v.v

Tâm phụ tải được xác định như sau

( )m

x S

77,52813

xi,yi là hoành độ và tung độ của phân xưởng thứ i

Si là công suất biểu kiến của phân xưởng thứ i

Như vậy ta sẽ đặt máy biến áp tại vị trí tâm phụ tải, khi đó toạ độ máy biến áp là

XBA= 80,48m; YBA= 94,78m

2.3 Chọn dây dẫn từ nguồn tới trạm biến áp

Chiều dài đường dây được xác định theo công thức sau:

( − ) (2 + V − )2 = (435−80,48) (2 + 68−94,78)2 =355,53

= x V X BA y Y BA

L

m (Ở đây xV,yV ta chọn là toạ độ của trưởng nhóm có chữ cái đầu của tên đệm là V)Tiết diện của dây ta chọn theo mật độ dòng điện kinh tế Tra trong bảng 9.pl.BT trang 456 sách BTCCĐ- NXBKH&KT ta chọn được jkt của đồng là jkt = 3,1 (A/mm2) với TM =5000h Khi đó dòng điện chạy trên dây dẫn được xác định:

( )A U

S

22.3

88,448

=

⇒ Tiết diện dây dẫn cần thiết:

( 2)8

,31,3

78,11

mm j

I F

2.4 Sơ đồ nối dây từ trạm biến áp đến các phân xưởng

Sau khi xác định được vị trí đặt của máy biến áp ta tiến hành vẽ sơ đồ đi dây cho các phân xưởng và cho toàn bộ xí nghiệp như sau

2.4.1 Sơ bộ các phương án

Có nhiều phương pháp để đi dây cho các phân xưởng

a Phương án I: ta kéo dây trực tiếp từ trạm biến áp tới các phân xưởng

b Phương án II: cũng kéo dây trực tiếp từ TBA tới các phân xưởng nhưng bẻ góc theo các mép đường và nhà xưởng để thuận tiện cho việc xây dựng, vận hành và phát triển mạng điện.

c Phương án III: ta đặt 2 tủ phân phối cho một số phân xưởng xa nhất để tiết kiệm chi phí kim loại mầu

2.4.2 Sơ bộ xác định tiết diện dây dẫn

Chọn dây dẫn cũng là một công việc khá quan trọng, vì dây dẫn chọn không phù hợp, tức không thoả mãn các yêu cầu về kỹ thuật thì có thể dẫn đến các sự cố như chập mạch do dây dẫn bị phát nóng quá mức dẫn đến hư hỏng cách điện Từ đó làm giảm độ tin cậy cung cấp điện và có thể gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng Bên cạnh việc thoả mãn yêu cầu về kỹ thuật thì việc chọn lựa dây dẫn cũng cần phải thoả mãn các yêu cầu về kinh tế

Cáp dùng trong mạng điện cao áp và hạ áp có nhiều loại thường gặp là cáp đồng cáp nhôm, cáp một lõi, hai lõi, ba hay bốn lõi, cách điện bằng dầu, cao su hay nhựa tổng hợp

Trong mạng điện xí nghiệp, dây dẫn và cáp thường được chọn theo hai điều kiện sau:

- Chọn theo điều kiện phát nóng cho phép

- Chọn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép

- Ở đây ta tính tiết diện dây dẫn theo phương pháp hao tổn điện áp cho phép, tức dây dẫn phải được lựa chọn sao cho tổn thất điện áp trên đường dây không vượt quá giới hạn cho phép

∆U∑< ∆Ucp

Với hao tổn cho phép là: ∆Ucp = 5% ⇒∆Ucp = 0,05.380 = 19 (V)

Giả sử sẽ đặt cáp trong các rãnh xây dựng ngầm dưới đất, do vậy ta chọn sơ

bộ giá trị điện trở kháng của đường dây là x0 = 0,07(Ω/km)

a. Đối với phương án II đi dây theo góc bẻ của phân xưởng

+ Xét với phân xưởng A

Chiều dài từ TBA tới các phân xưởng là:

lOA =

m y

Y x

X BA − A + BA− A = 80 , 48 − 200 + 94 , 78 − 24 = 190 , 31

+ Thành phần phản kháng của hao tổn điện áp được xác định theo biểu thức

∆UpxA =

V U

x l

689,010

.38,0

07,0.31,190.66,19

31,190.528,27

l P F

RA A

922,1710

.31,190.38

,0

07,0.66,1925,1.528,27

U

x Q r P U

< 19VVậy thoả mãn điều kiện cho phép

Tính toán tương tự ta có bảng số liệu sau:

Bảng 2

(KAVr) PSn Loi

DUx,V

DUR,V

b Đối với phương án III

 Xét trên tủ phân phối thứ nhất (đoạn O1) bao gồm các phân xưởng A,U,N,D Tổng công suất tác dụng và công suất phản kháng trên đoạn O1 là

D

A15101

69

Tñ 1

QO1 = QA + QU + QD + QN

= 19,66 + 28,389 + 20,58 +47,802=116,316 (kVAr)

Hình 3: Sơ đồ nối từ TBA tới tủ phân phối 1

+ Xác định tiết diện dây dẫn của đoạn O1, coi hao tổn điện áp cho phép tới điểm tải xa nhất là 19V Phân xưởng U được xác định là phân xưởng có tọa độ nhất, khi đó ta có:

10.38,0

110.389,283,89.316,11607,0

3 1

1 01 01

l P

U U

n

i i i

U R R

915,8852,1

511,16

3,89.197,150

69.622,2615

.95,58101.538,27110

.097,371

511,161

2

2 2

2 2

01 01 1 2 01

=

=

++

++

=+

01 01

38,0.915,8.54

3,89.197,150

mm U

U

l P F

R

∆

=γ

Tra bảng 2-36 Tr.645 sách CCĐ- NXBKH&KT ta chọn được cáp đồng có tiết diện F01 = 95 (mm2) và có r0 = 0,21 (Ω/km)

x0 = 0,06 (Ω/km)

( )V U

r l P

10.38,0

21,0.3,89.197,150

3 0

01 01

∆

+ Kiểm tra theo điều kiện điện áp cho phép thì hao tổn điện áp thực tế trên đoạn O1 là:

U

x Q r P l

10.38,0

06,0.316,11621,0.197,150.3,89

3 0

01 0 01 01

∆

< 19V

⇒ thoả mãn yêu cầu tổn thất cho phép

Thành phần tác dụng của hao tổn điện áp cho phép từ tủ phân phối đến các phân xưởng A,D,U,N

∆URpx = ∆UR(U) - ∆UR01 = 16,511 – 7,4 = 9,111(V)+ Tiết diện dây dẫn đoạn 1U (phân xưởng U là phân xưởng xa nhất)

8,21111,9.38,0.54

110.097,37

U U

l P F

10.38,0

06,0.389,288,0.097,37110

3 0

0 1

F(mm2)

Fch,mm

2

r0,

Ω/km

x0,

Ω/km

∆U(V)

1 116,316 150,197 89,3 2,874 10,62 73,32 70 0,29 0,06 8,915

2 176,209 220,103 80,7 2,85 8,48 100,08 120 0,17 0,06 8,6491A 19,545 27,528 101 0,3636 18,636 14,871 16 1,25 0,07 9,5091D 20,58 26,622 69 0,2616 18,738 9,8253 10 2 0,07 9,931N 47,802 58,95 15 0,1698 18,83 4,7297 6 3,33 0,09 7,919

1U 28,389 37,097 110 0,5753 18,425 21,827 25 0,8 0,07 9,1662G 27,499 34,966 65 0,3293 18,671 14,585 16 1,25 0,07 7,8062H 24,844 33,636 72 0,3295 18,67 15,541 16 1,25 0,07 8,2962O 45,645 55,292 100 0,7207 18,279 35,483 35 0,57 0,06 9,0152L 38,646 48,007 19 0,1739 18,826 5,8534 6 3,33 0,09 8,1672T 39,574 48,203 19 0,1781 18,822 5,8773 6 3,33 0,09 8,2040E 27,238 33,879 23,3 0,1501 18,85 2,034 2,5 8 0,09 16,740

M 39,948 34,469

30,3

0,2867

18,71

14,030Y 24,068 32,376 77,3 0,3427 18,657 6,538 10 2 0,07 13,510V 28,643 38,103 34,3 0,2327 18,767 3,385 4 5 0,09 17,432.4.3 So sánh kinh tế các phương án

Như đã phân tích ở trên thì phương án I không có tính khả thi đối với một xí nghiệp công nghiệp nên ta chỉ tiến hành tính toán so sánh các chỉ tiêu kinh tế của 2 phương án II và phương án III

Để đảm bảo tính tương đồng khi so sánh về kinh tế của các phương án ta cần

so sánh theo chỉ tiêu chi phí qui đổi

Z = pV + C = pV +∆A.c∆ = (atc + kkh).V+∆A.c∆Trong đó:

V- vốn đầu tư thiết bị

atc – hệ số tiêu chuẩn sử dụng hiệu quả vốn đầu tư atc = 1/Ttc

∆A- tổn thất điện năng, kWh

c∆ - giá thành tổn thất điện năng, đ/kWh

k – hệ số khấu hao đường cáp

Ở đây thời gian thu hồi vốn đầu tư tiêu chuẩn của nước ta là Ftc = 8 năm, và lấy hệ số khấu hao đường cáp là 6%, tức kkh = 0,06 khi đó p = atc + kkh = 1/8 + 0,06

= 0,185, giá thành tổn thất c∆= 1000 đồng/kWh

Thời gian hao tổn cực đại τ được xác định theo biểu thức

τ = (0,124 + TM.10-4)2.8760 = (0,124 + 5000.10-4)2.8760 = 3411 h

a Xét với đoạn OA (tức đoạn dây từ MBA tới phân xưởng A)

Hao tổn tác dụng trên đường dây

l r U

Q P

P OA 1,25.190,31 1,878

10.38,0

545,19528,27

3

2 2

0 2

2 2

Q P

10.38,0

545,19528,27

3

2 2

0 2

2 2

DP (kW)

Từ số liệu tính toán của 2 phương án trên ta thấy tổn hao điện năng của phương án 3 nhiều hơn phương án 2 là: 114437,7 – 112228,08 = 2209,62 kW, nhưng phương án 2 lại có tổng chi phí qui đổi nhỏ hơn phương án 3 là:

137,241.106 – 134,54.106 = 2,701.106 đ

CHƯƠNG III

CHỌN CÔNG SUẤT VÀ SỐ LƯỢNG MÁY BIẾN ÁP

Về việc chọn số lượng máy biến áp thường có các phương án : 1 MBA, 2MBA, 3MBA

- Phương án 1 MBA: đối với các hộ tiêu thụ loại 2 và loại 3, ta có thể chọn phương

án chỉ sử dụng một MBA Phương án này có ưu điểm là chi phí thấp, vận hành dơn giản, nhưng độ tin cậy cung cấp điện không cao

- Phương án 2 MBA: phương án này có ưu điểm là độ cung cấp điện cao nhưng chi phí khá cao nên thường chỉ sử dụng cho những hộ tiêu thụ có công suất lớn hoặc quan trọng (hộ loại 1)

- Phương án 3 MBA: độ tin cậy cấp điện rất cao nhưng chi phí cũng rất lớn nên ít được sử dụng, thường chỉ sử dụng cho những hộ tiêu thụ dạng đặc biệt quan trọng

Do vậy mà tuỳ theo mức độ quan trọng của hộ tiêu thụ, cũng như các tiêu chí kinh tế mà ta chọn phương án cho thích hợp

Từ kết quả tính toán hao tổn công suất ở bảng… ta có:

∆S = ∆P + ∆Q = 32,902 +j1,71 (kVA)Nên ta có tổng công suất tính toán có kể đến hao tổn công suất trên đường dây như sau:

Stt = P +∑∆P + j(Q + ∑∆Q) = (439,997 +32,902) + j( 277,638 +1,71)

⇒ Stt = 472,899 + j279,348 (kVA)

Nên

244,549348

,279899

495,3138760

5000.244,5498760

=

=

= ∑ M tb

T S S

(kW)

+ Hệ số điền kín phụ tải:

57,0244,549

495,313

Phương án I: 1 MBA có dung lượng 400kVA (22/0,4kV) nhỏ hơn công suất

S∑ = 549,244 (kVA) Theo phương án này thì hệ số quá tải MBA là:

4,137,1400

244,549

S

S k

Phương án II: chọn 2 máy biến áp có công suất: 2x250 (kVA)

Hệ số quá tải của phương án này là:

4,1098,1250.2

244,549

S

S k

Khi đó hệ thống MBA có khả năng làm việc quá tả khi một MBA bị xảy ra

sự cố hoặc bảo trì, bảo dưỡng…Giả sử 1 MBA bị sự cố thì trong trường hợp này MBA còn lại có thể làm việc quá tải trong một thời gian với toàn bộ phụ tải không?

Ta có hệ số quá tải MBA là:

4,12,2250

244,549

S

S k

Như vậy 1 MBA không thể đảm bảo làm việc quá tải cho toàn bộ phụ tải của

xí nghiệp khi sự cố xảy ra Do vậy ta cần phải cắt điện toàn bộ phụ tải loại III để giảm tải cho MBA Ở đây ta giả sử xí nghiệp có 20% phụ tải loại III, thì phụ tải khi giảm tải bây giờ còn:

0,8.549,244 = 439,395 (kVA)

Lúc này hệ số quá tải là:

4,176,1250

395,439

S

S k

Sau khi đã cắt toàn bộ phụ tải loại III ta thấy MBA vẫn không thể làm việc quá tải, do đó ta cần phải cắt thêm 20% phụ tải loại II để giảm tải cho MBA, lúc này phụ tải ở chế độ sự cố sẽ là:

Ssc = 0,6.549,244 = 329,546 (kVA)

⇒ hệ số quá tải:

4,132,1250

546,329

S

S k

Như vậy sau khi giảm bớt 20% phụ tải loại 2 thì một MBA với công suất 250/0,4 (kVA) có thể làm việc quá tải trong khoảng thời gian ngắn hạn cho phép để

xí nghiệp vẫn đi vào hoạt động bình thường với những phụ tải được ưu tiên

Phương án III: Dùng một MBA có công suất là 560 (kVA) Khi đó hệ số quá tải là

4,198,0560

244,549

S

S k

⇒ phương án này cũng cho phép làm việc quá tải 40% trở lên

Do phương án nào cũng có ưu điểm và nhược điểm, các phương án không ngang nhau về độ tin cậy cung cấp điện: đối với phương án 2 khi có sự cố ở một máy biến áp thì máy còn lại sẽ phải gánh một phần phụ tải loại I và loại II của xí nghiệp, còn đối với phương án I và III thì khi có sự cố mất điện thì toàn bộ xí nghiệp phải ngừng hoạt động Vậy để đảm bảo tính tương đồng về kỹ thuật và đưa

ra phương án tối ưu nhất ta cần phải xét đến cả thành phần thiệt hại khi có sự cố xảy ra ở các phương án, tức là so sánh chi phí qui đổi của hai phương án này

Ta chỉ so sánh suất thiệt hại khi mất điện đối với phụ tải loại I và loại II của

ba phương án mà thôi vì coi phụ tải loại III của các phương án là như nhau

+ Đối với phương án I:

- Tổn thất trong MBA được xác định

(kWh)

S

S P P

A

MBA N BA

59,257263411

.400

244,549.435,38760.415,0

8760

2 2

2 1

2 1 01

- Tổn thất trong MBA được xác định

(kWh)

S

S P P

A

MBA

N BA

14,210853411

.250

244,549.2

6,28760.34,0.2

28760 2

2 2

2 2

2 2 02

- Công suất thiếu hụt khi mất điện của phương án này là 20% công suất phụ tải loại II của xí nghiệp

Pth = mI+II PXN = 0,2.439,997 = 87,9994 (kW)

⇒ thiệt do mất điện là: Y1 = Ath.t.gth = 87,994.24.4500 = 9,508.106 đ

Vậy tổng chi phí qui đổi của phương án I là:

Z1 = (0,185.2.80,45 + 21,085 + 9,508).106 =60,36.106 đ

Tính toán tương tự cho phương án III, ta có bảng tổng kết 7

3.1 Hao tổn điện áp lớn nhất trong mạng điện

a Trên đường dây

2

2 2

2

10.656,610.250

4,0.6,2

BA

dm N BA

S

U P R

2

2 2

2

10.6,2510

.250.100

4,0.4

100

BA

dm N BA

S

U U Z