Giáo trình cung cấp điện P2

Chơng II

Phụ tải điện

Vai trò của phụ tải điện: trong XN có rất nhiều loại máy khác nhau, với nhiều công
nghệ khác nhau; trình độ sử dụng cũng rất khác nhau cùng với nhiều yếu tố khác
dẫn tới sự tiêu thụ công suất của các thiết bị không bao giờ bằng công suất định
mức của chúng. Nhng mặt khác chúng ta lại cần xác định phụ tải điện. Phụ tải
điện l một hm của nhiều yếu tố theo thời gian P(t), v vì vậy chung không tuân
thủ một qui luật nhất định

cho nên việc xác định đợc chúng l rất khó khăn.
Nhng phụ tải điện lại l một thông số quan trọng để lựa chọn các thiết bị của HTĐ.
Công suất m ta xác định đợc bằng cách tính toán gọi l phụ tải tính toán P
tt
.

Nếu P
tt
< P
thuc tê


Thiết bị mau giảm tuổi thọ, có thể cháy nổ.
Nếu P
tt
> P
thuc tê

Lãng phí.

Do đó đã có rất nhiều công trình nghiên cứu nhằm xác định P
tt
sát nhất với
P_thực tế. Chủ yếu tồn tại 2 nhóm phơng pháp.
+ Nhóm phơng pháp dựa trên kinh nghiệm vận hnh, thiết kế v đợc tổng kết lại
bằng các hệ số tính toán (đặc điểm của nhóm phơng pháp ny l: Thuận lợi nhất
cho việc tính toán, nhanh chóng đạt kết quả, nhng thờng cho kết quả kém chính
xác).
+ Nhóm thứ 2 l nhóm phơng pháp dựa trên cơ sở của lý thuyết xác suất v thống
kê (có u điểm ngợc lại với nhóm trên l: Cho kết quả khá chính xác, xong cách
tính lại khá phức tạp ).

2.1 Đặc tính chung của phụ tải điện:

1)
Các đặc trng chung của phụ tải điện:

Mỗi phụ tải có các đặc trng riêng v các chỉ tiêu xác định điều kiện lm việc của
mình m khi CCĐ cần phải đợc thoả mãn hoặc chú ý tới. (có 3 đặc trng chung).

a) Công suất định mức:
L thông số đặc trng chính của phụ tải điện, thờng đợc ghi trên nhãn của máy
hoặc cho trong lý lịch máy.
Đơn vị đo của công suất định mức thờng l kW hoặc kVA. Với một động cơ điện P
đm

chính l công suất cơ trên trục cơ của nó.

dm
dm
d
P
P

=



dm
l hiệu suất định mức của động cơ thờng lấy l 0,8
ữ
0,85 (với động cơ không
đồng bộ không tải). Tuy vậy với các động cơ công suất nhỏ v nếu không cần chính
xác lắm thì có thê lấy P
d


P
dm
.

Chú ý:

+ Với các thiết bị nung chẩy công suất lớn, các thiết bị hn thì công suất định mức
chính l công suất định mức của máy BA. v thờng cho l [kVA].

+ Thiết bị ở chế độ ngắn hạn lập lại, khi tính phụ tải tính toán phải qui đổi về chế độ
lm việc di hạn (tức phải qui về chế độ lm việc có hệ số tiết điện tơng đối).

Động cơ
dmdm
'
dm
.PP

=


Biến áp
dmdm
'
dm
.cos.SP

=


Trong đó:

P
dm
Công suất định mức đã qui đổi về

dm
%.
S

dm
; P
dm
; cos

;

dm
% - Các tham số định mức ở lý lịch máy của TB.

b) Điện áp định mức:

U
dm
của phụ tải phải phù hợp với điện áp của mạng điện. Trong xí nghiệp có nhiều thiết
bị khác nhau nên cũng có nhiều cấp điện áp định mức của lới điện.

+ Điện áp một pha: 12; 36 V sử dụng cho mạng chiếu sáng cục bộ hoặc các nơi nguy
hiểm.

+ Điện áp ba pha:
127/220; 220/380; 380/660 V cung cấp cho phần lớn các thiết bị
của xí nghiệp (cấp 220/380 V l cấp đợc dùng rộng rãi nhất).

+ Cấp 3; 6; 10 kV: dùng cung cấp cho các lò nung chẩy; các động cơ công suất lớn.
Ngoi ra còn có cấp 35, 110 kV dùng để truyền tải hoặc CCĐ cho các thiết bị đặc biệt
(công suất cực lớn). Với thiết bị chiếu sáng yêu cầu chặt chẽ hơn nên để thích ứng với
việc sử dụng ở các vị trí khacs nhau trong lới. TB chiếu sáng thờng đợc thiết kế
nhiều loại khác nhau trong cùng một cấp điện áp định mức. Ví dụ ở mạng 110 V có các
loại bóng đèn 100; 110; 115; 120; 127 V.

Tần số:
do qui trình công nghệ v sự đa dạng của thiết bị trong xí nghiệp

chúng sử
dụng dòng điện với tần số rất khác nhau từ f = o Hz (TB. một chiều) đến các thiết bị có
tần số hng triệu Hz (TB. cao tần). Tuy nhiên chúng vẫn chỉ đợc CCĐ từ lới điện có
tần số định mức 50 hoặc 60 Hz thông qua các máy biến tần.

Chú ý: Các động cơ thiết kế ở tần số định mức 60 Hz vẫn có thể sử dụng đợc ở lới có
tần số định mức 50 Hz với điều kiện điện áp cấp cho động cơ phải giảm đi theo tỷ lệ
của tần số (VD. động cơ ở lới 60 Hz muốn lm việc ở lới có tần số 50 Hz thì điện áp
trớc đó của nó phải l 450
ữ
460 V).

2)
Đồ thị phụ tải:
Đặc trng cho sự tiêu dùng năng lợng điện của các thiết bị riêng lẻ, của nhóm
thiết bị, của phân xởng hoặc của ton bộ xí nghiệp. Nó l ti liệu quan trọng trong
thiết v vận hnh.

a) Phân loại: có nhiều cách phân loại
+ Đồ thị phụ tải tác dụng P(t).
* Theo đại lợng đo + Đồ thị phụ tải phản kháng Q(t).
+ Đồ thị phụ tải điện năng A(t).
Đ
P
đm
P

đ



+ Đồ thị phụ tải hng ngy.
* Theo thời gian khảo sát + Đồ thị phụ tải háng thág.
+ Đồ thị phụ tải hng năm.

Đồ thị phụ tải của thiết bị riêng lẻ ký hiệu l p(t); q(t); i(t)..
Của nhóm thiết bị P(t); Q(t); I(t).

b)
Các loại đồ thị phụ tải thờng dùng:

c
Đồ thị phụ tải hng ngy: (của nhóm, phân xởng hoặc của XN). thờng
đợc xét với chu kỳ thời gian l một ngy đêm (24 giờ) v có thể xác định theo 3
cách.

+ Bằng dụng cụ đo tự động ghi lại (VH- 2a)
+ Do nhân viên trực ghi lại sau những giờ nhất định (HV-2b).
+ BBiểu diễn theo bậc thang, ghi lại giá trị trung bình trong những khoảng nhất
định (HV-2c).

+ Đồ thị phụ tải hng ngy cho ta biết tình trạng lm việc của thiết bị để từ đó sắp xếp
lại qui trình vận hnh hợp lý nhất, nó cong lm căn cứ để tính chọn thiết bị, tính điện
năng tiêu thụ

+ Các thông số đặc trng của đồ thị phụ tải hng ngy:

1- Phụ tải cực đại P
max
; Q
max


2- Hệ số công suất cực đại cos

max

tơng ứng với tg

max
= Q
max
/P
max

3 - Điện năng tác dụng &
phản kháng ngy đêm A [kWh]; Ar[kVArh].

4 Hệ số Cos

tb

tơng ứng với tg

tb
= Ar/A

5 Hệ số điền kín của ĐTPT.


max
dk
P.24
A
K =
;
max
dkr
Q.24
Ar
K =


d
Đồ thị phụ tải hng năm:

Gồm hai loại + ĐTPT hng tháng
+ ĐTPT theo bậc thang

Đồ thị phụ tải hng tháng:
đợc xây dựng theo phụ tải trung bình của từng tháng của
xí nghiệp trong một năm lm việc.













Đồ thị phụ tải theo bậc thang:
xây dựng trên cơ sở của đồ thị phụ tải ngy đêm điển
hình (thờng chọn 1 ngy điển hình vo mua đông v vo mua hạ).

Gọi: n
1
số ngy mùa đông trong năm
n
2
số ngy mùa hè trong năm

T
i
= (t
1
+ t
1
).n
1
+ t
2
.n
2


Các thông số đặc trng của đồ thị phụ tải năm:


1 - Điện năng tác dụng v phản kháng tiêu thụ trong một năm lm việc:
A [kWh/năm] & Ar [kVArh/năm]

Chúng đợc xác địng bằng diện tích bao bởi đờng ĐTPT v trực thời gian.

2- Thời gian sử dụng công suất cực đại:

max
max
P
A
T =
;
max
r
rmax
Q
A
T =


24
P
0
t (giờ)
P
max
24
P
0
t (giờ)
24
P

0
t (giờ)
HV-2a HV-2b HV-2c
0 2 4 6 8 10 12 tháng
P
Đồ thị phụ tải hng tháng cho ta biết nhịp
độ sản xuất của xí nghiệp. Từ đó có thể đề
ra lịch vận hnh sửa chữa các TB. điện một
cách hợp lý nhất, nhằm đáp ứng các yêu
cầu của sản xuất (VD: vo tháng 3,4


sửa chữa vừa v lớn, còn ở những tháng
cuối năm chỉ sửa chữa nhỏ v thay các
thiết bị.
0
24 t [giờ]
P
0
24 t [giờ]
P
t
1
t
1
mùa đông
t
2
mùa hè
0

P
i
P
max
T
i
A
8760 [giờ]

3 Hệ số công suất trung bình: Cos

tb
tơng ứng với tg

tb



A
A
tg
r
tb
=



4 Hệ số điền kín đồ thị phụ tải:

8760

T
xP8760
A
K
max
max
dk
==



8760
T
xQ8760
A
K
rmax
max
r
dkr
==

Khái niêm về T
max
&

:

Định nghĩa
T

max
: Nếu giả thiết rằng ta luôn luôn sử dụng công suất cực đại thì thời
gian cần thiết T
max
để cho phụ tải đó tiêu thụ đợc lợng điện năng do phụ tải thực tế
(biến thiên) tiêu thụ trong một năm lm việc T
max
gọi l thời gian sử dụng công suất
lớn nhất.












Định nghĩa


Giả thiết ta luôn luôn vận hnh với tổn thất công suất lớn nhất thì thời
gian cần thiết

để gây ra đợc lợng điện năng tổn thất bằng lợng điện năng tổn
thất do phụ tải thực tế gây ra trong một năm lm việc, gọi l thời gian chịu tổn thất
công suất lớn nhất

3) Chế độ lm việc của phụ tải v qui đổi phụ tải:

a)
Chế độ lm việc của phụ tải: 3 chế độ
Chê độ di han: Chế độ trong đó nhiệt độ của TB. tăng đến giá trị xác lập v l
hằng số không phụthuộc vo sự biến đổi của công suất trong khoảng thời gian
bằng 3 lần hằng số thời gian phát nóng của cuộn dây. Phụ tải có thể lm việc với
đồ thị bằng phẳng với công suất không đổi trong thời gian lm việc (quạt gió, các
lò điện trở) hoặc đồ thị phụtải không thay đổi trong thời gian lm việc.

Chế độ lm việc ngắn hạn:
Trong đó nhiệt độ của TB. tăng lên đến giá trị no đó
trong thời gian lm việc, rồi lại giảm xuống bằng nhiệt độ môi trờng xung quanh
trong thời gian nghỉ.

Chế độ ngắn hạn lập lại:
Trong đó nhiệt độ của TB. tăng lên trong thời gian lm
việc nhng cha đạt giá trị cho phép v lại giảm xuống trong thời gian nghỉ, nhng
cha giảm xuống nhiệt độ của môi trờng xung quanh.
Đặc trng bằng hệ số đóng điện

%

100.
T
t
100.
tt
t
%
c
d
d0
d
=
+
=


t
d
thời gian đóng điện cuat TB.
t
0
thời gian nghỉ.
T
c
l một chu kỳ công tác v phải nhỏ hơn 10 phút.

b) Qui đổi phụ tải 1 pha về 3 pha:

Vì tất cả các TB. CCĐ từ nguồn đến các đờng dây tuyền tải đều l TB. 3
pha, các thiết bị dùng điện lại có cả thiết bị 1 pha (thờng công suất nhỏ). Các thiết bị
ny có thể đấu vo điện áp pha hoặc điện áp dây

Khi tính phụ tải cần phải đợc qui
đổi về 3 pha.

+ Khi có 1 TB đấu vo điện áp pha thì công suất tơng đơng sang 3 pha:

P
dm td
= 3.P
dm fa


P
dm td
- Công suất định mức tơng đơng (sang 3 pha).
P
dm fa
Công suất định mức của phụ tải một pha.

+ Khi có 1 phụ tải 1 pha đấu vo điện áp dây.


dmfadmtd
P.3P =

+ Khi có nhiều phụ tải 1 pha đấu vo nhiều điện áp dây v pha khác nhau:


maxdmfadmtd
P.3P =


Để tính toán cho trờng hợp ny, trớc tiên phải qui đổi các TB. 1 pha đấu vo điện áp
dây về TB. đấu vo điện áp pha. Sau đó sẽ xác định đợc công suất cực đại của 1 pha
no đó (P
dmfamax
).

2.1 Các phơng pháp xác định phụ tải tính toán:

1) Khái niệm về phụ tải tính toán:


T
max
ứng với mỗi XN khác nhau sẽ có giá trị
khac nhau.
+ Trị số ny có thể tra ở sổ tay v thờng đợc
định nghĩa theo P & Q hai thông số ny thờng
không trùng nhau.
+ Qua thông kê có thể đa ra T
max
điển hình của
một số XN.

+ T
max
lớn

đồ thị phụ tải cng bằng phẳng.
+ T
max
nhỏ

đồ thị phụ tải ít bằng phẳng hơn.

P
P
max
T
max
0

8760 t

0

8760 T
max

1
0,8
0,6

v T

max
thờng không bao giờ bằng nhau, tuy
nhiên chúng lại có quan hệ rất gắn bó, nhng lại
không tỷ lệ tuyến tính vì

P không chỉ xuất hiện lúc
có tải, m ngay cả lúc không tải cũng vẫn có tổn thấ
t

ngời ta xây dựng quan hệ

theo T
max
v cos



L phụ tải không có thực m chúng ta cần phải tính ra để từ đó lm cơ sở cho việc
tính toán thiêts kế, lựa chọn TB. CCĐ.

có 2 loại

+ Phụ tải tính toán theo phát nóng cho phép.
+ Phụ tải tính toán theo điều kiện tổn thất.

Phụ tải tính toán theo phat nóng:

Định nghĩa:
l phụ tải giả thiết lâu di không đổi, tơng đơng với phụ tải thực tế
(biến thiên) về hiệu quả nhiệt lớn nhất.

+ Trong thực tế thờng dùng phụ tải tính toán tác dụng P
tt
vì nó đặc trng cho quá
trình sinh công, thuận tiện cho việc đo đạc vận hnh.


ttttdmtt
cosIU.3P

=


Trong tính toán có thể cho phép lấy gần đúng cos

tt
= cos

tb
.
Quan hệ giữa phụ tải tính toán với các phụ tải khác nh sau:

P
ma x


P
tt

P
qp


P
tb


Trong đó:

T
dt).t(P
P
T
0
tb

=
T thời gian khảo sát.
P(t) - đồ thị phụtải thực tế.


=
T
0
2
qp
dt).t(P
T
1

P


+ Sự phát nóng của dây dẫn l kết quả của sự tác dụng của phụ tải trong thời gian T.
Ngời at nhận thấy rằng giá trị trung bình của phụ tải trong thời gian nay P
T
đặc trng
cho sự phát nóng của dây dẫn chính xác hơn so với công suất cực đại tức thời P
max
trong khoảng thời gian đó.












T
0
hằng số thời gian phát nóng của dây dẫn vì sau khoảng thời gian ny trị số phát
nóng đạt tới 95% trị số xác lập.
+ Trong thực tế T thờng đợc lấy l 30 phút, gần bằng 3 lần hằng số thời gian phát
nóng của các loại dây dẫn có tiết diện trung bình v nhỏ

Nếu hằng số thời gian phát

nóng của dây dẫn lớn hơn so với 10 phút thì công suất cực đại 30 phút phải qui đổi ra
công suất cực đại với khoảng thời gian di hơn. Bên cạnh P
tt
còn có Q
tt
;S
tt
v I
tt
.

Phụ tải tính toán theo điều kiện tổn thất cho phép: còn gọi l phụtải đỉnh nhọn P
dn

;Q
dn
;S
dn
;I
dn
- l phụ tải cực đại xuất hiện trong thời gian ngắn (1
ữ
2 giây). Nó gây ra
tổn thất điện áp lớn nhất trong mạng điện v các điều kiện lm việc nặng nề nhất cho
mạng. M chính lúc đó lại cần phải đảm bảo các yêu cầu của sản xuất. VD moment
khởi động của động cơ, chất lợng các mối hn, độ ổn định của ánh sáng điện.
+ Đối với phụ tải đang vận hnh có thể có đợc bằng cách đo đạc, còn trong thiết kế
có thể xác định gần đúng căn cứ vo các giá trị đặc trng của các phụ tải đã có v đã
đợc đo đạc thống kê trong quá trình lâu di.

2) Các phơng pháp xác định phụ tải tính toán: (theo ĐK phát nóng)

Tuy thuộc vo vị trí của phụ tải, vo gai đoạn thiết kế m ngời ta dùng phong pháp
chính xác hoặc đơn giản. Khi xác định P
tt
cần lu ý một ssố vấn đề:
+ Đồ thị phụ tải luôn luôn thay đổi theo thời gian, tăng lên v bằng phẳng hơn theo mức
hon thiện kỹ thuật sản xuất (hệ số điền kín phụ tải tăng lên dần).
+ Việc hon thiện quá trình sản xuất (tự động hoá v cơ giới hoá) sẽ lm tăng lợng
điện năng của xí nghiệp.

khi thiết kế CCĐ. phải tính đến sự phát triển tơng lai của
xí nghiệp, phải lấy mức của phụ tải xí nghiệp 10 năm sau.

Các phơng pháp xác định phụ tải tính toán v phạm vi sử dụng:

1- Theo công suât trung bình v hệ số cực đại: còn gọi l phơng pháp biểu đồ hay
phơng pháp số thiết bị điện hiệu quả - thờng đợc dùng cho mạng điện PX điện áp
đến 1000 V v mạng cao hơn, mạng ton xí nghiệp.

2- Theo công suất trung bình v độ lệch của phụ tải khỏi giá trị trung bình:
đây l
phơng pháp thống kê - dùng cho mạng điện PX điện áp đến 1000 V

3- Theo công suất trung bình v hệ số hình dạng của đồ thị phụ tải: dùng cho mạng
điện từ trạm biến áp phân xởng cho đến mạng ton xí nghiệp.

4- Theo công suất đặt v hệ số nhu cầu (cần dùng):
dùng để tính toán sơ bộ, ngoi ra
còn 2 phơng pháp khác.

5- Theo xuất chi phí điện năng trên đơn vị sản phẩm:

6- Theo xuất phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất::
cả hai phuoeng pháp trên đều
dùng để tính toán sơ bộ

1) Xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình v hệ số cực đại:


Theo phơng pháp ny phụ tải tính toán của nhóm thiết bị:


dmsdMtbMtt
P.K.KP.KP ==


P
tb
công suất trung bình của phu tải trong ca mang tải lớn nhất.
P
dm
công suất định mức của phụ tải (tổng P
dm
của TB trong nhóm ).
P
tb2
P
T

T

P
max1
P
max2
P
tb1
t
Chính vì thế phụ tải tính toán P
tt
đợc xác
định bằng giá trị cực đại trong các giá trị trung bình
trong khoảng thời gian T. Khi đó khoảng thời gian
ny xê dịch trên ton bộ đồ thị phụ tải đã cho.
+ Tồn tại một khoảng thời gian tối u m phụ tả
i
trung bình lấy trong thời gian đó đặc trng chính
xác nhất cho sự thay đổi phát nóng của dây dẫn
trong khoảng đó.
+ Ngời ta thờng lấy:

T
tb
= 3T
0

K
sd
hệ số sử dụng công suât tác dụng (của nhóm TB.)
K

M
Hệ số cực đại công suât tác dụng với khoảng thời gian trung bình T=30 phút (với
P
tt
v K
M
khi không có ký hiệu đặc biệt đợc hiểu l tính với T=30 phút).

a) Hệ số sử dụng công suât::
K
sd
l tỉ số giữa công suất trung bình v công suất
định mức hệ số sử dụng đợc định nghĩa cho cả Q; I. Với thiết bị đơn lẻ kí hiệu bằng
chữ nhỏ còn với nhóm TB. đợc kí hiệu bằng chữ in hoa.

dm
tb
sd
p
p
k =
;


=
=
==
n
1i
dmj

n
1i
sdidmi
dm
tb
sd
p
k.p
P
P
K

Có thể xác định theo điện năng:


r
sd
A
A
K =

A - điện năng tiêu thụ trong 1 ca theo đồ thị phụ tải.
A
r
- điện năng tiêu thụ định mức.

Tơng tự ta có:

dm
tb

sdq
q
q
k =
;


=
=
==
n
1i
dmj
n
1i
sdqidmi
dm
tb
sdq
q
k.q
Q
Q
K


dm
tb
sdI
i

i
k =
;


=
=
==
n
1i
dmj
n
1i
sdidmi
dm
tb
sdI
i
k.i
I
I
K


+ hệ số sử dụng các thiết bị riêng lẻ v các nhóm thiết bị đặc trng đợc xây dựng
theo các số lieẹu thống kê lâu di v đợc cho trong các cẩm nang kỹ thuật.

b) Số thiết bị dùng điện có hiệu quả: n
hq

Định nghĩa: l số thiết bị điện giả thiết có cùng công suât, cùng chế độ lm việc m
chúng gây ra một phụ tải tính toán, bằng phụ tải tính toán của nhóm TB. có đồ thị phụ
tải không giống nhau về công suât v chế độ lm việc

Công thức đầy đủ để tính số thiết bị dùng điện hiệu quả của nhóm có n thiết bị:



()


=
=








=
n
1i
2
dmi
2
n
1i

dmi
hq
p
p
n


p
dmi
công suất định mức của thiết bị thứ i trong nhóm.
n - tổng số thiết bị trong nhóm.

+ Nếu công suất định mức của tất cả các thiết bị dùng điện đều bằng nhau

n=n
hq
.
+ Với số thiết bị lớn sử dụng công thức trên không thuận lợi

có thể sử dụng công
thức gần đúng với sai số

20 %.

Các trờng hợp riêng để tính nhanh n
hq
:
+ Khi
3
P

P
m
mindm
maxdm
=
v K
sd


0,4 Thì số thiết bị hiệu quả sẽ lấy bằng số
thiết bị thực tế của nhóm


nn
hq
=


+ Khi trong nhóm có n
1
thiết bị dùng điện có tổng công suất định mức nhỏ hơn hoặc
bằng 5 % tổng công suất định mức của ton nhóm




n
dmi
n
dmi

p%5p
1



1hq
nnn =

Ví dụ:
Xác định số thiết bị hiệu quả của nhóm có chế độ lm việc di hạn có số lợng
v công suất nh sau: Hệ số sử dụng của ton nhóm K
sd
= 0,5

+ Tính bằng công thức đầy đủ:

( )
20
14.210.57.65,4.56,0,10
14.210.57.65,4.56,0.10
22222
2
=
++++
++++


+ Tính gần đúng: vì nhóm có 10 thiết bị rất nhỏ (0,6 kW)
10x0,6= 6 kW <

p
dm
x 5% = 148,5x5%= 7,4



n
hq
= n n
1
= 28 10 = 18 kết quả ny sai số 10%.

+ Khi m > 3 v K
sd


0,2 thì


maxdm
n
1i
dmi
hq
p
p.2
n

=
=

Chú ý: nếu tính ra n
hq
> n



nn
hq
=


Số TB
Công suât

10 -- 0,6 kW
5 -- 4,5 kW
6 -- 7 kW
5 -- 10 kW
2 -- 14 kW