Chương 1: Tổng quan Đảm bảo hệ thống điện được thiết kế khoa học, tiết kiệm điện năng và phù hợp với các tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành. Tạo môi trường học tập và làm việc an toàn cho sinh viên và cán bộ giảng viên. Phạm vi nghiên cứu Tính toán phụ tải điện cho xưởng thực hành cơ khí C41. Thiết kế hệ thống điện cho xưởng, bao gồm hệ thống dây dẫn, tủ điện, hệ thống tiếp địa, hệ thống chống sét,.
Lựa chọn nguồn điện phù hợp cho xưởng. Phương pháp nghiên cứu Tìm hiểu các tài liệu có liên quan; Thu thập số liệu thực tế về nhu cầu sử dụng điện của xưởng; Sử dụng các phương pháp, công thức tính toán toán đã học để tính toán phụ tải điện và thiết kế hệ thống điện; Tham khảo các tài liệu kỹ thuật và tiêu chuẩn liên quan đến thiết kế hệ thống điện; Tổng hợp lại và viết báo cáo. Ý nghĩa và thực tiễn của đề tài Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp cơ sở để thiết kế và thi công hệ thống điện cho xưởng thực hành cơ khí C41, đảm bảo cung cấp nguồn điện đầy đủ, ổn định và an toàn cho các hoạt động của xưởng. Góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng điện năng và đảm bảo an toàn cho sinh viên và cán bộ giảng viên trong quá trình học tập và làm việc tại xưởng.
Lê Thanh Tùng 2 SVTH: Nguyễn Thành Lộc Chương 2: Cơ sở lý thuyết CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Phụ tải điện Trong xưởng thực hành cơ khí thường có nhiều loại máy khác nhau. Do quy trình công nghệ và trình độ sử dụng của sinh viên và ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác, do đó các thiết bị điện sử dụng công suất khác với công suất định mức. Phụ tải điện là một hàm biến đổi theo thời gian, vì có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến nó nên phụ tải điện không biến thiên theo một quy luật nhất định.
Phụ tải điện là số liệu dùng làm căn cứ để chọn các thiết bị điện trong hệ thống cung cấp điện. Nếu phụ tải tính toán nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ dẫn đến làm giảm tuổi thọ của các thiết bị điện, có thể dẫn tới cháy, nổ các thiết bị điện. Nếu phụ tải tính toán lớn hơn phụ tải thực tế nhiều thì các thiết bị chọn sẽ quá lớn so với yêu cầu dẫn tới lãng phí. Do tính chất quan trọng như vậy nên đã có rất nhiều công trình nghiên cứu và đề ra nhiều phương pháp xác định phụ tải tính toán, song chưa có một phương pháp nào hoàn thiện.
Nếu thuận tiện cho việc tính toán thì lại thiếu chính xác ngược lại nếu nâng cao được độ chính xác, kể đến nhiều yếu tố ảnh hưởng thì phương pháp tính lại quá phức tạp. Lê Thanh Tùng 3 SVTH: Nguyễn Thành Lộc Chương 2: Cơ sở lý thuyết Hình 2.1 Hình ảnh máy phay CNC Bảng 2.1 Danh sách phụ tải điện trong phân xưởng thực hành cơ khí Số P0(Kw) TT Tên thiết bị Iđm(A) lượng 1 máy Toàn bộ 1 Máy mài sắt 1 3.1 2 Quạt li tâm 1 7 7 17.72 3 Máy tiện CNC 1 15 15 32 4 Máy ép ma sát 2 10 20 2*25.5 2*26 12 Máy phay vạn năng 2 15 30 2*17.72 Máy phay vạn năng dạng công 13 1 10 10 21 xon 14 Máy phay đứng ngang vạn năng 1 13 13 23 15 Máy mài 2 đá 1 11 11 17 16 Máy cắt sắt 1 9 9 15 17 Máy phay đứng 1 19 19 23 2. Đồ thị phụ tải điện Phụ tải điện của một xưởng cơ khí là một hàm biến đổi theo thời gian. Đường cong biểu diễn sự biến thiên của công suất tác dụng (P), công suất phản kháng (Q) và dòng điện phụ tải theo thời gian là đồ thị phụ tải tương ứng với công suất tác dụng, công suất phản kháng và dòng điện.
Lê Thanh Tùng 4 SVTH: Nguyễn Thành Lộc Chương 2: Cơ sở lý thuyết Sự thay đổi của phụ tải theo thời gian có thể được ghi lại bằng các dụng cụ đo lường có cơ cấu tự ghi như (hình 2.1a) hoặc do nhân viên vận hành ghi (hình 2. Thông thường để cho việc tính toán được thuận tiện, đồ thị phụ tải được vẽ lại theo hình bậc thang. Chiều cao của các bậc thang được lấy theo giá trị trung bình của phụ tải trong khoảng thời gian được xét (hình 2.1c), tức là có thể lấy theo chỉ số của công tơ lấy trong những khoảng thời gian được xác định giống nhau. Khi thiết kế cung cấp điện nếu biết đồ thị phụ tải điện điển hình của xí nghiệp sẽ có căn cứ để chọn các thiết bị điện, tính điện năng tiêu thụ.
Khi vận hành nếu biết đồ thị phụ tải điện của xí nghiệp thì có thể xác định được phương thức vận hành các thiết bị điện sao cho hợp lý nhất, kinh tế nhất. Các nhà máy điện cần nắm được đồ thị phụ tải điện của các xí nghiệp để có phương thức vận hành các máy phát điện cho phù hợp với các yêu cầu của phụ tải. Vì vậy đồ thị phụ tải là số liệu quan trọng trong việc thiết kế cũng như vận hành hệ thống cung a. Đồ thị phụ tải do thiết bị tự ghi (1).
Đồ thị phụ tải do nhân viên vận hành ghi (2). Đồ thị phụ tải vẽ theo hình bậc thang (3). Đồ thị phụ tải điện được phân loại như sau: - Phân theo đại lượng đo: + Đồ thị phụ tải tác dụng P(t).2 Đồ thị phụ tải điện + Đồ thị phụ tải phản kháng Q(t). + Đồ thị điện năng A(t).
- Phân theo thời gian khảo sát: + Đồ thị phụ tải hàng ngày. + Đồ thị phụ tải hàng tháng. + Đồ thị phụ tải hàng năm. Lê Thanh Tùng 5 SVTH: Nguyễn Thành Lộc Chương 2: Cơ sở lý thuyết 2.
Các đại lượng cơ bản 2. Công suất định mức Công suất định mức (Pđm) của các thiết bị được nhà chế tạo ghi sẵn trong lý lịch hoặc trên nhãn máy. Đối với động cơ P max ghi trên nhãn máy chính là công suất trên trục động cơ. Đối với hệ thống cung cấp điện ta quan tâm đến công suất đầu vào của động cơ được gọi là công suất đặt (Pđ).
Công suất đặt được tính theo biểu thức sau: P dm Pd = ηdc Trong đó: - Pđ: Công suất đặt của động cơ. - Pđm: Công suất định mức của động cơ. - dc: Hiệu suất định mức của động cơ. Để đơn giản trong tính toán người ta cho phép lấy hiệu suất của động cơ bằng 1 (khi lấy hiệu suất của động cơ bằng 1 thì sai số không lớn, vì khi làm việc ở chế độ định mức hiệu suất của động cơ khá cao khoảng (0,8 0,95)).
Vì vậy thông thường người ta cho phép lấy: Pđ = Pđm Đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại như cầu trục, máy hàn, khi tính phụ tải điện của chúng ta phải 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 đóng điện tương đối dm% = 100. Biểu thức quy đổi như sau: - Đối với động cơ: Pdm Pdm. - Đối với máy biến áp hàn: Pdm Sdm cosdm. dm Trong đó: - P’đm: Công suất định mức đã quy đổi về % = 100%.
- Pdm, Sdm, cosdm, dm: Các tham số định mức được ghi trong lý lịch máy. Công suất định mức của nhóm gồm n thiết bị bằng tổng công suất định mức của các thiết bị riêng biệt mà công suất của các thiết bị này đã quy đổi về chế độ % = 100%. Lê Thanh Tùng 6 SVTH: Nguyễn Thành Lộc Chương 2: Cơ sở lý thuyết n Pdm=∑ P dmi i =1 - Pđm: Công suất định mức của n thiết bị. - Pđmi: Công suất định mức của thiết bị thứ i đã quy đổi về % = 100% 2.
Phụ tải trung bình 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 toán. Biểu thức tính phụ tải trung bình: t t ∫ P dt ∫ Pdt 0 0 Ptb= ; Q tb= ; t t Vì phụ tải luôn biến đổi theo những quy luật phức tạp không viết được dưới dạng hàm giải tích nên các biểu thức trên chỉ có giá trị lý thuyết, trong thực tế người ta tính phụ tải trung bình theo biểu thức: AP AQ ptb= ; q tb = ; t t - AP, AQ: Điện năng tiêu thụ tính trong khoảng thời gian được khảo sát kWh, kVArh. - Thời gian khảo sát [h].
Phụ tải trung bình của một nhóm gồm n thiết bị. n n Ptb=∑ ptbi ; Qtb=∑ qtbi; i=1 i=1 2. Các hệ số tính toán 2. Hệ số sử dụng ( ksd) 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, được định nghĩa là tỷ số giữa phụ tải trung bình với công suất định mức.
Hệ số sử dụng là chỉ tiêu cơ bản để tính phụ tải tính toán. - Đối với một thiết bị: Ptb k sd= Pdm GVHD: ThS. Lê Thanh Tùng 7 SVTH: Nguyễn Thành Lộc Chương 2: Cơ sở lý thuyết - Đối với nhóm có n thiết bị: n Ptb. n ∑ Ptbi k sd= = i=1 n Pdm .n ∑ Pdmi i=1 - Nếu có đồ thị phụ tải (hình 2.5) thì có thể tính hệ số sử dụng như sau: P1.
t n k sd= Pdm ( t 1+ t 2 +…+t n + t nghi ) Phụ tải trung bình được lấy ứng với ca có phụ tải lớn nhất trong 3 ca làm việc.3 Đồ thị phụ tải tác dụng Bảng 2.2 Bảng tra trị số ksd và cos φ của các nhóm thiết bị điện GVHD: ThS. Lê Thanh Tùng 8 SVTH: Nguyễn Thành Lộc Chương 2: Cơ sở lý thuyết 2. Hệ số phụ tải ( kpt) Hệ số phụ tải nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác thiết bị trong thời gian đang xét, được định nghĩa là tỷ số giữa phụ tải thực tế với công suất định mức. Thường ta phải xét hệ số phụ tải trong một khoảng thời gian nào đó, nên phụ tải thực tế chính là phụ tải trung bình trong khoảng thời gian đó.
P thucte Ptb k pt = = Pdm Pdm Nếu có đồ thị phụ tải có thể tính hệ số phụ tải như sau (hình 2. tn k pt = Pdm ( t 1 +t 2+ …+t n ) 2. Hệ số cực đại ( kmax) Hệ số cực đại là tỷ số giữa phụ tải tính toán với phụ tải trung bình trong khoảng thời gian đang xét.