Đặt vấn đề - Phụ tải tính toán 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 cách khác, phụ tải tính toán cũng làm nóng dây dẫn lên tới nhiệt độ bằng nhiệt độ lớn nhất do phụ tải thực tế gây ra. - Phụ tải tính toán là số liệu đầu vào quan trọng nhất của bài toán quy hoạch, thiết kế, vận hành hệ thống cung cấp điện. Việc xác định sai phụ tải tính toán có thể làm cho kết quả của bài toán vô nghĩa.
Ví dụ: nếu phụ tải tính toán xác định được quá lớn so với thực tế thì hệt thống cung cấp điện được thiết kế sẽ dư thừa công suất dẫn tới lãng phí và ứ đọng vốn đầu tư, thậm chí còn làm gia tăng tổn thất trong hệ thống. Ngược lại, nếu phụ tải xác định quá nhỏ so với thực tế thì hệ thống cung cấp điện sẽ không đáp ứng được yêu cầu điện năng của phụ tải dẫn đến sự cố trong hệ thống và làm giảm tuổi thọ. - Chính vì vậy hiện nay có rất nhiều nghiên cứu nhằm lựa chọn phương pháp tính phụ tải thích hợp nhưng chưa có phương pháp nào hoàn thiện. Những phương pháp đơn giản cho kết quả kém tin cậy.
Ngược lại, các phương pháp cho kết quả chính xác tường đòi hỏi nhiều thông tin về phụ tải, khối lượng tính toán lớn, phức tạp và không áp dụng được trong thực tế. Vì vậy nhiệm vụ của người thiết kế là phải lựa chọn phương pháp xác định phụ tải thích hợp với điều kiện tính toán có được cũng như độ tin cậy của kết quả cuối cùng. Các phương pháp xác định phụ tải tính toán - Hiện nay có nhiều phương pháp để tính phụ tải tính toán. Những phương pháp đơn giản, tính toán thuận lợi thì kết quả không thật chính xác.
Ngược lại nếu độ chính xác được nâng cao thì phương pháp tính toán phức tạp. Vì vậy tùy theo giai đoạn thiết kế, tùy theo yêu cầu cụ thể mà chọn phương pháp tính cho phù hợp. Sau đây là một số phương pháp xác định phụ tải tính toán thường dùng nhất. Xác định phụ tải tính toán theo công suất và hệ số như cầu Ptt = knc.
Pd Trong đó: • knc: hệ số nhu cầu của thiết bị, tra trong sổ tay kỹ thuật. • Pd: công suất đặt của thiết bị hoặc của nhóm thiết bị, trong đó tính toán có thể xem như gần đúng Pd = Pdm (kW). Xác định phụ tải tính toán theo hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải và công suất trung bình Ptt = khd. Ptb 8 c Trong đó: • khd: hệ số hình dáng của phụ tải (tra sổ tay) • Ptb: công suất trung bình của một thiết bị hoặc nhóm thiết bị: 𝑡 ∫0 𝑃(𝑡)𝑑𝑡 𝐴 Ptb = =𝑡 𝑡 2.
Xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và độ lệch pha của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình Ptt = Ptb ± β 𝜎 Trong đó: • Ptb: công suất trung bình của một thiết bị hoặc nhóm thiết bị (kW) • ∑∑𝜎: độ lệch pha của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình • β: hệ số tán xạ của 𝜎 2. Xác định phụ tải tính toán theo hệ số cực đại kmax và công suất trung bình Ptb (còn gọi là phương pháp số thiết bị hiệu quả nhq) Ptt = kmax. Pdđ Trong đó: • Ptb: công suất trung bình của một thiết bị hoặc nhóm thiết bị (kW) • Pdđ: công suất danh định của một hoặc nhóm thiết bị (kW) • ksd: hệ số sử dụng của một nhóm hoặc một nhóm thiết bị • kmax: hệ số cực đại, tra trong sổ tay kỹ thuật theo quan hệ: kmax = f(nhq, ksd) nhq: số thiết bị dùng điện hiệu quả 2. Xác định phụ tải tính toán theo suất chi phí điện năng cho một đơn vị sản phẩm Ptb = (ao.
M) / Tmax Trong đó: • ao: công suất chi phí điện năng cho một đơn vị sản phẩm (kWh/đvsp) • M: số sản phẩm sản xuất ra trong năm • Tmax: thời gian sử dụng công suất lớn nhất (h) 2. Xác định phụ tải tính toán theo suất trang bị điện tử cho một đơn vị sản phẩm Ptt = po. S Trong đó: • po: công suất trang bị điện cho một đơn vị diện tích (W/m2) 9 c • S: diện tích đặt thiết bị (m2) 2. Phương pháp tính trực tiếp - Trong các phương pháp trên 3 phương pháp 1, 5 và 6 là dựa trên kinh nghiệm thiết kế và vận hành để xác định phụ tải tính toán nên chỉ cho các kết quả gần đúng.
Tuy nhiên chúng khá đơn giản và tiện lợi. Các phương pháp còn lại xây dựng trên cơ sở lý thuyết xác suất thống kê có xét đến nhiều yếu tố, do đó có kết quả chính xác hơn nhưng khối lượng tính toán lớn hơn và phức tạp hơn. - Tùy theo yêu cầu tính toán và những thong tin có thể có được về phụ tải, người thiết kế có thể lựa chọn các phương pháp thích hợp để xác định phụ tải tính toán. - Trong bài tập dài này, với phân xưởng cơ khí, ta đã biết vị trí, công suất đặt và chế độ làm việc của từng thiết bj trong phân xưởng nên khi tính toán phụ tải động lực cảu phân xưởng có thể sử dụng phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại.
Các phân xưởng còn lại do chỉ biết diện tích và công suất đặt nên để xác định phụ tải động lực của các phân xưởng này ta áp dụng phương pháp tính theo công suất đặt và hệ số nhu cầu. Phụ tải chiếu sang của các phân xưởng được xác định theo phương pháp công suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích sản xuất. Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng sửa chữa cơ khí Phân xưởng sữa chữa cơ khí là phân xưởng số 5 trong sơ đồ mặt bằng nhà máy, có diện tích bố trí thiết bị là 400m2. Trong dó có 71 thiết bị, công suất các thiết bị khác nhau: công suất lớn nhất là 24,6 kW, công suất nhỏ nhất là 0,65 kW.
Phần lớn các thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn, chỉ có máy biến áp hàn có chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại. Những đặc điểm này cần được quan tâm khi phân nhóm phụ tải, xác định phụ tải tính toán và lựa chọn phương án thiết kế cung cấp điện cho phân xưởng. Giới thiệu phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình Ptb và hệ số cực đại kmax (còn gọi là phương pháp số thiết bị dùng điện hiệu quả) Ptt = kmax. Pdđ Trong đó: • ksd: hệ số sử dụng của một nhóm hoặc một nhóm thiết bị Nếu ksd của các nhóm sai khác nhiều thì ta sử dụng Ktb ∑𝑛𝑖=1 𝐾𝑠𝑑𝑖 × 𝑃𝑑𝑚𝑖 𝐾𝑡𝑏 = ∑𝑛𝑖=1 𝑃𝑑𝑚𝑖 • kmax: hệ số cực đại, tra trong sổ tay kỹ thuật theo quan hệ: kmax = f(nhq, ksd) nhq: số thiết bị dùng điện hiệu quả 10 c ∑𝑛𝑖=1 𝑃𝑑𝑚𝑖 𝑛ℎ𝑞 = ∑𝑛𝑖=1 𝑃𝑑𝑚𝑖 2 Khi số thiết bi nhóm n>4 cho phép sử dụng các phương pháp gần đúng sau để xác định nnq với sai số cho phép ±10%: ➢ Khi m ≤ Pdđ max / Pdđ min ≤ 3 và ksd ≥ 0.
Pdđ max: công suất định danh của thiết bị có công suất lớn nhất. Pdđ min: công suất định danh của thiết bị có công suất nhỏ nhất. Nếu trong n thiết bị tồn tại n1 thiết bị mà ∑𝑛1 𝑛 𝑖=1 𝑃𝑑𝑚𝑖 = 5% ∑𝑖=1 𝑃𝑑𝑚𝑖 thì nhq = n – n1. ➢ Khi m = Pdđ max / Pdđ min > 3 và ksd ≥ 0.2 thì: 2 ∑𝑛𝑖=1 𝑃𝑑𝑚𝑖 𝑛ℎ𝑞 = =𝑛 𝑃𝑑𝑚 𝑚𝑎𝑥 ➢ Khi không áp dụng được 2 trường hợp trên (ksd < 0.2 hoặc m ≤ 3 và ksd < 0.4) thì việc xác định nhq được tiến hành theo các bước sau: ▪ Bước 1: tìm tổng số thiết bị trong nhóm n và số thiết bị có công suất không nhỏ hơn một nửa công suất của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm n2.
▪ Bước 2: tính 𝑃 = ∑𝑛𝑖=1 𝑃𝑑𝑚𝑖 ; 𝑃2 = ∑𝑛2 𝑖=1 𝑃𝑑𝑚𝑖 ▪ Bước 3: tính n* = n2/n; P* = P2/P ▪ Bước 4: tra sổ tay tìm nhq* = f(n*/P*) ▪ Bước 5: tìm nhq = nhq*. Trình tự xác định phụ tải tính tón theo phương pháp Ptb và kmax 3.Phân nhóm phụ tải - Trong mỗi phân xưởng thường có nhiều thết bị có công suất và chế độ làm việc khác nhau. Muốn xác định phụ tải tính toán được chính xác cần phải phân nhóm thiết bị điện. Việc phân nhóm thiết bị cần tuân theo nguyên tắc sau: • Các thiết bị trong cùng nhóm nên ở gần nhau để giảm chiều dài đường dây hạ áp và nhờ vậy có thể tiết kiệm được vốn đầu tư và tổn thất trên các đường dây hạ áp trong phân xưởng.
• Chế độ làm việc của các thiết bị trong cùng nhóm nên giống nhau để việc xác định phụ tải tính toán được chính xác hơn và thuận lợi hơn cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm. 11 c • Tổng công suất của các thiết bị trong nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loiaj tử động lực cần dùng cho phân xưởng và toàn nhà máy. Số thiết bị trong một nhóm không nên quá nhiều bởi số đầu ra của các tủ dộng lực thường nhỏ hơn 12. - Tuy nhiên thường thì khó thỏa mạ cùng một lúc 3 nguyên tắc trên, do vậy người thiết kế phải lựa chọn cách phân nhóm sao cho hợp lý nhất.
- Dựa theo nguyên tắc phân nhóm phụ tải điện đã nêu ở trên và căn cứ vào vị trí, công suất của thiết bị bố trí trên mặt bằng phân xưởng có thể chia các thiết bị trong phân xưởng sửa chữa thành 6 nhóm. Kết quả nhóm phụ tải điện được trình bày trong bảng 2.1 TT Tên thiết bị Số ID Pđm(kW) lượng 1 máy Toàn bộ Nhóm 1 1 Máy mài vạn năng 1 17 1.75 2 Máy mài dao cắt gọt 1 18 0.5 4 Máy mài sắc mũi phay 1 20 1 1 5 Máy mài dao chốt 1 21 0.5 Tổng Sô thiết bị n=8 15.5 5 Máy bào ngang 2 6 7 14 Tổng Số thiết bị n=8 50.1 Nhóm 3 1 Máy tiện ren 2 2 7 14 2 Máy tiện ren 2 3 10 20 3 Máy tiện ren chính xác cao 1 4 1.55 5 Máy phay vạn năng 1 8 7 7 6 Máy doa tọa độ 1 5 2 2 Tổng Số thiết bị n=8 51.25 12 c Nhóm 4 1 Máy phay ngang 1 9 7 7 2 Máy phay đứng 2 10 2.25 6 Thiết bị hóa bền kim loại 1 23 0.