Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho nhà máy cơ khí trung quy mô số 2

GVHD Thiết kế hệ thống cung cấp
điện
LỜI NÓI ĐẦU
Trong sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước, công nghiệp điện giữ
một vai trò đặc biệt quan trọng. Bởi vì, công nghiệp điện là ngành có liên
quan chặt chẽ đến hầu hết các ngành kinh tế quốc dân, làm tăng năng suất lao
động, tạo nên sự phát triển nhịp nhàng trong nền kinh tế.
Chính vì vậy, khi xây dựng một nhà máy, khu dân cư hay một thành phố
mới ... thì việc đầu tiên là phải xây dựng một hệ thống cung cấp điện để phục
vụ cho nhu cầu sản xuất và sinh hoạt của nơi đó.
Đất nước ta đang trên con đường công nghiệp hoá - hiện đại hoá, đẩy mạnh
sự phát triển công nghiệp, mở rộng những nhà máy công suất lớn, công nghệ
hiện đại. Điều này có ý nghĩa lớn trong việc thiết kế hệ thống cung cấp điện cho
nhà máy hay xí nghiệp công nghiệp để đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật.
Với những kiến thức đã được học tập, nghiên cứu trong nhà trường, trước
khi tốt nghiệp em được giao đồ án với đề tài: "Thiết kế hệ thống cung cấp
điện cho nhà máy cơ khí trung quy mô số 2". Đồ án tốt nghiệp này sẽ là một
sự tập dượt rất quý cho em trước khi bước vào thực tế.
Sau một thời gian làm đồ án, với nổ lực của bản thân, đồng thời với sự
hướng dẫn giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn, đặc biệt là sự hướng dẫn
tận tình của cô giáo Nguyễn Thị Hồng Hải, đến nay em đã hoàn thành đồ án tốt
nghiệp của mình. Song với kiến thức còn hạn chế, cùng với đề tài thiết kế hệ
thống cung cấp điện là tương đối khó và phức tạp, đòi hỏi phải có nhiều kinh
nghiệm và chuyên môn cao nên trong quá trình thiết kế em không tránh khỏi
những sai sót.Vì vậy, em mong được sự nhận xét góp ý của các thầy cô giáo.
Em xin chân thành cảm ơn cô giáo Nguyễn Thị Hồng Hải cùng toàn thể
thầy cô giáo trong bộ môn đã hướng dẫn em hoàn thành tốt đồ án này.
Hà Nội, ngày 25 tháng 8 năm 2005.
Sinh viên
Lê Cao Cảnh
Sinh viên: Lê Cao Cảnh - Hệ thống điện - K40

1
GVHD Thiết kế hệ thống cung cấp
điện
PHẦN I:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP
ĐIỆN CHO NHÀ MÁY CƠ KHÍ
Sinh viên: Lê Cao Cảnh - Hệ thống điện - K40
2
GVHD Thiết kế hệ thống cung cấp
điện
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY CƠ KHÍ
Ngành cơ khí chế tạo máy đã từ lâu là một trong những ngành then chốt
của nền kinh tế quốc dân. Với nhiệm vụ sửa chữa, sản xuất phụ tùng thay thế
chế tạo các máy công cụ, máy móc cơ giới... đáp ứng nhu cầu của sự phát
triển kinh tế. Các nhà máy cơ khí chiếm một số lượng lớn và phân bố rộng rãi
trên khắp đất nước ta. Ngày nay, cùng với sự phát triển của các ngành công
nghiệp khác, cơ khí chế tạo máy cũng không ngừng phát triển cả về số lượng
và chất lượng. Nhà máy cơ khí trung quy mô là nhà máy thuộc ngành cơ khí
chế tạo máy. Nhà máy có tổng diện tích khoảng 16 000m
2
với 9 phân xưởng
và ban quản lý nhà máy có công suất đặt cho trong bảng 1-1.
Bảng 1-1: Tên và công suất đặt của các phân xưởng.
Ký hiệu trên
mặt bằng
Tên phân xưởng Công suất đặt (kW)
1 Phân xưởng kết cấu kim loại 2500
2 Phân xưởng lắp ráp cơ khí 2200
3 Phân xưởng đúc 1800

4 Phân xưởng nén khí 800
5 Phân xưởng rèn 1600
6 Trạm bơm 450
7 Phân xưởng sửa chữa cơ khí Theo tính toán
8 Phân xưởng gia công gỗ 400
9 Ban quản lý nhà máy 120
10 Chiếu sáng phân xưởng Xác định theo diện tích
Dây chuyền công nghệ sản xuất của nhà máy:
Sinh viên: Lê Cao Cảnh - Hệ thống điện - K40
3
Mộc mẫu
Khí nén
Đúc
Rèn
Nguyên liệu
Gia
công cắt
gọt
Nhiệt
luyện
Lắp
ráp
Kiểm
tra
Sản
phẩm
GVHD Thiết kế hệ thống cung cấp
điện
Giai đoạn đầu tiên của quy trình công nghệ là tạo phôi. Kim loại được
đưa vào nấu chảy và đúc phôi, giai đoạn này thường sử dụng các lò nấu kim

loại đốt bằng than hoặc lò điện trở, lò hồ quang, lò trung tần. Sau khi đúc
xong thì phôi được làm sạch, cắt bỏ phần thừa và đưa sang bộ phận rèn dập,
một phần sau khi đúc đưa sang gia công cắt gọt kim loại để gia công thành
các chi tiết máy, ở quá trình này có rất nhiều máy công cụ như tiện, phay, bào
mài ... với các công suất khác nhau, có thể làm việc độc lập có thể làm việc
theo dây chuyền. Các chi tiết máy được hoàn thiện đưa sang quy trình lắp ráp.
Một số chi tiết máy chịu mài mòn như bánh răng, trục máy ... sau khi gia
công cắt gọt còn phải gia công nhiệt luyện như tôi, ram, ủ, công đoạn này
thường dùng các lò tôi, ram, lò cao tần ...
Lắp ráp là quá trình cuối cùng của dây chuyền sản xuất, ở giai đoạn này
các chi tiết máy được lắp ráp thành khối và thành máy hoàn chỉnh.
Nhà máy được xây dựng mới với trình độ tự động hoá cao, một số máy
làm việc theo dây chuyền và có công suất lớn. Nhà máy làm việc 3 ca, thời
gian sử dụng công suất cực đại T
max
= 4500h. Với những đặc điểm và tính
chất sản xuất đó, nhà máy được xếp vào phụ tải loại 1. Nhà máy cần được
cung cấp điện một cách liên tục và an toàn, đảm bảo chất lượng điện năng tốt.
Sau đây là tổng mặt bằng của nhà máy, mặt bằng của phân xưởng sửa
chữa cơ khí và phụ tải của phân xưởng sửa chữa cơ khí.
NHÀ MÁY SỐ 2
Sinh viên: Lê Cao Cảnh - Hệ thống điện - K40
4
GVHD Thiết kế hệ thống cung cấp
điện
1
3
4
5
2

6
8
7
9
Tõ hÖ thèng ®iÖn ®Õn

M 1: 5000
Phụ tải điện của nhà máy cơ khí trung quy mô
( mặt bằng nhà máy số 2 )
Công suất đặt các phân xưởng.
Ký hiệu trên
mặt bằng
Tên phân xưởng Công suất đặt (kW)
1 Phân xưởng kết cấu kim loại 2500
2 Phân xưởng lắp ráp cơ khí 2200
3 Phân xưởng đúc 1800
4 Phân xưởng nén khí 800
5 Phân xưởng rèn 1600
6 Trạm bơm 450
7 Phân xưởng sửa chữa cơ khí Theo tính toán
8 Phân xưởng gia công gỗ 400
9 Ban quản lý nhà máy 120
10 Chiếu sáng phân xưởng Xác định theo diện tích
Bảng 1-2: Danh sách thiết bị phân xưởng sửa chữa cơ khí.
Sinh viên: Lê Cao Cảnh - Hệ thống điện - K40
5
GVHD Thiết kế hệ thống cung cấp
điện
TT TÊN THIẾT BỊ SỐ
LƯỢN

G
NHÃN
HIỆU CÔNG SUẤT
BỘ PHẬN DỤNG CỤ
1 Máy tiện ren 2 IA616 7,0
2 Máy tiện ren 2 IA62 7,0
3 Máy tiện ren 2 IK62 10,0
4 Máy tiện ren cấp chính xác cao 1 IN6N 1,7
5 Máy doa toạ độ 1 2A450 2,0
6 Máy bào ngang 2 7M36 7,0
7 Máy xọc 1 7A420 2,8
8 Máy phay vạn năng 1 6N82 7,0
9 Máy phay ngang 1 6H82Π 7,0
10 Máy phay đứng 2 6H11 2,8
11 Máy mài trong 2 3A240 4,5
12 Máy mài phẳng 1 311NΠ 2,8
13 Máy mài tròn 1 3130 2,8
14 Máy khoan đứng 1 2A125 2,8
15 Máy khoan đứng 1 2135 4,5
16 Máy cắt mép 1 866A 4,5
17 Máy mài vạn năng 1 3A64 1,75
18 Máy mài dao cắt gọt 1 3818 0,65
19 Máy mài mũi khoan 1 36652 1,5
20 Máy mài sắc mũi phay 1 3667 1,0
21 Máy mài dao chuốt 1 360 0,65
22 Máy mài mũi khoét 1 3659 2,9
23 Thiết bị để hoá bền kim loại 1 ΠΠ -58 0,8
24 Máy giũa 1 2,2
25 Máy khoan bàn 2 HC125 0,65
26 Máy để mài tròn 1 1,2

27 Máy ép tay kiểu vít 1
28 Máy mài thô 1 3N634 2,8
29 Bản đánh dấu 1
30 Bàn thợ nguội 10
Sinh viên: Lê Cao Cảnh - Hệ thống điện - K40
6
GVHD Thiết kế hệ thống cung cấp
điện
BỘ PHẬN SỬA CHỮA
31 Máy tiện ren 3 1616 4,5
32 Máy tiện ren 1 1A62 7,0
33 Máy tiện ren 1 1524M 7,0
34 Máy tiện ren 3 1Π63A 10,0
35 Máy tiện ren 1 163 14,0
36 Máy khoan đứng 2 2A135 4,5
37 Máy khoan hướng tâm 1 2A53 4,5
38 Máy bào ngang 1 7A35 2,8
39 Máy bào ngang 1 7A36 10,0
40 Máy mài phá 1 3M634 4,5
41 Bàn 8
42 Máy khoan bào 1 HCI2A 0,65
43 Máy biến áp hàn 1 CTĐ-24 24,6
CHƯƠNG 2
XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN
Khi thiết kế cung cấp điện cho một công trình (cụ thể là nhà máy ta đang
thiết kế) thì nhiệm vụ đầu tiên của người thiết kế là phải xác định được nhu
cầu điện của phụ tải công trình đó (hay là công suất đặt của nhà máy...).
Tuỳ theo quy mô của công trình (hay của nhà máy...) mà phụ tải điện
phải được xác định theo phụ tải thực tế hoặc còn phải kể đến khả năng phát
triển trong tương lai. Cụ thể là muốn xác định phụ tải điện cho một xí nghiệp,

nhà máy thì chủ yếu dựa vào các máy móc thực tế đặt trong các phân xưởng
và xét tới khả năng phát triển của cả nhà máy trong tương lai (đối với xí
nghiệp nhà máy công nghiệp thì chủ yếu là tương lai gần) còn đối với công
trình có quy mô lớn (như thành phố, khu dân cư...) thì phụ tải phải kể đến
tương lai xa. Như vậy, việc xác định nhu cầu điện là giải bài toán dự báo phụ
tải ngắn hạn (đối với các xí nghiệp, nhà máy công nghiệp) còn dự báo phụ tải
dài hạn (đối với thành phố, khu vực...). Nhưng ở đây ta chỉ xét đến dự báo
Sinh viên: Lê Cao Cảnh - Hệ thống điện - K40
7
GVHD Thiết kế hệ thống cung cấp
điện
phụ tải ngắn hạn vì nó liên quan trực tiếp đến công việc thiết kế cung cấp điện
nhà máy ta.
Dự báo phụ tải ngắn hạn là xác định phụ tải của công trình ngay sau khi
công trình đi vào sử dụng. Phụ tải này thường được gọi là phụ tải tính toán.
Người thiết kế cần phải biết phụ tải tính toán để chọn các thiết bị điện như:
máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng, cắt, bảo vệ... để tính các tổn thất công
suất, tổn thất điện áp, để lựa chọn các thiết bị bù... Chính vì vậy, phụ tải tính
toán là một số liệu quan trọng để thiết kế cung cấp điện. Phụ tải điện phụ
thuộc vào nhiều yếu tố như: công suất và số lượng các thiết bị điện, chế độ
vận hành của chúng, quy trình công nghệ của mỗi nhà máy, xí nghiệp, trình
độ vận hành của công nhân v.v... Vì vậy, xác định chính xác phụ tải tính toán
là một nhiệm vụ khó khăn nhưng lại rất quan trọng. Bởi vì, nếu phụ tải tính
toán được xác định nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ của các
thiết bị điện, có khả năng dẫn đến đến cháy nổ rất nguy hiểm. Nếu phụ tải tính
toán lớn hơn phụ tải thực tế nhiều thì các thiết bị điện được chọn sẽ quá lớn so
với yêu cầu, gây lãng phí và không kinh tế.
Do tính chất quan trọng như vậy, nên đã có nhiều công trình nghiên cứu
và có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện.
Nhưng vì phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đã trình bày ở trên

và sự biến động theo thời gian nên thực tế chưa có phương pháp nào tính
toán chính xác và tiện lợi phụ tải điện. Nhưng hiện nay đang áp dụng một số
phương pháp sau để xác định phụ tải tính toán:
+ Phương pháp tính theo công suất đặt và hệ số nhu cầu.
+ Phương pháp tính theo hệ số cực đại và công suất trung bình.
+ Phương pháp tính theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản
phẩm.
+ Phương pháp tính theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản
xuất.
Sinh viên: Lê Cao Cảnh - Hệ thống điện - K40
8
GVHD Thiết kế hệ thống cung cấp
điện
Trong quá trình chuẩn bị thiết kế thì tuỳ theo quy mô, đặc điểm của công
trình (nhà máy, xí nghiệp...) tuỳ theo giai đoạn thiết kế là sơ bộ hay kỹ thuật
thi công mà chọn phương pháp tính toán phụ tải cho thích hợp. Sau đây sẽ
trình bày một số đại lượng, hệ số tính toán và các phương pháp tính phụ tải
tính toán.
I. Các đại lượng cơ bản và các hệ số tính toán
1. Công suất định mức P
đm
:
Công suất đinh mức của các thiết bị tiêu thụ điện thường được các nhà
chế tạo ghi sẵn trên nhãn hiệu máy hoặc trong các lý lịch máy. Đối với động
cơ, công suất định mức ghi trên nhãn hiệu máy chính là công suất cơ trên trục
động cơ. Công suất đặt là công suất đầu vào của động cơ, vậy công suất đặt
trên trục động cơ được tính như sau:
P
đ
=

dc
dm
η
P
(2.1)
Trong đó:
P
đ
: Công suất đặt của động cơ (kW).
P
đm
: Công suất định mức của động cơ (kW).
η
dc
: Hiệu suất định mức của động cơ.
Trên thực tế, hiệu suất của động cơ tương đối cao (η
dc
= 0,85ữ0,95) nên ta
có thể xem P
đ

≈
P
đm
.
- Đối với các thiết bị chiếu sáng: Công suất đặt là công suất được ghi trên
đèn. Công suất này bằng công suất tiêu thụ của đèn khi điện áp trên mạng
điện là định mức.
- Đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại (như cầu trục, máy
hàn v.v...) khi tính toán phụ tải điện của chúng, ta phải quy đổi về công suất

định mức ở chế độ làm việc dài hạn.
Có nghĩa là quy đổi về chế độ làm việc có hệ số tiếp điện ε% = 100%.
Công thức quy đổi như sau:
+ Đối với động cơ: P
'
đm
= P
đm
.
ε%
(2.2)
Sinh viên: Lê Cao Cảnh - Hệ thống điện - K40
9
GVHD Thiết kế hệ thống cung cấp
điện
+ Đối với máy biến áp hàn: P'
đm
= S
đm
.cos
ϕ
.
ε%
(2.3)
Trong đó:
P
'
đm
là công suất định mức đã quy đổi về chế độ làm việc dài hạn.
2. Phụ tải trung bình P

tb
:
Phụ tải trung bình là một 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 thực tế, phụ tải trung bình
được tính toán theo công thức sau:
p
tb
=
t
P
∆
; q
tb
=
t
Q
∆
(2.4)
Trong đó:

P
∆
,
Q
∆
: Điện năng tiêu thụ trong khoảng thời gian khảo sát, kW, kVAr.
t: thời gian khảo sát, h.
* Phụ tải trung bình cho cả nhóm thiết bị:
P

tb
=
∑
=
n
1i
tbi
p
; Q
tb
=
∑
=
n
1i
tbi
q
(2.5)
Biết được phụ tải trung bình ta có thể đánh giá được mức độ sử dụng thiết
bị, xác định phụ tải tính toán và tính tổn hao điện năng.
3. Phụ tải cực đại P
max
:
Phụ tải cực đại là phụ tải trung bình lớn nhất được tính trong khoảng thời
gian tương đối ngắn (từ 5ữ30 phút). Thông thường lấy thời gian là 30 phút
ứng với ca làm việc có phụ tải lớn nhất trong ngày.
Phụ tải cực đại để tính tổn thất công suất lớn nhất, để chọn các thiết bị
điện, các dây dẫn và dây cáp theo mật độ kinh tế.
4. Phụ tải đỉnh nhọn:
Phụ tải đỉnh nhọn (P

đnh
) là phụ tải cực đại xuất hiện trong khoảng thời
gian rất ngắn (1÷ 2s). Thường xảy ra khi mở máy động cơ.
Phụ tải này được dùng để kiểm tra độ dao động điện áp, điều kiện tự khởi
động động cơ, chọn dây chảy cầu chì, tính dòng khởi động của rơle bảo vệ.
Sinh viên: Lê Cao Cảnh - Hệ thống điện - K40
10
GVHD Thiết kế hệ thống cung cấp
điện
Phụ tải đỉnh nhọn còn làm ảnh hưởng đến sự làm việc của các thiết bị
khác trong cùng một mạng điện.
5. Phụ tải tính toán P
tt
:
Phụ tải tính toán được tính theo điều kiện phát nóng cho phép, là phụ tải
giả thiết lâu dài không đổi của các phần tử trong hệ thống cung cấp điện (máy
biến áp, đường dây) tương đương với phụ tải thực tế biến đổi theo điều kiện
tác dụng lớn nhất. Nói cách khác phụ tải tính toán cũng làm nóng dây dẫn lên
tới nhiệt độ lớn nhất do phụ tải thực tế gây ra.
Do vậy để đảm bảo an toàn trong mọi trạng thái vận hành, trong thực tế
thiết kế ta chỉ sử dụng phụ tải tính toán theo công suất tác dụng.
P
tb

≤
P
tt
≤

P

max
6. Hệ số sử dụng k
sd
:
Hệ số sử dụng là tỉ số giữa phụ tải tác dụng trung bình với công suất định
mức của thiết bị.
+ Đối với một thiết bị: k
sd
=
dm
tb
p
p
(2.6)
+ Đối với nhóm thiết bị: k
sd
=
dm
tb
P
P
=
∑
∑
=
=
n
1i
dmi
n

1i
tbi
p
p
(2.7)
Nếu có đồ thị phụ tải thì hệ số sử dụng được toán như sau:
k
sd
=
)t...t(tP
tP...tPtP
n21dm
nn2211
+++
+++
(2.8)
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 và là số liệu để tính phụ tải tính toán.
7. Hệ số phụ tải k
Pt
:
Hệ số phụ tải (còn gọi là hệ số mang tải) là tỉ số giữa công suất thực tế với
công suất định mức. Thường ta phải xét đến hệ số phụ tải trong khoảng thời
gian nào đó.
Sinh viên: Lê Cao Cảnh - Hệ thống điện - K40
11
GVHD Thiết kế hệ thống cung cấp
điện
Nên: k
pt

=
dm
th­ctÕ
P
P
=
dm
tb
P
P
=
∑
∑
=
=
n
1i
dmi
n
1i
tbi
p
p
(2.9)
Nếu có đồ thị phụ tải thì hệ số sử dụng được tính như công thức (2.8) sau:
k
pt
=
)t...t(tP
tP...tPtP

n21dm
nn2211
+++
+++
Hệ số phụ tải nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác công suất của thiết
bị điện trong khoảng thời gian đang xét.
8. Hệ số cực đại k
max
:
1k
max
≥

Hệ số cực đại là tỉ số giữa phụ tải tính toán và phụ tải trung bình trong
khoảng thời gian đang xét:
k
max
=
tb
tt
P
P
(2.10)
Hệ số cực đại phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chủ yếu là số thiết bị hiệu quả
n
hq
và hệ số sử dụng k
sd
và hàng loạt các yếu tố đặc trưng cho chế độ làm việc
của các thiết bị trong nhóm làm rất phức tạp nên khi tính toán thường tra theo

đường cong: k
max
= f(n
hq
, k
sd
).
9. Hệ số nhu cầu k
nc
:
Hệ số nhu cầu là tỉ số giữa phụ tải tính toán và công suất định mức.
k
nc
=
dm
tt
P
P
=
tb
tt
P
P
.
dm
tb
P
P
= k
max

.k
sd
(2.11)
Hệ số nhu cầu thường được dùng tính cho phụ tải tác dụng. Trong thực
tế hệ số nhu cầu thường do kinh nghiệm vận hành tổng kết lại.
10. Hệ số thiết bị hiệu quả n
hq
:


Hệ số thiết bị hiệu quả 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 khác nhau):
Sinh viên: Lê Cao Cảnh - Hệ thống điện - K40
12
GVHD Thiết kế hệ thống cung cấp
điện
n
hq
=
2
n
1i
2
dm
n
1i
dmi
)(P
P

∑
∑
=
=






(2.12)
Khi số thiết bị dùng điện trong nhóm lớn hơn 5 (n >5), thì tính n
hq
theo
công thức trên khá phức tạp nên người ta tìm n
hq
theo bảng hoặc đường cong.
Trình tự tính như sau:
Trước hết tính: n
*
=
n
n
1
; P
*
=
P
P
1

(2.13)
Trong đó:
n: Số thiết bị trong nhóm.
n
1
: Số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nữa công suất của
thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm.
P, P
1
là tổng công suất ứng với n và n
1
thiết bị.
Sau khi tính được n
*
và P
*
tra bảng hoặc đường cong tìm được n
*
hq
, từ đó tính
n
hq
theo công thưc sau:
n
hq
= n.n
*
hq
(2.14)
Số thiết bị hiệu quả là một trong những số liệu quan trọng để xác định

phụ tải tính toán.
Sinh viên: Lê Cao Cảnh - Hệ thống điện - K40
13
GVHD Thiết kế hệ thống cung cấp
điện
II. Các phương pháp tính phụ tải tính toán.
Hiện nay, có nhiều phương pháp để tính phụ tải tính toán. Những phương
pháp đơn giản, tính toán thuận tiện thường kết quả không chính xác. 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 là một 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:
Công thức tính:
P
tt
=k
nc
.
∑
=
n
1i
di
P
(2.13)
Q
tt
= P
tt

.tg
ϕ
(2.14)

S
tt
=
tt
2
tt
2
QP
+
=
ϕ
cos
P
tt
(2.15)
Một cách gần đúng có thể lấy P
đ
= P
đm
nên:
P
tt
= k
nc
.
∑

=
n
1i
dmi
p
(2.16)
Trong đó:
P
đi
, P
đmi
: Công suất đặt, công suất định mức của thiết bị thứ i
(kW).
P
tt
, Q
tt
, S
tt
: Công suất tác dụng, công suất phản kháng, công suất
toàn phần tính toán của nhóm có n thiết bị, (kW, kVAr, kVA).
n : Số thiết bị trong nhóm.
k
nc
: Hệ số nhu cầu, tra ở sổ tay kỹ thuật.
tg
ϕ
: ứng với cos
ϕ
đặc trưng cho nhóm thiết bị, tra ở sổ tay kỹ

thuật.
Nếu hệ số công suất cos
ϕ
của các thiết bị trong nhóm không giống nhau
thì phải tính hệ số công suất trung bình theo công thức sau:
Sinh viên: Lê Cao Cảnh - Hệ thống điện - K40
14
GVHD Thiết kế hệ thống cung cấp
điện

n21
nn2211
tb
P...PP
cosP...cosPcosP
cos
+++
+++
=
ϕϕϕ
ϕ
(2.17)
Hệ số nhu cầu của các máy khác nhau thường được cho trong các sổ tay.
. Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, tính toán thuận tiện. Tuy
nhiên, nhược điểm chủ yếu của phương pháp này là độ chính xác không cao.
Bởi vì hệ số nhu cầu k
nc
tra trong các sổ tay là cố định cho trước không phụ
thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm. Trong lúc đó, theo công
thức trên ta có

k
nc
= k
max
.k
sd
, có nghĩa là hệ số nhu cầu phụ thuộc nhiều yếu tố kể trên.
2. Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích.
Công thức tính:
P
tt
= p
0
.F (2.18)
Trong đó:
p
0
: Suất phụ tải trên 1m
2
đơn vị diện tích sản xuất (kW/m
2
).
F : Diện tích sản xuất (m
2
).
Giá trị p
0
được cho sẵn trong bảng, phụ thuộc vào tính chất của phụ tải
phân tích theo số liệu thống kê.
. Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng. Nó được dùng để tính các

phụ tải, các phân xưởng có mật độ máy móc sản xuất phân bố tương đối đều
nên chỉ áp dụng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ.
3. Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị
sản phẩm.
Công thức tính:
P
tt
=
max
0
T
M.w
(2.19)
Trong đó:
M: Số đơn vị sản phẩm sản xuất ra trong 1 năm (sản lượng).

0
w
: Suất tiêu hao điện năng cho 1 đơn vị sản phẩm (kWh/đơn vị sản phẩm).
T
max
: Thời gian sử dụng công suất lớn nhất (h).
Sinh viên: Lê Cao Cảnh - Hệ thống điện - K40
15
GVHD Thiết kế hệ thống cung cấp
điện
. Phương pháp này thường dùng để tính toán cho các thiết bị điện có đồ
thị phụ tải ít biến đổi hay không thay đổi như: quạt gió, máy nén khí... khi đó
phụ tải tính toán gần bằng phụ tải trung bình và kết quả tương đối chính xác.
4. Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại và công suất trung bình.

(phương pháp số thiết bị hiệu quả):
Khi không có các số liệu cần thiết để áp dụng các phương pháp tương
đối đơn giản đã nêu ở trên hoặc khi cần nâng cao độ chính xác của phụ tải
tính toán thì nên dùng phương pháp này.
Công thức tính:
P
tt
= k
max
.k
sd
.P
đm
(2.20)
Trong đó:
P
đm
: Công suất định mức (kW).
k
sd
: Hệ số sử dụng, tra trong sổ tay kỹ thuật.
k
max
: Hệ số cực đại, tra trong sổ tay kỹ thuật theo quan hệ:
k
max
= f(n
hq
, k
sd

).
. Phương pháp này cho kết quả tương đối chính xác vì khi xác định số
thiết bị hiệu quả n
hq
, chúng ta đã xét tới hàng 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.
Trình tự tính toán như sau:
+ Trước tiên dựa vào sổ tay tra các số liệu k
sd
, cos
ϕ
của nhóm, sau đó từ số
liệu đã cho xác định P
đmmax
và P
đmmin
. Tính:

m =
dmmin
dmmax
P
P
(2.21)
Trong đó:
P
dmmax
: Công suất định mức của thiết bị có công suất lớn nhất trong
nhóm.

Sinh viên: Lê Cao Cảnh - Hệ thống điện - K40
16
GVHD Thiết kế hệ thống cung cấp
điện
P
dmmin
: Công suất định mức của thiết bị có công suất nhỏ nhất trong
nhóm.
+ Sau đó kiểm tra điều kiện:
a. Trường hợp :
3m
≤
và
0,4k
sd
≥
thì n
hq
= n.
Chú ý, nếu trong nhóm có n
1
thiết bị mà tổng công suất của chúng không
lớn hơn 5% tổng công suất của cả nhóm thì: n
hq
= n - n
1
.
b. Trường hợp :
3m
>

và
0,2k
sd
≥
, n
hq
sẽ được xác định theo biểu thức:
n
hq
=
dmmax
n
1i
dmi
p
p2.
∑
=
(2.22)
c. Khi không áp dụng được các trường hợp trên, việc xác định n
hq
phải
được tiến hành theo trình tự:
Trước hết tính: n
*
=
n
n
1
; P

*
=
P
P
1

Trong đó:
n: Số thiết bị trong nhóm.
n
1
: Số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nửa công suất của
thiết bị có công suất lớn nhất.
P và P
1
: Tổng công suất của n và của n
1
thiết bị.
Sau khi tính được n
*
và P
*
tra theo sổ tay kỹ thuật ta tìm được n
*
hq
= f(n
*
, P
*
)
PL1.4 (TL1). Từ đó xác định được số thiết bị hiệu quả: n

hq
= n
*
hq
.n.
* Tra bảng k
max
= f(k
sd
, n
hq
) PL1.5 (TL1). Thay các số liệu trên vào công
thức: P
tt
= k
max
.k
sd
.P
đm
, ta sẽ suy ra được P
tt
, Q
tt
, S
tt
.
Khi xác định phụ tải tính toán theo phương pháp số thiết bị dùng điện
hiệu quả n
hq

, trong một số trường hợp cụ thể có thể dùng các công thức gần
đúng sau:
* Nếu
3n ≤
và
4n
hq
<
, thì phụ tải tính toán được tính theo công thức:
P
tt
=
∑
=
n
1i
dmi
P
( 2.23)
Đối với thiết bị làm việc với chế độ ngắn hạn lặp lại thì:
Sinh viên: Lê Cao Cảnh - Hệ thống điện - K40
17
GVHD Thiết kế hệ thống cung cấp
điện

P
tt
=
0,875
.P

dm
ε
(2.24)
* Nếu
3n
>
và
4n
hq
<
, thì phụ tải tính toán được tính theo công thức:
P
tt
=
∑
=
n
1i
dmipti
.Pk
(2.25)
Trong đó:
k
pti
: Hệ số phụ tải của thiết bị thứ i.
Nếu không có số liệu chính xác, hệ số phụ tải có thể lấy gần đúng:

k
pt
= 0,9 đối với các thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn.

k
pt
= 0,75 đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại.
* Nếu n
hq
> 300 và k
sd
< 0,5 thì:
k
max
sẽ lấy giá trị ứng với n
hq
= 300
* Nếu n
hq
> 300 và k
sd

≥
0,5 thì:
P
tt
= 1,05.k
sd
.P
đm
(2.26)
* Đối với thiết bị có đồ thị phụ tải bằng phẳng (các máy bơm, máy nén khí)
thì phụ tải tính toán có thể lấy bằng phụ tải trung bình:
P

tt
= P
tb
= k
sd
.P
đm
(2.27)
* Nếu trong mạng có các thiết bị một pha thì cần phải phân phối đều các
thiết bị cho 3 pha của mạng, trước khi xác định n
hq
phải quy đổi công suất của
các phụ tải 1 pha về phụ tải 3 pha tương đương:
Nếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp pha của mạng: P
qđ
= 3.P
1pha max
Nếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp dây của mạng: P
qđ
=
.3
P
1pha max
5. Hướng dẫn cách chọn các phương pháp xác định phụ tải tính toán.
Tuỳ theo số liệu và đầu bài mà ta chọn phương pháp xác định phụ tải tính
toán cho hợp lý.
. Khi xác định phụ tải tính toán cho từng nhóm máy ở điện áp thấp
Sinh viên: Lê Cao Cảnh - Hệ thống điện - K40
18
GVHD Thiết kế hệ thống cung cấp

điện
(U < 1000 V) nên dùng phương pháp tính theo hệ số cực đại k
max
(tức là phương pháp tính theo hệ số hiệu quả) bởi vì phương pháp này có kết
quả tương đối chính xác.
. Khi phụ tải phân bố tương đối đều trên diện tích sản xuất hoặc có số
liệu chính xác suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm thì có thể
dùng phương pháp suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm để tính
phụ tải
tính toán. Các phương pháp trên cũng thường được áp dụng cho giai đoạn
tính toán sơ bộ để ước lượng phụ tải cho hộ tiêu thụ.
. Trong giai đoạn thiết kế sơ bộ thường cần phải đánh giá phụ tải chung
của các hộ tiêu thụ (phân xưởng, xí nghiệp, khu vực, thành phố ...) trong
trường hợp này nên dùng phương pháp hệ số nhu cầu k
nc
.
III. Xác định phụ tải tính toán cho phân xưởng sửa chữa cơ khí.
1. Phân nhóm phụ tải:
Trong một phân xưởng thường có nhiều loại thiết bị có công suất và chế
độ làm việc rất khác nhau, muốn xác định phụ tải tính toán được chính xác
cần phải phân nhóm thiết bị điện. Việc phân nhóm thiết bị điện cần tuân theo
các nguyên tắc sau:
. Các thiết bị điện trong cùng một nhóm nên ở gần nhau để giảm chiều
dài đường dây hạ áp nhờ vậy có thể tiết kiệm được vốn đầu tư và tổn thất trên
các đường dây hạ áp trong phân xưởng.
. Chế độ làm việc của các nhóm thiết bị trong cùng một nhóm nên giống
nhau nhờ đó việc xác định phụ tải tính toán được chính xác hơn và thuận tiện
cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm.
. Tổng công suất các nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tủ động
lực cần dùng trong phân xưởng và toàn nhà máy. Số thiết bị trong cùng một

nhóm không nên quá nhiều bởi số đầu ra của các tủ động lực không nhiều
thường từ 8 đến 12 đầu ra.
Sinh viên: Lê Cao Cảnh - Hệ thống điện - K40
19
GVHD Thiết kế hệ thống cung cấp
điện
Tuy nhiên thường thì rất khó thoả mãn cùng một lúc cả 3 nguyên tắc trên,
do vậy người thiết kế cần phải lựa chọn cách phân nhóm sao cho hợp lý nhất.
Dựa vào bảng danh sách thiết bị, vị trí và chế độ làm việc của các thiết bị
ta có thể chia các thiết bị trong phân xưởng thành 5 nhóm để từ đó xác định
phụ tải tính toán cho từng nhóm thiết bị theo phương pháp hệ số cực đại k
max
.
2. Xác định phụ tải tính toán của các nhóm phụ tải:
a. Tính toán cho nhóm 1: Số liệu phụ tải của nhóm 1 cho trong bảng 2-1.
Bảng 2-1 - Danh sách thiết bị thuộc nhóm 1.
TT Tên thiết bị
Số
lượn
Ký hiệu
trên mặt
P
đm
(kW)
Một máy Toàn bộ
1 Máy mài trong 1 11 4,5 4,5 11,4
2 Máy khoan đứng 1 14 2,8 2,8 7,09
3 Máy cắt mép 1 16 4,5 4,5 11,39
4 Máy mài vạn năng 1 17 1,75 1,75 4,43
5 Máy mài dao cắt gọt 1 18 0,65 0,65 1,64

6 Máy mài mũi khoan 1 19 1,5 1,5 3,8
7 Máy mài sắc mũi phay 1 20 1,0 1,0 2,53
8 Máy mài dao chuốt 1 21 0,65 0,65 1,64
9 Máy mài mũi khoét 1 22 2,9 2,9 7,34
10 Thiết bị để hoá bền KL 1 23 0,8 0,8 2,02
11 Máy khoan bàn 2 25 0,65 1,3 1,64
12 Máy để mài tròn 1 26 1,2 1,2 3,03
13 Máy mài thô 1 28 2,8 2,8 7,09
Tổng 14 26,35
Các thông số của nhóm thiết bị khu vực 1 cho trong bảng 2.1
Tra bảng PL1.1 (TL1) ta được : k
sd
= 0,2; cos
ϕ
= 0,6 suy ra tg
ϕ
= 1,33
Dòng điện định mức của mỗi máy được xác định:
I
đm
=
ϕ
.cos.U3
P
dm
dm
(A)
Phụ tải tính toán được xác định:
P
tt

= k
max
.k
sd
.P
Sinh viên: Lê Cao Cảnh - Hệ thống điện - K40
20
GVHD Thiết kế hệ thống cung cấp
điện
Trong đó:
P =
∑
=
13
1i
dmi
p
= 26,35 (kW)
Từ số liệu trong bảng 2.1 ta có: n = 14, n
1
= 5
- Thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm là:
P
max
= 4,5 (kW).
- Thiết bị có công suất nhỏ nhất trong nhóm là:
P
min
= 0,65 (kW).
Nên tỉ số:

m =
min
max
P
P
=
0,65
4,5
= 6,92 > 3
Tính n
*
và P
*
:
n
*
=
n
n
1
=
14
5
= 0,357
P
*
=
P
P
1

=
26,35
17,5
= 0,664
Tra bảng PL1.4 (TL-1) ta có: n
*
hq
= 0,68. Từ đó tìm được số thiết bị sử
dụng hiệu quả là: n
hq
= 0,68.14 = 9,52
Tra bảng PL1.5 (TL1) với k
sd
= 0,2 và n
hq
= 9,52 có k
max
= 1,87
Phụ tải tính toán của nhóm 1 là:
+ Công suất tác dụng tính toán:
P
tt
= k
sd
.k
max
.
p
∑
= 0,2.1,87.26,35 = 9,855 (kW).

+ Công suất phản kháng tính toán:
Q
tt
= P
tt
.tg
ϕ
= 9,855.1,33 = 13,1 (kVAr).
+ Công suất toàn phần tính toán:
S
tt
= P
tt
/ cos
ϕ
= 9,855 / 0,6 = 16,425 (kVA).
+ Dòng điện tính toán:
I
tt
=
dm
U.3
S
tt
=
38,0.3
16,425
= 25 (A).
Sinh viên: Lê Cao Cảnh - Hệ thống điện - K40
21

GVHD Thiết kế hệ thống cung cấp
điện
b. Tính toán cho nhóm 2:
Số liệu phụ tải của nhóm 2 cho trong bảng 2-2.
Bảng 2-2 - Danh sách các thiết bị thuộc nhóm 2.
TT Tên thiết bị
Số
lượn
Ký hiệu
trên mặt
P
đm
(kW)
Một máy Toàn bộ
1 Máy tiện ren 2 1 7,0 14 17,72
2 Máy tiện ren 2 2 7,0 14 17,72
3 Máy tiện ren 2 3 10 20 25,32
4 Máy TR cấp C.xác cao 1 4 1,7 1,7 4,3
5 Máy doa toạ độ 1 5 2,0 2,0 5,06
6 Máy giũa 1 24 2,2 2,2 5,57
Tổng 9 53,9
Nhóm thiết bị khu vực 2 gồm 9 phụ tải có các thông số như bảng trên.
Tra bảng PL1.1 (TL1) ta được: k
sd
= 0,2; cos
ϕ
= 0,6 suy ra tg
ϕ
= 1,33
Từ số liệu trong bảng 2-2 ta có : n = 9, n

1
= 6
- Thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm là:
P
max
= 10 (kW).
- Thiết bị có công suất nhỏ nhất trong nhóm là:
P
min
= 1,7 (kW).
Nên tỉ số:
m =
min
max
P
P
=
1,7
10
= 5,88
+ Tìm n
*
và P
*
:
n
*
=
n
n

1
=
9
6
= 0,66
P
*
=
P
P
1
=
53,9
48
= 0,89
Tra bảng PL1.4 (TL.1) ta có: n
*
hq
= 0,81, từ đó tính được số thiết bị sử
dụng hiệu quả là: n
hq
= 0,81.10 = 8,1
Tra bảng PL1.5 (TL1) với k
sd
= 0,2 và n
hq
= 8,1 có k
max
= 1,99
Phụ tải tính toán của nhóm 2 là:

Sinh viên: Lê Cao Cảnh - Hệ thống điện - K40
22
GVHD Thiết kế hệ thống cung cấp
điện
+ Công suất tác dụng tính toán:
P
tt
= k
sd
.k
max
.
p
∑
= 0,2.1,99.53,9 = 21,45 (kW).
+ Công suất phản kháng tính toán:
Q
tt
= P
tt
.tg
ϕ
= 21,45.1,33 = 28,53 (kVAr).
+ Công suất toàn phần tính toán:
S
tt
=P
tt
/ cos
ϕ

= 21,45 / 0,6 = 35,75 (kVA).
+ Dòng điện tính toán:
I
tt
=
.0,383
35,75
= 54,3 (A).
c. Tính toán phụ tải nhóm 3:
Số liệu phụ tải của nhóm 3 cho trong bảng 2-3.
Bảng 2-3: Danh sách các thiết bị thuộc nhóm 3.
TT Tên thiết bị
Số
lượn
Ký hiệu
trên mặt
P
đm
(kW)
Một máy Toàn bộ
1 Máy bào ngang 2 6 7,0 14 17,72
2 Máy xọc 1 7 2,8 2,8 7,09
3 Máy phay vạn năng 1 8 7,0 7,0 17,72
4 Máy phay ngang 1 9 7,0 7,0 17,72
5 Máy phay đứng 2 10 2,8 5,6 7,09
6 Máy mài trong 1 11 4,5 4,5 11,4
7 Máy mài phẳng 1 12 2,8 2,8 7,09
8 Máy mài tròn 1 13 2,8 2,8 7,09
9 Máy khoan đứng 1 15 4,5 4,5 11,4
Tổng 11 51

Tra bảng PL1.1 (TL1) ta được: k
sd
= 0,2, cos
ϕ
= 0,6 suy ra tg
ϕ
= 1,33
Từ số liệu trong bảng 2-3, ta có: n = 11; n
1
= 6
- Thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm là:
P
max
= 7,0 (kW).
- Thiết bị có công suất nhỏ nhất trong nhóm là:
P
min
= 2,8 (kW).
Nên tỉ số:
Sinh viên: Lê Cao Cảnh - Hệ thống điện - K40
23
GVHD Thiết kế hệ thống cung cấp
điện
m =
min
max
P
P
=
2,8

7
= 2,5 < 3
+Tìm n
*
và P
*
:
n
*
=
n
n
1
=
2,8
6
= 0,545
P
*
=
P
P
1
=
51
37
= 0,725
Tra bảng PL.1.4 (TL.1) ta tìm được n
*
hq

= 0,87, từ đó tính được số thiết
bị sử dụng hiệu quả là: n
hq
= n.n
*
hq
= 11.0,87 = 9,57
Từ k
sd
và n
hq
tra bảng PL1.5 (TL.1) ta tìm được k
max
= 1,87
Phụ tải tính toán của nhóm 3 là:
+ Công suất tác dụng tính toán:
P
tt
= k
sd
.k
max
.
p
∑
= 0,2.1,87.51 = 19,07 (kW).
+ Công suất phản kháng tính toán:
Q
tt
= P

tt
.tg
ϕ
= 19,07.1,33 = 25,36 (kVAr).
+ Công suất toàn phần tính toán:
S
tt
= P
tt
/ cos
ϕ
= 19,07 / 0,6 = 31,78 (kVA).
+ Dòng điện tính toán:
I
tt
=
.0,383
31,78
= 48,3 (A).
Sinh viên: Lê Cao Cảnh - Hệ thống điện - K40
24
GVHD Thiết kế hệ thống cung cấp
điện
d. Tính toán phụ tải nhóm 4:
Số liệu phụ tải của nhóm 4 cho trong bảng 2- 4.
Bảng 2- 4: Danh sách các thiết bị thuộc nhóm 4.
TT Tên thiết bị
Số
lượng
Ký hiệu

trên mặt
P
đm
(kW)
Một máy Toàn bộ
1 Máy tiện ren 3 31 4,5 13,5 11,4
2 Máy tiện ren 1 32 7,0 7,0 17,72
3 Máy tiện ren 1 33 7,0 7,0 17,72
4 Máy tiện ren 3 34 10 30 25,32
5 Máy tiện ren 1 35 14 14 35,45
Tổng 9 71,5
Tra bảng PL1.1 (TL1) ta được: k
sd
= 0,2; cos
ϕ
= 0,6 suy ra tg
ϕ
= 1,33
Từ số liệu trong bảng 2- 4, ta có: n = 9; n
1
= 6
- Thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm là:
P
max
= 14 (kW).
- Thiết bị có công suất nhỏ nhất trong nhóm là:
P
min
= 4,5 (kW).
Nên tỉ số:

m =
min
max
P
P
=
4,5
14
= 3,1 > 3
+ Tìm n
*
và P
*
:
n
*
=
n
n
1
=
9
6
= 0,666
P
*
=
P
P
1

=
71,5
58
= 0,81
Tra bảng PL.4 (TL.1) ta tìm được n
*
hq
= 0,86

⇒
n
hq
= n.n
*
hq
= 9.0,86 = 7,74
Từ k
sd
và n
hq
tra bảng PL1.5 (TL.1) ta tìm được k
max
= 2,03
Phụ tải tính toán của nhóm 4 là:
+ Công suất tác dụng tính toán:
P
tt
= k
sd
.k

max
.
p
∑
= 0,2.2,03.71,5 = 29,03 (kW).
Sinh viên: Lê Cao Cảnh - Hệ thống điện - K40
25