Đặt vấn đề Khi thiết kế cung cấp điện cho một công trình nào đó, nhiệm vụ đầu tiên của chúng ta là xác định phụ tải điện của công trình ấy. Tuỳ theo quy mô của công trình mà phụ tải điện được xác định theo phụ tải thực tế hoặc còn kể đến khả năng phát triển của công trình trong tương lai 5 năm, 10 năm hoặc lâu hơn. Phụ tải tính toán (phụ tải ngắn hạn) là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tương đương với phụ tải thực tế (biến đổi) về mặt hiệu quả phát nhiệt hoặc mức độ huỷ hoại cách điện. Nói cách khác, phụ tải tính toán cũng đốt nóng thiết bị lên tới nhiệt độ tương tự như phụ tải thực tế gây ra, vì vậy việc chọn các thiết bị theo phụ tải tính toán sẽ đảm bảo an toàn thiết bị về mặt phát nóng.
Người thiết kế phải biết phụ tải tính toán để chọn các thiết bị như: Máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ,. Để tính các tổn thất công suất, điện áp và chọn các thiết bị bù. Như 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 máy, chế độ vận hành của chúng, quy trình công nghệ sản xuất, trình độ vận hành của công nhân v.
Vì vậy, xác định chính xác phụ tải tính toán là một nhiệm vụ khó khăn nhưng rất quan trọng. Bởi vì nếu phụ tải tính tóan được xác định nhỏ hơn thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ các thiết bị điện, có khi dẫn tới cháy nổ, rất nguy hiểm. Do tính chất quan trọng như vậy nên rất nhiều công trình nghiên cứu và phương pháp tính toán phụ tải điện. Song với phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố nên vẫn chưa có phương pháp nào hoàn toàn chính xác và tiện lợi.
Những phương pháp đơn giản thuận tiện cho việc tính toán toán lại thiếu chính xác, nếu nâng cao được độ chính xác thì phương pháp lại phức tạp. Có thể kể ra một số phương pháp sau: 1. Phương pháp xác định phụ tải tính toán (PTTT) theo công suất đặt và hệ số nhu cầu Knc. Phương pháp xác định PTTT theo hệ số K hd của đồ thị phụ tải và công suất trung bình.
Phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và độ lệch của đồ thị phụ tải ra khỏi giá trị trung bình. Phương pháp xác định PTTT theo công suất trung bình và hệ số cực đại. Phương pháp xác định PTTT theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm. Phương pháp xác định PTTT theo suất trang bị điện trên cho một đơn vị diện tích sản xuất.
Phương pháp xác định trực tiếp. Các đại lượng và các hệ số thường gặp khi xác định phụ tải tính toán. Công suất định mức (Pđm). Công suất định mức của các thiết bị điện thường được nhà chế tạo ghi sẵn trong lý lịch máy.
Đối với động cơ công suất ghi trên nhãn hiệu máy chính là công suất trên trục động cơ. Đứng về mặt cung cấp điện ta quan tâm đến công suất đầu vào của động cơ gọi là công suất đặt (Pđ). Công suất đặt được tính như sau: Pđm Pđ = ηđc Trong đó: - Pđ: Công suất đặt của động cơ (KW). - Pđm: Công suất định mức của động cơ (KW).
- ηđc : Hiệu suất định mức của động cơ. Nhưng để tính toán đơn giản, thường chọn ηđ c = 1 nên Pđm = Pđ người ta cho phép lấy: Pđm = Pđ Đối với các thiết bị làm việc ngắn hạn lặp lại như cầu trục, máy hàn. Khi tính phụ tải điện của nó ta phải quy đổi về công suất định mức chế độ làm việc dài hạn, tức là quy đổi về chế độ làm việc có hệ số tiếp điện tương đối ε %= 100. Công thức quy đổi như sau: - Đối với động cơ: P'đm=P đm √ ε đm - Đối với máy biến áp hàn: P'đm=S đm.
cosφ √ ε đm Trong đó: P’đm: Công suất định mức đó quy đổi về ε % = 100. Pđm, Sđm, Cosφ đm: Là các tham số đó cho trong ký lịch máy. Phụ tải trung bình (Ptb). 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 khả năng đánh giá được giới hạn dưới của phụ tải tính Trong thực tế phụ tải trung bình được xác định bằng biểu thức sau: - Đối với thiết bị: Ap Aq Ptb = ; q tb = t t Trong đó: 3 Ap, Aq: Là điện năng thiêu thụ trong thời gian khảo sát (KWh, KVArh). t: Là thời gian khảo sát (h). - Đối với nhóm thiết bị n n Ptb =∑ ptbi ; q tb =∑ q tbi i=1 i=1 Biết phụ tải trung bình ta có thể đánh giá được mức độ sử sụng thiết bị. Phụ tải trung bình là một số liệu quan trọng để xác định phụ tải tính toán, tính tổn hao điện năng.
Thông thường phụ tải trung bình được xác định ứng với thời gian khảo sát là một ca làm việc, một tháng hoặc một năm. Phụ tải cực đại (Pmax). Phụ tải cực đại được chia làm 2 nhóm: - Phụ tải cực đại ổn định Pmax là phụ tải trung bình lớn nhất tính trong khoảng thời gian tương đối ngắn ( thường từ 10÷30 phút) trị số này có thể dùng để chọn các thiết bị điện theo điều kiện phát nóng. Nó cho phép ta đánh giá được giới hạn trên của phụ tải tính toán.
Thường người ta tính phụ tải cực đại ổn định là phụ tải trung bình lớn nhất xuất hiện trong thời gian 10-30 phút của cac phụ tải lớn nhất trong ngày. - Phụ tải đỉnh nhọn Pđn: Là phụ tải cực đại xuất hiện trong khoảng thời gian rất ngắn 1 đến 2 giây thưởng xảy ra khi mở máy động cơ. Chúng ta không những chỉ quan tâm đến trị số phụ tải đỉnh nhọn mà c̣ òn quan tâm tới tần suất xuất hiện của nó. Bởi vậy số lần xuất hiện của phụ tải đỉnh nhọn càng tăng thì càng ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của các thiết bị dùng điện khác ở trong cùng một mạng điện.
Phụ tải đỉnh nhọn được dùng để kiểm tra dao động điện áp, điều kiện tự khởi động của động cơ, kiểm tra điều kiện làm việc của cầu chì, tính dòng điện kinh tế v. Phụ tải tính toán (Ptt). Khi thiết kế cung cấp điện cần có một số tài liệu cơ bản là phụ tải tính toán. Có số liệu đó ta có thể chọn các thiết bị điện, tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện áp, tính và chọn các thiết bị rơle bảo vệ v.
Quan hệ giữa phụ tải tính toán với các đại lượng khác Ptb ≤ Ptt ≤ Pmax. Hệ số sử dụng Ksd Hệ số sử dụng Ksd là một chỉ tiêu cơ bản để tính phụ tải tính toán. Hệ số sử dụng của thiết bị là tỉ số giữa phụ tải tác dụng trung bình với công suất định mức của thiết bị đó. Các công thức để tính hệ số sử dụng: - Đối với một thiết bị 4 P tb K sd = P đm n Ptb i=1 ∑ Ptbi - Đối với một nhóm thiết bị : K sd ¿ = P đm n ∑ Pđmi i=1 Hệ số sử dụng nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác công suất của mức độ điện trong một chu kỳ làm việc.
Hệ số phụ tải (Kpt). Hệ số phụ tải là tỷ số giữa phụ tải thực tế với công suất định mức. Thường ta phải xét hệ số phụ tải trong một thời gian nào đó, nên phụ tải thực tế chính là phụ tải trung bình trong khoảng thời gian đó. Pt h ucte Ptb K pt = hoặc K pt = Pđm Pđ m 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 (Kmax). Hệ số cực đại là tỉ số giữa phụ tải tính toán với phụ tải trung bình trong khoảng thời gian đang xét. Ptt K Ptb max Hệ số cực đại thường được tính với ca làm việc có phụ tải lớn nhất. Hệ số cực đại phụ thuộc vào số thiết bị hiệu quả và nhiều yếu tố khác đặc trưng cho chế độ làm việc của các thiết bị điện trong nhóm.
Công thức tính Kmax rất phức tạp. Trong thực tế người ta tính Kmax theo đường cong Kmax = f.(Ksd, nhq) hoặc tra bảng. Hệ số nhu cầu (Knc): Là tỷ số giữa phụ tải tính toán với công suất định mức. Hệ số nhu cầu được tính theo công thức sau: Ptt Ptt Ptb.
Knc = ®m = tb P®m = K P P max .Ksd Cũng giống như hệ số cực đại, hệ số nhu cầu thường tính cho phụ tải tác dụng của một nhóm máy. Hệ số đồng thời (Kđt). Là tỉ số giữa công suất tác dụng tính toán cực đại tại nút khảo sát của hệ thống cung cấp điện với tổng các công suất tác dụng tính toán cực đại của các nhóm hộ tiêu thụ riêng biệt nối vào nút đó, tức là: Ptt K đt = n ∑ P tti i =1 1. Hệ số thiết bị điện có hiệu quả (nhq).
Hệ số thiết bị hiệu quả n hq là số thiết bị giả thiết có cùng công suất và chế độ làm việc, chúng đ̣i hỏi phụ tải bằng phụ tải tính toán của nhóm phụ tải thực tế. người ta tính nhq theo bảng hoặc theo công thức: nhq =¿ ¿ Khi số thiết bị trong nhóm > 5 th́ số thiết bị hiệu quả được tính: Trước hết tính: ¿ n1 P n= ; P¿ = 1 n P Trong đó: n1: Số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất. n: Số thiết bị trong nhóm. P1: Tổng công suất của n1 thiết bị.
P: Tổng công suất của n thiết bị. Sau khi tính được n* và P* th́ tra bảng đường cong ta tm ́ được nhq* : nhq = n. Các phương pháp xác định phụ tải tính toán. Hiện nay có rất nhiều phương pháp xác định phụ tải tính toán, thông thường thì những phương pháp đơn giản lại cho kết quả không thật chính xác, còn nếu muốn chính xác thì phương pháp tính toán lại quá phức tạp.
Do vậy tùy theo thời điểm và giai đoạn thiết kế mà ta lựa chọn phương pháp tính cho phù hợp. Dưới đây em xin đề cập một số phương pháp xác định phụ tải tính toán thường dùng nhất: 6 1. Xác định phụ tải theo công suất đặt và hệ số nhu cầu. Công thức tính: n Ptt =K nc.
∑ P đi i=1 Ptt Qtt = Ptt.