Đặt vấn đề Khi thiết kế hệ thống 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 qui mô của công trình mà phụ tải điện phải được xác định theo phụ tải thực tế hoặc phải kể đến khả năng phát triển của xí nghiệp trong tương lai 5 năm, 10 năm hoặc lâu hơn nữa. Ví dụ xác định phụ tải điện cho một phân xưởng thì chủ yếu là dựa vào máy móc thực tế đặt trong phân xưởng đó, xác định phụ tải điện cho một xí nghiệp thì phải kể đến khả năng mỏ rộng của xí nghiệp trong tương lai gần. Như vậy xác định phụ tải điện là giải bài toán dự báo phụ tải ngắn hạn hoặc dài hạn.
Việc dự báo phụ tải dài hạn là một vấn đề lớn và phức tạp ở đây không trình bày, khi cần bạn đọc có thể tham khảo ở tài liệu khác. Dự báo phụ tải ngắn hạn tức là xác định phụ tải của công trình ngay sau khi đi vào vận hành. Phụ tải đó gọi là phụ tải tính toán Ptt. Người thiết kế cần biết phụ tải tính toán để lựa chọn các thiết bị điện như: Máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóng cắt bảo vệ v.v…Để tính tổn thất công suất, điện áp, chọn thiết bị bù v.v… Như vậy phụ tải tính toán là một số liệu quan trọng để thiết kế hệ thống cung cấp điện.
Đồ thị phụ tải Đồ thị phụ tải đặc trưng cho sự tiêu dùng năng lượng điện của các thiết bị điện riêng lẻ, của phân xưởng cũng như của toàn xí nghiệp. Nó là một hàm theo thời gian và phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như đặc điểm của quá trình công nghệ, chế độ vận hành v.v… Đường biểu diễn sự thay đổi của phụ tải tác dụng P phụ tải phản kháng Q hoặc dòng điện I theo thời gian gọi là đồ thị phụ tải tác dụng, phụ tải phản kháng và đồ thị phụ tải dòng điện. Đối với mỗi loại hộ tiêu thụ của một ngành công nghiệp đều có thể đưa ra một dạng đồ thị phụ tải điển hình. Khi thiết kế nếu biết đồ thị phụ tải điển hình, ta sẽ có căn cứ để chọn thiết bị điện và tính điện năng tiêu thụ.
Lúc vận hành, nếu biết đồ thị phụ tải điển hình thì có thể định phương thức vận hành các thiết bị sao cho kinh tế và hợp lý nhất. Đồ thị phụ tải hàng ngày 11 Là đồ thị phụ tải trong một ngày đêm 24 giờ. Trong thực tế vận hành có thể dùng dụng đo tự ghi để vẽ đồ thị phụ tải, hay do nhân viên vận hành ghi lại sau từng khoảng thời gian nhất định. Để thuận lợi khi tính toán đồ thị phụ tải được vẽ theo hình bậc thang như (hình I-1.
a, b) 1 2 1 2 P% Q% 80 60 80 40 60 20 40 0 4 8 12 16 20 24h 0 4 8 12 16 20 24h a, b, Hình II-1: Đồ thị phụ tải ngày a- Phụ tải tác dụng; b- Phụ tải phản kháng 1- Phụ tải thực tế; 2- Phụ tải ngày nghỉ II. Đồ thị phụ tải hàng tháng Là đồ thị được xây dựng theo phụ tải tải trung bình hàng tháng. Nghiên cứu đồ thị phụ tải này ta có thể biết được nhịp độ làm việc của các hộ tiêu thụ và từ đấy có thể định ra lịch vận hành sửa chữa thiết bị hợp lý, đáp được yêu cầu thực tế sản xuất (hình II-2 ) P(kW) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tháng Hình II-2: Đồ thị phụ tải tháng 12 P(kw) t1 P(kw) t2 P(kw) P1 P2 0 8 16 24h 0 8 16 24h 0 2.103 8760h 1) 2) 3) Hình II-3: Đồ thị phụ tải năm 1. Đồ thị phụ tải điển hình của một ngày mùa hè 2.
Đồ thị phụ tải điển hình của một ngày mùa đông 3. Đồ thị phụ tải năm II. Đồ thị phụ tải năm Là dạng đồ thị được xây dựng căn cứ vào đồ thị phụ tải điển hình của một ngày của mỗi mùa mà ta có thể vẽ được đồ thị phụ tải năm (hình II-3:1,2,3). Nghiên cứu đồ thị phụ tải hàng năm ta biết được điện tiêu thụ hàng năm và thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax.
Những số liệu này được dùng để chọn dung lượng máy biến áp, chọn thiết bị điện và đánh giá mức độ sử dụng điện và tiêu hao điện năng. Các tham số đặc trưng của phụ tải điện Thiết bị dùng điện hay còn gọi là thiết bị tiêu thụ là những thiết bị tiêu thụ điiện năng như: Động cơ điện, lò điện, đèn điện v.v … Hộ tiêu thụ là tập hợp các thiết bị điện của phân xưởng hay xí nghiệp hoặc của khu vực. Phụ tải điện là một đặc trưng cho công suất tiêu thụ của các thiết bị hoặc các hộ tiêu thụ điện năng. Công suất định mức Pđm của một thiết bị tiêu thụ điện Là công suất ghi trên nhãn hiệu máy hay công suất ghi trong lý lịch máy.
Đối với động cơ công suất định mức ghi trên nhãn máy chính là công suất cơ trên trục động cơ. Công suất đầu vào của động cơ gọi là công suất đặt. Vậy công suất đặt của động cơ là: Pđ = Pđm/đc, (II-1) trong đó: đc- là hiệu suất định mức của động cơ.9 khá cao nên để tính toán đơn giản cho phép lấy Pđ= Pđm II. Công suất đặt Pđ a- Đối với thiết bị chiếu sáng công suất đặt là công suất tương ứng với số ghi trên đế hay bầu đèn b- Đối với các thiết bị điện làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại: Như cần trục, máy hàn, khi tính phụ tải điện của chúng, ta phải qui đổi về công suất định mức ở chế độ làm việc dài hạn, tức là qui đổi về chế độ làm việc có hệ số tiếp điện %= 100%.
Công suất qui đổi như sau: - Đối với động cơ: Pđ = Pđm dm (II-2) - Đối với máy biến áp hàn : Pđ = Sđm. cosđm dm , (II-3) trong đó: Pđ- công suất định mức đã qui đổi về chế độ làm việc dài hạn Pđm, Sđm, cosđm, đm- là các tham số định mức đã cho trong lý lịch máy II. Phụ tải trung bình Ptb Phụ tải trung bình là một đặc trưng tĩnh của phụ tải trong một thời gian nào đó, tổng phụ tải trung bình của các thiết bị cho ta căn cứ để đánh giá giới hạn dưới của phụ tải tính toán. Trong thực tế phụ tải trung bình được tính theo công thức sau: ptb= P/ t ; qtb = Q/ t (II-4) trong đó : P, Q - điện năng tiêu thụ trong khoảng thời gian khảo sát; ( kW.h) t - thời gian khảo sát, phụ tải trung bình của 1 nhóm thiết bị được tính theo công thức sau: Ptb = pi ; Qtb= qi (II-5) Biết phụ tải trung bình có thể đánh giá được mức độ sử dụng thiết bị, mức độ khai thác thiết bị.
Phụ tải trung bình là số liệu quan trọng để xác định phụ tải tính toán, tính tổn hao điện năng v.v…Thông thường phụ tải trung bình được xác định ứng với một ca làm việc, một tháng hoặc một năm. Phụ tải cực đại Pmax Phụ tải cực đại Pmaxđược chia làm 2 nhóm: a. Phụ tải cực đại Pmax Là phụ tải trung bình lớn nhất trong khoảng thời gian tương đối ngắn (thường lấy bằng 5,10 hoặc 30 ph) ứng với ca làm việc lớn nhất trong ngày. Đôi khi người ta dùng phụ tải cực đại được xác định như trên làm phụ tải tính toán, tính tổn thất 14 công suất lớn nhất, để lựa chọn các thiết bị, chọn dây dẫn và cáp theo điều kiện mật độ dòng kinh tế v.
Phụ tải đỉnh nhọn Pđn Là phụ tải cực đại xuất hiện trong khoảng thời gian 1-2s. Phụ tải đỉnh nhọn được dùng để kiểm tra dao động điện áp, điều kiện khởi động của động cơ, kiểm tra điều kiện làm việc của cầu chì, tính dòng khởi động của rơ le bảo vệ v. Phụ tải tính toán Ptt Phụ tải tính toán là số liệu cơ bản dùng để thiết kế cung cấp điện. Phụ tải tính toán Ptt là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi tương đương với phụ tải thực tế (biến đổi ) về mặt hiệu ứng nhiệt lớn nhất.
Nói một cách khác phụ tải tính toán cũng làm nóng dây dẫn lên tới nhiệt độ bằng nhiệt độ lớn nhất do phụ tải phụ tải thực tế gây ra. Như vậy nếu chọn các thiết bị điện theo phụ tải tính toán thì có thể đảm bảo an toàn (về mặt đốt nóng) cho các thiết bị đó trong mọi trạng thái vận hành. Quan hệ giữa phụ tính toán với các phụ tải khác được nêu trong bất đẳng thức sau : Ptb Ptt Pmax Phụ tải tính toán thường được lấy bằng phụ tải trung bình của phụ tải lớn nhất xuất hiện trong khoảng 30 phút. Hệ số sử dụng ksd: Là tỉ số giữa phụ tải tác dụng trung bình với công suất của thiết bị.
Hệ số sử dụng được tính sau : - Đối với một thiết bị: ksd =Ptb / Pđm (II-6) - Đối với một nhóm có n thiết bị: n n ksd =Ptb / Pđm = p tbi / p dmi (II-7) i 1 i 1 Nếu có đồ thị phụ tải như (hình II-4) thì hệ số sử dụng được tính theo công thức sau: P1t1 P2 t 2 . Pn t n k sd (II-8) Pdm ( t1 t 2 . t n ) Hệ số sử dụng nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác công suất thiết bị điện trong một chu kỳ làm việc. Hệ số sử dụng là một số liệu quan trọng để tính phụ tải tính toán.
Hệ số phụ tải kpt Hệ số phụ tải còn gọi là hệ số mang tải là hệ số giữa công suất thực tế với công suất định mức, thường ta phải xét hệ số mang tải trong khoảng thời gian nào đó, vì vậy: 15 kpt = Ptt / Pđm = Ptb / Pđm (II-9) Nếu có đồ thị phụ tải như trên thì ta cũng có thể tính hệ số phụ tải theo công thức trên. Hệ số phụ tải cũng nói lên mức độ sử dụng, mức độ khai thác thiết bị trong thời gian đang xét P(kW ) P1 P3 P2 Pn t t1 t2 t3 tn T Hình II- 4: Đồ thị phụ tải tác dụng II.