Bài tập cung cấp điện

3.Hộ loại 3:là những hộ tiêu thụ điện còn lại như khu dân cư,truờng học,phân xưởng phụ, nhà kho của các nhà máy….Đối với hộ loại 3 cho phép mất điện trong thời gian ngắn để khắc phục sử

Cám ơn thầy Nguyễn Văn Tiến thien731987@gmail.com

1.1 Nguồn năng lượng tự nhiên và đặc điểm của năng lượng điện

1 Nguồn năng lượng tự nhiên

- Nguồn năng lượng tự nhiên được hiểu là năng lượng và nhiên liệu sơ cấp, nó đặc trưng cho tiềm năng của đất nước Hệ thống năng lượng sơ cấp này bao gồm:

+ Các mỏ than dầu khí

+ Các hệ thống thuỷ năng như sông hồ, thác, suối, biển

+ Các hệ thống năng lượng khác như năng lương gió, năng lượng mặt trời, năng lượng địa nhiệt

2 Đặc điểm của năng lượng điên

- Điện năng là một dạng năng lượng có nhiều ưu điểm như: Dễ dàng chuyển thành các dạng năng lượng khác ( nhiệt, cơ, hoá) dễ chuyển tải và phân phối Chính vì vậy điện năng được dùng rộng rãi trong mọi lĩnh vực sinh hoạt của con người

- Điện năng nói chung không tích luỹ được, trừ một vài trường hợp cá biệt và công suất nhỏ như pin, ac quy, vì vậy giữa sản xuất và tiêu thụ điện năng phải luôn luôn đảm bảo cân bằng

- Điện năng là nguồn năng lượng chính của ngành công nghiệp là điều kiện quan trọng phát triển các đô thị và khu dân cư…do đó khi lập kế hoạch phát triển kinh tế xã hội, kế hoạch phát triển điện năng phải đi trước một bước, nhằm thoả mãn nhu cầu điện năng

1.2 Nhà máy điện :

1.Nhà máy nhiệt điện:

Đây là dạng nguồn điện kinh điển nhưng đến nay vẫn chiếm tỷ lệ quan trọng trong tổng công suất của hệ thống điện

Quá trình biến đổi năng lượng trong nhà máy nhiệt điện xảy ra như sau :

- Nhiệt năng ( của than ) -> cơ năng ( tua pin ) -> điện năng ( máy phát điện) => nhà máy nhiệt điện chạy than

- Nhiệt năng ( của khí gas ) -> cơ năng ( tua pin khí ) -> điện năng ( máy phát điện ) => nhà máy nhiệt điện chạy khí

-Nhiệt năng ( của dầu ) -> cơ năng (động cơ điezen ) -> điện năng ( máy phát điện ) => nhà máy nhiệt điện điezen

Hiện nay ở miền bắc nước ta do có mỏ than lớn nên đã xây dựng các nhà máy nhiệt điện chạy than lớn như Nhiệt điện Phả Lại 1 ( 400 MW ) Phả Lại

2 (600 MW) Uông Bí ( 300 MW ) và một số nhà máy nhiệt điện khác

Ở miền nam, do có nguồn khí khai thác từ các mỏ dầu nên đã xây dựng một số nhà máy nhiệt điện chạy khí lớn như Phú Mĩ ( 900MW ) Phú Mĩ 2,1

và 2,2 ( gần 600 MW ) do có nguồn khí lớn nên dự kiến xây thêm một số nhà máy nhiệt điện chạy khí ở khu vực này

Nhà máy nhiệt điện điezen có công suất nhỏ ( khoảng hàng trăm KW ) thường được dùng làm nguồn dự phòng, hoặc làm nguồn điện cho những vùng chưa có điện lưới quốc gia

2 Nhà máy thuỷ điện ( TĐ )

Nước ta có nguồn thuỷ năng phong phú vì vậy thuỷ điện cũng được khai thác từ rất sớm

Quá trình biến đổi năng lượng trong nhà máy TĐ xảy ra như sau:

Thuỷ năng ( của cột nước ) -> cơ năng ( tua bin nước ) -> điện năng ( máy phát điện ) => nhà máy TĐ

Nhà máy TĐ được phân bố đều trên cả nước ta

Ở miền bắc có nhà máy TĐ Hoà Bình ( 1920 MW ), nhà máy TĐ Thác

Bà ( 108 MW ) Ở miền trung có nhà máy TĐ Ya Ly ( 700 MW ) Ở miền

Cỏm ơn thầy Nguyễn Văn Tiến thien731987@gmail.com

TĐ khỏc cú cụng suất nhỏ hơn như TĐ Vĩnh Sơn, TĐ Sụng Hinh, TĐ Đa Nhim.Trong tương lai nước ta sẽ xõy thờm một số nhà mỏy TĐ lớn như TĐ Sơn La, TĐ Sụng Gõm ở miền bắc, TĐ Bản Mai ở miền trung Thuỷ điện nhỏ được khuyến khớch phỏt triển ở miền bắc và miền trung

Nhỡn trung giỏ thành điện năng do nhà mỏy TĐ sản xuất ra tương đối rẻ, hơn nữa cụng trỡnh thuỷ điện thường kết hợp với tưới tiờu, chống lũ, giao thụng, nuụi cỏ , v.v…nờn đưa lại nhiều lợi ớch Vỡ vậy khi lập kế hoạch phỏt triển nguồn điện người ta thường ưu tiờn phỏt triển thuỷ điện Tuy nhiờn giữa thuỷ điện và nhiệt điện phải cú tỷ lệ hợp lý thỡ hệ thống điện quốc gia mới cú thể vận hành an toàn và kinh tế Vấn đề này được giải quyết khi lập tổng sơ đồ phỏt triển hệ thống điện quốc gia 3 Nhà mỏy điện nguyờn tử (ĐNT )

Mặc dầu ĐNT đó được phỏt triển ở nhiều nước trờn thế giới nhưng người

ta lo ngại đến vấn đề an toàn và ụ nhiễm phúng xạ, vỡ vậy vấn đề xõy dựng nhà mỏy ĐNT chỉ được xem xột khi cỏc nguồn điện khỏc đó được khai thỏc hết

Ở nước ta hiện nay chỉ mới tiến hành nghiờn cứu khả năng xõy dựng ĐNT từ năm 2010 trở đi

3 Nhà mỏy điện nguyờn tử

* Đặc điểm: Là quá trình sản xuất điện năng từ nhiệt năng do phản ứng hạt nhân tạo ra

* Nguyên lý hoạt động: Nhiệt năng do phản ứng hạt nhân tạo ra sẽ biến thành cơ năng và từ cơ năng biến thành điện năng

* Ưu, nhược điểm:

- Ưu điểm:

+ Khả năng làm việc độc lập

+ Tốn ít nhiên liệu

+ VËn hµnh linh ho¹t, hiÖu suÊt

+ Kh«ng th¶i khÝ ra ngoµi khÝ quyÓn

- Lưới được thực hiện chủ yếu bằng các đường dây trên không

- Phải bảo quản định kỳ hàng năm

Khi tính toán chế độ làm việc lưới hệ thống có thể vươn tới các trạm trung gian

2 Lưới truyền tải :

Cám ơn thầy Nguyễn Văn Tiến thien731987@gmail.com

trung gian ( TTG ) các loại sơ đồ truyền tải trên hình 1.3

Các đặc điểm của lưới truyền tải :

- Sơ đồ kín có dự phòng : Hai lộ song song từ cùng 1 TKV ( hình 1.3 a ) , hai lộ từ 2 TKV khác nhau ( hình 1.3 b ) , 1 lộ nhưng có dự phòng ở lưới phân phối ( hình 1.3 c ) Vận hành hở vì lý do hạn chế dòng ngắn mạch , có thiết bị tự đóng nguồn dự trữ khi sự cố

- Điện áp 35,110,220KV

- Thực hiện bằng đường dây trên không là chính , trong các trường hợp không thể làm đường dây trên không thì dùng cáp ngầm

- Phải bảo quản định kỳ hàng năm

- Lưới 110KV trở lên trung tính MBA nối đất trực tiếp

3 Lưới phân phối :

Lưới phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian ( hoặc TKV hoặc thanh cái nhà máy điện ) cho phụ tải

Đặc điểm chung :

+ Lưới điện phân phối gồm 2 phần :

- Lưới phân phối trung áp có điện áp 6,10,15,22KV phân phối điện cho các trạm phân phối trung áp / hạ áp và các phụ tải trung áp

- Lưới hạ áp cung cấp điện cho các phụ tải hạ áp 380/220V

Các động cơ có công suất lớn và lò điện dùng trực tiếp điện áp 6-10KV còn tuyệt đại bộ phận phụ tải dùng 0,4KV

+ Ngoài các sự cố gây mất điện trên lưới phân phối còn có yêu cầu mất điện kế hoạch khá dài để bảo quản , cải tạo và để đóng trạm mới

+ Lưới phân phối có nhiệm vụ chính trong việc đảm bảo chất lượng phục

vụ tải ( bao gồm chất lượng điện áp và độ tin cậy cung cấp điện )

+ Lưới phân phối có cấu trúc kín nhưng vận hành hở ( lưới phân phối K/H ).Khi sự cố phần lưới phân phối sau máy cắt gần điểm sự cố nhất về phía nguồn bị cắt điện,sau khi cô lập đoạn lưới sự cố,phần lưới tốt còn lại sẽ được đóng điện để tiếp tục vận hành.Chỉ có đoạn lưới sự cố bị mất điện cho đến khi sửa chữa xong.Phụ tải đặc biệt cần độ tin cậy cao được dự phòng riêng bằng đường dây trung áp hay hạ áp

+ Phụ tải của lưới phân phối có độ đồng thời thấp

Hai phương pháp phân phối điện trung áp và nối đất trung tính cuộn trung áp của MBA nguồn (cao áp / trung áp)

- Phương pháp lưới điện 3 dây pha (3P): phương pháp này được sử dụng ở Châu âu, Liên Xô cũ và Nhật Bản….Theo phương pháp này cuộn trung áp của MBA nguồn cao áp /trung áp đấu sao và trung tính nối đất qua tổng trở Z (hình 1.4a) không có dây trung tính đi theo lưới điện Phụ tải hạ

áp được cấp điện qua MBA phân phối qua 3 pha và 1 pha đấu vào 2 pha trung áp (hình 1.4a)

- Phương pháp lưới điện 4 dây (3 dây pha và dây trung tính 3P-TT): Phương pháp này được dùng ở Mĩ, Canada, Úc ….Theo phương pháp này trung tính của cuộn trung áp của MBA nguồn cao áp/trung áp nối đất trực tiếp và có dây trung tính đi theo lưới điện tạo thành lưới điện 4 dây(hình 1.4b),cứ khoảng 300m được nối đất lặp lại 1 lần.Phụ tải hạ áp được cấp điện qua MBA phân phối 1 pha đấu vào 1 dây pha và dây trung tính trung áp

1.4.Hộ tiêu thụ điện :

Hộ tiêu thụ là bộ phận quan trọng của hệ thống cung cấp điện.Tuỳ theo mức độ quan trọng mà hộ tiêu thụ được chia thành 3 loại :

1.Hộ loại 1 :là hộ tiêu thụ mà khi bị ngừng cung cấp điện sẽ dẫn đến

nguy hiểm tới tính mạng con nguời,gây thiệt hại lớn về kinh tế (hư hỏn máy

Cám ơn thầy Nguyễn Văn Tiến thien731987@gmail.com

phòng…

Có thể lấy ví dụ hộ loại 1:nhà máy hoá chất,sân bay,bến cảng,văn phòng Chính Phủ,Quốc Hội,phòng mổ của bệnh viện,lò luyện thép,hệ thống ra đa quân sự,trung tâm máy tính …

Đối với họ loại 1,phải được cung cấp ít nhất 2 nguồn điện độc lập,hoặc phải có nguồn dự phòng

2.Hộ loại 2 :là hộ tiêu thụ mà khi bị ngừng cung cấp điện sẽ gây ra thiệt

hại về kinh tế như hỏng một bộ phận máy móc thiết bị gây ra phế phẩm ngưng trệ sản xuất.Ví dụ về hộ loại 2 :nhà máy cơ khí,nhà máy thực phẩm,khách sạn lớn,trạm bơm tưới tiêu…

Cung cấp điện cho hộ loại 2 thường có thêm nguồn dự phòng.Vấn đề ở đây là phải so sánh giữa vốn đầu tư cho nguồn dự phòng và hiệu quả kinh tế đưa lại do không bị ngừng cung cấp điện

3.Hộ loại 3:là những hộ tiêu thụ điện còn lại như khu dân cư,truờng

học,phân xưởng phụ, nhà kho của các nhà máy….Đối với hộ loại 3 cho phép mất điện trong thời gian ngắn để khắc phục sửa chữa các sự cố.Thông thường hộ loại 3 được cung cấp điện từ một nguồn

Trong thực tế việc phân loại hộ tiêu thụ không hoàn toàn cứng nhắc mà còn tuỳ thuộc vào tầm quan trọng của hộ tiêu thụ được xét với các hộ tiêu thụ còn lại.Mặt khác trong một nhà máy,một cơ sở sản xuất dịch vụ,khu dân cư…có nhiều loại hộ nằm xen kẽ nhau.Vì vậy hệ thống điện phải được nghiên cứu kĩ lưỡng, đảm bảo việc cung cấp điện an toàn và tin cậy ,linh hoạt

1.5.Trung tâm điều độ hệ thống điện :

Điều độ hệ thống điện được chia làm 3 cấp

- Điều độ trung ương (Ao)

- Điều độ địa phương : điều độ các nhà máy điện , điều độ các chạm khu vực , điều độ các công ty điện

- Điều độ các cơ sở điện

1.6.Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện :

* Những yêu cầu:

Khi vạch ra những phương án cung cấp điện cần đề cập tới các vấn đề chính sau

- Xác định vị trí và khả năng cung cấp điện của các điểm nguồn

- Lựa chọn cấp điện áp của nguồn cấp

- Xác định vị trí và phụ tải yêu cầu của các hộ tiêu thụ trên bản vẽ mặt bằng phân bố phụ tải

- Lựa chọn các hình thức chắp nối và đi dây vạch ra trên mặt bằng

- Tìm hiểu quy trình ,quy phạm về trang bị điện

- Nghiên cứu các chủ trương, chính sách , đường lối phát triển kinh tế

xã hội của nhà nước đối với từng địa phương khu vực hoặc xí nghiệp…

Phương án cung cấp điện được gọi là hợp lí nếu thoả mãn các điều kiện

cơ bản sau:

1 Đảm bảo chất lượng điện nghĩa là đảm bảo được tần số và điện áp nằm trong phạm vi cho phép Tần số được duy trì và điều chỉnh do nhà máy điện.Còn điện áp ngoài nhà máy điện điều chỉnh và duy trì ra còn phụ thuộc vào người thiết kế tính toán lựa chọn phương án đảm bảo sao cho tổn thất điện áp nằm trong giới hạn cho phép

2 Đảm bảo độ tin cậy,tính liên tục cung cấp điện phù hợp với yêu cầu của

hộ tiêu thụ Điều này phụ thuộc vào người vạch và lựa chọn phương án

Cám ơn thầy Nguyễn Văn Tiến thien731987@gmail.com

bị sự cố

4 Có chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật hợp lí

b.Nội dung chủ yếu :

Tuỳ quy mô của công trình lớn hay nhỏ mà các bước thiết kế có thể phân

ra tỷ mỉ hoặc gộp 1 số bước với nhau Nhìn chung các bước thiết kế cung cấp điện có thể phân ra như sau:

Bước 1:Thu thập dữ liệu ban đầu

- Nhiệm vụ,mục đích thiết kế cung cấp điện

- Đặc điểm quá trình công nghệ của công trình sẽ được cung cấp điện

- Dữ liệu về nguồn điện:công suất,hướng cấp điện,khoảng cách đến hộ tiêu thụ

- Dữ liệu về phụ tải :công suất,phân bố,phân loại hộ tiêu thụ

Bước 2:Tính phụ tải tính toán

- Danh mục thiết bị điện

- Tính phụ tải động lực

Bước 3:Chọn trạm biến áp,trạm phân phối

- Dung lượng,số lượng,vị trí của trạm biến áp,trạm phân phối

- Số lượng,vị trí của tủ phân phối,tủ động lực ở mạng hạ áp

Bước 4:Xác định phương án cung cấp điện

Bước 6:Lựa chọn các thiết bị điện

- Lựa chọn MBA

- Lựa chọn tiết diện dây dẫn

- Lựa chọn thiết bị điện cao áp

- Lựa chọn thiết bị điện hạ áp

Bước 7:Tính toán chống sét và nối đất

- Tính toán chống sét cho trạm biến áp

- Tính toán chống sét cho đường dây cao áp

- Tính toán nối đất chung tính của MBA,hạ áp

Bước 8:Tính toán tiết kiệm điện và nâng cao hệ số công suất cosφ

- Các phương pháp tiết kiệm điện và nâng cao hệ số công suất cosφ tự nhiên

- Phương pháp bù bằng tụ điện bù :xác định dung lượng bù,phân phối

tụ điện bù trong mạng cao áp và hạ áp

Bước 9:Bảo vệ rơle và tự động hoá

- Bảo vệ rơle cho MBA, đường dây cao áp,các thiết bị điện có công suất lớn và quan trọng

- Các biện pháp tự động hoá

- Các biện pháp thông tin điều khiển

Bước 10: Hồ sơ thiết kế cung cấp điện

- Bảng thống kê các dữ liệu ban đầu

- Bản vẽ mặt bằng công trình và phân bố phụ tải

- Bản vẽ sơ đồ nguyên lí cung cấp điện mạng cao áp,mạng hạ áp,mạng chiếu sáng

- Bản vẽ mặt bằng và sơ đồ đi dây của mạng cao áp,mạng hạ áp,mạng chiếu sáng

Cám ơn thầy Nguyễn Văn Tiến thien731987@gmail.com

đất,thiết bị chống sét…

- Các chỉ dẫn về vận hành và quản lí hệ thống cung cấp điện

7.Hệ thống điện Việt Nam:

Hệ thống điện của Việt Nam bao gồm:phần điện của nhà máy điện thuỷ điện Hoà Bình,Sơn La,nhiệt điện Phả Lại Phú Mĩ

Lưới điện :các trạm biến áp tăng áp,các đường dây truyền tải,phân phối điện và trạm biến áp giảm áp

+ Lưới điện đô thị :gồm thành phố lớn,nhỏ và thị trấn Điện áp trung áp thường sử dụng trong đô thị là 22KV và 10KV.Mỗi thành phố tuỳ theo lớn nhỏ, có thể được cung cấp bởi một hai hay hoặc nhiều trạm biến áp trung gian

+ Lưới điện nông thôn:mỗi huyện thường được cấp điên từ một đến hai trạm biến áp trung gian.Cấp điện áp 10KV và 35KV.Do điều kiện địa lí lưới điện trung áp có cấu trúc như cành cây.Từ trạm biến áp trung gian xây dựng vuông góc với đường trục trung áp,các đường rẽ nhánh từ những đường trục vươn về xã để cấp điện cho các trạm phân phối

Tất cả các tuyến dây đều là dây trần không vỏ không hở trạm biến áp kiểu cột Mỗi thôn thường được đặt một trạm biến áp phân phối ở giữa thôn làng từ đây có đường trục rẽ vào các ngõ xóm

+Lưới điện xí nghiệp công nghiệp(XN,CN): Điện năng cấp cho XN,CN được lấy từ các trạm biến áp trung gian bằng các đường dây trung áp.Tuỳ theo công suất của XN và khoảng cách từ XN tới trạm biến áp trung gian cấp điện áp là 10KV,22KV,35KV

thien731987@gmail.com

2.1 Đặt vấn đề :

Khi thiết kế cung cấp điện cho một công trình nào đó nhiệm vụ đầu tiên của chúng ta là xác định phụ tải điện của công trình ấy Tuỳ theo quy mô của công trình mà phụ tải điện phải được xác định theo phụ tải thực tế hoặc còn phải kể đến khả năng phát triển của công trình trong tương lai 5 năm,10 năm hoặc lâu hơn nữa.Ví dụ xác định phụ tải điện trong một phân xưởng thì chủ yếu là dựa vào máy móc thực tế đặt trong phân xưởng đó , xác định phụ tải điện cho một xí nghiệp phải xét tới khả năng mở rộng xí nghiệp trong tương lai gần , còn đối với thành phố , khu vực thì chúng ta phải tính đến khả năng phát triển của chúng trong thời gian 5,10 năm sắp tới Như vậy xác định phụ tải điện là giải bài toán phụ tải ngắn hạn hoặc dài hạn

2.2 Đồ thị phụ tải điện

Phụ tải điện là một hàm theo thời gian , nó phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đặc điểm của quá trình công nghệ , chế độ vận hành v.v…Tuy vậy đối với mỗi loại hộ tiêu thụ ( xí nghiệp,trạm bơm tưới tiêu, mạng lưới giao thông v.v…) cũng có thể đưa ra một dạng phụ tải điển hình

Lúc thiết kế nếu biết đồ thị phụ tải điển hình thì sẽ có căn cứ để chọn các thiết bị điện , tính điện năng tiêu thụ Lúc vận hành nếu biết đồ thị phụ tải điển hình thì có thể định phương thức vận hành các thiết bị điện sao cho kinh tế, hợp lý nhất Các nhà máy phát điện cần nắm được đồ thị phụ tải của các hộ tiêu thụ để định phương thức vận hành của các máy phát điện cho phù hợp vì vậy đồ thị phụ tải là một tài liệu quan trọng trong thiết kế cũng như vận hành hệ thống cung cấp điện

Tuỳ theo yêu cầu sử dụng mà người ta xây dựng các loại đồ thị phụ tải khác nhau Phân theo đại lượng đo có Đồ thị phụ tải tác dụng P ( t ), đồ thị

phụ tải phản kháng Q (t), đồ thị điện năng tiêu thụ A(t) phân theo thời gian

khảo sát có : Đồ thị phụ tải hàng ngày,hàng tháng, hàng năm…

1 Đồ thị phụ tải hàng ngày

Là đồ thị phụ tải trong một ngày đêm 24h Trong thực hành có thể dùng

dụng cụ đo điện từ tự ghi để vẽ đồ thị phụ tải, hoặc do nhân viên vận hành

ghi lại giá trị của phụ tải sau từng khoảng thời gian nhất định (hình 2 -1a,b)

thông thường để thuận tiện cho việc tính toán đồ thị được vẽ lại theo hình

bậc thang (hình 2 -1c)

Nghiên cứu đồ thị phụ tải hàng ngày của hộ tiêu thụ ta có thể biết được

tình trạng làm việc của các thiết bị Từ đó có thể định quy trình hợp lý nhất

nhằm đạt được đồ thị phụ tải tương đối bằng phẳng Như thế sẽ đặt được

mục đích vận hành kinh tế các thiết bị điện 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 thụ

Ví dụ : Xét đồ thị phụ tải hàng tháng của một xí nghiệp hình 2 - 2 ta thấy rằng vào khoảng tháng 4,5 phụ tải của xí nghiệp là nhỏ nhất, vì vậy vào lúc này nên tiến hành sửa chữa vừa và lớn các thiết bị điện Còn những tháng cuối năm phụ tải của xí nghiệp là lớn nhất, nên trước những tháng đó ( tháng 9,10 ) phải có kế hoạch sửa chữa nhỏ, bảo dưỡng hoặc thay thế thiết bị điện hỏng để có thể đáp ứng được yêu cầu của sản xuất

Cách vẽ đồ thị phụ tải hàng năm (hình 2 -3) được tiến hành như sau : Giả

sử ta quy định mùa hè gồm n1 ngày, mùa đông gồm n2 ngày với mức phụ tải

P2 ta thấy rằng ở đồ thị hình 2 - 3a mức P2 tổn hao trong khoảng thời gian

t2+t2', còn ở hình 2 - 3b P2 tồn tại trong khoảng t2" Vậy trong một năm mức

phụ tải P2 tồn tại trong khoảng thời gian :

T2 = (t2+t’2)n2 + t"2 n1 ( 2 – 1)

Nghiên cứu đồ thị phụ tải hàng năm ta biết đựơc điện năng tiêu thụ hàng năm, 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 sử dụng điện và tiêu hao điện năng

Trong các sổ tay tra cứu người ta thường cho các đồ thị phụ tải hàng ngày

và hàng năm điển hình ứng với các loại hộ tiêu thụ điện khác nhau

2.3 Các đại lượng và hệ số tính toán thường gặp

1 Công suất định mức Pđm

Hình 2- 3 Đồ thị phụ tải hàng năm a) Đồ thị phụ tải điển hình của một ngày mùa đông, b) Đồ thị phụ tải điển hình của một ngày mùa hè Đồ thị phụ tải hàng năm,

thien731987@gmail.com

Pđm

ghi rõ trong lý lịch máy hoặc trên nhãn hiệu máy Đối với động cơ, công suất định mức ghi trên nhãn hiệu máy chính là công suất trên trục động cơ 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 - 4)

Công suất đặt được tính như sau :

Pđ

dc dm

P



 ( 2 – 2) Trong đó:

Pđ - công suất đặt của động cơ,KW

Pđm - công suất định mức của động cơ,KW

ηđc - hiệu suất định mức của động cơ

Vì hiệu suất định mức của động cơ tương đối cao (đối với động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc ηđc = 0,8 – 0,95) nên để cho tính toán được đơn giản, người ta thường cho phép bỏ qua hiệu suất, lúc này lấy :

Pđ ≈ Pđm

Đối với các thiết bị điện làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại như sau :cần 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, tức là quy đổi về chế độ làm việc có hệ

số tiếp điện ε% = 100 % Công thức quy đổi như sau :

Hình 2 - 4

- Đối với đông cơ:

∆P, ∆Q – Điên năng tiêu thụ trong một khoảng thời gian khảo sát, KW,KVAR

t - thời gian khảo sát, h

Phụ tải trung bình của nhóm thiết bị được tính theo công thức sau:

thien731987@gmail.com

a.Phụ tải cực đại Pmax : là phụ tải trung bình lớn nhất tính trong khoảng thời gian tương đối ngắn (thường lấy bằng 5,10 hoặc 30 ph, hình 2 -5) ứng với các ca làm việc có phụ tải lớn nhất trong ngày Đôi khi người ta dùng phụ tải cực đại được xác định như trên để làm phụ tải tính toán

Người ta dùng phụ tải cực đại để tính toán tổn thất công suất lớn nhất, để chọn các thiết bị điện,chọn dây dẫn và dây cáp theo điều kiện mật độ dòng diện kinh tế…

b Phụ tải đỉnh nhọn Pdn-phụ tải cực đại xuất hiện trong khoảng thời gian từ 1-2s

Phụ tải đỉnh nhọn được dùng để kiểm tra dao động điện áp, điều kiện 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 xảy ra khi động cơ khởi động.Chúng ta không những chỉ quan tâm đến trị số phụ tải đỉnh nhọn mà còn quan tâm đến tần số xuất hiện của nó.Bởi vì số lần xuất hiện của phụ tải đỉnh nhọn càng tăng thì càng ảnh hưởng tới sự làm việc bình thường của các thiết bị dùng điện khác

4.Phụ tải tính toán Ptt

Phụ tải tính toán là 1 số liệu rất cơ bản dùng để thiết kế cung cấp điện

Phụ tải tính toán Ptt-là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi tương đương với

phụ tải thực tế (biến đổi) về mặt hiệu ứng nhiệt lớn nhất.Nói 1 cách khác phụ

tải tính toán cũng làm nóng dây dẫn lên tới nhiệt độ bằng nhiệt độ lớn nhất

do phụ tải thực tế gây ra.Như vậy nếu chọn các thiết bị điện theo phụ tải tính

toán thì có thể đảm bảo an toàn(về mặt phát nóng)cho các thiết bị đó trong

mọi trạng thái vận hành.Quan hệ giữa phụ tải tính toán và phụ tải khác được

nêu trong bất đẳng thức sau:

Ptb ≤ Ptt ≤ Pmax

Hằng số thời gian phát nóng của các vật liệu dẫn điện được lắp đặt trong

không khí,dưới đất và trong ống dao động xung quanh trị số 30 phút (bảng 2

-1).Vì thế người ta thường lấy trị số trung bình của phụ tải lớn nhất xuất hiện

trong khoảng 30 phút để làm phụ tải tính toán (hình 2 -5) Cũng chính vì thế

mà có sách gọi phụ tải tính toán là phụ tải nửa giờ P30

Hệ số sử dụng được tính theo công thức sau:

- Đối với 1 thiết bị:

i tb dm

P

P

1 1

( 2 – 8)

Thì hệ số sử dụng có thể được tính như sau:

ksd

)

(

2 1

2 2 1

n dm

n n

t t

t P

t P t

P t P

Hệ số cực đại thường được tính ứng với k làm việc có phụ tải lớn nhất.Hệ

số cực đại phụ thuộc vào hệ số thiết bị hiệu quả nhq.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

Bảng 2 – 2 tra trị số Kmax theo Ksd và nhq

Giá trị K max khi K sd bằng

3.11 2.87 2.64 2.48 2.31

2.64 2.42 2.24 2.10 1.99

2.14 2.0 1.88 1.80 1.72

1.87 1.76 1.66 1.58 1.52

1.65 1.57 1.51 1.45 1.40

1.46 1.41 1.37 1.33 1.30

1.29 1.26 1.23 1.21 1.20

1.14 1.12 1.10 1.09 1.08

1.05 1.04 1.04 1.04 1.04

nhq

hình 2-7 đường cong kmax = f(ksd, nhq)

3,0 2,0 1,0

2.10 1.96 1.85 1.77 1.70 1.65 1.55 1.46 1.41 1.37 1.33 1.30 1.25 1.22 1.20 1.18 1.17 1.16 1.15 1.13 1.12 1.12 1.12 1.11 1.11 1.10 1.10

1.84 1.75 1.67 1.61 1.55 1.50 1.40 1.34 1.30 1.27 1.25 1.23 1.19 1.17 1.15 1.13 1.12 1.12 1.11 1.10 1.10 1.09 1.08 1.08 1.08 1.08 1.08

1.60 1.52 1.45 1.41 1.37 1.34 1.28 1.24 1.21 1.19 1.17 1.16 1.14 1.12 1.11 1.10 1.10 1.09 1.08 1.08 1.08 1.07 1.07 1.07 1.06 1.06 1.06

1.43 1.36 1.32 1.28 1.26 1.24 1.21 1.19 1.17 1.15 1.14 1.13 1.12 1.10 1.10 1.09 1.08 1.07 1.06 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05

1.34 1.28 1.25 1.23 1.21 1.20 1.17 1.16 1.15 1.13 1.12 1.11 1.11 1.10 1.10 1.09 1.08 1.07 1.06 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05

1.26 1.23 1.20 1.18 1.16 1.15 1.14 1.13 1.12 1.12 1.11 1.10 1.09 1.09 1.08 1.08 1.07 1.07 1.06 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05

1.16 1.15 1.13 1.12 1.11 1.11 1.10 1.10 1.09 1.09 1.08 1.08 1.07 1.06 1.06 1.05 1.05 1.05 1.05 1.04 1.04 1.04 1.04 1.03 1.03 1.03 1.03

1.07 1.07 1.07 1.07 1.06 1.06 1.06 1.05 1.05 1.05 1.04 1.04 1.03 1.03 1.03 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 1.01 1.01 1.01 1.01 1.01 1.01 1.01

1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.03 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 1.02 1.01 1.01 1.01 1.01 1.01 1.01 1.01

thien731987@gmail.com

Số thiết bị hiệu quả nhq là số thiết bị giả thiết có cùng công suất và chế độ làm việc,chúng đòi hỏi phụ tải bằng phụ tải tính toán của nhóm phụ tải thực

tế (gồm các thiết bị có chế độ làm việc và công suất khác nhau)

Công thức để tính nhq như sau:

i

dm i P i P

1 2 2

1

( 2 – 13) Khi số thiết bị dùng điện trong nhóm n > 5 tính nhq theo (2-13 khá phiền phức vì vậy trong thực tế người ta tính nhq theo bảng hoặc đường cong cho trước.Trình tự tính như sau:

p và p1-tổng công suất ứng với n và n1 thiết bị

Sau khi tính được n* và p* thì dùng bảng 2 -3 hoặc đường cong ở hình 2-8

0 0,04 0,08 0,12 0,16 0,2 0,24 0,28 0,32

nhq*

p* = const

n*

thien731987@gmail.com

thời gian sử dụng công suất cực đại tmax là thời gian giả thiết mà phụ tải tiêu thụ với công suất cực đại và 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 xí nghiệp và chế độ làm việc khác nhau có giá trị khác nhau trị số này có thể được tra trong các sổ tay

thời gian tmax nói trên được định nghĩa với công suất tác dụng, đối với công suất phản kháng cũng định nghĩa tương tự thường tmax(p) khác tmax(q)

và tmax(q) ít dùng nên ở đây không đề cập tới

giả sử có đồ thị phụ tải như (hình 2-9a)

ab là đường cong biểu diễn sự biến thiên của phụ tải thực tế ta xác định

tmax như sau:

hình chữ nhật adeo được vẽ sao cho diện tích của nó bằng diện tích hình abco oe chính là tmax

điện năng tiêu thụ trong một năm là:

max max

vì phụ tải thực tế luôn luôn biến đổi theo thời gian theo những quy luật phức tạp không viết dưới dạng hàm giải tích được, cho nên trong thực tế tính toán người ta xác định tmax dựa vào đồ thị phụ tải hàng năm (hình 2-9b) hình chữ nhật adeo được vẽ sao cho diện tích của nó bằng diện tích của hình được giới hạn bởi đường bậc thang biểu diễn các mức phụ tải và hai đoạn thẳng oa

và oc đoạn oe chính là tmax

11 thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất: 

thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất  là thời gian giả thiết mà phụ tải vận hành với mức tổn thất công suất lớn nhất và tổn thất lượng điện năng đúng bằng lượng điện năng tổn thất do phụ tải thực tế gây ra trong một năm

giả thiết ta biết dòng phụ tải thực tế là i(t) thì tổn thất điện năng a sẽ là:

.R.I.3dt)t(.R3A

2 max

8760

0 2

I

dt)t(

thien731987@gmail.com

đồ thị như (hình 2-10), hoặc có thể tra theo bảng ở các sổ tay

2.4.Các phương pháp tính phụ tải tính toán :

Hiện nay có nhiều phương pháp tính phụ tải tính toán.Những phương pháp đơn giản, tính toán thuận tiện ,thường kết quả không thật chính xác lắm.Ngược lại,nếu độ chính xác được nâng cao thì phương pháp tính phức tạp.Vì vậy tuỳ theo giai đoạn thiết kế,tuỳ theo yêu cầu cụ thể mà chọn phương pháp tính cho thích hợp

Sau đây sẽ trình bày 1 số phương pháp xác định phụ tải tính toán thường dùng nhất

1.Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu

nc P i k

2

tt tt

P Q

pdi, pdmi-công suất đặt và công suất đinh mức của thiết bị thứ i,KW

ptt, Qtt, Stt - công suất tác dụng,phản kháng và toàn phần tính toán của nhóm thiết bị, KW, KVAr, KVA;

n- số thiết bị trong nhóm

Nếu hệ số công suất cosφ của các thiết bị trong nhóm không giống nhau thì phải tính hệ số công suất trung bình theo công thức sau:

Cosφtb =

Hệ số nhu cầu của các máy khác nhau thường cho trong các sổ tay

Ví dụ Tính phụ tải tính toán của 1 phân xưởng hoá chất: các số liệu và kết quả tính toán được ghi vào trong bảng sau:

 Phụ tải tính toán

 T

ên thiết

bị

ố t h iế

t b

ị tr o n

g n h ó

m

 ổng côn

g suất đm,

tt

( k V A r)

t

t

( k V A )

P1 cosφ1 + P2 cosφ2 + + Pn cosφn

3 ,



 2 5 ,

7

 3 2,

2

 2 3 , 8

Phương pháp tính phụ tải tính toán các hệ số nhu cầu có ưu điểm và đơn giản tính toán thuận tiện,vì thế nó là 1 trong những phương pháp được dùng

rộng rãi.Nhược điểm của phương pháp này là kém chính xác.Bởi vì hệ số nhu cầu knc tra được trong sổ tay là 1 số liệu cho trước và không phụ thuộc vào chế độ vận hành,thiết bị trong nhóm máy.Trong lúc đó theo công thức (3-11)ta có knc =ksd.kmax có nghĩa là hệ số nhu cầu phụ thuộc vào những yếu

tố kể trên Vì vậy,nếu chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm thay đổi nhiều thì kết quả tính phụ tải tính toán theo hệ số yêu cầu sẽ không chính xác

2.Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên 1 đơn vị diện tích sản xuất

Công thức tính:

Ptt = p0.F

Trong đó:

P0-suất phụ tải trên 1 m2 diện tích sản xuất KW/m2

F-diện tích sản xuất,m2 (tức là diện tích dùng để đặt máy sản xuất)

Giá trị p0 có thể tra được trong các sổ tay.Giá trị p0 của từng loại hộ tiêu thụ do kinh nghiệm vận hành thống kê lại mà có

Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng,vì vậy nó thường được dùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ.Nó cũng được dùng để tính phụ tải các phân xưởng có mật độ máy móc sản xuất phân bố tương đối đều,như phân xưởng gia công cơ khí,dệt,vòm bi…

Ví dụ.Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng gia công nguội của nhà máy cơ khí.Cho biết S0 = 0.3KVA/m2

Diện tích phân xưởng F =13000m2

Phụ tải tính toán :

Stt = S0.F = 0,3.13000 = 3900KVA

3.Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho 1 đơn vị sản phẩm

M-số đơn vị sản phẩm được sản xuất ra trong 1 năm(sản lượng)

W0-suất tiêu hao điện năng trong 1 đơn vị sản phẩm,kWh/đơn vị sản phẩm

Tmax thời gian sử dụng công suất lớn nhất, (h)

Phương pháp này thường được dùng để tính toán cho các thiết bị điện có

đồ thị phụ tải ít biến đổi như:quạt gió,bơm nước,máy nén khí khi đó phụ tải tính toán gần bằng phụ tải trung bình và kết quả tính tương đối chính xác

Ví dụ.Tính phụ tải tính toán của nhóm máy nén khí.Biết rằng trong 1 nhóm máy đó sản xuất được 312.106 m3 khí nén điện năng tiêu thụ cho 103

m3 khí nén là W0=100KWh/103m3 thời gian sử dụng công suất lớn nhất

Tmax= 7000h

Phụ tải tính toán:

10.7.10

10.10.312

3 3

2 6

Công thức tính:

Pt t= kmax.ksd.pd

Trong đó:

Pdm- công suất định mức,W

kmax,ksd - hệ số cực đại và hệ số sử dụng

Hệ số sử dụng ksd của các nhóm máy có thể tra trong sổ tay Hệ số cực đại tính theo mục 7 của chương này

Phương pháp này có kết quả tương đối chính xác vì khi xác định số thiết

bị hiệu quả nhq chúng ta đã xét tới 1 loạt các yếu tố quan trọng như ảnh hưởng của số lượng 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 phụ tải theo phương pháp này,trong 1 số trường hợp cụ thể dùng các công thức gần đúng sau:

1 Trường hợp n ≤ 3 và nhq < 4, phụ tải tính toán được tính theo công thức:

1

đối với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại thì:

Stt

875,0

dm dm

1

Trong đó:

Kpt-hệ số phụ tải của từng máy

Nếu không có số liệu chính xác,hệ số phụ tải có thể gần đúng như:

- kpt=0,9 đối với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn

- kpt=0.75 đối với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại

0,7 0,6 0,65 0,50 0,50

Biết ksd = 0,1 chung cho cả phân xưởng

Đ/S :

Stt 38,1 (KVA)

Ví dụ 2: Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại ( Kmax ) và công suất trung bình ( Ptb ) cho một phân xưởng mộc mẫu với các thiết bị và số liệu ghi ở bảng sau

Tên thiết bị Ký hiệu Số lượng P đm (KW) Cos K sd

2.5 Phương pháp tính một số phụ tải đặc biệt:

1 Phụ tải điện trạm bơm

Các máy bơm nông nghiệp thường có các thang công suất 14 (KW), 20(KW), 33(KW), 45(KW),55(KW), 75(KW), 100(KW), 200(KW) Với máy bơm công suất nhỏ sử dụng điện hạ áp, máy bơm công suất lớn 100 (KW) trở lên thường dung điện 6 (KV), hoặc 10 (KV)

Trạm bơm chia làm 2 loại:

Trạm bơm tưới, Trạm bơm tiêu Trạm bơm tưới làm việc hầu như quanh năm Trạm bơm tiêu làm việc ít ngày vào những dịp úng lụt

Phụ tải điện trạm bơm được xác định trong công thức sau:

thien731987@gmail.com

Kdt=

n

n lv

Với n _ Tổng số máy bơm đặt trong trạm ;

nlv _ Số máy bơm làm việc

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

Với trạm bơm tiêu, do tính cấp bách của việc chống lũ lụt bảo vệ hoa màu, cần cho 100% máy bơm làm việc

Kt _ Hệ số tải

Với trạm bơm tưới lấy theo thực tế,

Với trạm bơm tiêu cho máy tải 100% công suất

Như vậy, với trạm bơm tiêu trong những ngày làm việc phải cho 100% máy bơm vận hành đầy tải, nghĩa là:

Trị số cos  của trạm bơm lấy như sau:

Với trạm bơm tiêu cos  = cosđm  0,8 (Kt = 1)

Với trạm bơm tưới cos  = 0,6  0, 7 tuỳ theo Kt

Ví dụ1: Yêu cầu xác định phụ tải điện trạm bơm cấp huyện đặt 4 máy bơm 55 (kW) trong hai trường hợp

Đ/S:

1.Trường hợp trạm bơm tưới: Stt = 188,57 (KVA)

2.Trường hợp trạm bơm tiêu: Stt = 275 (KVA)

2 Phụ tải trường học

Hiện nay ở nông thôn trường học phát triển mạnh mẽ và đều khắp, mỗi xã có trường tiểu học, trường phổ thông cơ sở, mỗi huyện có 1, 2 thậm chí 3, 4 trường phổ thông trung học

Với các trường phổ thông điện chỉ dùng để chiếu sáng và quạt mát, vì thế phụ tải điện được xác định theo diện tích

Để thiết kế cấp điện cho trường cần xác định phụ tải điện từng phòng học, từng tầng, cả nhà học và toàn trường

Phụ tải điện 1 phòng học xác định theo công thức

Hệ số công suất cos  của phòng học lấy như sau:

Nếu là đèn tuýp + quạt: cos = 0,8

Nếu là đèn sợi đốt + quạt : cos = 0,9

Kđt _ Hệ số đồng thời Nếu các phòng học thường xuyên sử dụng hết thì K đt = 1

Phụ tải tính toán của cả nhà học gồm m tầng :

thien731987@gmail.com

1

Với trường học thường lấy K đt = 1

Phụ tải phản kháng của tầng, của cả nhà cũng xác định theo PT , PN

Đ/S:

S = 20,5 (KVA)

3 Phụ tải ánh sáng sinh hoạt

Đây là phụ phụ tải điện của các hộ gia đình ở nông thôn, các hộ gia đình có mức sống tương đối thấp và không chênh lệch nhau lắm

Phụ tải tải tính toán của một thôn, xóm hoặc làng được xác định như nhau:

Ptt = P0 H

Qtt = Ptt tg

Trong đó: H _ Là số hộ trong thôn, làng

P0 _ Là suất phụ tải tính toán cho 1 hộ, thường lấy

P0 = ( 0,5  0,8 ) (kW/ hộ)

Với 0, 5 dành cho khu vực thuần nông

O,6 – 0, 8 dành cho khu vực có nghề phụ hoặc làng xóm ven đường

Để phục vụ sinh hoạt các hộ thường ding nhiều loại thiết bị điện gia dụng khác nhau như: đèn, quạt, tivi, bàn là, tủ lạnh, vv… trong tính toán cung cấp điện thường lấy hệ số công suất chung là cos  = 0,85

Phụ tảI tính toán toàn xã bao gồm các thôn xóm, trường học, trạm bơm v.v… là:

Thôn 2: 200 hộ dân, thuần nông

Thôn 3: 120 hộ dân, bám mặt đường liên xã