PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN 2

Đồ thị phụ tải : ngày – tháng – năm Các định nghĩa Công suất định mức Phụ tải trung bình Phụ tải cực đại Phụ tải tính toán Hệ số sử dụng Hệ số phụ tải Hệ số cực đại Hệ số thiết bị h

CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI ĐIỆN

DÀN BÀI

I Khái niệm chung

1 Định nghĩa - công dụng - Phân loại - cách biểu diễn

2 Đồ thị phụ tải : ngày – tháng – năm

Các định nghĩa Công suất định mức

Phụ tải trung bình Phụ tải cực đại

Phụ tải tính toán Hệ số sử dụng

Hệ số phụ tải Hệ số cực đại

Hệ số thiết bị hiệu qủa Hệ số nhu cầu

Hệ số điền kín đồ thị phụ tải Ví dụ

MỤC TIÊU

 Phụ tải điện là gì? Tại sao phải xác định nhu cầu sử dụng điện

 Hiểu rõ đồ thị phụ tải Cách vẽ

và công dụng của từng loại

 Nắm vững các đại lượng đặc trưng trong đồ thị phụ tải Ý nghĩa và cách sử dụng của chúng trong công tác hàng ngày

 Có kiến thức về phương cách quàn lý điện năng mới – điều độ

hệ thống điện quốc gia và miền tại Việt Nam

Hình 2 – 1 : Theo dõi sản lượng điện tại bảng điện trung tâm trong TBA

I KHÁI NIỆM CHUNG

Phụ tải điện được xác định tùy thuộc vào nhiều yếu tố như : công suất, số lượng máy, chế độ vận hành, quy trình công nghệ sản xuất, trình độ quản lý – vận hành, … Xác định nhu cầu sử dụng điện là giải quyết bài toán dự báo phụ tải ngắn hạn, trung hạn, dài hạn Đây là một bài toán khó, trong chương này trình bày một số kiến thức dùng để xác định phụ tải điện

II.1 Định nghĩa

 Đồ thị phụ tải (ĐTPT) là một đường cong biểu diễn phụ tải điện theo thời gian

 Phụ tải điện (PTĐ) phụ thuộc vào nhiều yếu tố như : đặc điểm của quá trình công nghệ, chế độ vận hành, ……

 Mỗi loại hộ tiêu thụ đều có thể đưa ra một dạng đồ thị phụ tải điển hình

II.2 Công dụng

 Lúc vận hành nếu biết đồ thị phụ tải thì có thể định các phương thức vận hành các thiết bị điện sao cho kinh tế, hợp lý nhất, ……

 Các trạm biến p cần nắm được đồ thị phụ tải của hộ tiêu thụ để định phương thức vận hành của các trạm biến p cho phù hợp với yêu cầu phụ tải, ……

II.3 Phân loại

 Phân theo đại lượng điện : P(t) , Q(t) , U(t) , I(t) , …

 Phân theo thời gian : ca , ngày , tháng , năm , …

 Phân theo vị trí : của hệ thống , của trạm biến áp , …

II.4 Cách biểu diễn đồ thị phụ tải

Hình 2 – 2: dạng tự ghi Hình 2 – 3: dạng gấp khúc Hình 2 – 4: dạng bậc thang

Do máy đo tự động vẽ Do vận hành viên xác định Do kỹ thuật viên vẽ

II.5 Đồ thị phụ tải ngày

II.5.1 Định nghĩa: Là đồ thị phụ tải trong một ngày đêm (24 giờ)

II.5.2 Công dụng: Nghiên cứu đồ thị phụ tải hàng ngày ta có thể

 Biết được tình trạng làm việc của các thiết bị

 Có thể định ra quá

trình vận hành hợp

lý nhằm đạt đồ thị

phụ tải tương đối

bằng phẳng, giảm

được tổn thất trong

mạng điện

 Đồ thị phụ tải hàng

ngày cũng là tài

liệu làm căn cứ để

chọn thiết bị điện,

tính điện năng tiêu

 Trong thực tế vận hành có thể dùng dụng cụ đo điện tự ghi để vẽ đồ thị phụ tải

 Do nhân viên vận hành ghi lại giá trị của phụ tải sau từng khoảng thời gian nhất định Sau đó xác định từng điểm trên đồ thị phụ tải và nối các điểm với nhau

 Thông thường để thuận tiện cho việc tính toán, đồ thị phụ tải được nhân viên thuộc phòng kỹ thuật bậc thang hóa đồ thị phụ tải lại theo hình bậc thang

 Bậc thang hóa đồ thị phụ tải theo nguyên tắc: Giữ nguyên các giá trị đỉnh + Các phần diện tích thừa và thiếu phải bù đủ lẫn nhau

Hình 2 – 6 : Bậc thang hóa đồ thị phụ tải

II.6 Đồ thị phụ tải tháng

II.6.1 Định nghĩa

Đồ thị phụ tải tháng được xây dựng theo phụ tải trung bình hàng tháng

P (kW)

t (h)

0 8 12 18 22 24

P (kW)

t (h)

0 1 2 3 5 7 9 11

Ptb =

t

A

A : Điện năng sử dụng trong một tháng

P (kW , MW)

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

t (h)

II.6.2 Công dụng

Hình 2 – 7 : Đồ thị phụ tải tháng

Nghiên cứu đồ thị phụ tải tháng ta có thể biết được nhịp độ làm việc của hộ tiêu thụ, từ đó định ra lịch vận hành, sửa chữa thiết bị điện môt cách hợp lý đáp ứng yêu cầu sản xuất

Ví dụ : Nhìn vào đồ thị phụ tải tháng trên hình 2 – 7, người ta có thể đề ra lịch sửa

chữa lớn vào tháng 5 hoặc tháng 6 nhằm chuẩn bị cho sản xuất (hay tiêu dùng) trong tháng 7 và tháng 8

II.7 Đồ thị phụ tải năm

II.7.1 Định nghĩa

Là đồ thị phụ tải trong một năm (tương đương 8760 h) và được vẽ theo đồ thị phụ tải điển hình của một ngày trong các mùa (mùa nắng , mùa mưa, …) hoặc quý trong năm (1 ; 2 ; 3 ; 4) Đây là dạng đồ thị bậc thang giảm dần

II.7.2 Công dụng

Nghiên cứu đồ thị phụ tải hàng năm ta biết được

Điện năng tiêu thụ trong hàng năm và thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax

những số liệu đó được dùng làm căn cứ để chọn dung lượng máy biến áp, chọn thiết bị điện

Đánh giá mức độ cung cấp điện của trạm biến áp và tiêu thụ điện của phụ tải trong năm

II.7.3 Cách vẽ

Dùng đồ thị phụ tải điển hình ngày mùa mưa và đồ thị phụ tải điển hình ngày mùa nắng (hoặc đồ thị phụ tải điển hình ngày trong các quý) để vẽ nên đồ thị phụ tải hàng năm

Giả sử trong năm có : n1 ngày mùa mưa và có n 2 ngày mùa nắng

P (kW , MW)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 t (tháng)

Hình 2 – 8 : Cách xây dựng đồ thị phụ tải năm

Các giá trị P1 ; … ; P n được gióng từ các đồ thị phụ tải điển hình theo mùa sang đồ thị phụ tải năm

Các giá trị T1 ; … ; T n được tính như sau:

 T1 = n1 * t1 + n2 * t’1

 T2 = n1 * t2 + n2 * t’1

 T3 = n1 * t3 + n2 * t’3

 T4 = n1 * t4 + n2 * t’4

TÓM TẮT VÀ ÔN TẬP PHẦN I & II

TÓM TẮT

 Đồ thị phụ tải là một đường cong biểu diễn phụ tải điện theo thời gian

 Mỗi loại hộ tiêu thụ đều có thể đưa ra một dạng đồ thị phụ tải điển hình

 Dùng đồ thị phụ tải để chọn các thiết bị điện, tính điện năng tiêu thụ, xác

định phương thức vận hành các thiết bị điện sao cho kinh tế - hợp lý nhất, lập các kế hoạch vận hành sao cho phù hợp với yêu cầu phụ tải, đánh giá mức độ cung cấp điện của trạm biến áp và tiêu thụ điện năng của phụ tải trong năm ……

Câu hỏi

1 Phụ tải điện là ………, phụ thuộc vào những yếu tố:

………

2 Các đại lượng điện nào có thể biểu diễn trên đồ thị phụ tải?

3 Cho bảng số liệu trong ngày của một trạm biến áp như sau:

P (kW)

t

0 6 12 18 24

Đồ thị phụ tải điển

hình ngày mùa mưa

P (kW)

t

0 6 12 18 24

t (h)

Đồ thị phụ tải năm (bậc thang giảm dần)

Đồ thị phụ tải điển hình ngày mùa nắng

P (kW)

0 T 1 T 2 T 3 T 4 = 8760

P 1

P 2

P 3

P 4

t’1

t1

t2

t3

t4

t’3 t’4

t (h) 0  5 5  7 7  8 811 1114 1417 1721 2122 2223 2324

a- Vẽ đồ thị phụ tải ngày? Nhận xét về đồ thị phụ tải đã vẽ?

b- Tính điện năng trạm đã cung cấp cho các hộ tiêu thụ, biết costb = 0,72

4 Cho bảng số liệu trong ngày của một trạm biến áp như sau:

a Xác định các đại lượng: S ; AP ; AQ ; costb tại từng thời điểm?

b Vẽ đồ thị phụ tải ngày? Nhận xét về đồ thị phụ tải đã vẽ?

c Xem đồ thị phụ tải ngày là điển hình, xác định Ptb trong tháng của trạm?

5 Cho đồ thị phụ tải điển hình: ngày nắng (Sn ; 200 ngày) ngày mưa (Sm ; 165 ngày) của một trạm biến áp Vẽ đồ thị phụ tải năm của trạm? Xác định lượng điện năng?

III.1 Các định nghĩa

 Thiết bị dùng điện là những thiết bị tiêu thụ điện năng

 Hộ tiêu thụ là tập hợp những thiết bị dùng điện của xí nghiệp, của khu vực, ……

 Phụ tải điện là một đại lượng đặc trưng cho công suất tiêu thụ của các thiết bị dùng điện hay các hộ tiêu thụ

III.2 Công suất định mức (P đm , Q đm , S đm )

Các thiết bị điện thường được nhà chế tạo ghi sẵn trên lý lịch máy hoặc nhãn máy

 Đối với máy phát công suất định mức ghi trên nhãn máy chính là công suất phát

P đm = P 1

 Đối với động cơ công suất định mức ghi trên nhãn máy chính là công suất cơ

P đm = P 2

 Đứng về mặt cung cấp điện chúng ta quan tâm đến công suất đầu vào của động

cơ gọi là công suất đặt

Hình 2 – 9 : Giản đồ năng lượng

 Đối với các thiết bị làm việc ngắn hạn lập lại như: cần trục, máy hàn Khi tính phụ tải điện chúng ta phải quy đổi về công suất định mức ở chế độ làm việc dài hạn

 Đối với động cơ Pm'  Sđm cosđm %

 Đối với máy hàn Pđm'  Pđm %

 Pđm : công suất tác dụng định mức trong lý lịch máy

 : công suất định mức quy về chế độ dài hạn

 Sđm : công suất biểu kiến định mức của máy biến áp trong lý lịch máy

 cosđm : hệ số công suất ở lò điện khi phụ tải đạt đến công suất định mức

 ε% : hệ số tiếp điện có trong lý lịch máy

III.3 Phụ tải trung bình P tb

Là một đại lượng đặc trưng tĩnh của phụ tải trong một

khoảng thời gian nào đó

Tổng phụ tải trung bình của các thiết bị cho ta căn cứ

để đánh giá giới hạn dưới của phụ tải tính toán

Trong đó : AQ ; AP lượng điện năng tiêu thụ trong một khoảng thời gian t

Phụ tải trung bình của một nhóm thiết bị











n

1 i tbi tb

n

1

-i

tbi

P

Biết phụ tải trung bình

 Có thể đánh giá được mức độ sử dụng thiết bị

 Xác định phụ tải tính toán

 Tính tổn hao điện năng

Thời gian khảo sát của phụ tải trung bình có thể là một ca làm việc, tháng, năm

III.4 Phụ tải cực đại

Chia làm 2 nhóm : Phụ tải cực đại lâu dài và Phụ tải đỉnh nhọn

a) Phụ tải cực đại lâu dài : Pmax

Pđ =

hđ

Pđ

hđc =

P1

P2

h đc : Hiệu suất của động cơ

P đm = P 2 : Công suất định mức của động cơ

P đ = P 1 : Công suất đầu vào của động cơ

P : Các tổn thất

∆P FES ∆P CuS ∆PFER∆PCuR ∆PCƠ

P2

P1

Ptb2

Ptb

Ptb1

Ptb3

Ptb4

' m P

t

A Q t

A

Là phụ tải trung bình lớn nhất tính trong khoảng thời gian ngắn (được tính trong khoảng 10  30 phút)

Người ta dùng phụ tải lớn nhất để tính tổn thất công suất lớn nhất, chọn thiết bị điện, dây dẫn, dây cáp theo mật độ dòng điện kinh tế

Hình 2 – 10 : Đường đặc tính nhiệt của động cơ ứng với các mức công suất

b) Phụ tải đỉnh nhọn : Pđn

Là phụ tải cực đại xuất hiện trong khoảng thời gian 1  2 giây

Phụ tải đỉnh nhọn thường xảy ra khi khởi động động cơ Chúng ta không chỉ quan tâm đến trị số của phụ tải đỉnh nhọn mà còn cần quan tâm đến số lần xuất hiện của phụ tải đỉnh nhọn trong chu kỳ làm việc Bởi số lần xuất hiện của phụ tải đỉnh nhọn càng tăng thì ảnh hưởng càng lớn tới sự làm việc bình thường của các thiết bị khác Phụ tải đỉnh nhọn dùng để kiểm tra dao động điện áp, điều kiện tự khởi động của động cơ, điều kiện làm việc của cầu chì, dòng khởi động của rơle bảo vệ, …

III.5 Phụ tải tính toán P tt

Là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi tương đương với phụ tải thực tế về mặt hiệu ứng nhiệt lớn nhất

Nói cách khác, phụ tải tính toán cùng làm nóng dây dẫn lên tới nhiệt độ bằng nhiệt

độ lớn nhất do phụ tải thực tế gây ra

Ta có quan hệ : Ptb  P tt  P max

Phụ tải tính toán là một số liệu rất cơ bản dùng để thiết kế cung cấp điện

III.6 Hệ số sử dụng k sd

Là tỷ số giữa phụ tải tác dụng trung bình với công suất định mức của thiết bị

Đối với một nhóm thiết bị Đối với một thiết bị Khi có đồ thị phụ tải

10  30’

 1 ổn định

 2 ổn định

P

P 2

P1

t









 n

1

i

đmi

n

1

i

tbi sd

P

P k

đm

tb sd P

P

k 

ck

n

1 i i i tb

t

t P P







) t

t (t P

t P

t P t P k

n 2

1 đm

n n 2

2 1 1 sd















Hệ số sử dụng 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 một số liệu dùng để

tính toán công suất tính toán

III.7 Hệ số phụ tải k pt

Là hệ số giữa công suất thực tế với

công suất định mức

Hệ số phụ tải nói lên mức độ sử

dụng và mức độ khai thác thiết bị điện

III.8 Hệ số cực đại K max

Là hệ số giữa phụ tải tính toán với

phụ tải trung bình trong khoảng thời gian

1 P

P

k

tb

tt max   k max : thường tính với hệ số làm việc có phụ tải lớn nhất

Hệ số cực đại thường rất khó tính vì nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố đặc trưng của các chế độ làm việc và các hệ số sử dụng, hệ số thiết bị hiệu quả: kmax = f (k sd , n hq )

Có thể tra kmax theo đường cong hoặc tra theo bảng trong cẩm nang điện

III.9 Hệ số thiết bị hiệu quả n hq

Giả sử có một nhóm gồm n thiết bị có công suất định mức và

chế độ làm việc khác nhau Số thiết bị hiệu qủa nhq là số thiết bị đã

biết có cùng công suất và chế độ làm việc, chúng đòi hỏi phụ tải

tính toán của số thiết hiệu bị qủa nhq bằng phụ tải tính toán của nhóm

phụ tải thực tế gồm n thiết bị nêu trên, Công thức để tính nhq

III.10 Hệ số điền kín đồ thị phụ tải kđk

Hệ số điền kín đồ thị phụ tải là tỉ số giữa công suất tác dụng trung bình với công suất cực đại trong thời gian khảo sát Có thể coi Pmax = Ptt và thời gian khảo sát bằng thời gian của ca phụ tải lớn nhất

Hệ số điền kín đồ thị phụ tải đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá đồ thị phụ tải ngày – đêm và đồ thị phụ tải năm

P

t (h)

0 4 8 12 16 18 20 24 200

Pma

Pt.tế

Ptb

Ptt

150

100

50

2 n

1 i đmi

2 n

1 i tbi hq

) (P

) P ( n











max tt

tb max

tb đk

k

1 P

P P

P

đ

tt pt P P

k 

Hình 2 – 12 : Theo dõi phụ tải trên bảng điện tại trạm biến áp trung gian

III.11 VÍ DỤ

Theo dõi một hộ tiêu thụ trong một ngày đêm, có bảng số liệu Xác định

a) Phụ tải thực tế, phụ tải tính toán, phụ tải trung bình, phụ tải trung bình, phụ tải cực đại của phụ tải, sau đó vẽ trên cùng một đồ thị phụ tải

b) Lượng điện năng tiêu thụ trong một ngày của phụ tải và costb

c) Các hệ số của đồ thị phụ tải và ý nghĩa của chúng

Bài giải

 S (kVA) trong bảng số liệu là công suất thực tế St.tế trong từng khoảng thời gian

Hình 2 – 13 : Một số đồng hồ đo điện áp, dòng điện, ; đếm điện năng dùng kỹ thuật

số, có khả năng nhớ, trong TBA GIS Tao Đàn

t (h) 0  6 6  8 8  12 12  16 16  21 21  24

 Lượng điện năng tiêu thụ trong ngày và cosφtb

0,733 1660 1788

1788

A A

A

cos

2 2

2 Q 2 P

P









0,734 603

443 S

P S

cos S

1 i i

6

1 i i 6

1 i i

6

1

i

i i





















 Các giá trị phụ tải cực đại: Pmax = 105 (kW) ; Qmax = 120 (kVAr) ; Smax = 150 (kVA)

 Phụ tải trung bình : ta có tck = 24 (h)

 Phụ tải tính toán : Stb  Stt  Smax 102 (kVA)  Stt  150 (kVA)

 Theo quy định của ngành điện Việt Nam, hộ tiêu thụ này bị phạt cos vì có hệ số công suất trung bình costb < 0,85 Hộ này cần phải có những biện pháp để nâng cao costb như: gắn tụ bù, sắp xếp lại sản xuất, bố trí lại các động cơ, …

(60x0,8) + (78x0,77) + (106x0,85) + (145x0,72) + (150x0,6) + (64x0,78)

60 + 78 + 106 + 145 + 150 + 64

=

) ( ,

24

1788

24

1660

A

) ( 102 24

24

6

1 2

2

kVA

t S A

A

i i Q

P





(kWh) 1788

3)

* (50 5)

* (90 4)

* (105 4)

* (90 2)

* (60 6)

* (48 t

P

A

6

1

i

i

i



(kVArh) 1660

3)

* (40 5)

* (120 4)

* (100 4)

* (56 2)

* (50 6)

* (36 t

Q

A

6

1

i

i i



Ghi chú

 Học sinh tự tính các hệ số còn lại như: hệ số phụ tải ; hệ số sử dụng ; hệ số điện kín ;

hệ số cực đại ; …… và cho các nhận xét cụ thể về các hệ số đó

 Có thể truy xuất ngay các thông tin về đồ thị phụ tải trên các màn hình giao diện của thiết bị trong trạm biến áp

 Các đường nét diễn tả cho đồ thị phụ tải của bài ví dụ P Q S

Các giá trị của P ; Q ; S có thể cực đại ở những thời điểm khác nhau

Hình 2–15 : Đồ thị phụ tải ngày của hộ tiêu thụ trong ví dụ

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

S

P

Q

Smax = 150

Pmax = 105

Qmax = 120

Stb = 101,6

Ptb = 74,5

Qtb = 69,4

P , Q , S (kW , kVAr , kVA)

150

100

50

t (h)