Nghiên cứu thiết kế hệ thống cung cấp điện, đề xuất giải pháp tiết kiệm điện năng và nâng cao chất lượng cung cấp điện cho nhà máy xử lý nước thải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

PHẠM THỊ NHUNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN, ĐỀ
XUẤT GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG VÀ NÂNG CAO
CHẤT LƯỢNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY XỬ LÝ
NƯỚC THẢI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

PHẠM THỊ NHUNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN, ĐỀ
XUẤT GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG VÀ NÂNG CAO
CHẤT LƯỢNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY XỬ LÝ
NƯỚC THẢI

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 60520202

LUẬN VĂN THẠC SỸ
Người hướng dẫn khoa học:
TS. Lê Quang Cường

NINH THUẬN, NĂM 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của bản thân tôi. Các kết quả nghiên
cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một nguồn
nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện
trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Ninh thuận, ngày….tháng…..năm 2017
Học viên

Phạm Thị Nhung

i


LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn thạc sỹ một cách hoàn chỉnh, bên cạnh sự nỗ lực cố gắng của
bản thân cịn có sự hướng dẫn nhiệt tình của quý Thầy, cũng như sự động viên ủng hộ
của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu.
Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến thầy TS. Lê Quang Cường, người đã hết lòng
giúp đỡ, cung cấp tài liệu khoa học và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tơi hồn thành
luận văn này. Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy, cơ tại phịng Đào tạo
Đại học và Sau đại học Bộ môn Kỹ thuật điện - điện tử, Khoa năng lượng, Trường ĐH

Thủy Lợi đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo mọi điều kiện
thuận lựoi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và cho đến khi thực
hiện đề tài.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp, đơn vị công tác đã tạo điều kiện về
mặt thời gian, cỗ vũ tinh thần trong quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn.
Học viên

Phạm Thị Nhung

ii


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH......................................................................................v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................vi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .............................................................................. vii
CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU NHÀ MÁY VÀ YÊU CẦU ............................................1

CUNG CẤP ĐIỆN. .........................................................................................................1
1.1 Giới thiệu về nhà máy.........................................................................................1
1.2 Khái quát về hệ thống cung cấp điện..................................................................2
1.2.1

Đặc điểm của nguồn năng lượng điện:........................................................2

1.2.2

Hộ tiêu thụ: ..................................................................................................3

1.2.3

Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế cung cấp điện.................4

1.3 Xác định nhu cầu cung cấp điện. ........................................................................4
1.3.1

Đặt vấn đề....................................................................................................4

1.3.2

Đồ thị phụ tải điện. ......................................................................................4

1.3.3

Các đại lượng cơ bản ...................................................................................7

1.3.4

Các đại lượng cơ bản và hệ số tính tốn thường gặp. .................................9

CHƯƠNG 2

PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG .........................................12

2.1 Phương pháp thiết kế ........................................................................................12
2.2 Tiêu chuẩn thiết kế. ..........................................................................................15
2.2.1

Cấp điện áp. ...............................................................................................15

2.2.2

Giới hạn giảm điện áp ...............................................................................15

2.2.3

Giới hạn dịng ngắn mạch. ........................................................................16

2.2.4

Hệ số cơng suất. ........................................................................................16

2.2.5

Máy biến áp. ..............................................................................................16

2.3 Phương pháp tính tốn phụ tải ..........................................................................16
2.3.1

Các phương pháp xác định phụ tải tính tốn .............................................17

2.3.2

Tính chọn máy biến áp ..............................................................................21

2.3.3

Chọn điểm tính ngắn mạch .......................................................................23

2.3.4

Tính chọn tiết diện dây cáp .......................................................................26

CHƯƠNG 3

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN ......................................31

3.1 Thiết kế sơ bộ sơ đồ một sợ hệ thống cung cấp điện .......................................31

iii


3.2 Danh sách tải ....................................................................................................33
3.3 Tính tốn cơng suất cho máy biến áp ...............................................................35
3.4 Tính tốn cơng suất cho máy phát điện ............................................................41
3.4.1

Máy phát điện ............................................................................................41

3.5 Tính tốn dịng ngắn mạch ...............................................................................47
3.5.1

Tính tốn ngắn mạch trên lưới điện ..........................................................51

3.6 Tính tốn cáp ....................................................................................................54
3.7 Tính tốn lựa chọn thiết bị ................................................................................64
3.7.1

Lựa chọn máy cắt điện ..............................................................................64

3.7.2

Lựa chọn thanh cái ....................................................................................64

3.7.3

Lựa chọn máy biến dòng điện ...................................................................64

3.7.4

Lựa chọn máy biến áp đo lường ................................................................64

CHƯƠNG 4 CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM VÀ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG
CUNG CẤP ĐIỆN. .......................................................................................................71
4.1 Bù công suất phản kháng ..................................................................................71
4.1.1

Khái quát ...................................................................................................71

4.1.2

Chọn các thiết bị bù...................................................................................71

4.1.3

Xác định dung lượng bù ............................................................................73

4.1.4

Xác định vị trí và cơng suất tụ bù .............................................................75

4.2 Điều chỉnh chế độ làm việc của động cơ. .........................................................76
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO: ................81
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO: .....................................................................82

iv


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1 Các bước thiết kế hệ thống ................................................................................13
Hình 2 Mặt bằng và định vị các cơng trình trong nhà máy ...........................................30
Hình 3 Sơ đồ một sợ sơ bộ ............................................................................................32
Hình 4 Tính tốn ngắn mạch .........................................................................................53
Hình 5 Tính tốn sụt áp và trào lưu cơng suất ...............................................................63
Hình 6 Mặt bằng tổng thể tuyến cáp ngầm 24KV .........................................................68
Hình 7 Tồng mặt bằng cáp trung thế 6KV ....................................................................69
Hình 8 Sơ đồ nguyên lý .................................................................................................70
Hình 9 Biểu đồ phân bố phụ tải .....................................................................................77
Hình 10 Sơ đồ mặt bằng trạm bơm như sau: ...............................................................78
Hình 11 Biểu đồ đóng cắt bơm ......................................................................................79
Hình 12 Quy trình điều khiển bơm ................................................................................80

v


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Quy định về cấp điện áp .................................................................................15
Bảng 2.2 Giá trị tiêu biểu của điện áp ngắn mạch .........................................................25

Bảng 3.1 Bảng công suất tải ..........................................................................................33
Bảng 3.2 Bảng kết quả tính tốn chọn máy biến áp ......................................................39
Bảng 3.3 Bảng thiết bị sử dụng nguồn máy phát ..........................................................41
Bảng 3.4 Đánh giá ngắn mạch trở kháng máy biến áp ..................................................50
Bảng 3.5 Cơng suất MBA theo tình trạng q tải hoạt động ........................................50
Bảng 3.6 Bảng Kết của tính tốn ngắn mạch ................................................................51
Bảng 3.7 Bảng thống kê tính tốn ngắn mạch bằng phần mềm ETAP .........................52
Bảng 3.8 Kết quả tính tốn ............................................................................................56
Bảng 3.9 Kết quả tính tốn ............................................................................................61
Bảng 3.10 Kết quả tính tốn ngắn mạch bằng phần mềm ETAP ..................................61
Bảng 3.11 Lựa chọn thiết bị ..........................................................................................65
Bảng 4.1 Lưu lượng nước thải đầu vào .........................................................................76
Bảng 4.2 Phân bố điện tiêu thụ ......................................................................................77

vi


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AC Dòng điện xoay chiều
DC Dòng điện một chiều
IEC

International Electrotechnical Commission

MBA Máy biến áp

vii


MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài:
Một hệ thống điện hoạt động hiệu quả là phải kết hợp một cách hài hòa yêu cầu về
kinh tế, độ tin cậy cung cấp điện, độ an tồn cao, đảm bảo tính liên tục và nhất là đảm
bảo được các tiêu chí kỹ thuật để giúp cho nhà máy hoạt hoạt động an toàn, hiệu quả
và tuổi thọ cao.
Trong nhà máy xử lý nước thải cỡ lớn, số lượng các phụ tải cỡ vài nghìn, và phân chia
thành nhiều loại, tổng cơng suất tiêu thụ trong nhà máy khoảng vài chục mêga wát, các
thiết bị phải hoạt động theo một qui trình công nghệ nghiêm ngặt. Thông thường, hệ
thống cấp điện gồm có 2 cấp điện áp là trung áp và hạ áp. Các động cơ cho máy bơm
và máy thổi khí rất lớn, cỡ từ 200 đến 800 kW, hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau.
Hệ thống cung cấp điện cho nhà máy phải đảm bảo các tiêu chí kỹ thuật, độ tin cậy
cung cấp điện cao, chất lượng điện năng tốt và tiết kiệm được năng lượng trong quá
trình vận hành. Vì vậy em xin chọn đề tài: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG
CUNG CẤP ĐIỆN, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG VÀ
NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY XỬ LÝ
NƯỚC THẢI.
2. Mục đích của Đề tài:
- Đề tài nghiên cứu phương pháp thiết kế, đưa ra hệ thống cung cấp điện và sử dụng
điện năng hợp lý cho nhà máy xử lý nước thải cỡ lớn, trong đó có tính tốn lựa chọn
các thiết bị, các chỉ tiêu và khảo sát các chế độ làm việc của lưới theo tiêu chuẩn quốc
tế IEC.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Nhà máy xử lý nước thải công suất 10 MVA
4. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu:
- Thu thập số liệu từ nhà máy, phân tích và tính tốn thiết kế ra một hệ thống cung cấp
điện cho nhà máy đạt các tiêu chuẩn IEC, tin cậy và tiết kiệm năng lượng.

viii

5. Cấu trúc của luận văn
Luận văn gồm 4 chương, 14 bảng và ….hình vẽ với các nội dung về: Giới thiệu nhà
máy xử lý nước thải, tính tốn phụ tải toàn nhà máy. Nghiên cứu giải pháp tiết kiệm
điện năng. Đề xuất kiến nghị cho toàn bộ luận văn

ix


CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU NHÀ MÁY VÀ YÊU CẦU
CUNG CẤP ĐIỆN.

1.1 Giới thiệu về nhà máy.
Tốc độ đơ thị hóa của các đô thị không ngừng tăng trong những năm qua. Tuy nhiên,
việc phát triển cơ sở hạ tầng, bao gồm hệ thống thốt nước đơ thị, khơng theo kịp tốc
độ đơ thị hóa.
Hiện nay, nước thải của Thành phố được thu gom bởi hệ thống cống và kênh mương
rồi xả ra các kênh, hồ và các con sơng. Tình trạng này gây ô nhiễm nặng cho các kênh
mương, sông hồ và tác động xấu tới điều kiện vệ sinh và điều kiện sống của người dân,
đặc biệt vào mùa khô khi chỉ có nước thải chảy trong hệ thống kênh mương và sơng
ngịi này. Do tình trạng thẩm thấu nước thải mà nguy cơ nhiễm bẩn nguồn nước ngầm
tương đối cao. Thêm vào đó, vì phải tiếp nhận nguồn nước thải chưa qua xử lý của
thành phố, nên các con sơng trong thành phố cũng đang trong tình trạng ơ nhiễm nặng.
Hầu hết các hộ gia đình và tịa nhà cao tầng đều đã được trang bị bể tự hoại, tuy
nhiên, hoạt động của nhiều bể tự hoại trong số này không đáp ứng yêu cầu và chỉ giúp
giảm phần nào tình trạng ơ nhiễm.
Trước tình hình đó, việc triển khai lập Dự án xây dựng hệ thống xử lý nước thải là rất
cấp bách và cần thiết để tiếp tục phát triển và giữ gìn mơi trường tự nhiên và mơi
trường sống của Thành phố. Với mục đích cải thiện mơi trường nước, việc xây dựng

hệ thống thốt nước cùng với nhà máy xử lý nước thải tập trung đã được đề xuất
Tên dự án

Dự án Nhà máy xử lý nước thải
Xây dựng hệ thống thoát nước để thu gom và xử lý nước thải từ các
hoạt động của con người trong các khu đơ thị trung tâm
Mục đích hướng đến là:

Mục đích

1) Cải thiện mơi trường sống
2) Cải thiện hệ sinh thái tự nhiên
3) Cải thiện điều kiện vệ sinh và sức khoẻ cộng đồng, giảm nguy cơ
mắc bệnh

1


1.2 Khái quát về hệ thống cung cấp điện.
1.2.1 Đặc điểm của nguồn năng lượng điện:
Ngày nay thế giới đã tạo ra rất nhiều nguồn năng lượng. Năng lượng điện hay còn gọi
là năng lượng điện năng hiện nay là một dạng năng lượng rất phổ biến, sản lượng hàng
năm trên thế giới càng tăng và chiếm hàng ngàn tỉ kWh. Sở dĩ điện năng được sử dụng
nhiều như vậy là do có những ưu điểm: dễ chuyển hóa thành các dạng năng lượng
khác, dễ chuyển đi xa và hiệu suất cao.
Trong q trình sản xuất và phân phối có các đặc điểm sau:
a. Điện năng sản xuất ra không tích lũy ngoại trừ các trường hợp đặc biệt như pin.
b. Các quá trình về điện xảy ra rất nhanh. Do vậy phải sử dụng rộng rải các thiết bị
bảo vệ tự động trong công tác vận hành, điều độ hệ thống cung cấp điện nhằm đảm
bảo hệ thống điện làm việc tin cậy và hiệu quả.

c. Công nghiệp điện lực có liên quan chặt chẽ đến nhiều ngành kinh tế quốc dân, là
một trong những động lực tăng năng suất lao động tạo nên sự phát triển trong kinh tế.
Hệ thống điện bao gồm các khâu phát điện, truyền tải, phân phối, cung cấp tới các hộ
tiêu thụ và sử dụng điện.

2


1.2.2 Hộ tiêu thụ:
Ở đây chúng ta chỉ xét đến hộ tiêu thụ xí nghiệp, nhà máy. Tùy theo nề kinh tế và xã
hội, hộ tiêu thụ điện được cung cấp điện với những mức độ khác nhautheer hiện ở mức
độ yêu cầu liên tục cung cấp điện khác nhau và phân thành 3 loại:
Hộ tiêu thụ điện loại 1: là những hộ tiêu thụ mà nếu ngừng cung cấp điện có thể gây
nên những hậu quả nghiêm trọng nguy hiểm đến tính mạng con người, làm thiệt hại
lớn về kinh tế, dẫn đến hư hỏng thiết bị, gây rối loạn các q trình cơng nghệ phức tạp,
hoặc làm hỏng hàng loạt sản phẩm, hoặc có ảnh hưởng khơng tốt về phương diện
chính trị.
Hộ tiêu thụ điện loại 2: là những hộ tiêu thụ mà nếu ngừng cung cấp điện thì chỉ liên
quan đến hàng loạt sản phẩm khơng sản xuất được, tức là dẫn đến thiệt hại về kinh tế
do ngừng trệ quá trình sản xuất, hư hỏng thiết bị và lãng phí sức lao động, tạo nên thời
gian chết của nhân viên…. Các nhà máy công nghiệp nhẹ, xưởng cơ khí thường thuộc
hộ tiêu thụ loại 2.
Hộ tiêu thụ điện loại 3: là tất cả những hộ tiêu thụ còn lại trừ hộ tiêu thụ 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 nhưng thường khơng cho phép q một
ngày đêm.
Ngồi ra các hộ tiêu thụ điện nhà máy, xí nghiệp cũng được phân loại theo chế độ làm
việc như sau:
1. Loại hộ tiêu thụ điện có chế độ làm việc dài hạn: khi đó phụ tải khơng thay đổi hay
thay đổi rất ít.. Các thiết bị có thể làm việc lâu dài mà nhiệt độ không vượt quá giá trị

cho phép.
2. Loại tiêu thụ điện có phụ tải ngắn hạn: Thời gian làm việc không đủ dài để nhiệt độ
của thiết bị đạt đến giá trị quy định cho phép.
3. Loại hộ tiêu thụ điện có chế độ phụ tài ngắn hạn lặp lại: thiết bị làm việc ngắn hạn
xen kẽ với thời gian nghỉ ngắn hạn.

3


1.2.3 Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế cung cấp điện.
Mục tiêu chính của thiết kế cung cấp điện là đảm bảo cho hộ tiêu thụ luôn luôn đủ điện
năng với chất lượng nằm trong phạm vi cho phép.
Một phương án cung cấp điện cho nhà máy, xí nghiệp được xem là hợp lý khi thỏa
mãn những yêu cầu sau:
Vốn đầu tư nhỏ, chú ý đến tiết kiệm vật tư hiếm.
Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cao tùy theo tính chất hộ tiêu thụ.
Chi phí vận hành hàng năm thấp.
Thuận tiện cho vận hành và sửa chữa.
Đảm bảo chất lượng điện năng, chủ yếu là đảm bảo độ lệch và độ dao động điện áp bé
nhất và nằm trong phạm vi cho phép so với định mức.
Những yêu cầu trên đây thường mâu thuẫn nhau nên người thiết kế phải biết cân nhắc
và kết hợp hài hịa tùy thuộc vào hồn cảnh cụ thể.
Ngồi ra khi thiết kế cung cấp điện phải chú ý đến những yêu cầu khác như: có điều
kiện thuận lợi nếu có yêu cầu cần phát triển phụ tải sau này, rút ngắn thời gian xây
dựng…..
1.3 Xác định nhu cầu cung cấp điện.
1.3.1 Đặt vấn đề.
Khi thiết kế cung cấp điện cho một cơng trình thì nhiệm vụ đầu tiên là phải định nhu
cầu điện của cơng trình đó. Tùy theo quy mơ của cơng trình mà nhu cầu điện xác định
theo phụ tải thực tế hoặc phải tính đến sự phát triển về sau này. Do đó xác định nhu

cầu điện là giải bài toán dự báo phụ tải ngắn hạn hoặc dài hạn.
1.3.2 Đồ thị phụ tải điện.
Phụ tải điện là một hàm theo thời gian, nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như đặc
điểm của quá trình cơng nghệ, chế độ vận hành….. Tuy vậy đối với mỗi loại hộ tiêu
thụ cũng có thể đưa ra một dạng phụ tải điển hình.
4


Khi thiết kế nếu biết đồ thị phụ tải điển hình thì sẽ có căn cứ để chọn các thiết bị điện,
tính điện năng tiêu thụ. Lúc vận hành nếu biết đồ thị phụ tải điển hình thì có thể định
hướng phương thức vận hành các thiết bị sao cho kinh tế và hợp lý nhất. Các nhà máy
điện cần nắm được đồ thị phụ tải của các hộ tiêu thụ để định hướng phương thức vận
hành của các máy phát điện cho phù hợp. Vì vậy đồ thị phụ tải là một tài liệu quan
trọng trong thiết kế cũng như vận hành hệ thống cung cấp điện.
Tùy theo yêu cầu sử dụng mà người ta xây dựng các loại đồ thị phụ tải khác nhau: Đồ
thị phụ tải hàng ngày, đồ thị phụ tải hàng tháng và phụ tải hàng năm.
a. Đồ thị phụ tải hàng ngày:
Là đồ thị một ngày đêm (24 giờ). Đồ thị phụ tải hàng ngày có thể vẽ được là do máy tự
ghi hay ghi nhận theo từng khoảng thời gian nhất định. Đồ thị phụ tải hàng ngày
thường được vẽ theo hình bậc thang để thuận tiện cho việc tính
tốn.
Đồ thị phụ tải hàng ngày cho biết nhịp độ tiêu thụ điện năng hàng ngày của hộ
tiêu thụ qua đó có thể định được quy trình vận hành hợp lý (điều chỉnh dung lượng
máy biến áp, dung lượng bù......), nhằm đạt được đồ thị phụ tải tương đối hợp lý bằng
phẳng mà như vậy thì giảm được tổn hao trong mạng và đạt được vận hành kinh tế của
những thiết bị. Đồ thị phụ tải hằng ngày cũng là tài liệu làm căn cứ để chọn thiết bị
điện, tính điện năng tiêu thụ.

b. Đồ thị phụ tải hàng tháng
5

Đồ thị phụ tải hàng tháng được tính theo phụ tải trung bình của tháng. Đồ thị phụ tải
hàng tháng cho biết mức độ tiêu thụ điện năng của hộ tiêu thụ xãy ra từng tháng trên
nhiều năm, tương tự nhau. Qua đó có thể định ra lịch sữa chửa bảo trì bảo dưỡng thiết
bị điện một cách hợp lý kịp thời phát hiện ra các hư hỏng trước khi xãy ra sự cố để đáp
ứng yêu cầu cung cấp điện năng cho hộ tiêu thụ.

c. Đồ thị phụ tải hàng năm
Đồ thị phụ tải hàng năm cho biết thời gian sử dụng công suất lớn nhất, nhỏ nhất hoặc
trung bình của hộ tiêu thụ, chiếm hết bao nhiêu thời gian trong năm, Qua đó có thể
định được cơng suất của máy biến áp, chọn được các thiết bị điện, đánh giá mức độ sử
dụng và tiêu hao điện năng.

6


1.3.3 Các đại lượng cơ bản
- Công suất định mức P đm
Công suất định mức của thiết bị thường được nhà chế tạo ghi sẵn trong lý lịch hoặc
trên thẻ máy. Đối với động cơ, công suất định mức ghi trên thẻ máy chính là cơng suất
cơ ghi trên trục của động cơ. Mối liên hệ giữa công suất định mức và công suất đầu ra
của động cơ được liên hệ với nhau qua biểu thức:
Pđm = Pđat .η đc

Pđặt : Là công suất đặt của động cơ.
η đc : Là hiệu suất của động cơ

Đối với Rotor lồng sóc thì 0.8<

η đc <0.95 Vì hiệu suất động cơ điện tương đối cao

nên để cho tính tốn được đơn giản, người ta thường cho phép bỏ qua hiệu suất, lúc
này lấy
P đ ≈ P đm
Đối với các thiết bị điện làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại như : cần trục, máy hàn,
khi tính tốn phụ tải chúng ta quy đổi về công suất định mức ở chế độ làm việc dài
hạn, tức là quy đổi về chế độ làm việc có hệ số tiếp điện ɛ% = 100%. Công thức quy
đổi như sau:
Đối với động cơ
,
Pđm
= Pđm . ε đm

Đối với máy dạng biến áp (máy hàn)
,
= S đm . cos ϕ đm ε đm
Pđm

- Phụ tải trung bình P tb

7


Phụ tải trung bình là một đặc trưng của phụ tải trong một khoảng thời gian nào
đó.Tổng của phụ tải trung bình của các thiết bị sẽ được đánh giá giới hạn của phụ tải
tính tốn:
Ptb =

AP

t

Qtb =

AQ
t

Với A P , A Q là điện năng tiêu thụ trong khoảng thời gian khảo sát (Kw, Kvar) Đối với
một nhóm thiết bị
n

Ptb = ∑ Pi
i =1

n

Qtb = ∑ Qi
i =1

Từ các giá trị của phụ tải trung bình ta có thể xác định được phụ tải tính tốn, tính tổn
thất điện năng. Phụ tải trung bình được xác định ứng với một ca làm việc, một tháng
hoặc một năm.
- Phụ tải cực đại P max
Phụ tải cực đại chia ra làm 2 nhóm:
+ Phụ tải cực đại P max
Là phụ tải trung bình lớn nhất tính trong khỏang thời gian tương đối ngắn, thời gian
được tính khoảng 5-10 đến 20 phút tương ứng với một ca làm việc có phụ tải lớn nhất
trong ngày. Phụ tải cực đại đôi khi cũng được dùng như phụ tải tính tốn. Phụ tải cực
đại dùng để tính tổn thất cơng suất lớn nhất, để chọn thiết bị điện, chọn dây dẫn.
+ Phụ tải đỉnh nhọn P đn

Là phụ tải cực đại xuất hiện từ 1-2s. Phụ tải đỉnh nhọn được dùng để kiểm tra điều
kiện tự khởi động của động cơ, dùng để kiểm tra cầu chì. Phụ tải đỉnh nhọn thường
xảy ra khi động cơ khởi động.
- Phụ tải tính tốn P tt
Là thành phần chủ yếu để chọn thiết bị trong cung cấp điện

8


Phụ tải tính tốn là phụ tải giả thiết khơng đổi và được xem như là tương đương với
phụ tải thực tế. Khi chọn phụ tải tính tốn phải đảm bảo an toàn.
Sự phát nhiệt của các thiết bị thường dao động trong khoảng 30 phút vì vậy thường lấy
trị số trung bình của phụ tải lớn nhất trong khoảng thời gian 30phút để làm phụ tải tính
tốn ( cịn gọi là phụ tải nữa giờ).
1.3.4 Các đại lượng cơ bản và hệ số tính tốn thường gặp.
- Hệ số K sử dụng K sd
Hệ số K sd là hệ số giữa phụ tải tác dụng trung bình và cơng suất định mức của thiết bị
Thiết bị sử dụng được sử dụng theo công thức sau:
Đối với một thiết bị:
k sd =

Ptb
Pđm

Đối với 1 nhóm có n thiết bị.
n

k sd

P

= tb =
Pđm

∑P
i =1
n

tbi

∑P
i =1

đmi

Khi vẽ được đồ thị phụ tải thì hệ số sử dụng có thể được tính
k sd =

P1 .t1 + P2 t 2 + ...... + Pn .t n
Pđm .(t1 + t 2 + ...... + t n )

Ngồi ra ta có thể tra bảng 2-1 trang 616 sách cung cấp điện tác giả Nguyễn Xuân Phú
tìm k sd 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. Hệ số sử dụng là một số liệu dùng để tính phụ tải
tính toán.
- Hệ số phụ tải k pt

9


Hệ số phụ tải là hệ số giữa công suất thực tế với công suất định mức. Thường ta phải

xét hệ số phụ tải trong một khoảng thời gian nào đó.
k pt =

Pthucte
P
= tb
Pđm
Pđm

Vì vậy
Trong trường hợp có đồ thị phụ tải thì chúng ta có thể tính hệ phụ tải theo cơng thứ ở
trên. Hệ số phụ tải nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác thiết bị điện trong thời
gian đang xét.
- Hệ số cực đại k max
Là tỉ số giữa phụ tải tính tốn và phụ tải trung bình trong khoảng thời gian xét. Hệ số
cực đại tính với một ca làm việc có phụ tải lớn nhất. kmax thường được khảo sát theo
đường cong k max € f(k sd và n hq ) được tra bởi đồ thị ở hình 3-5 trang 32 sách cung cấp
điện.
k max =

Ptt
Ptb

- Hệ số nhu cầu k nc
Hệ số nhu cầu là tỉ số giữa phụ tải tính tốn và cơng suất định mức. Thường hệ số
kmax và knc được dùng tính cho phụ tải tác dụng. Thực tế kn c thường do kinh nghiệm
vận hành được tổng kết lại.
k nc =

Ptt

P
P
= ( tt ).( tb ) = k max .k sd
Pđm
Ptb Pđm

Cũng như hệ số cực đại, hệ số nhu cầu thường tính cho phụ tải tác dụng. Cũng như có
khi knc được tính cho phụ tải phản kháng, nhưng số liệu này ít dùng hơn. Trong thực
tế hệ số nhu cầu thường do kinh nghiệm vận hành mà tổng kết lại có thể tra bảng 2-1
trang 616 sách cung cấp điện tác giả Nguyễn Xuân Phú tìm k nc
- Hệ số thiết bị hiệu quả n hq

10


Số thiết bị hiệu quả là số thiết bị có cùng cơng suất và chế độ làm việc. Địi hỏi phụ tải
bằng phụ tải tính tốn của nhóm phụ tải thực tế (gồm có các thiết bị có các chế độ làm
việc và công suất khác nhau).

nhq

 n

 ∑ Pđmi 

=  i =n1
∑ Pđmi2

2

i =1

Khi số thiết bị trong nhóm >5 tính n hq theo (*) khá phiền phức, vì vậy trong thực tế
người ta tìm nhq theo bảng hoặc đường cong cho trước.
Trước hết đưa ra các giạ thuyết sau:
n : số thiết bị có trong phân xưởng
n 1 : số thiết bị có cơng suất ≥ 1/2 cơng suất của thiết bị có cơng suất lớn nhất có trong
phân xưởng
P n : tổng cơng suất ứng với số thiết bị n.
P n1 : tổng công suất ứng với số thiết bị n 1 .
Ta tính

n* =

n1
n

P* =

∑P
∑P

1

Từ đó tra bảng 3-1 trang 36 sách cung cấp điện tác giả Nguyễn Xuân Phú
tìm nhq
Với: n là số thiết bị có trong nhóm
n 1 là số thiết bị có cơng suất khơng nhỏ hơn 1/2 thiết bị có cơng suất lớn nhất. P 1 , P
là tổng công suất ứng với n 1 và n. Từ P* và n* tra đồ thị tìm được n hq * . Có được n hq *
ta tìm được n hq

n hq = n hq * . n

n hq là số thiết bị hiệu quả để xác định phụ tải tính tốn

11


CHƯƠNG 2

PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.1 Phương pháp thiết kế
Nội dung chương 2 sẽ đưa ra phương pháp thiết kế. Đầu tiên thiết kế dự vào các tiêu
chuẩn IEC ( International Electrotechnical Commission). Tiếp theo là liệt kê tải, xác
định phương pháp tính tốn phụ tải. Những cơng việc này phải được xây dựng trước
khi tính tốn đến cơng suất của tải.
Phương pháp luận.
Trong dự án này, hệ thống cung cấp điện của nhà máy nước thải được mô phỏng bằng
phần mềm ETAP. Ngoài ra thiết kế đạt các tiêu chuẩn là tiêu chí của thiết kế. Để có
một sự hiểu biết tổng thể tốt hơn về phương pháp thiết kế hệ thống cung cấp điện trong
nhà máy chúng ta sẽ biểu thị nó dưới dạng sơ đồ sau

12


1. Phân tích tải

2. Xác định cơng suất máy biến áp và
máy phát điện

3. Chọn dây dẫn, cáp

4. Kiểm tra tổn thất điện áp

5. Tính tốn dịng ngắn mạch

6. Lựa chọn bộ phận đóng ngắt mạch và

bảo vệ

7. Kiểm tra dây dẫn

Hình 1 Các bước thiết kế hệ thống

13


1. Phân tích tải:
Định nghĩa điện năng hấp thụ bởi tải và vị trí có liên quan.
Xác định vị trí của tải
Định nghĩa đường dẫn và tính chiều dài của các phần tử kết nối.
Xác định tổng công suất thu nhận, có tính đến các yếu tố sử dụng và nhu cầu.
2. Xác định công suất máy biến áp và máy phát điện.
Tính đến khả năng phát triển tải trong tương lai 15 đến 30 phần trăm.
3. Chọn dây dẫn, cáp
Xác định dòng điện đi qua dây dẫn.
Xác định loại dây dẫn và vật liệu dây dẫn
4. Tính tiết diện dây
Tính tốn sự sụt áp ở chế độ làm việc bình thường và q trình khởi đơng động cơ

5. Kiểm tra tồn thất điện áp
Nếu điện áp giảm không nằm trong giới hạn, giai đoạn 3 cần được tính tốn lại.
6. Tính tốn dịng ngắn mạch.
Tính tốn dịng ngắn mạch để chọn các thiết bị nảo vệ.
7. Lựa chọn các bộ phận đóng ngắt mạch và bảo vệ.
Giới hạn vượt quá dòng điện ngắn mạch lớn nhất.
Dòng điện định mức khơng thấp hơn dịng điện tải.
8. Kiểm tra dây dẫn
Xác minh sự bảo vệ chống lại tải trọng: Dòng định mức hoặc dòng điện định mức
của bộ ngắt mạch sẽ cao hơn tải trọng hiện tại nhưng thấp hơn công suất hiện tại
của dây dẫn.
Trong trường hợp có kết quả không thõa mãn, tất cả các giai đoạn trên phải được lặp
lại từ giai đoạn 3

14