Giáo trình cung cấp điện Chương 2 Xác định nhu cầu điện
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (432.93 KB, 18 trang )
Giáo trình cung cấp điện
Th.s Nguyễn Công Chương
Chương II
XÁC ĐỊNH NHU CẦU ĐIỆN
2.1. Khái niệm chung
Khi thiết kế cung cấp điện cho một công trình thì nhiệm vụ đầu tiên là phải xác
định được nhu cầu điện của công trình đó. Tùy theo quy mô của công trình mà nhu cầu
điện phải được xác định theo phụ tải thực tế và có tính đến sự phát triển của phụ tải sau 5
năm, 10 năm hoặc lâu hơn nữa. Do đó xác định nhu cầu điện là giải bài toán dự báo phụ
tải ngắn hạn hoặc dài hạn.
Dự báo phụ tải ngắn hạn là xác định phụ tải của công trình ngay sau khi công trình
đi vào vận hành. Phụ tải này thường được gọi là phụ tải tính toán. Phụ tải tính toán được
sử dụng để lựa chọn các thiết bị như: công suất, số lượng máy biến áp; chủng loại, tiết
diện dây dẫn; các thiết bị đóng cắt, bảo vệ…, để tính các tổn thất công suất, tổn thất điện
áp, tính toán chọn dung lượng bù.
Như vậy phụ tải tính toán là một số liệu quan trọng để thiết kế cung cấp điện.
Các phương pháp xác định phụ tải tính toán được chia làm hai nhóm chính:
* Nhóm thứ nhất: Các phương pháp của nhóm này sử dụng các hệ số tính toán
dựa vào kinh nghiệm thiết kế và vận hành. Đặc điểm của các phương pháp thuộc nhóm
này là thuận tiện trong tính toán nhưng chỉ cho kết quả gần đúng. Các phương pháp chính
của nhóm:
♦ Phương pháp suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm.
♦ Phương pháp công suất đặt và hệ số nhu cầu.
♦ Phương pháp suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản suất.
* Nhóm thứ hai: Các phương pháp của nhóm này sử dụng các hệ số tính toán dựa
trên cơ sở của lý thuyết xác suất và thống kê. Đặc điểm của các phương pháp thuộc
nhóm này là có xét đến ảnh hưởng của nhiều yếu tố, do vậy sẽ cho kết quả chính xác
nhưng tính toán phức tạp. Các phương pháp chính của nhóm:
♦ Phương pháp công suất trung bình và hệ số hình dáng.
♦ Phương pháp công suất trung bình và phương sai của phụ tải.
♦ Phương pháp số thiết bị hiệu quả.
Trong thực tế tuỳ theo yêu cầu cụ thể để chọn phương pháp tính toán thích hợp.
2.2. Đồ thị phụ tải
1. Định nghĩa
Đồ thị phụ tải là đường biểu diễn mối quan hệ của phụ tải điện theo thời gian và
phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đặc điểm của quá trình công nghệ, chế độ vận hành v.v.
Ứng với mỗi loại phụ tải của một ngành công nghiệp đều có thể đưa ra một dạng đồ thị
phụ tải điển hình.
2. Phân loại:
Giáo trình cung cấp điện
Th.s Nguyễn Công Chương
Theo công suất và dòng điện, đồ thị phụ tải gồm có:
♦ Đồ thị phụ tải công suất tác dụng:
P = f (t)
♦ Đồ thị phụ tải công suất phản kháng
Q = g(t)
♦ Đồ thị phụ tải công suất biểu kiến
S = h(t)
♦ Đồ thị phụ tải theo dòng điện
I = j(t)
Theo hình dạng, đồ thị phụ tải gồm có:
♦ Đồ thị phụ tải thực tế: dạng đồ thị này phản ánh sự thay đổi theo thực tế của
công suất theo thời gian (hình 2.1).
♦ Đồ thị nấc thang: Đồ thị này được quy đổi từ dạng đồ thị phụ tải thực tế về dạng
nấc thang (hình 2.2).
Hình 2.1. Đồ thị phụ tải ngày dạng thực tế
Hình 2.2. Đồ thị phụ tải ngày dạng nấc
thang
♣ Phương pháp xây dựng đồ thị phụ tải hàng ngày
Phụ tải điện chịu ảnh hưởng của rất nhiều yếu tố, phụ thuộc vào tính chất, đặc
điểm của các hộ dùng điện, các tham số của hệ thống điện, các đặc điểm kinh tế xã hội
của các vùng cung cấp điện vv. Để xây dựng đồ thị phụ tải hàng ngày thời gian tiến hành
khảo sát là 24 giờ và tiến hành lấy số liệu trong n ngày liên tục để đảm bảo độ tin cậy.
Việc lấy số liệu có thể áp dụng các phương pháp đo đếm từ xa, phương pháp dùng thiết
bị tự ghi hoặc phương pháp đo đếm trực tiếp.
♣ Phương pháp xây dựng đồ thị phụ tải hàng tháng
Đồ thị phụ tải hàng tháng được xây dựng theo phụ tải trung bình hàng tháng. từ đồ
thị này ta biết được nhịp độ làm việc của các hộ tiêu thụ để từ đó có thể đưa ra lịch bảo trì
sửa chữa thiết bị điện hợp lý (hình 2.3)
Giáo trình cung cấp điện
Th.s Nguyễn Công Chương
P(KW)
t(thang)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Hình 2.3. Đồ thị phụ tải hàng tháng
♣ Phương pháp xây dựng đồ thị phụ tải hàng năm
Đồ thị phụ tải hàng năm được xây dựng dựa trên cơ sở đồ thị phụ tải điển hình
ngày, đêm mùa hè và mùa đông (hình 2.4). Tùy theo đặc điểm từng vùng ta chọn số ngày
mùa đông và mùa hè thích hợp ( đối với vùng đồng bằng Bắc bộ thường lấy mùa đông là
190 ngày và mùa hè là 175 ngày ).
Hình 2.4. 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
(c) đồ thị phụ tải hàng năm
Ở hình 2.4(a): thời gian ứng với phụ tải P2 là: t2đ + t 2đ
’
Ở hình 2.4(b): thời gian ứng với phụ tải P2 là: t2h
Vậy trong một năm mức phụ tải P2 tồn tại trong khoảng thời gian là:
T2 = (t2đ + t 2đ).190 + t2h.175
’
Tương tự trong một năm mức phụ tải P1 tồn tại trong khoảng thời gian là:
T1 = t2đ.190 + t2h.175
Đồ thị phụ tải hàng năm được dùng để chọn dung lượng máy biến áp, chọn thiết bị
điện, đánh giá mức độ sử dụng điện và tiêu hao điện năng.
Giáo trình cung cấp điện
Th.s Nguyễn Công Chương
2.3. Các đại lượng cơ bản và hệ số tính toán
2.3.1. Các đại lượng cơ bản
1. Công suất định mức Pđm
Công suất định mức Pđm ( đôi khi còn gọi là công suất danh định ) của thiết bị điện
là công suất ghi trên nhãn máy hoặc ghi trong lý lịch máy. Đối với động cơ điện, công
suất định mức ghi trên nhãn hiệu máy chính là công suất cơ trên trục cơ.
Đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lập lại như cần trục, thang máy,
máy biến áp hàn thì công suất định mức phải quy về chế độ làm việc dài hạn với hệ số
tiếp điện định mức ε đm .
♦ Đối với động cơ điện:
'
Pđm
= Pđm ε đm
(2.3.1)
♦ Đối với máy biến áp hàn
'
S đm
= S đm ε đm
(2.3.2)
Trong đó: ε đm là hệ số tiếp điện định mức, thường có giá trị 15, 25, 40 hay 60%.
Công suất định mức của một nhóm thiết bị 3 pha:
n
n
Pđm = ∑ Pđmi ;
Qđm = ∑ Qđmi ;
i =1
I đm =
i =1
2
2
+ Qđm
Pđm
(2.3.3)
3U đm
Trường hợp trong mạng có thiết bị điện một pha: ta phân phối thiết bị đó lên 3
pha sao cho mức độ không cân bằng giữa các pha là ít nhất.
a) Nếu tại điểm cung cấp ( tủ phân phối, đường dây chính v.v…) phần công suất
không cân bằng bé hơn 15% tổng công suất tại điểm đó thì các thiết bị một pha được coi
như thiết bị ba pha có công suất tương đương.
Pđm 3 pha = ∑ Pđm 3 phai + ∑ Pđm1 phaj
i
(2.3.4)
j
b) Nếu phần công suất không cân bằng lớn hơn 15% tổng công suất các thiết bị tại
điểm xét, thì phụ tải tính toán quy đổi về ba pha của các thiết bị như sau:
♦ Trường hợp thiết bị một pha nối vào điện áp pha của mạng:
Pđm 3 pha = ∑ Pđm3 phai + 3Pđm1 pha (max)
(2.3.5)
i
Ở đây Pđm1 pha (max) là tổng công suất định mức các thiết bị một pha của pha mang tải
lớn nhất.
♦ Trường hợp trong mạng có các thiết bị một pha nối vào điện áp pha và thiết bị
một pha nối vào điện áp dây, thì ta phải quy đổi các thiết bị nối vào điện áp dây thành
thiết bị nối vào điện áp pha ( các hệ số quy đổi cho ở bảng 3.1 ).
Bảng 3.1
Hệ số quy đổi
p (ab) a, p (bc)b, p( ac)c
p ( ab)b, p (bc)c, p ( ac) a
0.4
1.17
-0.17
0.5
1.0
0
Hệ số công suất của phụ tải
0.6
0.65
0.7
0.8
0.89
0.84
0.80
0.72
0.11
0.16
0.20
0.28
0.9
0.64
0.36
1
0.5
0.5
Giáo trình cung cấp điện
Th.s Nguyễn Công Chương
0.86
1.44
q ( ab) a, q (bc)b, q (ac)c
q ( ab)b, q (bc)c, q ( ac) a
0.58
1.16
0.38
0.96
0.30
0.88
0.22
0.80
0.19
0.67
-0.05
0.53
-0.29
0.29
- Công suất quy đổi về pha a:
Pđm ( a ) = p (ab)a.Pđm1 pha ( ab ) + p (ac)a.Pđm1 pha ( ac ) + Pđm1 pha ( a )
Qđm ( a ) = q (ab)a.Qđm1 pha ( ab ) + q( ac) a.Qđm1 pha ( ac ) + Qđm1 pha ( a )
- Công suất quy đổi về pha b:
Pđm (b ) = p (ba )b.Pđm1 pha (ba ) + p (bc)b.Pđm1 pha (bc ) + Pđm1 pha (b )
Qđm (b ) = q (ba)b.Qđm1 pha (ba ) + q (bc)b.Qđm1 pha (bc ) + Qđm1 pha (b )
- Công suất quy đổi về pha c:
Pđm (c ) = p (ca)c.Pđm1 pha (ca ) + p(cb)b.Pđm1 pha ( cb ) + Pđm1 pha ( c )
Qđm ( c ) = q (ca)c.Qđm1 pha ( ca ) + q (cb)b.Qđm1 pha ( cb ) + Qđm1 pha ( c )
- Công suất định mức của pha mang tải lớn nhất:
Pđm1 pha (max) = max[ Pđm ( a ) , Pđm (b ) , Pđm ( c ) ]
Qđm1 pha (max) = max[Qđm ( a ) , Qđm (b ) , Qđm (c ) ]
2. Công suất đặt Pđặt
Công suất đặt Pđặt là tổng công suất định mức của một tổ hợp thiết bị hoặc của một
điểm tải, được xác định theo biểu thức:
Pđăt = ∑
Trong đó:
Pđmi
(2.3.6)
ηi
Pđặt , Pđmi là công suất đặt và công suất định mức của thiết bị thứ i.
η i là hệ số hiệu dụng của thiết bị thứ i.
Trong thực tế đa số các thiết bị có η khá lớn nên có thể coi nó xấp xỉ bằng 1. Do đó
để thuận tiện trong tính toán có thể xem Pđặt ≈ Pđm ứng với mỗi thiết bị và đối với nhóm thiết bị
Pđăt = ∑ Pđm .
3. Công suất trung bình Ptb
Công suất tiêu thụ trung bình trong một khoảng thời gian bất kỳ T được xác định
bằng biểu thức sau:
t
Ptb =
∫ P(t )dt
0
T
t
;
Qtb =
∫ Q(t )dt
0
T
(2.3.7)
Trên thực tế phụ tải trung bình được tính theo công thức:
Ptb =
AP
T
;
Qtb =
AQ
T
(2.3.8)
Giáo trình cung cấp điện
Th.s Nguyễn Công Chương
Trong đó AP (kWh), AQ (kVARh) là điện năng tác dụng và điện năng phản kháng
tiêu thụ trong khoảng thời gian khảo sát T(h).
Đối với nhóm thiết bị công suất trung bình được xác định theo biểu thức:
n
Ptb = ∑ Ptbi
n
Qtb = ∑ Qtbi
;
i =1
(2.3.9)
i =1
Công suất tiêu thụ trung bình đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích chế độ,
xác định phụ tải tính toán và tiêu hao điện năng.
Phụ tải trung bình theo dòng điện được xác định bằng biểu thức:
Ptb2 + Qtb2
I tb =
3U
(2.3.10)
Trong đó U là điện áp của mạng điện.
4. Công suất cực đại Pmax
Công suất cực đại Pmax là công suất lớn nhất xuất hiện trong khoảng thời gian xét.
Phân biệt hai loại công suất cực đại:
♦ Công suất cực đại dài hạn ( hay còn gọi là công suất cực đại ổn định ) là công
suất tiêu thụ trung bình lớn nhất, thường được tính trong khoảng thời gian 30 phút. Đây
là công suất được dùng để tính tổn thất công suất cực đại và để chọn các thiết bị điện, dây
dẫn và cáp theo mật độ dòng điện kinh tế.
♦ Công suất cực đại ngắn hạn ( hay còn gọi là công suất cực đại đỉnh nhọn ) là
công suất cực đại xuất hiện trong khoảng thời gian ngắn từ 1-2 giây ( ví dụ như khi khởi
động động cơ ). Người ta căn cứ vào giá trị cực đại này để kiểm tra dao động điện áp,
điều kiện tự khởi động động cơ, chọn dây chảy và tính dòng điện khởi động của rơle bảo
vệ. Ngoài ra người ta còn quan tâm đến số lần xuất hiện của phụ tải này, nếu tần số xuất
hiện càng lớn thì thì mức độ ảnh hưởng tới sự làm việc bình thường của các thiết bị điện
khác ở trong cùng một mạng điện càng cao.
5. Công suất trung bình bình phương Ptbbp
Công suất trung bình bình phương được sử dụng để tính tổn thất và được xác định
theo biểu thức sau:
t
Ptbbp
1
=
P 2 (t )dt ;
∫
T0
t
Qtbbp
1
=
Q 2 (t )dt
∫
T 0
(2.3.11)
Trong đó T là thời gian khảo sát
Tổn thất công suất trung bình và tổn thất điện năng được tính theo biểu thức sau:
∆Ptb =
(2.3.12)
2
2
Ptbbp
+ Qtbbp
U2
R
Giáo trình cung cấp điện
Th.s Nguyễn Công Chương
∆A = ∆Ptb .T
(2.3.13)
5. Công suất tính toán Ptt
Công suất tính toán là công suất giả định lâu dài không đổi, tương đương với phụ
tải thực tế biến đổi theo điều kiện tác dụng nhiệt lớn nhất. Các thiết bị điện được chọn
theo công suất này sẽ đảm bảo an toàn trong mọi trạng thái vận hành. Ptt có giá trị trong
khoảng:
Ptb ≤ Ptt ≤ Pmax
(2.3.14)
Trong tính toán thường lấy Ptt = Pmax . Vì vậy có thể coi công suất tính toán là công
suất cực đại.
Phụ tải tính toán Ptt được lấy bằng phụ tải trung bình cực đại xuất hiện trong thời
gian nửa giờ ( bằng 3 lần giá trị T0 - hằng số thời gian đốt nóng của dây dẫn thông dụng )
vì sau khoảng thời gian này trị số phát nóng đạt đến 95% giá trị xác lập ( T0 đối với dây
dẫn loại này dao động trong phạm vi 10 phút ).
6. Thời gian sử dụng công suất cực đại Tmax
Là khoảng thời gian mà nếu trong thời gian này ( Tmax) công suất tiệu thụ luôn là
Pmax thì điện năng tiêu thụ đúng bằng điện năng tiêu thụ thực tế ứng với công suất thay
đổi.
Tmax =
∑ Pt
i i
Pmax
=
AT
Pmax
(2.3.15)
2.3.2. Các hệ số tính toán
Trong nghiên cứu tính toán phụ tải, các hệ số giữ một vai trò quan trọng. Giữa các
đại lượng cơ bản có mối quan hệ phụ thuộc lẫn nhau thông qua các hệ số. Thông qua các
hệ số tính toán ta dễ dàng xác định được đại lượng này khi đã biết đại lượng kia.
1. Hệ số sử dụng k sd
Hệ số sử dụng của thiết bị điện được xác định bởi tỷ số giữa công suất tiêu thụ
trung bình và công suất định mức của thiết bị trong một khoảng thời gian xét ( giờ, ca,
ngày hoặc đêm, năm v.v…) Thời gian xét này được gọi là chu kỳ khảo sát T.
♦ Đối với một thiết bị:
k sd =
Ptb
Pđm
(2.3.15)
n
♦ Đối với một nhóm thiết bị:
K sd =
∑k
sdi
Pđmi
i =1
n
∑P
đmi
i =1
(2.3.16)
Giáo trình cung cấp điện
Th.s Nguyễn Công Chương
Hệ số sử dụng nói lên mức độ sử dụng, hay mức độ khai thác công suất của thiết
bị điện trong khoảng thời gian xét.
2. Hệ số đóng điện kđ
Hệ số đóng điện biểu thị mức độ đóng điện vào lưới của các thiết bị điện trong
khoảng thời gian xét. Đó là tỷ số giữa thời gian đóng điện trên tổng thời gian của chu kỳ
xét tck
Thời gian đóng điện t đ trong một chu kỳ xét là tổng thời gian làm việc tlv với thời
gian chạy không tải t kt
kđ =
t đ t lv + t kt
=
t ck
t ck
(2.3.17)
Hệ số đóng điện của một nhóm thiết bị:
n
Kđ =
∑k
đi
Pđmi
i =1
n
∑P
đmi
i =1
(2.3.18)
Hệ số kđ phụ thuộc vào quy trình công nghệ.
3. Hệ số phụ tải k pt
Hệ số phụ tải còn gọi là hệ số mang tải, biểu thị mức độ mang tải của thiết bị khi
làm việc, được xác định bởi tỷ số giữa công suất tiêu thụ trung bình trong thời gian đóng
điện Ptb.đ với công suất định mức.
k pt =
Ptb.đ Ptb.đ .t đ
P .t
k
A
=
=
= tb ck = sd
Pđm
Pđm .t đ
Pđm .t đ Pđm .t đ
kđ
(2.3.19)
Trong đó: điện năng A = Ptb.đ .t đ = Ptb .t ck
Hệ số phụ tải của một nhóm thiết bị:
K pt =
K sd
Kđ
(2.3.20)
4. Hệ số cực đại k max ≥ 1
Hệ số cực đại được xác định bởi tỷ số giữa công suất tính toán trên công suất trung
bình trong khoảng thời gian xem xét, thường được tính với ca mang tải lớn nhất.
k max =
Ptt
P tb
(2.3.21)
Hệ số k max phụ thuộc chủ yếu vào số thiết bị hiệu quả nhq , hệ số sử dụng k sd .
Giáo trình cung cấp điện
Th.s Nguyễn Công Chương
Trong các sổ tay thiết kế hệ số k max được tra theo đường cong k max = f (k sd , nhq ) như
ở hình (2.5) hoặc dưới dạng bảng biểu ( bảng 3.2 ).
Hình 2.5. Quan hệ k max = f (k sd , nhq )
Bảng 3.2. Hệ số k max tính theo k sd và n hq
n hq
4
5
6
7
8
9
10
12
16
18
20
25
30
35
40
45
50
k sd
0,1
3,43
3,23
3,04
2,88
2,72
2,56
2,42
2,10
1,99
1,91
1,84
1,71
1,62
1,56
1,50
1,45
1,40
0,15
3,11
2,87
2,4
2,48
2,34
2,20
2,10
1,85
1,77
1,70
1,65
1,55
1,46
1,41
1,37
1,33
1,30
0,2
2,64
2,42
2,24
2,10
1,99
1,90
1,84
1,67
1,61
1,55
1,50
1,40
1,34
1,30
1,27
1,25
1,23
0,3
2,14
2,00
1,88
1,80
1,72
1,65
1,60
1,45
1,41
1,37
1,34
1,28
1,24
1,21
1,19
1,17
1,16
0,4
1,87
1,76
1,66
1,58
1,52
1,47
1,36
1,28
1,26
1,24
1,21
1,19
1,17
1,15
1,14
1,13
1,12
0,5
1,65
1,57
1,51
1,45
1,40
1,37
1,34
1,25
1,23
1,21
1,20
1,17
1,16
1,15
1,13
1,12
1,11
0,6
1,46
1,41
1,37
1,33
1,30
1,28
1,26
1,20
1,18
1,16
1,15
1,14
1,13
1,12
1,12
1,11
1,10
0,7
1,29
1,26
1,23
1,21
1,20
1,18
1,16
1,13
1,12
1,11
1,11
1,10
1,10
1,09
1,09
1,08
1,08
0,8
1,14
1,12
1,10
1,09
1,08
1,08
1,07
1,17
1,07
1,06
1,06
1,06
1,05
1,05
1,05
1,04
1,04
0,9
1,05
1,04
1,04
1,04
1,04
1,03
1,03
1,03
1,03
1,03
1,03
1,03
1,03
1,02
1,02
1,02
1,02
Giáo trình cung cấp điện
60
70
80
90
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
1,32
1,27
1,25
1,23
1,21
1,19
1,17
1,16
1,16
1,15
1,14
1,14
1,13
1,13
1,12
Th.s Nguyễn Công Chương
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
1,19
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
1,07
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
1,10
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
1,04
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
1,03
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
1,03
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
1,03
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
1,10
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
5. Số thiết bị hiệu quả n hq
Trong tính toán ta thường gặp các nhóm thiết bị có công suất định mức và chế độ
làm việc khác nhau, điều đó làm phức tạp bài toán. Để đơn giản hóa phương pháp tính
cần phải giả thiết nhóm thiết bị đồng nhất ( công suất và chế độ làm việc của các thiết bị
điện tương đương nhau ).
Số thiết bị hiệu quả n hq của một nhóm n thiết bị thực tế có công suất định mức và
chế độ làm việc khác nhau chính là một số quy đổi gồm có n hq thiết bị có công suất và
chế độ làm việc như nhau tạo nên phụ tải tính toán bằng với phụ tải tính toán của nhóm
thiết bị thực tế.
♦ Khi số thiết bị trong nhóm n ≤ 5:
n hq
n
∑ Pđmi
= i =n1
∑ Pđmi2
2
i =1
(2.3.22)
♦ Khi số thiết bị trong nhóm n > 5: Ta tìm n hq theo bảng tra hoặc đường cong,
trình tự tính như sau:
- Phân riêng các thiết bị có công suất lớn mà công suất định mức của mỗi thiết bị ≥
một nửa công suất của thiết bị lớn nhất trong nhóm.
Pđmi ≥
Pmax
2
- Xác định số lượng thiết bị n1 của nhóm này.
n1
∑P
- Xác định tổng công suất định mức của nhóm n thiết bị: ∑ P
- Xác định tổng công suất định mức của nhóm n1 thiết bị:
ni =1
đmi
đmi
i =1
Giáo trình cung cấp điện
Th.s Nguyễn Công Chương
- Tìm các giá trị tương đối:
n1
n* =
∑P
đmi
n1
n
và
P* =
i =1
n
∑P
đmi
i =1
(2.3.23)
- Tra bảng ( bảng 3.3 ) hoặc đường cong ( hình 2.6 ), ta tìm được n hq*
n hq* còn có thể được tính theo biểu thức: n hq* =
0.95
( P*)
(1 − P*) 2
+
n*
1− n*
2
(2.3.24)
- Xác định số thiết bị hiệu quả: nhq = n.nhq*
(2.3.25)
Bảng 3.3. Quan hệ nhq* theo n* và P*
n* =
P*
n1/n
0,1
1
0,95
0,9
0,85
0,8
0,75
0,7
0,65
0,6
0,55
0,5
0,45
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,00
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,02
0,03
0,03
0,05
0,07
0,1
0,1
0,3
5
5
6
7
7
9
0
1
3
6
9
4
0
9
1
3
1
8
4
0,00
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,01
0,02
0,02
0,03
0,03
0,04
0,05
0,07
0,5
2
3
5
7
9
3
6
1
7
7
9
6
0,14
0,3
1
0,10
0,2
9
0
2
2
0,02
0,02
0,02
0,02
0,03
0,03
0,03
0,04
0,04
0,05
0,06
0,07
0,09
0,11
0,14
0,19
0,26
0,3
0,5
0,7
6
1
1
0,03
0,03
0,03
0,04
0,04
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,11
0,13
0,16
0,21
0,27
0,36
0,4
0,6
0,8
8
4
1
0,04
0,04
0,04
0,05
0,06
0,06
0,07
0,08
0,09
0,10
0,12
0,15
0,18
0,22
0,27
0,34
0,44
0,5
0,7
0,8
7
2
6
0,05
0,05
0,05
0,05
0,07
0,07
0,08
0,10
0,11
0,13
0,15
0,18
0,22
0,26
0,33
0,41
0,51
0,6
0,7
0,9
4
9
0
0,06
0,06
0,06
0,07
0,08
0,09
0,10
0,12
0,13
0,15
0,18
0,21
0,26
0,31
0,38
0,47
0,58
0,7
0,8
0,9
0
3
2
0,08
0,08
0,08
0,09
0,11
0,12
0,03
0,15
0,17
0,20
0,24
0,28
0,33
0,40
0,48
0,57
0,68
0,7
0,8
0,9
9
9
4
0,10
0,09
0,10
0,12
0,13
0,15
0,17
0,19
0,22
0,25
0,29
0,34
0,40
0,47
0,56
0,66
0,76
0,8
0,9
0,9
5
2
5
0,15
0,14
0,16
0,17
0,20
0,23
0,25
0,28
0,32
0,37
0,42
0,48
0,56
0,67
0,72
0,80
0,88
0,9
0,9
3
5
0,20
0,19
0,21
0,23
0,26
0,29
0,33
0,37
0,42
0,47
0,54
0,64
0,69
0,76
0,83
0,89
0,93
0,005
0,01
0,9
5
0,1
Giáo trình cung cấp điện
Th.s Nguyễn Công Chương
5
0.25
0,24
0,26
0,29
0,32
0,36
0,41
0,45
0,51
0,57
0,64
0,71
0,78
0,85
0,90
0,93
0,30
0,29
0,32
0,35
0,39
0,42
0,48
0,53
0,60
0,66
0,75
0,80
0,86
0,90
0,94
0,95
0,35
0,33
0,37
0,41
0,45
0,50
0,56
0,62
0,68
0,74
0,81
0,86
0,91
0,94
0,95
0,40
0,38
0,42
0,47
0,52
0,57
0,63
0,69
0,75
0,81
0,86
0,91
0,93
0,95
0,45
0,43
0,44
0,52
0,58
0,64
0,70
0,76
0,81
0,87
0,91
0,93
0,95
0,50
0,48
0,47
0,58
0,64
0,70
0,76
0,82
0,89
0,91
0,94
0,95
0,55
0,52
0,57
0,63
0,69
0,75
0,82
0,87
0,91
0,94
0,95
0,60
0,57
0,63
0,69
0,75
0,81
0,87
0,91
0,94
0,95
0,65
0,62
0,68
0,74
0,81
0,86
0,91
0,94
0,95
0,70
0,66
0,73
0,80
0,86
0,90
0,94
0,95
0,75
0,70
0,78
0,85
0,90
0,93
0,95
0,80
0,70
0,83
0,89
0,94
0,95
0,85
0,80
0,88
0,93
0,95
0,90
0,85
0,92
0,95
1
0,95
0,95
Hình 2.6. Quan hệ n hq* theo P * và n *
6. Hệ số nhu cầu k nc
Hệ số nhu cầu là tỷ số giữa công suất tính toán ( trong điều kiện thiết kế ) hoặc
công suất tiêu thụ ( trong điều kiện vận hành ) và công suất định mức của thiết bị dùng
điện.
Giáo trình cung cấp điện
Th.s Nguyễn Công Chương
Ptt
P P
P P
= tt . tb = tt . tb = k max .k sd
Pđm Pđm Ptb Ptb Pđm
k nc =
(2.3.26)
Đối với nhóm thiết bị khác nhau:
K nc =
∑k
nci
Pđmi
i
Pđmi
(2.3.27)
7. Hệ số đồng thời k đt
Thực tế các hộ tiêu thụ không phải lúc nào cũng được đóng vào cùng lúc lên
mạng, ở từng thời điểm số này được đóng vào, số khác lại được cắt ra. Tính chất này của
phụ tải được biểu thị bằng hệ số k đt . Số hộ tiêu thụ càng lớn thì k đt càng nhỏ.
Hệ số đồng thời là tỷ số giữa công suất tác dụng tính toán cực đại tại nút khảo sát
của hệ thống với tổng các công suất tác dụng tính toán cực đại của các nhóm hộ tiêu thụ
riêng biệt nối vào nút đó.
k đt =
Ptt
( k đt ≤ 1)
n
∑P
tti
i =1
(2.3.28)
- Đối với phân xưởng có nhiều nhóm thiết bị:
K đt =
Ptt . px
n
∑P
tt .nhómi
i =1
(2.3.29)
- Đối với nhà máy cấp điện cho nhiều phân xưởng:
K đt =
Ptt .nm
n
∑P
tt . pxi
i =1
(2.3.30)
8. Hệ số điền kín đồ thị phụ tải k đk
Hệ số điền kín đồ thị phụ tải là tỷ số giữa công suất trung bình và công suất cực
đại trong thời gian khảo sát.
k đk =
Ptb
Pmax
(2.3.31)
2.4. Các phương pháp xác định phụ tải tính toán
2.4.1. Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt Pđ và hệ số nhu cầu Knc
Công thức tính:
Giáo trình cung cấp điện
Th.s Nguyễn Công Chương
n
Ptt = ∑ k nci .Pđmi
(kW)
(2.4.1)
Qtt = Ptt .tgϕ
(kVar)
(2.4.2)
Ptt
(kVA)
cos ϕ
(2.4.3)
i =1
S tt = Ptt2 + Qtt2 =
Trong đó:
Pđmi : là công suất định mức của thiết bị thứ i
Ptt , Qtt , S tt là công suất tác dụng, công suất toàn phần và công suất phản
kháng của nhóm thiết bị.
k nc : hệ số nhu cầu tra ở sổ tay.
n: số thiết bị trong nhóm.
Trường hợp hệ số công suất của các thiết bị trong nhóm khác nhau ta tính cos ϕ tb
như sau:
n
∑ P . cos ϕ
i
cos ϕ tb =
i
(2.4.4)
i =1
n
∑ Pi
i =1
Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản trong tính toán nên được sử dụng rộng
rãi, nhưng kém chính xác vì hệ số k nc là số liệu cố định tra trong sổ tay cho trước, không
phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm.
2.4.2. Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản
phẩm
Ptt =
Trong đó:
MWo
Tmax
(kW)
(2.4.5)
M là số đơn vị sản phẩm sản xuất ra trong một năm.
Wo là suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẩm (kWh/đvsp)
Tmax là thời gian sử dụng công suất lớn nhất (h)
2.4.3. Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất
(kW)
Ptt = P0 .S
Trong đó:
(2.4.6)
2
2
Po - suất phụ tải trên trên 1m diện tích sản xuất (kW/m )
S - diện tích sản xuất (m2)
Phương pháp này cho kết quả gần đúng, được dùng ở giai đoạn thiết kế sơ bộ và
được dùng để tính toán ở các phân xưởng có mật độ máy móc tương đối đồng đều, giá trị
Po được tra ở sổ tay.
2.4.4. Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại kmax và công suất trung bình
n
Ptt = k max ∑ k sdi .Pđmi (kW)
i =1
Trong đó:
Pđmi - công suất định mức thiết bị thứ i.
(2.4.7)
Giáo trình cung cấp điện
Th.s Nguyễn Công Chương
kmax, ksdi - hệ số cực đại, hệ số sử dụng thiế bị thứ i.
Phương pháp này cho kết quả chính xác cao vì khi tính toán đã xét đến các yếu tố
như số lượng các thiết bị trong nhóm, số thiết bị có công suất lớn, chế độ làm việc các
thiết bị. Các công thức gần đúng khi áp dụng phương pháp này như sau:
♦ Trường hợp 1: n ≤ 3:
n
n
Ptt = ∑ Pđmi ,
Qtt = ∑ Pđmi .tgϕ
i =1
(2.4.8)
i =1
♦ Trường hợp 2: n > 3, nhq <4
n
Ptt = ∑ k pti .Pđmi
i =1
Trong đó:
n
Qtt = ∑ k pti .Pđmi .tgϕ =
i =1
Ptt
cos ϕ
(2.4.9)
kpti là hệ số phụ tải của thiết bị thứ i;
cos ϕ là hệ số công suất trung bình của nhóm thiết bị.
Khi không có số liệu chính xác về kpt và cos ϕ có thể lấy như sau:
kpt = 0.9, cos ϕ =0.8 đối với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn.
kpt = 0.75, cos ϕ =0.7 đối với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lập
lại.
♦ Trường hợp 3: Đối với nhóm thiết bị có đồ thị phụ tải bằng phẳng ( máy bơm,
quạt nén khí, …), hệ số cực đại có thể coi bằng 1 và phụ tải tính toán được tính như sau:
(2.4.10)
Ptt = Ptb ,
Qtt = Qtb
♦ Trường hợp 4: 4 ≤ nhq ≤ 10
n
Ptt = k max .K sd ∑ Pđmi
i =1
(2.4.11)
Qtt = 1.1Qtb = 1.1Ptb .tgϕ
♦ Trường hợp 5: nhq > 10
n
Ptt = k max .K sd ∑ Pđmi
i =1
(2.4.12)
Qtt = Qtb = Ptb .tgϕ
2.4.5. Các ví dụ tính toán
Ví dụ 1: Hãy xác định các đại lượng tính toán được suy từ đồ thị phụ tải điển hình
hàng ngày sau:
Giáo trình cung cấp điện
Th.s Nguyễn Công Chương
Giải:
- Công suất cực đại:
Pmax = 150 kW
- Công suất cực tiểu:
Pmin = 50 kW
- Điện năng tiêu thụ trong 24 giờ
A24giờ = 50x8 + 100x4 + 150x4 + 80x8 = 2040 kWh
- Công suất trung bình
Ptb = A24giờ /24 = 1960/24 = 85 kW
- Công suất bình phương trung bình
1
50 2.8 + 100 2.4 + 150 2.4 + 80 2.8
2
(
)
P
t
dt
= 91,56 kW
=
24
T ∫0
T
Pbptb =
- Công suất tính toán
Ptt = Pmax(30) = 150 kW
- Thời gian tổn thất công suất cực đại trong năm
Tmax = 365.A24/Pmax = 2040/150 = 365x2040/150 = 4964 giờ
- Hệ số điền kín
kđk = Ptb / Pmax = 85/150 = 0,57
Ví dụ 2: Cho một nhóm thiết bị có các thông số như bảng sau, hãy xác định công
suất tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu.
Pđm, kW
10
5
20
4
6
knc
0,4
0,6
0,9
0,3
0,5
cos ϕ
0,8
0,8
0,8
0,7
0,7
Giải:
n
Ptt = ∑ k nci .Pđmi =
i =1
∑ (10.0,4 + 5.0,6 + 20.0,9 + 4.0,3 + 6.0,5) = 29,2 (kW)
Giáo trình cung cấp điện
Th.s Nguyễn Công Chương
n
∑ P . cos ϕ
i
cos ϕ =
i
i =1
=
n
∑P
∑ (10.0,8 + 5.0,8 + 20.0,8 + 4.0,7 + 6.0,7) =
10 + 5 + 20 + 4 + 6
35
= 0,78
45
i
i =1
Qtt = Ptt .tgϕ = 29,2.0,81 = 23,6 (kVar)
S tt = Ptt2 + Qtt2 =
Ptt
= 29,2/0,78 = 37,54 (kVA)
cos ϕ
2.5. Trình tự tính toán phụ tải điện ở các cấp của hệ thống điện
Nguôn cung câp
6
Thanh cai 22kV
0,4kV
5
4
Tu phân phôi tông
3
2
Tu đông lưc
1
Đên phu tai
Đên phu tai
Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý cung cấp điện
Tính toán công suất theo trình tự từ phụ tải về nguồn, Cụ thể như sau:
♦ Tính Ptt1, Qtt1 tại điểm 1: chính là công suất tính toán của từng thiết bị nối với tủ
động lực → chọn dây dẫn nối từ thiết bị đến tủ động lực.
♦ Tính Ptt2, Qtt2 tại điểm 2: chính là công suất tính toán của nhóm thiết bị nối với
tủ động lực → chọn máy cắt chính cho tủ động lực.
♦ Tính Ptt3, Qtt3 tại điểm 3:
Ptt3 = Ptt2 + ∆P23 (∆P23 là tổn thất công suất tác dụng trên tuyến dây 23 )
Qtt3 = Qtt2 + ∆Q23 (∆Q23 là tổn thất công suất phản kháng trên tuyến
dây 23 )
→ chọn dây cáp nối từ tủ động lực đến tủ phân phối chính.
♦ Tính Ptt4, Qtt4 tại điểm 4:
n
Ptt 4 = K đt ∑ Ptti3 ;
i =1
n
Qtt 4 = K đt ∑ Qtti 3
i =1
Trong đó:
n-số nhánh ra của tủ phân phối chính; Kđt là hệ số đồng thời của các
nhóm máy nối với tủ động lực; Pitt3, Qitt3 là công suất tính toán của nhánh thứ i nối với tủ
phân phối chính.
♦ Tính Ptt5, Qtt5 tại điểm 5: tương tự như trên
Giáo trình cung cấp điện
Th.s Nguyễn Công Chương
Ptt5 = Ptt4 + ∆P45
Qtt5 = Qtt4 + ∆Q45
→ chọn dây cáp nối từ tủ phân phối chính đến thanh cái hạ áp của trạm biến áp và
chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ phía hạ áp của trạm.
♦ Tính Ptt6, Qtt6 tại điểm 6:
Ptt6 = Ptt5 + ∆PT ( ∆PT là tổn thất công suất tác dụng trong trạm biến áp )
Qtt5 = Qtt5 + ∆QT ( ∆QT là tổn thất công suất phản kháng trong trạm biến áp)
→ Chọn dung lượng máy biến áp phân xưởng.
2.6. Xác định tâm phụ tải điện
Trong tính toán thiết kế, việc xác định tọa độ tâm phụ tải để từ đó tìm vị trí đặt
máy biến áp, tủ phân phối nhằm đảm bảo tổn thất công suất, tổn thất điện năng là bé nhất.
Tâm phụ tải được xác định theo công thức sau:
X =
∑ P .x
∑P
i
i
i
;
Y=
∑ P .y
∑P
i
i
i
(2.4.13)
Trong đó:
(X,Y) - tọa độ tâm phụ tải của nhóm máy ( hoặc phân xưởng )
Pi - công suất của thiết bị thứ i ( hoặc nhóm thiết bị thứ i )
xi, yi - tọa độ của thiết bị thứ i ( hoặc nhóm thiết bị thứ i )
