HUI: Trường đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Khoa công nghệ điện CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN  TỔNG QUAN Công nghiệp luôn là khách hàng tiêu thụ điện lớn nhất. Trong tình hình kinh tế thị trường hiện nay, các xí nghiệp lớn nhỏ, các tổ hợp sản xuất đều phải tự hoạch toán kinh doanh trong cuộc cạnh tranh quyết liệt về chất lượng và giá cả sản phẩm. Điện năng thực sự đóng góp một phần quan trọng vào lỗ lãi của xí nghiệp. Nếu một tháng xảy ra mất điện 1,2 ngày xí nghiệp không có lãi, nếu mất điện lâu hơn xí nghiệp sẽ thua lỗ. chất lượng điện xấu ( chủ yếu là điện áp thấp) ảnh hưởng lớn đến chất lượng sản phẩm, gây phế phẩm giảm hiệu suất lao động. Chất lượng điện áp đặc biệt quan trong đối với xí nghiệp may, xí nghiệp hóa chất, xí nghiệp chế tạo lắp đặt cơ khí, điện tử chính xác. Vì thế đảm bảo độ tin cậy cấp điện và nâng cao chất lượng điện năng là mối quan tâm hàng đầu của đề án thiết kế câp điện cho xí nghiệp công nghiệp. Thương mại, dịch vụ chiếm một tỷ trọng ngày càng tăng trong nền kinh tế quốc dân và đã trở thành khách hàng quan trọng của ngành điện lực. Khách sạn quốc doanh, liên doanh, tư nhân ngày càng nhiều, ngày càng cao tầng, kèm với trang thiết bị ngày càng cao cấp, càng sang trọng. Mức sống tăng nhanh, khách hàng trong và ngoài nuớc đến khách sạn tăng theo, đặc biệt là đối với khách quốc tế thì không thề để mất điện. Các siêu thị mọc lên nhanh chóng, nguời mua bán tấp nập, nếu mất điện sẽ gây lộn xộn trộm cấp, mất trật tự. Nếu tính toán lựa chọn dây dẫn và các thiết bị đóng cắt không đảm bảo tiêu chuẩn cho phép sẽ dễ dàng gây cháy nổ điện làm thiệt hại một khối lượng tài sản lớn và nguy hiểm đến tính mạng con nguời. Phụ tải sinh hoạt đô thị tăng trưởng nhanh chóng. Hàng lọat biệt thự cao tầng suất hiện, tầng nào cũng có tắm lạnh, thậm chí có điều hòa nhiệt độ. Cấp điện cho các hộ gia đình này chẳng khác gì cấp điện cho khách sạn. tuy nhiên ở từng hộ gia đình không có điều kiện đặt máy phát hoặc đường dây dự phòng như khách sạn. nên hệ thống điện càng cần chắc chắn tin cậy. đời sống các gia đình tầng lớp trung hạ lưu cũng được cải thiện đáng kể, nhà cửa khang trang hơn tiện nghi nhiều hơn, mức dùng điện tăng lên. Vì vậy thiết kế điện sinh hoạt đô thị nên chọn dùng các đồ điện tốt ( dây dẫn, cầu chì, ổ căm, công tắc, aptomát ). Để đảm bạo độ tin cậy cấp điện và an toàn cho người sử dụng. Tóm lại việc thiết kế cấp điện cho các khu vực kinh tế và sinh hoạt là rất đa dạng với những đặc thù khác nhau. Người thiết kế cần khảo sát, phân tích, cân nhắc kỹ đặc điểm, nhu cầu của từng khu vực, từng đối tượng mới có thể đề ra được phương án cấp điện hợp lý.  NHỮNG YÊU CẦU CƠ BẢN KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐIỆN Một đề án thiết kế cấp điện dù cho bất kỳ đối tương nào cũng thỏa mãn những yêu cầu sau: kinh tế và kỹ thuật Kỹ thuật: - Đảm bảo độ tin cậy cấp điện cao: mức độ đảm bảo liên tục cấp điện tùy thuộc vào tính chất và yêu cầu của phụ tải. với những công trình quan trọng cấp quốc gia như: hội trường quốc hội, nhà khách chính phủ, ngân hàng nhà nước, đại sứ quán, khu quân sự, sân bay, hải cảng…phải đảm bao liên tục cấp điện ở mức cao nhất, nghĩa là với bất kỳ tình huống nào cũng không đễ mất điện. những đối tượng kinh tế như nhà máy, xí nghiệp, tổ hợp sản xuất tốt nhất là đặt máy phát điện dự phòng. tuy nhiên việc quyết định đặt máy phát dự phòng hoàn toàn do phía khách hàng quyết định. Giáo trình thiết kế cấp điện Trang 1 HUI: Trường đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Khoa công nghệ điện - Chất lượng điện năng: được đánh giá qua hai chỉ tiêu là tần số và điện áp. Chỉ tiêu tần số do cơ quan điều khiển hệ thống điện quốc gia điều chỉnh. Người thiết kế phải đảm bảo chất lượng điện áp cho khách hàng. Nói chung điện áp ở lưới trung áp và hạ áp chỉ cho phép dao động quanh giá trị định mức +/- 5%. ỡ những xí nghiệp phân xưởng yêu cầu chất lượng điện áp cao như may, hóa chất, cơ khí chính xác, điện tử chỉ cho phép dao động điện áp +/-2,5%. - An toàn: cho người vận hành, người sử dụng và an toàn cho chính các thiết bị điện và toàn bộ công trình. Người thiết kế ngoài việc tính toán chính xác, chọn đúng các thiết bị và khí cụ điện còn phải năm vững những qui định về an toàn, hiểu rõ môi trường lắp đặt hệ thống cấp điện và những đặc điểm của đối tượng cấp điện. bản vẽ thi công phải chính xác, chi tiết và đầy đủ với những chỉ dẫn rõ ràng và cụ thể…. Kinh tế: - Vốn đầu tư nhỏ - Chi phí vận hành hàng năm thấp. - Hiện nay khi thiết kế người ta thường dùng phương pháp so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án. Cụ thể như sau: người thiết kế vạch ra tất cả các phương án có thể có rồi tiến hành so sánh các phương án về phương diện kỹ thuật để loại trừ các phương án không thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật. kế đó tiến hành tính toán kinh tế - kỹ thuật và so sánh. Nếu gặp trường hợp các phương án có chi phí tính toán xấp xỉ bằng nhau thì sẽ được xem là các phương án giống nhau về kinh tế. lúc đó để có thể chon phương án hợp lý nhất ta cần xem thêm một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật khác như: vốn đầu tư, tôn thất điện năng, khối lượng kim loại màu, khả năng thuận tiện khi vận hành, sửa chữa và phát triễn mạng điện… 1.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN  Đặt vấn đề Nhu cầu tiêu thụ điện năng là vấn đề cần được xác định khi cung cấp điện cho các phân xưởng, xí nghiệp. Việc xác định nhu cầu về điện là vấn đề giải bài toán dự báo phụ tải ngắn hạn hoặc dài hạn. - Dự báo ngắn hạn là xác định phụ tải của công trình ngay sau khi đưa công trình vào hoạt động. - Dự báo dài hạn là dự báo phụ tải sẽ phát triển trong vài năm sau khi đưa công trình vào hoạt động. - Phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố công suất và số lượng của các thiết bị, chế độ vận hành của các thiết bị, quy trình công nghệ sản xuất Qua những nhận xét trên ta thấy phụ tải tính toán là việc cần xác định chính xác và là nhiệm vụ rất quan trọng. Do đó điều đầu tiên là phải xác định phụ tải tính toán. Nếu ta xác định phụ tải tính toán nhỏ hơn phụ tải thực sẽ làm giảm tuổi thọ của các thiết bị, ngược lại sẽ gây lãng phí. Để xác định phụ tải tính toán ta có thể chia ra làm những nhóm sau đây: Nhóm 1: Là nhóm các phương pháp tính toán được dựa trên kinh nghiệm thiết kế và sự vận hành mà người ta tổng kết lại để đưa ra các hệ số tính toán. Phương pháp này thuận tiện trong tính toán nhưng chỉ đưa ra được chỉ số gần đúng. Khi sử dụng phương pháp tính toán của nhóm một có thể sử dụng các phương pháp sau: * Phương pháp tính toán theo hệ số yêu cầu * Phương pháp tính theo xuất tiêu thụ điện năng cho một đơn vị sản xuất * Phương pháp tính toán theo xuất tiêu thụ của phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất. Giáo trình thiết kế cấp điện Trang 2 HUI: Trường đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Khoa công nghệ điện Nhóm 2: Là nhóm tính toán dựa trên cơ sở lý thuyết. Phương pháp này có kể đến nhiều yếu tố do đó kết quả tính toán chính xác hơn nhưng tính toán phức tạp. Trong quá trình sử dụng phương pháp cơ sở lý thuyết thì có các phương pháp sử dụng sau: * Phương pháp tính theo công suất trung bình và hệ số hình dạng của đồ thị phụ tải * Phương pháp tính theo công suất trung bình và phương sai phụ tải(phương pháp thống kê) * Phương pháp tính theo công suất trung bình và hệ số cực đại(phương pháp số thiết bị hiệu quả)  CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN 1.1.1 Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu: Công thức tính: ∑ = = n i ñinctt PkP 1 (1.1) Q tt = P tt. tgϕ (1.2) ϕ cos 22 tt tttttt P QPS =+= Một cách gần đúng có thể lấy P đ = P đm Do đó ∑ = = n i ñminctt PkP 1 (1.3) Nếu trong nhóm thiết bị mà hệ số cosϕ của các thành phần khác nhau thì ta phải tính cosϕ trung bình theo công thức sau ∑ ∑ ϕ ϕ = i ii tb P cosP cos (1.4) Khi xác định phụ tải tính toán theo hệ số K nc trong cung cấp điện thì độ chính xác không cao là do sử dụng bản tra K nc cho trước. Nó không phụ thuộc vào chế độ vận hành của thiết bị trong nhóm mà K nc = K sd . K max , có nghĩa là hệ số nhu cầu phụ thuộc vào những yếu tố kể trên. Do đó khi chế độ vận hành thay đổi trong nhóm thì K nc hiệu quả sẽ không chính xác. 1.1.2.Xác định phụ tải tính toán theo sông suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất Công thức : P tt = P 0 . F (1.5) Trong đó F: diện tích sản xuất (m 2 ) ( là diện tích để lắp đặt máy) P 0 : suất tiêu Thụ điện năng trên 1 m 2 sản xuất(Kw/m 2 ) Giá trị P 0 có thể tra trong sổ tay. Giá trị P 0 của từng hộ tiêu thụ do kinh nghiệm vận hành thống kê lại mà có. Phương pháp này chỉ cho kết qủa gần đúng, vì vậy nó thường được dùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ. Nó cũng được dùng để tính phụ tải các phân xưởng có mật độ máy móc sản xuất tương đối đều. Ví du: Xác định phụ tải tính toán của phân xưởng gia công nguội của nhà máy cơ khí. Cho biết S 0 = 0.3kva/m 2 , diện tích phân xưởng F = 13.000m 2 Phụ tải tính toán: S tt = S 0 .F = 0.3 x 13.000 = 3900kva. Giáo trình thiết kế cấp điện Trang 3 HUI: Trường đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Khoa công nghệ điện 1.1.3.Xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng trên đơn vị sản phẩm Công thức tính: max 0 T Mw P tt = (1.6) Trong đó M số đơn vị sản phẩm được sản xuất ra trong 1 năm(sản lượng). w 0 suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm, kWh T max thời gian sử dụng công suất lớn nhất, giờ. Phương pháp này được tính toán cho các thiết bị điện có đồ thị phụ tải ít biến đổi như: quạt gió, bơm nước, máy nén khí… khi đó đồ thị phụ tải trung bình và kết quả tính tương đối chính xác. 1.1.4 Xác định phụ tải theo hệ số cực đại k max và công suất trung bình P tb ( còn gọi là phương pháp số thiết bị hiệu quả ) Khi không có các số liệu cần thiết để áp dụng các phương pháp tương đối đơn giản đã nêu ở trên, hoặc khi cần nâng cao độ chính xác của phụ tải tính toán thì nên dùng theo phương pháp tính theo hệ số cực đại Công thức tính P tt = k max . k sd . P đm (1.7) Trong đó P đm công suất định mức, kW; k sd Hệ số sử dụng. Hệ số k sd trong sổ tay hoặc tính bằng công thức đã được nêu ở phần trước. k max, Hệ số cực đại. Hệ số cực đại phụ thuộc vào k sd và n hq Khi sử dụng công thức này trong một số trường hợp cụ thể ta có thể sử dụng công thức gần đúng sau: Khi n ≤ 3 và n hq <4 ∑ = = n i ñmitt PP 1 (1.8) Đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại thì 875.0 ñmñm tt S S ε = (1.9) Trường hợp n >3 và n hq < 4 phụ tải tính toán được xác định theo công thức ñmi n i ptitt PkP ∑ = = 1 (1.10) Trong đó: k pt là hệ số phụ tải từng máy . Nếu không có số liệu chính xác, hệ số phụ tải có thể lấy gần đúng như k pt = 0.9 đối với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn k pt = 0.75 đối với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại Ghi Chú: + Khi n hq >300 , K sd < 0.5 thì K max được tính khảo sát trên đồ thị ứng với n hq = 300 + Khi n hq >300 , K sd >0.5 thì P pt = 1.05 . K sd . P đm Giáo trình thiết kế cấp điện Trang 4 HUI: Trường đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Khoa công nghệ điện + Khi thiết bị phụ tải có đồ thị phụ tải bằng phẳng thì phụ tải tính toán lấy bằng phụ tải trung bình P tt = P tb = K sd . P đm (1.11) 1.1.5.Phương pháp Tính một số phụ tải đặt biệt  Tính toán đối với thiết bị một pha: + Khi trong mạng vừa có thiết bị 3 pha (thiết bị cân bằng) và cũng vừa có thiết bị một pha (thiết bi không cân bằng) thì phải phân bố các thiết bị đó lên ba pha sao cho trị số không cân bằng là nhỏ nhất. Khi đó phụ tải tính toán được tính như sau + Nếu tổng công suất của thiết bị không cân bằng nhỏ hơn 15% tổng công suất của thiết bị cân bằng thì các thiết bị một pha xem như là ba pha có công suất tương đương. + Nếu tổng công suất của thiết bị không cân bằng lớn hơn 15% tổng công suất của các thiết bị cân bằng ở điểm xét thì các thiết bị một pha quy đổi về ba pha được tính như sau: + Trường hợp các thiết bị một pha đấu vào điện áp pha: ⇒ P tt = P tt cb + 3 P 1 pha (max) (1.12) Trong đó P 1pha (max) pha có phụ tải lớn nhất + Trường hợp các thiết bị một pha đấu vào điện áp dây ⇒ P tt = P tt cb + 3 P 1 pha (max) (1.13) Trong đó P 1pha (max) pha có phụ tải lớn nhất + Trường hợp trong mạng lưới điện vừa có thiết bị một pha nối vào điện áp dây và vừa có thiết bị một pha đấu vào điện áp pha: thì ta phải qui đổi về cùng một sơ đồ đấu dây. Khi đó phụ tải tính toán được tính như sau ⇒ P tt = P tt cb + 3P qđ(max) (1.14) Trong đó P qđ(max) được so sánh từ 3 pha như sau: P qđa = P ab .p(ab) a + P ac .p(ac) a + P ao P qđb = P ba .p(ba) b + P bc .p(bc) b + P bo P qđc = P cb .p(cb) c + P ca .p(ca) c + P co Sau đó chọn ra pha nào có công suất lớn nhất thì đó là P qđ(max) Trong đó p(ab) a p(ba) b p(cb) c ……… : là các hệ số qui đổi được tra bảng 0.1 Hệ số quy đổi phụ tải 1 pha nối vào điện áp dây thành phụ tải 1 pha nối vào điện áp pha của mạng Bảng 1.1 Ví dụ: Một mạng có các thiết bị một pha nối vào điện áp dây U ab , U ac và điện áp pha U ao . Hãy quy đổi về phụ tải pha a. Giải: Phụ tải tác dụng của pha a P faa = P ab .p(ab) a + P ac .p(ac) a + P ao Phụ tải phản kháng của pha a Giáo trình thiết kế cấp điện Trang 5 Hệ số quy đổi Hệ số công suất của phụ tải cosϕ 0.3 0.4 0.5 0.6 0.65 0.7 0.8 0.9 1 p(ab) a ,p(bc) b ,p(ca) c p(ab) b ,p(bc) c ,p(ac) a q(ab) a ,q(bc) b ,q(ca) c q(ab) b ,q(bc) c ,q(ac) a 1.4 -0.4 1.26 2.45 1.17 -0.17 0.86 1.44 1.0 0 0.58 1.16 0.89 0.11 0.38 0.96 0.84 0.16 0.30 0.88 0.80 0.20 0.22 0.80 0.72 0.28 0.09 0.67 0.64 0.36 -0.05 0.53 0,5 0,5 -0,29 0,29 HUI: Trường đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Khoa công nghệ điện Q faa = Q ab .q(ab) a + Q ac .q(ac) a + Q ao Trong đó + P ab , P ac , Q ab , Q ac _ tổng công suất tác dụng và phản kháng của các thiết bị một pha nối vào điện áp dây U ab và U ac ; + P ao Q ao _ tổng công suất tác dụng và phản kháng của các thiết bị một pha nối vào điện áp pha U ao ; + p(ab) a , p(ac) a , q(ab) a , q(ac) a _ các hệ số quy đổi tra ở bảng trên. Ví dụ: Cho phân xưỡng cơ khí có các thiết bị sau. stt Số lượng trên thiết bị P đm (Kw) trên thiết bị U (v) trên thiết bị k sd trên thiết bị cosϕ trên thiết bị L 1 L 2 L 3 N Thiết bị 3pha 1 3 40 380 0,2 0,85 x x x 2 5 15 // 0,6 0,85 x x x 3 7 25 // 0,15 0,85 x x x 4 9 4,5 // 0,7 0,85 x x x Thiết bị 1pha 1 2 1,5 220 0,7 0,85 x x 2 4 1 // 0,8 0,85 x x 3 6 0,5 // 0,9 0,85 x x Hãy xác định S tt P tt và I tt . Giải : Ta có: ∑ pha P 3 = (3 . 40) + (5.15) + (7.25) + (9.4,5) = 410,5 kw ∑ pha P 1 = (2.1,5) + (4.1) + (6.0,5) = 10 kw xét : kwP pha 575,615,410 100 15 100 15 3 =×= ∑ > ∑ pha P 1 , → xem các thiết bị một pha như là thiết bị 3pha có công suất tương đương. P tt = k sd × k max × P đm k sd = ∑ ∑ = = × n i i n i sdii P kP 1 1 = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 5,06145,125,49257155403 9,05,068,0147,05,127,05,4915,02576,01552,0403 ×+×+×+×+×+×+× ××+××+××+××+××+××+×× = 0,31 k max : phụ thuộc vào k sd và n hq tìm n hq + n = 36 + n 1 = 10 Giáo trình thiết kế cấp điện Trang 6 HUI: Trường đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Khoa công nghệ điện → n * = 27,0 36 10 1 == n n ( ) ( ) kwP kwP n n 295257403 5,420 1 =×+×= = ∑ ∑ → P * = 7,0 5,420 295 1 == ∑ ∑ n n P P Từ n * và p * tra bảng 3 -1 trang 36 sách cung cấp điện tác giả Nguyễn Xuân Phú tìm n * hq hay bảng phụ lục → n * hq = 0,45 → n hq = n × n * hq = 36 × 0,45 =16,2 sau đó tra bảng trị số k max theo k sd và n hq , tìm được k max = 1,41 P tt = k sd × k max × P đm = 0,31 × 4,41 × 420,5 = 183,8 kw S tt = 2,216 85,0 8,183 cos == ϕ tt P KVA I tt = 5,328 38,03 2,216 3 = × = ×U S tt A 1.1.6. Tính phụ tải đỉnh nhọn Phụ tải đỉnh nhọn là phụ tải cực đại xuất hiện trong khoảng 1_2 giây Phụ tải đỉnh nhọn thường được tính dưới dạng dòng điện đỉnh I đn . Chúng ta tính I đn để kiểm tra độ lệch điện áp, chọn các thiết bị bảo vệ, tính toán tự khởi động của động cơ… Chúng ta không chỉ quan tâm đến giá trị của dòng điện đỉnh nhọn mà còn quan tâm đến tần số xuất hiện của nó. Trong mạng điện dòng điện đỉnh nhọn xuất hiện khi động cơ khởi động, lò hồ quang hoặc máy hàn làm việc… Đối với một máy, dòng điện đỉnh nhọn tính bằng dòng điện mở máy. I đm = I mm = k mm I đm Trong đó k mm _ bội số mở máy của động cơ Nếu trong động cơ không có giá trị thì ta có thể chọn theo các dữ liệu sau Đối với động cơ một chiều thì chọn k mm = (10 –30) Đối với động cơ lồng sóc thì k mm = (5 – 7) Đối với máy biến áp hàn và lò hồ quang k mm ≥ 3 Đối với một nhóm máy, dòng điện đỉnh nhọn xuất hiện khi máy có dòng điện mở máy lớn nhất trong nhóm mở máy, còn các máy khác làm việc bình thường. Công thức tính như sau: I đn = I mm(max) + (I tt – k sd .I đm(max) ) Trong đó + I mm(max) _ dòng điện mở máy lớn nhất trong tất cả các dòng điện mở máy của các động cơ trong nhóm; + I tt _ dòng điện tính toán của nhóm máy; k sd _ hệ số sử dụng của động cơ có dòng điện mở máy lớn nhất. Ví dụ: Tính dòng điện đỉnh nhọn của đường dây cung cấp cho một cần trục. Số liệu về phụ tải như sau: Giáo trình thiết kế cấp điện Trang 7 HUI: Trường đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Khoa công nghệ điện Động cơ P đm (kW) % Cosϕ I đm (A) k mm Nâng hàng Xe con Xe lớn 12 4 8 15 15 15 0.76 0.72 0.75 27.5 5.5 Điện áp của mạng U = 380/220 V Hệ số sử dụng k sd = 0.1 Giải Trong nhóm máy động cơ nâng hàng có dòng điện mở máy lớn nhất I mm(max) = k mm . I đm = 5,5. 27,5 =151A Phụ tải tính toán của nhóm động cơ quy đổi về chế độ làm việc dài hạn (ε=100%): P tt = ∑ = 3 1i ñmiñmi P ε = (12 + 4 + 8) 150, = 9,3kW Q = ( ) ∑ = 3 1i i ñmiñmi tg.P ϕε = 12. 150, .0,85+ 4. 150, .1+8 15,0 .0,88 = 8,2kVA S tt = 22 2839 ,, + = 12,4kVA Dòng điện tính toán của nhóm máy I tt = 38,0.3 4,12 U3 S dm tt = =18,8(A) Dòng điện định mức của động cơ nâng hàng (quy đổi về ε = 100%) I đm(max) =27,5. 15,0 =10,6 A Dòng điện đỉnh nhọn cung cấp cho cần trục là I đn = 151 + (18,8 – 0,1. 10,6) = 168,8 A 1.2. DỰ BÁO NHU CẦU ĐIỆN NĂNG VÀ PHỤ TẢI ĐIỆN 1.2.1 KHÁI NIỆM CHUNG Nhu cầu điện năng và đồ thị phụ tải là các số liệu đầu vào rất quan trọng, quyết định rất lớn chất lượng của việc qui hoạch hệ thống điện. Trên cơ sở định hướng phát triển ngành điện người ta xây dựng qui hoạch phát triển hệ thống điện cho từng giai đoạn 5 năm có xét đến triển vọng 10÷15 năm sau. Các qui hoạch phát triển này đôi khi còn có tên gọi là “tổng sơ đồ phát triển điện lực “ cho một giai đoạn nối tiếp nhau, trong đó phần triển vọng cho tương lai sẽ được cập nhật và hiệu chỉnh cho phù hợp với tình hình thực tế. Dữ liệu đầu vào quan trọng để lập QHHTĐ là dự báo nhu cầu điện năng cho từng mốc thời gian trong tương lai. Thông thường khi dự báo người ta xem xét ba kịch bản khác nhau: kịch bản cơ sở với mức tăng trưởng trung bình đã thống kê có xét đến xu thế phát triển trong tương lai; kịch bản cao (lạc quan) với giả định tương lai sẽ có tình huống tốt đẹp hơn dự kiến và kịch bản thấp (bi quan) đề phòng có những khả năng xấu hơn dự kiến Vai trò của dự báo nhu cầu điện năng có tác dụng rất to lớn, nó liên quan đến quản lý kinh tế nói chung và qui hoạch hệ thống điện nói riêng. Dự báo và qui hoạch là hai giai đoạn liên kết chặt chẽ với nhau của một quá trình quản lý. Trong mối quan hệ ấy, phần dự báo sẽ góp phần giải quyết các vấn đề cơ bản sau : • Xác định xu thế phát triển của nhu cầu điện năng; • Đề xuất những yếu tố cụ thể Giáo trình thiết kế cấp điện Trang 8 HUI: Trường đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Khoa công nghệ điện • Xác định qui luật và đặc điểm của sự phát triển của nhu cầu điện năng và phụ tải điện. Nếu công tác dự báo nói chung mà dựa trên lập luận khoa học thì sẽ trở thành cơ sở để xây dựng các kế hoạch phát triển nền kinh tế quốc dân. Đặc biệt đối với ngành năng lượng, tác dụng của dự báo còn có ý nghĩa quan trọng, vì điện năng liên quan chặt chẽ với tất cả các ngành kinh tế quốc dân, cũng như đến mọi sinh hoạt bình thường của người dân. Do đó, nếu dự báo không chính xác sai lệch quá nhiều về khả năng cung cấp, về nhu cầu điện năng thì sẽ dẫn đến hậu quả không tốt cho nền kinh tế. Chắng hạn, nếu chúng ta dự báo phụ tải quá thừa so với nhu cầu sử dụng dẫn đến hậu quả là huy động nguồn quá lớn, làm tăng vốn đầu tư, có thể gây tổn thất năng lượng tăng lên. Ngược lại, nếu chúng ta dự báo phụ tải quá thấp so với nhu cầu thì sẽ không đủ điện năng cung cấp cho các hộ tiêu thụ và tất nhiên sẽ dẫn đến việc cắt bỏ một số phụ tải một cách không có kế hoạch gây thiệt hại cho nền kinh tế quốc dân. Có ba loại dự báo theo thời gian: dự báo ngắn hạn (1÷2 năm), dự báo trung hạn (3÷10 năm) và dự báo dài hạn (15÷20 năm). Riêng đối với dự báo dài hạn (còn gọi là dự báo triển vọng) thì mục đích chỉ là nêu ra các phương hướng phát triển có tính chiến lược về mặt kinh tế, về mặt khoa học kỹ thuật nói chung không yêu cầu xác định chỉ tiêu cụ thể. Sau khi dự báo ta được số liệu về nhu cầu điện năng, từ đây theo các biểu đồ phụ tải điển hình cho từng loại hộ tiêu thụ người ta xây dựng biểu đồ phụ tải tổng hợp cho từng khu vực và cho từng hệ thống. Các biểu đồ phụ tải tổng hợp này thường được xây dựng cho một số ngày điển hình (làm việc, nghỉ, mùa đông, mùa hè). Tổng hợp các biều đồ phụ tải ngày (theo số liệu theo từng loại biểu đồ) ta được biều đồ phụ tải kéo dài trong năm cho từng mức công suất (hình 1.3.1) Giáo trình thiết kế cấp điện Trang 9 2 4 P P min P max t(h) Phần biến đổi Đỉn h đá y Hình 1.2.1. đồ thị phụ tải ngày (a) và đồ thị phụ tải kéo dài trong năm (b) HUI: Trường đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Khoa công nghệ điện Đồ thị phụ tải kéo dài trong năm là dữ liệu cơ sở rất quan trọng trong tính toán QHHTĐ, nó cho phép xác định thời gian sử dụng công suất cực đại T max đó là khoảng thời gian sử dụng liên tục công suất cực đại P max sao cho năng lượng được sử dụng vừa đúng bằng năng lượng sử dụng thực tế trong năm theo biểu đồ đã được xác định, nghĩa là : A = P max . T max = ( ) t.dttP P tb 8760 0 = ∫ (1.2.1) Trong đó : P tb – công suất trung bình. Đồ thị phụ tải kéo dài trong năm cũng là cơ sở để lập cân bằng công suất và điện năng, phân công các loại nhà máy điện trong phủ biểu đồ phụ tải, tính các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống điện. Trên cơ sở nhu cầu điện năng với đồ thị phụ tải đã được xác định, QHHTĐ được tiến hành theo hai mảng lớn : qui hoạch nguồn điện và qui hoạch lưới điện. Nhiều chuyên gia mong muốn xây dựng một mô hình tổng thể để giải quyết bài toán tối ưu trong qui hoạch nguồn và lưới cùng một lúc, tuy nhiên trong thực tế việc xây dựng một mô hình như thế sẽ gặp nhiều khó khăn rất lớn vì tổ hợp nhiều phương án sẽ tăng theo hàm mũ với số lượng nguồn và công trình nguồn và lưới điện xen kẽ. Để thực hiện được việc quy hoạch hệ thống điện cho tương lai 15-20 năm cần phải có số liệu dự báo của các ngành kinh tế quốc dân khác lại thường làn sau nên xác định một cách chính xác độ tăng của phụ tải điện là rất khó khăn. Việc xác định phụ tải điện bao gồm hai việc - Xác định nhu cầu điện năng. - Xác định đồ thị phụ tải điện. Phương pháp tính toán dự báo phụ tải điện có thể phân làm các loại sau : 1- Phương pháp tính trực tiếp Phương pháp này dựa trên kế hoạch phát triển của các ngành kinh tế quốc dân, tính ra nhu cầu điện năng. Phương pháp này thường dùng để tính toán phụ tải cho tương lai gần. Đối với tương lai xa, kế hoạch của các ngành không chính xác, mặt khác mức độ sử dụng điện trong các ngành có thay đổi do sự thay đổi của công nghệ và nhiều trang thiết bị kỹ thuật mới xuất hiện. 2- Phương pháp ngoại suy Phương pháp ngoại suy dựa trên số lượng phụ tải trong quá khứ, từ đó suy ra phụ tải điện trong tương lai. Phương pháp này đòi hỏi phải biết kế hoạch phát triển kinh tế quốc dân và cũng cần nhiều số liệu trong quá khứ nhưng có thể áp dụng cho tương lai khá xa. 3. phương pháp hồi quy một chiều và hồi quy nhiều chiều Phương pháp này dựa trên mối tương quan giữa phụ tải điện và các ngành kinh tế khác của nền kinh tế quốc dân để tìm ra nhu cầu điện năng trong tương lai. Phương pháp này đòi hỏi phải biệt kế hoạch phát triển kinh tế quốc dân và cũng cần nhiều số liệu trong quá khứ. Ngoài ra còn có các phương pháp khác như phương pháp chuyên gia, phương pháp tính hệ số vượt trước, phương pháp so sánh đối chiếu, phương pháp áp dụng mô hình sử dụng năng lượng cuối cùng…. Để tăng độ chính xác ta có thể áp dụng nhiều phương pháp rồi so sánh kết quả để chọn ra kết quả cuối cùng. 1.2.2. DỰ BÁO NHU CẦU ĐIỆN NĂNG 1.2.2.1. Dự báo nhu cầu điện năng theo các ngành của nền kinh tế quốc dân Giáo trình thiết kế cấp điện Trang 10 [...]... sau + Kết cấu của cáp và đường dẫn cáp ( dây Cu, Al, cách điện PVC hoặc EPR và số dây làm việc) + Nhiệt độ môi trường + Phương pháp lắp đặt + Anh hưởng của mạch điện lân cận  Thuật toán xác định tiết diện và thiết bị bảo vệ dây Giáo trình thiết kế cấp điện 27 Trang HUI: Trường đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Điều kiện lấp đặt của dây Khoa công nghệ điện Công suất KVA cần cung cấp Dòng điện. .. thụ có T max lớn thì thành phần tổn thất điện năng chiếm tỷ trọng lớn trong hàm chi phí tính toán Trong trường hợp này, tiết diện tối ưu của mạng điện được lựa chọn theo mục tiêu là tổn Giáo trình thiết kế cấp điện 31 Trang HUI: Trường đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Khoa công nghệ điện thất điện áp không vượt quá trị số cho phép kết hợp với tổn thất điện năng trong mạng là nhỏ nhất Với một... bài toán dự báo nhu cầu điện năng, hàm dự báo dùng phổ biến nhất là : ( t−t0 ) β   A( t ) = A0 1+   100  A( t ) A0 Ct ( 1.2.15) (1.2.16) Trong đó : A0 là năng lượng tiêu thụ ở năm cơ sở; là độ tăng trung bình hàng năm; t0 là năm cơ sở ở đó quan sát được A0 Ví dụ logarit hóa hàm (1.2-14) ta có : β   lg A( t ) = ( t − t 0 ) lg1 +  + lg A0  100  Giáo trình thiết kế cấp điện 14 (1.2.17) Trang... hệ giữa phụ tải điện (chủ yếu là điện năng) và các chỉ tiêu cơ bản của các ngành kinh tế quốc dân Ví dụ quan hệ giữa điện và than, điện và thu nhập kinh tế quốc dân, điện và dân số … Để dự báo theo phương pháp này phải tiến hành theo hai bước : 1- Xác định quan hệ tương quan giữa điện [A] và chỉ tiêu cần xét [x] 2- Xác định quan hệ giữa các chỉ tiêu đó với thời gian t Sau đó trên cơ sở dự báo phát triển... số tăng trưởng phụ tải hàng năm Đồ thị phụ tải năm hình (1.2.14) dùng để lập kế hoạch sửa chữa thiết bị nhà máy điện và trạm phân phối P max Phần công suất có thể đưa ra đại tu thiết bị 100% 80% 60% Giáo trình thiết kế cấp điện 24 40% Trang 20% 3 6 9 12 t HUI: Trường đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Khoa công nghệ điện b Xây dựng đồ thị phụ tải ngày Tính giá trị công suất trung bình trong từng... định trong kế hoạch phát triển kinh tế quốc dân Điện năng cho nông nghiệp bao gồm điện năng phục vụ cho trồng trọt, chăn nuôi, tưới tiêu và sinh hoạt Điện năng cho trồng trọt và chăn nuôi có thể xác định theo suất tiêu hao điện năng, điện năng cho tưới tiêu có thể tính theo kế hoạch xây dựng các trạm bơm, điện năng cho sinh hoạt ở nông thôn tính theo mức sử dụng bình quân của các hộ nông dân Điện năng... diện li cp chọn x0 ≈ 0,08Ω / km Ví dụ 1.5: Mạng điện 35kV cung cấp cho ba phụ tải, chiều dài đường dây và phụ tải kVA cho trên hình vẽ Hãy xác định tiết diện dây dẫn nếu toàn bộ mạng điện dùng dây nhôm Biết tổn thất điện áp cho phép là 6% Uđm Giải: Giáo trình thiết kế cấp điện 30 Trang HUI: Trường đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Khoa công nghệ điện chọn x0 = 0,4Ω/km [ ] 0,4 ( 3 + 2 + 2).10... viện, thương mại… thường được ghép vào điện năng sinh hoạt Điện năng tự dùng và tổn thất tính gần đúng theo tiêu chuẩn Trong các nhóm phụ tải trên thì phụ tải công nghiệp là chủ yếu, nó chiếm khoảng . vực, từng đối tượng mới có thể đề ra được phương án cấp điện hợp lý.  NHỮNG YÊU CẦU CƠ BẢN KHI THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẤP ĐIỆN Một đề án thiết kế cấp điện dù cho bất kỳ đối tương nào cũng thỏa mãn những. công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh Khoa công nghệ điện CHƯƠNG 1: CƠ SỞ THIẾT KẾ CẤP ĐIỆN  TỔNG QUAN Công nghiệp luôn là khách hàng tiêu thụ điện lớn nhất. Trong tình hình kinh tế thị trường. nghiệp chế tạo lắp đặt cơ khí, điện tử chính xác. Vì thế đảm bảo độ tin cậy cấp điện và nâng cao chất lượng điện năng là mối quan tâm hàng đầu của đề án thiết kế câp điện cho xí nghiệp công