Chương 1. TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN Mục tiêu: - Trình bày chính xác về sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng từ đó phục vụ cho việc tiếp thu tốt những bài học tiếp theo. - Phân tích các thông số kỹ thuật cần thiết trong một hệ thống điện. - Vận dụng phù hợp các phương pháp tính toán phụ tải, vẽ được đồ thị phụ tải, tâm phụ tải.
- Chọn được phương án cung cấp điện phù hợp với tình hình thực tế, đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật. - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác, tư duy khoa học và sáng tạo. KHÁI NIỆM CHUNG : Nhiệm vụ đầu tiên khi thiết kế cung cấp điện là xác định nhu cầu điện của công trình (gọi là phụ tải tính toán). Nếu phụ tải tính toán nhỏ hơn phụ tải thực tế sẽ làm giảm tuổi thọ thiết bị đôi khi có thể gây cháy nổ do quá tải thiết bị, ngược lại thì thiết bị được chọn sẽ quá lớn gây lãng phí vốn đầu tư.
Phụ tải điện: Thông thường công suất vận hành khác với công suất thực tế do nhiều yếu tố khác nhau và là một hàm theo thời gian. Nhưng cần phải xác định phụ tải điện cho việc tính toán cung cấp điện. Công suất tính toán được gọi là công suất tính toán (Ptt). Nếu Ptt < Pthực tế: thiết bị mau giảm tuổi thọ, có thể cháy nổ.
Nếu Ptt > Pthực tế: lãng phí vốn đầu tư. Có nhiều phương pháp xác định phụ tải điện, càng có nhiều thông tin càng lựa chọn được phương pháp chính xác. Thông thường có hai nhóm phương pháp là phương pháp kinh nghiệm và phương pháp dựa trên xác xuất thống kê. Các đặc tính chung của phụ tải điện: Mỗi phụ tải có đặc trưng riêng, có 3 đặc trưng mà các phương án cung cấp phải xét đến: a) Công suất định mức: thường được ghi trên nhãn của thiết bị.
Đối với động cơ, công suất định mức là công suất trên trục của động cơ, công suất điện Pđ =Pđm/ηđm. Thường ηđm =0,8 ÷ 0,85; trường hợp động cơ nhỏ có thể xem Pđ =Pđm. b) Điện áp định mức: điện áp làm việc của thiết bị phải phù hợp với lưới điện nơi đặt thiết bị. c) Tần số: tần số làm việc của thiết bị khác nhau nhiều từ 0Hz (điện DC) đến hàng triệu Hz ở thiết bị cao tần.
Đồ thị phụ tải: Đồ thị phụ tải: “Đặc trưng cho sự tiêu dùng năng lượng điện của các thiết bị riêng lẻ, của nhóm thiết bị, của phân xưởng hoặc của toàn bộ xí nghiệp”. a) Phân loại: có nhiều cách phân loại 19 Theo đại lượng đo: đồ thị phụ tải tác dụng P(t), phản kháng Q(t) và điện năng A(t). Theo thời gian khảo sát: đồ thị phụ tải hàng ngày, hàng tháng và hàng năm. b) Các loại đồ thị phụ tải thường dùng: Đồ thị phụ tải ngày: như hình a) được ghi bằng máy; b) được ghi và vẽ lại bởi các vận hành viên và c) thể hiện dạng bậc thang thông số trung bình trong một khoảng thời gian.3: Đồ thị phụ tải ngày Đồ thị phụ tải hàng ngày cho ta biết tình trạng làm việc của thiết bị để từ đó sắp xếp lại qui trình vận hành hợp lý nhất, nó cũng làm căn cứ để tính chọn thiết bị, tính điện năng tiêu thụ… Đồ thị phụ tải ngày có 5 thông số đặc trưng sau: phụ tải cực đại, hệ số công suất cực đại, điện năng tác dụng và phản kháng ngày đêm, hệ số công suất tương ứng và hệ số điền kin của đồ thị phụ tải.
Đồ thị phụ tải hàng tháng: được xây dựng theo phụ tải trung bình của từng tháng của xí nghiệp trong một năm làm việc. Đồ thị phụ tải hàng tháng cho ta biết nhịp độ sản xuất của xí nghiệp. Từ đó có thể đề ra lịch vận hành sửa chữa các thiết bị điện một cách hợp lý nhất, nhằm đáp ứng các yêu cầu của sản xuất (VD: vào tháng 3,4 → sửa chữa vừa và lớn, còn ở những tháng cuối năm chỉ sửa chữa nhỏ và thay các thiết bị). Đồ thị phụ tải tháng Đồ thị phụ tải năm: thường được xây dựng dạng bậc thang, xây dựng trên cơ sở của đồ thị phụ tải ngày đêm điển hình (thường chọn 1 ngày điển hình vào mùa đông và vào mùa hạ).
Đồ thị phụ tải năm Đồ thị phụ tải năm có các thông số đặc trưng như: điện năng tác dụng và phản kháng tiêu thụ trong năm, thời gian sử dụng công suất cực đại T max, hệ số công suất trung bình và hê số điền kín phụ tải. XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI ĐIỆN KHU VỤC NÔNG THÔN: Đối tượng sử sụng điện phổ biến ở nông thôn là: trạm bơm, trường học và sinh hoạt. Phụ tải điện trạm bơm: Các máy bơm nông nghiệp thường có các thang công suất: 14, 20, 33, 45, 55, 100, 200kW. Với máy bơm công suất nhỏ (< 100kW) sử dung điện hạ áp, máy bơm công suất lớn trở lên thường sử dụng điện 6 hay 10kV.
Trạm bơm thường chia thành hai loại: trạm bơm tưới và trạm bơm tiêu. Phụ tải trạm bơm tính theo công thức sau: (1-1) Trong đó: , : công suất tác dụng và phản kháng tính toán của trạm bơm. : hệ số đồng thời, lấy theo thực tế =số máy làm việc/tổng số máy. : hệ số tải của máy bơm, riêng đối với trạm bơm tiêu lấy bằng 1.
Phụ tải trường học: Để thiết kế cấp điện cho trường học cần xác định phụ tải từng phòng học, từng tầng, từng dãy nhà học và toàn trường học. - Phụ tải cho từng phòng xác định theo công thức: (1-2) Trong đó: Pp : Công suất tác dụng tính toán (KW, W) Qp : Công suất phản kháng tính toán (kVar) S: Diện tích phòng học (m2) Po : Suất phụ tải trên đơn vị diện tích, Po = (15-20) W/m2 Hệ số công suất cho: + Đèn ống + quạt cos= 0,8. + Đèn sợi đốt + quạt cos= 0,9. - Phụ tải tính toán một tầng nhà gồm n phòng: (1-3) Với: là hệ số đồng thời, đối với trường học các phòng thường xuyên sử dụng hết nên Kđt = 1 - Phụ tải tính toán cho một tòa nhà gồm m tầng: (1-4) Chú ý: Phụ tải điện của phòng trực, phòng hiệu trưởng, phòng họp giáo viên cũng tính theo 1.
Phụ tải chiếu sáng sinh hoạt a) Phụ tải tính toán cho một thôn, xóm hoặc làng được xác định: (1-5) Trong đó : H: số hộ dân trong làng, thôn. 21 P0: suất phụ tải tính toán cho một hộ. b) Phụ tải tính toán cho xã bao gồm các thôn xóm được xác định. (1-6) Đối với ánh sáng sinh hoạt thường lấy hệ số công suất chung là cosφ = 0,85 Hệ số đồng thời được lấy như sau: Với n = 1, 2 Kđt = 1 n = 3, 4 Kđt = 0,9 – 0,95 n = 5, 6, 7 Kđt = 0,8 – 0,85 n = 8, 9, 10 Kđt = 0,7 – 0,75 1.
XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI ĐIỆN KHU VỤC CÔNG NGHIỆP: 1. Trong giai đoạn dự án khả thi: Thông tin thu nhận trong giai đoạn này thường không chính xác. Để xác định phụ tải điện cho việc thiêt kế, xây dựng đường dây cao áp và trạm biến áp trung gian người ta dựa vào diện tích hoặc sản lượng. a) Xác định phụ tải điện cho khu CN, chế xuất căn cứ vào diện tích: (1-7) Trong đó: S0 suất phụ tải trên đơn vị diện tích, tùy ngành CN mà S 0 chọn 100÷400(kVA/ha).
D: diện tích khu CN, chế xuất (ha). b) Đối với xí nghiệp, nếu biết sản lượng sẽ sản xuất, công thức xác định phụ tải điện như sau: (1-8) Trong đó: a: suất điện năng chi phí để sản xuất ra một đơn vị sản phẩm (kWh/sp). M: sản lượng, số sản phẩm một năm. Tmax: thời gian sử dụng công suất cực đại.
Trị số Tmax và a thường được tra bảng. Trong giai đoạn xây dựng nhà xưởng: Thông tin nhận được trong giai đoạn này là công suất đặt của từng phân xưởng, diện tích của từng xưởng. a) Phụ tải điện động lực của từng phân xưởng được xác định theo công thức: (1-9) Trong đó: : hệ số nhu cầu (tra bảng). : công suất đặt của phân xưởng.
Với và n: công suất định mức của động cơ và số động cơ. b) Phụ tải điện chiếu sáng trong phân xưởng được xác định theo diện tích: (1-10) Trong đó: : diện tích xưởng. : suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích (W/m 2). Tùy theo vị trí, mục đich sử dụng chọn = 5÷30 W/m2.
Nếu dùng đèn sợi đốt lấy cosφ = 1 Nếu dùng đèn tuýp lấy cosφ = 0,8 c) Phụ tải điện cho toàn phân xưởng: (1-11) 22 d) Phụ tải điện cho toàn xí nghiệp có n phân xưởng: (1-12) 1. Trong giai đoạn thiết kế chi tiết: Đây là công đoạn cuối cùng trong quá trình thiết kế cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp. Ở giai đoạn này đã biết hầu hết các thông tin về đối tượng sử dụng điện. Phụ tải tính toán xác định cho một nhóm máy, được xác định theo công thức sau: (1-13) Trong đó: : công suất trung bình trong thời gian khảo sát.
Ví dụ: tính toán phụ tải một xí nghiệp có sơ đồ như hình vẽ. Nguyên tắc tính toán: PttXN: phải được tính từ các TB điện ngược trở về phía nguồn. Phải kể đến tổn thất trên đường dây và trong MBA. Phụ tải tính toán XN cần phải kể đến dự kiến phát triển của XN trong 5 - 10 năm tới.
Các bước tính toán được thực hiện như sau: Điểm 1: điểm trực tiếp cấp điện đến các thiết bị dùng điện, tại đây cần xác định chế độ làm việc của từng thiết bị (xác định Kt; ksd; cosφ…). Điếm 2: Với nhóm thiết bị làm việc ở chế độ khác nhau → Xác định Ptt bằng phương pháp số thiết bị hiệu quả.Q2 Điểm 3: sẽ bằng phụ tải điểm 2 công thêm phần tổn thất đường dây hạ áp: S3 =S2 + ΔSdd Điểm 4: điểm tổng hạ áp của các trạm biến áp phân xưởng. Tai đây phụ tải tính toán có thể tính bằng phương pháp hệ số nhu cầu hoặc tổng hợp các phụ tải tại các điểm 4. Điểm 5: S5 = S4 + ∆SB2 Điểm 6: S6 = S5 + ∆Sdd Điểm 7: Điểm 8: S8 = S7 + ∆SB1 Chú ý: S8 chưa phải là phụ tải của xí nghiệp.
Vì khi tính phụ tải xí nghiệp còn phải kể đến sự phát triển của xí nghiệp (5 - 10 năm) sau. Để xác định được ∆SXN phải dự báo tăng trưởng phụ tải. XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI ĐIỆN KHU VỰC ĐÔ THỊ: 1. Phụ tải điện các hộ gia đình: Các hộ gia đình là đối tượng sử dụng điện lớn nhất ở đô thị.