Giáo trình cung cấp điện (Tổng cục dạy nghề)

Gi¸o tr×nh
Gi¸o tr×nh cung cÊp ®iÖn

Bµi 1
Kh¸i qu¸t vÒ hÖ thèng cung cÊp ®iÖn
1


1.1. Nguồn năng lợng tự nhiên và đặc điểm của năng lợng điện.
- Ngày nay, nhân dân thế giới đã tạo ra ngày càng nhiều của cải vật chất cho
xã hội. Trong số của cải vật chất ấy có nhiều dạng năng lợng đợc tạo ra.
- Năng lợng cơ bắp của ngời và vật cũng là một nguồn nặng lợng đã có từ xa xa
của xã hội loài ngời. Sự phát triển mạnh mẽ và liên tục những hoạt động của con ngời trên quả đất đòi hỏi ngày càng nhiều năng lợng lấy từ các nguồn trong thiên
nhiên.
- Thiên nhiên xung quanh con ngời rất phong phú, nguồn năng lợng điện cũng
rất dồi dào. Than đá, dầu khí, nguồn nớc của các dòng sông và biển cả, nguồn phát
nhiệt lợng vô cùng phong phú của mặt trời và ở trong lòng đất, các luồng khí
chuyển động, gió v.v... đã là những nguồn năng lợng rất tốt và quí giá đối với con
ngời.
- Năng lợng điện hay còn đợc gọi là điện năng hiện nay đã là một dạng năng lợng rất phổ biến, sản lợng hàng năm trên thế giới ngày càng tăng và chiếm hàng
nghìn tỷ kWh. Sở dĩ điện năng đợc thông dụng nh vậy vì nó có nhiều u điểm
nh: dễ dàng chuyển thành các năng lợng khác (cơ, hoá, nhiệt v.v...) dễ chuyển tải
đi xa, hiệu suất lại cao.
* Đặc Điểm của năng lợng điện
- Trong quá trình sản xuất và phân phối, điện năng có một số đặc điểm
chính nh sau:
+ Khác với hầu hết các loại sản phẩm, điện năng sản xuất ra nói chung
không tích trữ đợc (Trừ một vài trờng hợp cá biệt với công suất rất nhỏ ngời ta dùng
pin và ắc quy làm bộ phận tích trữ).
+ Quá trình về điện xảy ra rất nhanh, ví dụ sóng điện từ lan truyền trong
dây dẫn với tốc độ rất lớn xấp xỉ tốc độ ánh sáng 300.000 km/giây, do đó đòi hỏi

phải sử dụng thiết bị tự động trong vận hành, trong điều độ, trong điều khiển
hệ thống cung cấp điện.
+ Công nghiệp điện lực có liên quan chặt chẽ đến hầu hết các ngành kinh
tế quốc dân (khai thác mỏ, cơ khí, dân dụng, công nghiệp nhẹ...). Đó là một trong
những động lực tăng năng suất lao động, tạo nên sự phát triển nhịp nhàng trong
cấu trúc kinh tế.
Điện năng đợc sản xuất chủ yếu dới dạng điện xoay chiều với tần số 60Hz (tại
Mỹ và Canada) hay 50Hz (tại Châu âu và các nớc khác).
1.2. Nhà máy điện
Có rất nhiều phơng pháp biến đổi điện năng từ các dạng năng lợng khác nh
nhiệt năng, thuỷ năng, năng lợng hạt nhân... vì vậy có nhiều kiểu nhà máy điện
khác nhau: nhà máy nhiệt điện, thuỷ điện, điện nguyên tử, điện Diezen, trạm
điện gió,...
2


Hiện nay, nhà máy nhiệt điện và thuỷ điện vẫn là những nguồn điện chính
sản xuất ra điện trên thế giới dù cho sự phát triển của nhà máy điện nguyên tử
ngày càng tăng.

a. Nhà máy nhiệt điện (NMNĐ):
ở NMNĐ sự biến đổi điện năng đợc thực hiện theo nguyên lý:
Nhiệt năng Cơ năng Điện năng
- Có 2 loại NMNĐ:
+ Nhà máy nhiệt điện ngng hơi: Là nhà máy nhiệt điện mà việc thải nhiệt
của môi chất làm việc (hơi nớc) đợc thực hiện qua bình ngng.
+ Nhà máy nhiệt điện rút hơi: đồng thời sản xuất điện năng và nhiệt
điện. Nhiệt năng dùng để cấp cho các phụ tải nhiệt công nghiệp và sinh hoạt. Do
đó hiệu suất chung của nhà máy tăng lên.
- NMNĐ có những đặc điểm sau:

* NMNĐ ngng hơi
+ Thờng đợc xây dựng gần nguồn nhiên liệu và nguồn nớc.
+ Tính linh hoạt trong vận hành kém, khởi động và tăng phụ tải chậm.
+ Hiệu suất thấp ( = 30 ữ 40%).
+ Khối lợng nhiên liệu sử dụng lớn, khói thải và ô nhiễm môi trờng.
* NMNĐ rút hơi
+ Thờng đợc xây dựng gần nguồn nhiên liệu và nguồn nớc.
+ Tính linh hoạt trong vận hành kém, khởi động và tăng phụ tải chậm.
+ Khối lợng nhiên liệu sử dụng lớn, khói thải và ô nhiễm môi trờng.
+ Thờng đợc xây dựng gần phụ tải nhiệt.
+ Hiệu suất cao hơn NMNĐ ngng hơi ( = %).
b. Nhà máy điện nguyên tử (NMĐNT)
- NMĐNT cũng tơng tự nh NMNĐ về phơng diện biến đổi năng lợng: Tức là
nhiệt năng do phân hủy hạt nhân sẽ biến thành cơ năng và từ cơ năng sẽ biến
thành điện năng.
(1)năng thu đợc không phải bằng cách đốt cháy các nhiên liệu
- ở NMĐNT, nhiệt
(7)

hữu cơ mà thu đợc
trong quá trình phá vỡ liên kết hạt nhân nguyên tử của các chất
(4)

(11)
(6) trong lò phản
Urani-235 hay(2)Plutoni-239...
ứng. Do đó nếu nh NMNĐ dùng lò hơi thì
(9)

NMĐNT dùng lò phản

ứng và những (8)
máy sinh hơi đặc biệt.
(3)
(5)

3

(12)

(10)

Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý nhà máy điện nguyên tử
loại lò phản ứng nớc áp lực
1. Cấu trúc bảo vệ.
Bơm cấp.
2. Bình phản ứng.
10. Nớc ngng.
3. Lò phản ứng.

5. Máy bơm.
6. Nồi hơi.
7. ống hơi.

9.


12. Tháp ngng.

(1)
(2)

(6)

(8)
(10)

(3)

(4)

(7)

(9)

(5)

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý nhà máy điện nguyên tử
loại lò phản ứng nớc sôI
1. Buồng phản ứng.
5. Đế.
9. Bình ngng.
2. Vỏ bảo vệ.
6. ống dẫn hơi chính 10.
Đến trạm điện.
3. Lõi phản ứng.
7. Bơm cấp nớc.

- Ưu điểm quan
trọng
NMĐNT
đợc

xây dựng rộng rãi là chỉ cần một số
4. Thanh
điềucủa
khiển.
8. Tuốc để
bin máy
phát.
lợng khá bé vật chất phóng xạ đã có thể đáp ứng đợc yêu cầu của nhà máy. Ví dụ:
Một nhà máy có P = 100 MW, mỗi ngày thờng tiêu thụ không nhiều hơn 1kg chất
phóng xạ.
- Công suất một tổ Máy phát điện -Tuốc bin của nhà máy điện nguyên tử sẽ đạt
đến 500, 800, 1200 và thậm chí đến 1500MW.
- NMĐNT tử có những đặc điểm sau:
+ Vốn đầu t xây lắp ban đầu lớn và thời gian xây dựng kéo dài.
+ Chi phí sản xuất điện năng thấp nên thờng làm việc ở đáy đồ thị phụ
tải.
+ Thời gian sử dụng công suất cực đại lớn khoảng 7000giờ/năm hay cao hơn.
c. Nhà máy thủy điện (NMTĐ):
ở NMTĐ sự biến đổi điện năng đợc thực hiện theo nguyên lý:
Thủy năng Cơ năng Điện năng.
Công suất của nhà máy thủy điện phụ thuộc vào hai yếu tố chính là lu lợng
dòng nớc Q qua các tuốc bin và chiều cao cột nớc H, đó là:
P = 9,81Q.H.
4

[MW]


Trong đó:
Q: lu lợng nớc [m3/sec]

H: chiều cao cột nớc [m]
: hiệu suất tuốc bin
- Nhà máy thủy điện có những đặc điểm sau:
+ Xây dựng gần nguồn nớc nên thờng xa phụ tải.
+ Vốn đầu t xây lắp ban đầu lớn, chủ yếu thuộc về các công trình nh
đập chắn, hồ chứa . . .
+ Thời gian xây dựng kéo dài.
+ Giá thành điện năng rẻ hơn nhiều so với nhiệt điện.
+ Mức độ tự động hóa ở NMTĐ dễ thực hiện hơn.
+ Mở máy nhanh hơn NMNĐ, nên đáp ứng kịp thời yêu cầu của hệ thống
điện.
+ ít xảy ra sự cố nh ở NMNĐ.
+ Hiệu suất cao ( = 80 ữ 90%).
+ Tuổi thọ cao.
2.5. Nhà máy điện dùng năng lợng bức xạ mặt trời
- Nhà máy điện dùng năng lợng bức xạ mặt trời có những đặc điểm sau:
+ Sử dụng nguồn năng lợng không cạn kiệt.
+ Chi phí phát điện thấp và đặc biệt hiệu quả ở các vùng mà việc kéo các
lới điện quốc gia quá đắt.
+ Độ tin cậy vận hành cao.
+ Chi phí bảo trì ít.
+ Không gây ô nhiễm môi trờng.
2.4. Nhà máy điện dùng sức gió (Phong điện)
Lợi dụng sức gió để quay hệ thống cánh quạt đặt đối diện với chiều gió. Hệ
thống cánh quạt đợc truyền qua bộ biến đổi tốc độ để làm quay máy phát điện,
sản xuất ra điện năng, Điện năng sản xuất ra đợc tích trữ nhờ các bình ắc quy.
Động cơ gió phát điện gặp khó khăn trong điều chỉnh tần số do vận tốc gió
luôn luôn thay đổi. Động cơ gió phát điện thờng có hiệu suất thấp, công suất
đặt nhỏ do đó chỉ dùng ở những vùng hải đảo, những nơi xa xôi không có lới
điện đa đến hoặc ở những nơi thật cần thiết nh ở các đèn hải đăng

2.6. Nhà máy năng lợng địa nhiệt:
Nhà máy năng lợng địa nhiệt sử dụng sức nóng của lòng đất để gia nhiệt làm
nớc bốc hơi. HơI nớc với áp suất cao làm quay tuốc bin hơi nớc. Tuốc bin này kéo một
máy phát điện, từ đó năng lợng địa nhiệt biến thành năng lợng điện. Có hai loại
5


nhà máy năng lợng địa nhiệt: loại chu kỳ kép (hình1.4) và loại phun hơi (hình1.5).
Nớc nóng địa nhiệt có nhiệt độ vào khoảng 3500F và áp suất khoảng 16.000psi.

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý nhà máy đia nhiệt
Loại phun hơi

1. Hơi.
8. Không khí và hơi nớc.
2. Tuốc bin.
nhiệt.
3. Máy phát.
10. Nớc thải.
4. Hơi.
11. Nớc ngầm.
1.3. Mạng lới điện. 5. Nớc.
12. Nớc lên.
6. Không khí.
- Điện năng 13.
sau
khi đợc
sản xuất tại
Vùng địa nhiệt.
7. tháp làm

lạnh.
đến các hộ tiêu thụ nhờ mạng
lới điện.
14. Nớc xuống.

9. Cấp

nhà máy điện sẽ đợc truyền tải, phân phối

- Hệ thống điện gồm các khâu: Phát điện, truyền tải, phân phối và sử dụng.
+ Phát điện: Gồm các nhà máy điện phát ra điện áp (6 ữ 18)kV. Sau đó
điện áp đợc đa đến trạm biến áp tăng áp sẽ tăng điện áp lên (35 ữ 110 ữ 220 ữ
500)kV.
+ Truyền tải: Là đờng dây cao áp truyền tải điện năng đi xa có điện áp
(110, 220, 500)kV đa đến các trạm biến áp hạ áp sẽ hạ điện áp xuống (6, 10, 15,
22, 35)kV.
+ Phân phối: Gồm các đờng dây phân phối có điện áp (6, 10, 15, 22,
35)kV đa đến các trạm hạ áp sẽ hạ điện áp xuống 0,4kV.
+ Sử dụng: Là các hộ tiêu thụ điện sử dụng điện áp (380/220)V.
6


Nhà máy
nhiệt
điện

Nhà máy
điện nguyên
tử

Nhà máy
thủy điện

Mạng truyền tải
115kV 765kV

Trạm
đóng
ngắt

Trạm cao áp

Tải công
suất rất
lớn

Trạm cao

Trạm cao áp

Tải công
suất lớn

Mạng truyền tải
phụ 69kV 138kV

Trạm
phân phối

Trạm

phân phối

Trạm
phân phối

Nhà máy phát
Tuốc bin khí
Năng lợng gió
Năng lợng thủy
triều
Năng lợng địa
nhiệt

Mạng phân phối
4kV 34.5kV

Tải trung
bình

Hình 1.1: sơ đồ nguyên lý các thành phần của hệ thống

- Tùy theo điện áp có thể chia thành:
+ Mạng hạ áp dới 1000V.
+ Mạng trung áp (6, 10, 15, 22, 35)kV.
+ Mạng cao áp (110, 220)kV.
+ Mạng siêu cao áp 500 kV.
7


1.4. Hộ tiêu thụ điện (Hộ dùng điện):

Hộ tiêu thụ điện hay còn gọi là hộ dùng điện, phụ tải điện. Trong hệ thống
năng lợng thì phụ tải điện rất đa dạng và đợc phân thành nhiều loại dới các khía
cạnh xem xét khác nhau.
- Theo ngành nghề: Phụ tải đợc phân làm 2 loại:
+ Phụ tải công nghiệp.
+ Phụ tải kinh doanh và dân dụng.
- Theo chế độ làm việc: Phụ tải đợc phân làm 3 loại:
+ Phụ tải làm việc dài hạn.
+ Phụ tải làm việc ngắn hạn.
+ Phụ tải làm việc ngắn hạn lặp lại.
- Theo yêu cầu liên tục cung cấp điện: Phụ tải đợc phân làm 3 loại:
* Phụ tải loại 1 (Hộ loại 1): Là những hộ tiêu thụ mà khi sự cố ngừng cung cấp
điện có thể gây nên những hậu quả nguy hiểm đến tính mạng con ngời, có
ảnh hởng không tốt về phơng diện chính trị, làm thiệt hại lớn về kinh tế....
+ Hộ loại 1 phảI đợc cung cấp điện với độ tin cậy cao, yêu cầu có nguồn dự
phòng. Tức là hộ loại 1 phải đợc cấp điện ít nhất là từ hai nguồn độc lập.
+ Thời gian mất điện cho phép ở hộ loại 1 bằng với thời gian đóng nguồn dự
phòng với các thiết bị tự động.
* Phụ tải loại 2 (Hộ loại 2): Là những hộ tiêu thụ mà nếu ngừng cung cấp
điện chỉ liên quan đến hàng loạt sản phẩm không sản xuất ra đợc, dẫn đến thiệt
hại về kinh tế do ngừng trệ sản xuất, tạo nên thời gian chết của nhân viên...
+ Để cung cấp điện cho hộ lọai 2 có thể có hoặc không có nguồn dự
phòng, đờng dây một lộ hay đờng dây lộ kép.
* Phụ tải loại 3 (Hộ loại 3): Là những hộ tiêu thụ còn lại ngoài hộ loại 1 và loại
2, tức là những hộ cho phép cung cấp điện với mức độ tin cậy thấp, cho phép mất
điện trong thời gian sửa chữa, thay thế thiết bị sự cố nhng thờng không quá 24
giờ.
Phơng án cung cấp điện cho hộ loại 3 có thể dùng một nguồn hoặc đờng
dây một lộ.
Cần nhớ là cách phân loại hộ dùng điện nh trên chỉ là tạm thời, chỉ thích hợp với

giai đoạn nền kinh tế của nớc ta còn thấp kém. Khi kinh tế phát triển đến mức nào
đó thì tất cả các hộ dùng điện sẽ là loại một, đợc cấp điện liên tục.
1.5. Hệ thống bảo vệ
- Trong quá trình vận hành hệ thống điện, có thể xuất hiện tình trạng sự cố
và chế độ làm việc không bình thờng của các phần tử.

8


- Trong phần lớn trờng hợp, các sự cố thờng kéo theo hiện tợng dòng điện tăng
cao và điện áp giảm thấp.
- Nh vậy, sự cố làm rối loạn sự hoạt động bình thờng của HTĐ nói chung và của
các hộ tiêu thụ điện nói riêng.
- Muốn duy trì hoạt động bình thờng của hệ thống khi xuất hiện sự cố, cần
phát hiện càng nhanh càng tốt chỗ sự cố và cách ly nó khỏi phần không bị h hỏng,
do đó phần còn lại duy trì đợc sự hoạt động bình thờng.
- Để bảo vệ các thiết bị điện trong hệ thống điện ta sử dụng các rơle điện
cơ hoặc rơle số sau:
+ Rơle dòng điện, kí hiệu I>
+ Rơ le điện áp, kí hiệu U< , U>
+ Rơle tổng trở, kí hiệu Z<


+ Rơle công suất có hớng, kí hiệu Ư W
<
+ Rơle tần số, kí hiệu f
+ Rơle thời gian, kí hiệu
+ Rơle trung gian, kí hiệu
+ Rơle tín hiệu,

kí hiệu

1.6. Trung tâm điều độ hệ thống điện
Hh
Hh
hh
1.7. Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp
điện.
- Một phơng án cung cấp điện xí nghiệp đợc xem là hợp lý khi thảo mãn những
yêu cầu sau:
+ Vốn đầu t nhỏ.
+ đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cao tùy theo tính chất hộ tiêu thụ.
+ Chi phí vận hành hàng năm thấp.
+ Đảm bảo an toàn cho ngời và thiết bị.
+ Thuận tiện cho vận hành sửa chữa.
+ Đảm bảo chất lợng điện năng.
- Sau đây là một số bớc chính để thực hiện bản thiết kế kỹ thuật đối với phơng án cung cấp điện xí nghiệp:
+ Xác định phụ tải tính toán của từng phân xởng và của toàn xí nghiệp
để đánh giá nhu cầu và chọn phơng thức cung cấp điện.
+ Xác định phơng án về nguồn điện.
9


+ Xác định cấu trúc mạng.
+ Chọn thiết bị.
+ Tính toán chống sét, nối đất chống sét và nối đất an toàn cho ngời vận
hành và thiết bị.
+ Tính toán các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cụ thể đối với mạng lới điện sẽ
thiết kế.
1.8. Một vài nét về tình hình năng lợng ở Việt Nam trong giai đoạn

hiện nay và triển vọng.
Theo số liệu thông tin nguồn điện vào tháng 01/2000, tổng công suất lắp
đặt của các nhà máy điện của nớc ta là 5710 MW, công suất khả dụng hơn 5382
MW, trong đó thủy điện chiếm 54%; nhiệt điện chiếm 22%; diesel và tuốc bin
khí 24%. Tổng sản lợng của các nhà máy điện năm 1999 là 23,738 tỷ kWh, trong
đó thủy điện chiếm 58,7%; nhiệt điện chiếm 22,7%; diesel và tuốc bin khí
18,6%.
- Tỷ trọng tiêu thụ điện trong năm 1999 nh sau:
+ Điện công nghiệp:

38,7%

+ Điện nông nghiệp:

3,0%

+ Điện sinh hoạt:

51,1%

+ Điện khác:

7,2%

Năm 1999, tiêu thụ điện thơng phẩm toàn quốc đạt gần 19,6 tỷ kWh, điện
sản xuất đạt hơn 23,7 tỷ kWh. Dự kiến nhu cầu tiêu thụ điện của năm 2000
khoảng 26 tỷ kWh.
Đến nay lới điện quốc gia bao gồm lới miền Bắc (điển hình là lới Hà Nội), lới
miền Nam (điển hình là lới TP.Hồ Chí Minh), lới miền Trung. Các lới này liên kết với
nhau bằng các tuyến dây điện áp 220kV và 500kV. Hiện nay lới quốc gia đã phát

triển đến tất cả các tỉnh thành trong cả nớc.
- Năm 2007: tổng sản lợng của các nhà máy điện đến tháng 3/2007 là 12,612
tỷ kWh, trong đó:

10

+ Điện công nghiệp - xây dựng:

48,82%

+ Điện sinh hoạt, quản lý, tiêu dùng, dân c:

41,57%


Bài 2
Xác định nhu cầu điện
2.1. Đặt vấn đề
- Khi thiết kế cung cấp điện cho một công trình, nhiệm vụ đầu tiên là xác
định nhu cầu điện của hộ phụ tải đó
- Nh vậy, xác định nhu cầu điện là giải bài toán dự báo phụ tải ngắn hạn
hoặc dài hạn. Nội dung của bài này là trình bày những phơng pháp dự báo phụ tải
ngắn hạn.
- Dự báo phụ tải ngắn hạn tức là xác định phụ tải của công trình ngay sau khi
công trinh đi vào hoạt động, đi vào vận hành. Phụ tải đó thờng đợc gọi là phụ tải
tính toán. Phụ tải tính toán đợc sử dụng để chọn các thiết bị điện nh: máy biến
áp, dây dẫn, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ ..., để tính các tổn thất công suất,
tổn thất điện áp để chọn các thiết bị bù...
Nh vậy, phụ tải tính toán là một số liệu quan trọng để thiết kế cung cấp
điện. Trong thực tế thiết kế, khi đơn giản công thức để xác định phụ tải điện

thì cho phép sai số 10%.
Các phơng pháp xác định phụ tải tính toán có thể chia làm hai nhóm chính:
+ Nhóm thứ nhất: Đây là nhóm các phơng pháp sử dụng các hệ số tính toán
dựa trên kinh nghiệm thiết kế và vận hành để tổng kết và đa ra các hệ số tính
toán. Đặc điểm của các phơng pháp này là toán thuận tiện nhng chỉ cho kết quả
gần đúng.
+ Nhóm thứ hai: Đây là nhóm các phơng pháp dựa trên cơ sở lý thuyết xác
suất và thống kê. Đặc điểm của phơng pháp này là có kể đến ảnh hởng của
nhiều yếu tố, do đó cho kết quả chính xác hơn nhng tính toán phức tạp hơn.
Trong thực tế, tùy theo yêu cầu cụ thể mà chọn phơng pháp tính toán phụ tải
điện thích hợp.
2.2. Đồ thị phụ tải điện
- Đờng cong biểu diễn sự thay đổi theo thời gian của công suất tiêu thụ điện
của phụ tải điện gọi là đồ thị phụ tải điện.
- Phụ tải điện đặc trng cho nhu cầu tiêu thụ điện năng của từng thiết bị
hoặc của nhóm thiết bị trong phân xởng, hay của toàn xí nghiệp.
- Công suất tác dụng P, công suất phản kháng Q và dòng điện I là ba đại lợng
cơ bản đợc dùng biểu thị phụ tải khi tính toán thiết kế.
- Sự thay đổi phụ tải theo thời gian có thể quan sát đợc nhờ các dụng cụ đo và
dụng cụ tự ghi.
11


+ Thiết bị tự ghi, ghi lại đợc sự biến đổi của phụ tải theo thời gian. (hình
2-1a)
+ Dụng cụ đo: Theo số đo của công tơ trong các khoảng thời gian, bằng
nhau ta sẽ đợc đồ thị phụ tải theo dạng bậc thang. (hình 2-1b)

P (kW)

P (kW)

a)

24
t(giờ)

b)

Hình 2-1:Đồ thị phụ tải điện

24
t(giờ)

a) Đồ thị phụ tải thực tế
b) Đồ thị phụ tải dạng bậc thang

* Phân loại đồ thị phụ tải điện
- Ta chia ra đồ thị phụ tải của từng thiết bị và đồ thị phụ tải của nhóm thiết
bị.
+ Đồ thị phụ tải của từng thiết bị đợc kí hiệu bằng chữ nhỏ: p(t), q(t), i(t).
(Của lò điện, động cơ điện có công suất lớn nh máy cán kim loại, lò xi
măng...)
+ Đồ thị phụ tải của nhóm thiết bị đợc kí hiệu bằng chữ in hoa: P(t), Q(t),
I(t).
- Theo thời gian, ta chia ra:
+ Đồ thị phụ tải ngày đêm
+ Đồ thị phụ tải tháng
+ Đồ thị phụ tải năm
- Nghiên cứu đồ thị phụ tải ngày ta biết đợc tình trạng làm việc của các thiết

bị trong phân xởng hay xí nghiệp, từ đó chúng ta có thể điều chỉnh sao
cho đồ thị phụ tải ngày càng bằng phẳng càng tốt.
2.3. Các đại lợng cơ bản
12


- Các thiết bị dùng điện hay còn gọi là thiết bị tiêu thụ là những thiết bị tiêu
thụ điện năng nh: động cơ điện, lò điện, đèn điện...
- Hộ tiêu thụ là tập hợp các thiết bị điện của phân xởng hay của xí nghiệp
hoặc của khu vực.
- Phụ tải điện là một đại lợng đặc trng cho công suất tiêu thụ của các thiết bị
hoặc các hộ tiêu thụ điện năng.
1. Công suất định mức (Pđm)
Công suất định mức của một thiết bị dùng điện là công suất ghi trên tấm biển
của máy, hoặc ghi trong lý lịch máy, đợc biểu diễn bằng công suất tác dụng P (nh
động cơ, là điện trở, bóng đèn...) hoặc biểu diễn bằng công suất toàn phần S
(nh MBA lực, MBA hàn, lò điện cảm ứng...).
Công suất đầu vào động cơ gọi là công suất đặt: Pđ

Pd =

Pdm
dc

[2-1]

Trong đó:
đc hiệu suất định mức của
[Vì đc = (0,8 ữ 0,95) nên để tính toán đơn giản cho phép lấy Pđ Pđm]
2. Công suất đặt (Pđ)

- Đối với thiết bị chiếu sáng: công suất đặt là công suất tơng ứng với số ghi trên
đế hay ở bầu đèn, công suất này bằng với công suất đợc tiêu thụ bởi đèn khi điện
áp mạng điện là định mức.
- Đối với động cơ điện: Làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại nh cầu trục, công
suất định mức đợc tính toán phải quy đổi về công suất định mức ở chế độ làm
việc dài hạn.
Pđ Pđm = Pđm. a %

[2-2]

Trong đó:
Pđm công suất định mức đã quy đổi về chế độ làm việc
dài hạn
a hệ số đóng điện lặp lại
- Đối với MBA của lò điện
Pđ = Sđm.Cosđm

[2-3]

Trong đó:
Sđm công suất biểu kiến định mức của MBA ghi trong lý lịch
máy
Cosđm hệ số công suất ở lò điện khi phụ tải của nó đạt
đến Pđm. Hệ số này ghi trong lý lịch máy.
13


- Đối với MBA hàn
Pđ = Sđm.Cosđm. a %

[2-4]

3. Phụ tải trung bình
- Phụ tải trung bình là một đặc trng tĩnh của phụ tải trong một khoảng thời
gian nào đó.
+ Đối với một thiết bị

p tb =

AP
,
t

q tb =

AQ

[2-5]

t

Trong đó:
AP, AQ điện năng tác dụng và phản kháng tiêu thụ trong
khoảng thời gian khảo sát, [kWh, kVArh].
t thời gian khảo sát, [h].
+ Đối với nhóm thiết bị
n

Ptb = p i ,
i =1

n

Q tb = q i

[2-6]

i =1

- Phụ tải trung bình sau một ca tải lớn nhất hay sau một năm đợc ký hiệu nh
trên nhng thêm chỉ số phụ
Ptbmax, Qtbmax hay Ptbnăm, Qtbnăm
- Phụ tải trung bình tính theo dòng điện
+ Đối với lới điện 3 pha

I tb =

Ptb2 + Q 2tb

[2-7]

3U dm

Uđm - điện áp dây định mức của mạng điện.
4. Phụ tải trung bình bình phơng
- Công suất trung bình bình phơng là công suất sau khoảng thời gian bất kỳ
đợc xác định theo biểu thức sau:

Ptbbp =

P12 t 1 + P22 t 2 + ... + Pn2 t n
n

ti

, Q tbbp =

Q12 t 1 + Q 22 t 2 + ... + Q 2n t n

i =1

n

ti

[2-8]

i =1

- Dòng điện trung bình bình phơng đợc xác định:

I tbbp =

I12 t 1 + I 22 t 2 + ... + I 2n t n
n

ti
i =1

14

hoặc I tbbp =

Ptbbp
3U dm .Cos

[2-9]


5. Phụ tải cực đại
- Trị số phụ tải cực đại Pmax, pmax, Qmax, qmax, Smax, smax, Imax, imax là trị số lớn nhất
trong các trị số trung bình có đợc trong một khoảng thời gian khảo sát nào đó.
- Theo thời gian ta chia ra hai dạng phụ tải cực đại:
+ Phụ tải cực đại dài hạn trong những khoảng thời gian khác nhau (10, 30,60
phút...) dùng để chọn các phần tử của hệ thống cung cấp theo điều kiện phát
nóng.
+ Phụ tải cực đại ngắn hạn (còn gọi là phụ tải đỉnh nhọn hay phụ tải cực
đại tức thời) suất hiện trong thời gian (1ữ2) giây, dùng để kiểm tra sự dao động
điện áp trong lới điện, chọn dây của các cầu chì, tính dòng điện khởi động của
các rơle bảo vệ dòng điện cực đại.
6. Phụ tải tính toán Ptt
- Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tơng đơng với phụ
tải thực tế (biến đổi) về mặt hiệu ứng nhiệt lớn nhất. Nh vậy nếu chọn các thiết
bị điện theo Ptt 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 Ptt với các phụ tải khác:
Pmax Ptt Ptbbp Ptb

[2-10]

2.4. Các hệ số tính toán
1. Hệ số sử dụng
- Hệ số sử dụng công suất tác dụng của một thiết bị điện k sdp hay một nhóm
thiết bị điện KsdP là tỷ số giữa công suất tác dụng trung bình và công suất định
mức của chúng.
+ Đối với một thiết bị

ksdp

Ptb
= Pdm

[2-11]

+ Đối với một nhóm thiết bị
n

p
Ptb
P
KsdP = dm =

i =1
n

p
i =1

tbi

dmi

[2-12]

- Tơng tự, hệ số sử dụng công suất phản kháng k sdq, KsdQ, và dòng điện ksdi, KsdI
cũng đợc xác định bởi công thức:

15


n

q
Q tb
Q
KsdQ = dm =

q tb
q
ksdq = dm ,

i =1
n

q
i =1

tbi

dmi

[2-13]

n

i
I tb
I
KsdI = dm =

i tb
i
ksdi = dm ,

i =1
n

i
i =1

tbi

dmi

[2-14]

2. Hệ số đóng điện cho hộ tiêu thụ
- Hệ số đóng điện của một thiết bị (kđóng) là tỷ số giữa thời gian đóng điện
cho hộ tiêu thụ (tđóng) với thời gian cả chu trình xem xét (tct)

kđóng
=

tđóng
tct

[2-15]

- Thời gian đóng điện cho hộ tiêu thụ (t đóng) trong một chu trình xem xét là
tổng thời gian làm việc (tlv) với thời gian chạy không tải (tkt):
tđóng = tlv + tkt kđóng =

t lv + t kt
t ct

[2-16]

- Hệ số đóng điện của nhóm thiết bị (Kđóng nhóm) đợc xác định nh sau:

n

Kđóng nhóm =

k
i =1

.pdmi

dongi

n

p
i =1

[2-17]

dmi

Trong đó:
pđmi công suất định mức của thiết bị thứ i
kđóngi hệ số đóng điện ứng với thiết bị thứ i
3. Hệ số phụ tải
- Hệ số phụ tải công suất tác dụng của thiết bị (kpt) là tỉ số giữa công suất tác
dụng thực tế mà thiết bị tiêu thụ (nghĩa là phụ tải trung bình của nó theo thời
gian đóng điện tđóng trong một chu trình) và công suất định mức của nó.
+ Đối với một thiết bị

16


kptp =

p tb .t ct
p dm .t dong

=

k sd
k dong

[2-18]

+ Đối với một nhóm thiết bị
KptP =

K sd
K dong

[2-19]

- Tơng tự ta cũng tính đợc kptq, KptQ, kpti, KptI.
4. Hệ số cực đại, Kmax 1
- Hệ số cực đại (Kmax) là tỷ số giữa phụ tải tính toán và phụ tải trung bình
trong khoảng thời gian xem xét.

Kmax

=

Ptt
Ptb

[2-20]
(Hệ số cực đại thờng tính với ca làm việc có phụ tải lớn nhất, nó phụ thuộc vào
nhiều hệ số và các yếu tố khác đặc trng cho chế độ làm việc của thiết bị, giá trị
Kmax cũng có thể tra trong sổ tay)
5. Hệ số nhu cầu, Knc 1
- Hệ số nhu cầu (Knc) là tỷ số giữa công suất tính toán (trong điều kiện thiết
kế) hoặc công suất tiêu thụ (trong điều kiện vận hành) với công suất định mức

của nhóm thiết bị.

Ptt
P
Knc = dm = Kmax.Ksd

[2-20]

6. Số thiết bị hiệu quả, nhq
a. Định nghĩa
- Giả thiết có một nhóm gồm n thiết bị, có công suất định mức và chế độ làm
việc khác nhau. Ta gọi nhq là số thiết bị hiệu quả của nhóm đó, đó là một số qui
đổi, gồm nhq thiết bị có công suất định mức và chế độ làm việc giống nhau tạo
nên phụ tải tính toán cực đại tơng ứng với n thiết bị ta đang khảo sát.
b. Cách xác định nhq
- nhq đợc xác định một cách tơng đối chính xác nh sau:
2

nhq =
17

n

p dmi
2
i=1
= Pdm
n
n
2

2
p
dmi p dmi
i =1

i =1

[2-21]


Trong đó:
n - số thiết bị có trong nhóm.
pđmi - công suất tác dụng định mức của thiết bị thứ i.
Pđm - tổng công suất tác dụng định mức của tất cả các thiết
bị trong nhóm.
Ví dụ 2-1: Có 24 máy nối vào một tủ phân phối, các máy đó làm việc theo
chế độ dài hạn và có công suất định mức nh sau:
3 máy 20kW; 6 máy 10kW; 5 máy 7kW và 10 máy 4,5kW.
nhq = ?
Giải
Tổng công suất định mức của 24 máy là:
Pđm = 3.20 + 6.10 + 5.7 + 10.4,5 = 200kW
n

P
i =1

2
dm

= 2247,5k Ư W

Giá trị nhq đợc xác định theo công thức:
2
Pdm

nnq =

n

p
i =1

2
dmi

200 2
= 17,797
=
2247,5

- Nếu các thiết bị tiêu thụ của nhóm đều có công suất định mức nh nhau thì:

( n.Pdm ) 2
nhq =

2
n.Pdm

=n

[2-22]

- Khi số thiết bị trong nhóm lớn hơn hoặc bằng 4, thì số qui đổi n hq của các
thiết bị lấy bằng số thực tế n, nếu thỏa mãn điều kiện:
m=

p dm max
3
p dm min

[2-23]

pđmmax và pđmmin là công suất tác dụng định mức của thiết bị lớn nhất và bé
nhất nhóm.
- Khi tính nhq có thể bỏ qua thiết bị nhỏ mà tổng công suất của nó không vợt
quá 5% tổng công suất định mức của toàn nhóm (khi đó số thiết bị bỏ không đợc
tính vào trong giá trị n).
Ví dụ 2-2: Xác định nhq của nhóm thiết bị làm việc dài hạn, có công suất
định mức nh sau:
10 máy 0,6kW; 5 máy 4,5kW; 6 máy 7kW; 5 máy 10kW; 2 máy 14kW.
Giải
18


+ Tính chính xác
+ Tính khi bỏ qua 10 máy 0,6kW
- Khi m > 3 và Ksd 0,2 thi nhq có thể xác định theo công thức:
n

nhq =

2 p dmi
i =1

[2-24]

Pdm max
(nếu tính ra nhq > n thì ta lấy nhq = n)
- Khi m > 3 và Ksd < 0,2 thì không thể dùng phơng pháp đơn giản hóa để
tính nhq nh đã nêu ở trên, mà phải xác định nhq theo đờng cho trớc.
*Trình tự tính toán theo các bớc nh sau:
+ Bớc 1: Xác định tổng số thiết bị trong nhóm (n) và tổng công suất tác
dụng P của n thiết bị này:
n

P =

p
i =1

dmi

[2-25]

+ Bớc 2: Xác định thiết bị công suất định mức lớn nhất trong nhóm (pmax).
+ Bớc 3: Xác định những thiết bị có công suất tác dụng định mức bằng
hoặc lớn hơn một nửa công suất định mức tác dụng của thiết bị lớn nhất trong
nhóm đó.
+ Bớc 4: Xác định n1 và Pđm1

n1 - số thiết bị có công suất tác dụng định mức bằng hoặc lớn hơn một
nửa công suất định mức tác dụng của thiết bị lớn nhất trong nhóm đó.
Pđm1 tổng công suất tác dụng định mức của n1 thiết bị
n1

P1 =

p
i =1

dmi

P1
n1
+ Bớc 5: Xác định n* = n và P* = P

[2-26]

[2-27]

+ Bớc 6: Tra bảng 2-1 hoặc đờng cong (Hình 2-2) để tìm n*hq

19

Hình 2-2: Quan hệ theo n * và P*


Bíc 7: X¸c ®Þnh sè thiÕt bÞ hiÖu qu¶:
nhq = n*hq.n

20

[2-28]


Bảng 2-1: Bảng tra n*hq theo n* và P*

p1
p∑

n* =

n1
n
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,08
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,5
0,55

0,60
0,65
0,70
0,75
0,80
0,85
0,90
1,00

21

0,1
0,7
1
0,8
1
0,8
6
0,9
0
0,9
2
0,9
4
0,9
5

0,15
0,51

0,20
0,36

0,25
0,26

0,30
0,19

0,35
0,14

0,40
0,11

0,45
0,09

0,50
0,07

P* =
0,55
0,06

0,60
0,05

0,65
0,01

0,70
0,04

0,75
0,03

0,80
0,03

0,85
0,03

0,90
0,02

0,95
0,02

1,0
0,02

0,64

0,48

0,36

0,27

0,21

0,16

0,13

0,11

0,09

0,08

0,07

0,06

0,05

0,04

0,04

0,04

0,03

0,03

0,72

0,57

0,44

0,34

0,27

0,22

0,18

0,15

0,12

0,10

0,09

0,08

0,07

0,06

0,05

0,05

0,04

0,04

0,79

0,64

0,51

0,41

0,33

0,26

0,22

0,18

0,15

0,13

0,11

0,10

0,08

0,07

0,07

0,06

0,05

0,05

0,83

0,70

0,58

0,47

0,38

0,31

0,26

0,21

0,18

0,15

0,13

0,12

0,10

0,09

0,08

0,07

0,06

0,06

0,89

0,79

0,68

0,57

0,48

0,40

0,33

0,28

0,24

0,20

0,17

0,15

0,13

0,12

0,11

0,09

0,08

0,08

0,92

0,85

0,76

0,66

0,56

0,47

0,40

0,34

0,29

0,25

0,22

0,19

0,17

0,15

0,13

0,12

0,10

0,09

0,95

0,93
0,95

0,88
0,93
0,95

0,80
0,89
0,93
0,95

0,72
0,83
0,90
0,94
0,95

0,67
0,76
0,85
0,90
0,94
0,95

0,56
0,69
0,78
0,86
0,91

0,93
0,95

0,48
0,64
0,71
0,80
0,86
0,91
0,93
0,95

0,42
0,54
0,61
0,73
0,81
0,86
0,91
0,94
0,95

0,37
0,47
0,57
0,66
0,74
0,81
0,87
0,91

0,94
0,95

0,32
0,42
0,51
0,60
0,68
0,75
0,81
0,87
0,91
0,94
0,95

0,28
0,37
0,45
0,53
0,62
0,69
0,76
0,82
0,87
0,91
0,94
0,95

0,25
0,33

0,41
0,48
0,56
0,63
0,70
0,76
0,82
0,87
0,91
0,94
0,95

0,23
0,29
0,36
0,43
0,50
0,57
0,64
0,70
0,75
0,81
0,86
0,90
0,93
0,95

0,20
0,26
0,32

0,39
0,45
0,52
0,58
0,64
0,69
0,75
0,81
0,86
0,90
0,94
0,95

0,17
0,23
0,29
0,35
0,41
0,47
0,52
0,58
0,63
0,69
0,74
0,80
0,85
0,89
0,93
0,95

0,16
0,21
0,26
0,32
0,37
0,42
0,47
0,53
0,57
0,63
0,68
0,73
0,78
0,83
0,88
0,92

0,14
0,19
0,24
0,29
0,33
0,38
0,43
0,48
0,52
0,57
0,62
0,66
0,71

0,76
0,80
0,85
0,95


2.5. Các phơng pháp xác định công suất tính toán
4.1. Khái niệm:
Phụ tải tính toán của một nhóm thiết bị điện, của một phân xởng ... là phụ tải
sử dụng để thiết kế cung cấp điện cho nhóm thiết bị điện đó, phụ tải tính toán
còn dùng để lựa chọn máy biến áp, dây dẫn và các thiết bị đóng cắt. điều đó
có nghĩa là hệ thống cung cấp điện đợc xác định theo công suất tính toán này.
4.2. Các phơng pháp tính phụ tải tính toán:
a. Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu:
Công thức tính:
n

P

Ptt = knc. i=1

(2.34)
Qtt = Ptt.tg

(2.35)
Ptt2 +Qtt2

Stt =

Ptt

=cos

(2.36)

Một cách gần đúng có thể lấy: Pđ Pđm do đó:
knc.
Ptt =

(2.37)

n

P

dmi

i =1

Với:
knc:

hệ số nhu cầu, tra sổ tay
Pđi: công

suất đặt của thiết bị thứ i (kW)
Pđmi:

công

suất định mức của thiết bị thứ i (kW)

Ptt: công
suất tác dụng tính toán của nhóm thiết bị (kW)
22

di


Qtt: công
suất phản kháng tính toán của nhóm thiết bị (kVAr)
Stt: công
suất biểu kiến (toàn phần) tính toán của nhóm thiết bị (kVA)
n:

số

thiết bị trong nhóm.
Nếu hệ số công suất của các thiết bị trong nhóm không giống nhau thì ta phải
tính hệ số công suất trung bình (costb) theo công thức sau:
Picosi

P1cos1 + P2cos2 + +
costb =

Pncosn
P1 + P2 + + Pn

=

(2.38)

Pi

Phơng pháp này tính toán đơn giản, thuận tiện nhng cho kết quả kém chính
xác do hệ số nhu cầu là số liệu cho trớc không phụ thuộc vào chế độ vận hành và
số thiết bị trong nhóm.
b. Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản
xuất:
Công
tính:

thức

Ptt = p0.F
Trong đó:
p0 là suất

phụ tải trên 1m diện tích sản xuất (kW/m )
2

2

F là diện tích sản xuất.
Giá trị p0 có thể tra trong các sổ tay, phơng pháp này chỉ cho giá trị gần
đúng cho nên thờng đợc dùng trong thiết kế sơ bộ. Nó dùng để tính phụ tải các
phân xởng có mật độ phân bố đều: gia công cơ khí, dệt, sản xuất ôtô, vòng bi.
c. Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng trên đơn vị sản
phẩm:
Công thức tính:
Ptt =

Mw0
Tmax

(2.39)

Trong đó:
M: số đơn vị sản phẩm đợc sản xuất ra trong một năm (sản lợng)
w0: suất tiêu hao điện năng cho một đơ vị sản phẩm (kWh/đơn vị sản phẩm)
Tmax: thời gian sử dụng công suất lớn nhất của phụ tải (giờ/năm)
Phơng pháp này thờng đợc sử dụng cho các thiết bị điện có đồ thị phụ tải
biến đổi nh quạt gió, bơm nớc, máy nén khí, thiết bị điện phân.
Ví dụ: Xác định phụ tải tính toán của một nhóm máy nén khí, biết rằng:
- Nhóm máy đó trong một năm sản xuất đợc 312.106m3 khí nén.
23


- Điện năng tiêu thụ cho 103m3 khí nén là w0 = 1000 kWh/103m3.
- Thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax = 7000h/năm.
Lời giải
áp dụng công thức (Ptt = P0F):

Ptt =

Mw0
Tmax

312.106.10
=

2

103.7.103

= 4475
kW

d. Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại và phụ tải trung bình:
Khi không có số liệu cần thiết để áp dụng các phơng pháp đơn giản gần
đúng nh trên hoặc khi cần nâng cao độ chính xác của phụ tải tính toán thì nên
dùng phơng pháp tính theo hệ số cực đại.
Công thức tính:
n

k
i =1

sd

Ptt = kmax.

.Pdm
(2.40)
Trong đó:

Pđm: công suất định mức của phụ tải
kmax:

hệ số cực đại
ksd: hệ
số sử dụng

Phơng pháp này cho kết quả tơng đối chính xác vì khi xác định thiết bị
hiệu quả nhq đã xét tới một loạt các yếu tố quan trọng nh: ảnh hởng của số lợng thiết
bị trong nhóm, số thiết bị có công suất lớn nhất, sự khác nhau về chế độ làm
việc...
Khi xác định phụ tải theo phơng pháp này trong một số trờng hợp cụ thể
dùng công thức sau:
Trờng hợp n 3 và nhq < 4, phụ tải tính toán đợc tính theo:
n

Ptt = Pdmi
i =1

(2.41)

n

Qtt = Qdmi
i =1

(2.42)

Còn đối với thiết bị điện làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại thì:
24


S tt =

S dm dm
0,875
(2.43)

Trờng hợp n > 3 và nhq < 4, phụ tải tính toán đợc tính theo:
n

Ptt = k pti Pdmi
i =1

(2.44)

Trong đó:
kpti: hệ số phụ tải của từng máy, nếu không có số liệu chính
xác có thể lấy:
kpt= 0,9 với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn
kpt= 0,75 với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại.
Pđmi: là công suất định mức của thiết bị thứ i.
Trờng hợp nhq > 300, ksd < 0.5 thì:
Hệ số cực đại kmax sẽ lấy ứng với nhq = 300
Trờng hợp nhq > 300, ksd 0.5 thì:
n

Ptt = 1,05k max Pdmi
i =1

(2.45)

Đối với nhóm thiết bị có đồ thị bằng phẳng nh: máy bơm, quạt, máy nén khí
thì hệ số cực đại có thể lấy bằng 1, và lúc đó:
Ptt = Ptb
Qtt = Qtb
Ví dụ: Hãy xác định phụ tải tính toán của phân xởng cơ khí có các máy sau:

Máy
Máy
Máy
Máy
Máy

Tên máy
tiện T630
tiện C620
tiện T616
khoan đứng
khoan bàn

Số lợng
4
5
4
5
20

Pđm(kW)
10
7
4,5
2,8
1,0

Hệ số sử dụng chung cho các máy trong phân xởng ksd =0,1
Lời giải

Bớc 1: Xác định hệ số thiết bị hiệu quả nhq.
25

cos
0,7
0,6
0,65
0,55
0,6