Bài giảng môn học Cung cấp điện mỏ - Nguyễn Thị Xuân Hướng

Chia sẻ: Năm Tháng Tĩnh Lặng | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:132

Thêm vào BST

Báo xấu

96
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

(NB) Bài giảng được biên soạn theo đề cương môn học Cung cấp điện mỏ cung cấp những kiến thức cơ bản về như: xác định phụ tải, chọn phương án cung cấp, chọn thiết bị, cũng như các biện pháp bảo vệ cho lưới… cho sinh viên ngành cơ điện mỏ. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng môn học Cung cấp điện mỏ - Nguyễn Thị Xuân Hướng

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP & XÂY DỰNG  BÀI GIẢNG MÔN HỌC CUNG CẤP ĐIỆN MỎ Dùng cho hệ Cao đẳng chuyên nghiệp (Lưu hành nội bộ) Người biên soạn: Nguyễn Thị Xuân Hướng Uông Bí, năm 2010
MỤC LỤC NỘI DUNG Trang Mục lục 1 Lời nói đầu 2 Phần 1: TRẠM ĐIỆN XÍ NGHIỆP Chương 1: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 1.1 Khái niệm chung về hệ thống cung cấp điện 4 1.1.1 Đặc điểm cung cấp điện xí nghiệp mỏ 5 1.1.2 Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện 6 1.1.3 Các chỉ tiêu kỹ thuật trong cung cấp điện xí nghiệp 6 1.2 Phân loại hộ dùng điện xí nghiệp 9 Chương 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 2.1 Đồ thị phụ tải 11 2.2 Các tham số đặc trung của phụ tải 13 2.3 Các phương pháp cơ bản tính phụ tải điện 15 Chương 3: TRẠM BIẾN ÁP XÍ NGHIỆP 3.1 Các loại trạm điện 26 3.2 Tính toán chọn máy biến áp 26 3.3 Sơ đồ nối dây của trạm 30 Chương 4: NGẮN MẠCH TRONG HỆ THỐNG 4.1 Khái niệm chung 36 4.2 Tính toán ngắn mạch mạng cao áp 38 4.3 Tính toán ngắn mạch mạng hạ áp 46 4.4 Tác hại, hạn chế và biện pháp ngăn ngừa ngắn mạch 47 Phần 2: MẠNG ĐIỆN XÍ NGHIỆP Chương 5: MẠNG ĐIỆN 5.1 Phân loại mạng điện 50 5.2 Các loại dây và cáp điện 51 5.3 Tổ chức cung cấp điện cho xí nghiệp mỏ 53 5.4 Tính toán tổn thất trong mạng điện 60 5.4.1 Sơ đồ thay thế lưới cung cấp điện 60 5.4.1 Tính toán tổn thất điện áp 65 5.4.2 Tính toán tổn thất công suất 67 5.4.3 Tính toán tổn thất điện năng 69 5.5 Tính toán lựa chọn dây dẫn và cáp 70 CHƯƠNG 6: LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN – BẢO VỆ RƠLE 6.1 Điều kiện lựa chọn thiết bị điện 82 6.1.1 Chọn theo điều kiện làm việc lâu dài: 83 6.1.2 Các điều kiện kiểm tra thiết bị khi xảy ra ngắn mạch: 83 6.1.3 Lựa chọn các thiết bị điện 84 6.2 Bảo vệ role 92 6.2.1 Các yêu cầu đối với hệ thống bảo vệ rơle: 93 6.2.2 Các hình thức bảo vệ trong hệ thống cung cấp điện 93 CHƯƠNG 7: CHIẾU SÁNG XÍ NGHIỆP MỎ 7.1 Khái niệm chung 104 1
7.2 Thiết bị chiếu sáng và phụ kiện 106 7.3 Tính toán chiếu sáng 107 CHƯƠNG 8: CUNG CẤP ĐIỆN MỘT CHIỀU 8.1 Đặc điểm cung cấp điện một chiều 113 8.2 Cung cấp điện cho tầu điện cần vẹt 113 8.3 Cung cấp điện cho tầu điện ác qui 116 CHƯƠNG 9: CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 9.1 Hệ số công suất 119 9.2 Tổn thất điện năng 125 9.3 Suất tiêu thụ điện năng 126 9.4 Chi phí mạng điện 127 Phụ lục 128 Tài liệu tham khảo 134 2
LỜI NÓI ĐẦU Bài giảng được biên soạn theo đề cương môn học Cung cấp điện mỏ cung cấp những kiến thức cơ bản về như: xác định phụ tải, chọn phương án cung cấp, chọn thiết bị, cũng như các biện pháp bảo vệ cho lưới… cho sinh viên ngành cơ điện mỏ. Bài giảng gồm chín chương lần lượt trình bày các vấn đề:  Khái quát về hệ thống cung cấp điện được trình bày ở Chương 1.  Chương 2 trình bày về phụ tải điện.  Trạm điện được đề cập ở chương 3.  Chương 4 trình bày về khái niệm và cách tính toán ngắn mạch.  Tính toán về lưới điện và lựa chọn thiết bị điện lần lượt trình bày ở chương 5, 6.  Thiết kế chiếu sáng được trình bày ở chương 7  Chương 8 trình bày về phương pháp cung cấp điện một chiều  Chương 9 đề cập các vấn đề bảo vệ hệ thống điện và việc nâng cao hệ số công suất. Để dễ dàng tiếp cận các vấn đề trong bài giảng: các chương cần được đọc tuần tự từ 1 đến 9. Bài giảng được biên soạn nhằm phục vụ cho sinh viên cao đẳng đồng thời còn phục vụ cho những người quan tâm đến kiến thức cơ bản trong cung cấp điện. Do thời gian và trình độ người biên soạn có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong những nhận xét, đánh giá và góp ý của bạn đọc và đồng nghiệp. Mọi ý kiến xin gửi về: xuanhuong@yahoo.com Quảng Ninh, tháng4 năm 2011 Tác giả 3
PHẦN I: TRẠM ĐIỆN XÍ NGHIỆP Chương 1: HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN 1.1. Khái niệm chung về hệ thống cung cấp điện Điện năng ngày càng phổ biến vì dễ dàng chuyển thành các dạng năng lượng khác như: cơ, hóa, nhiệt năng… ; được sản xuất tại các trung tâm điện và được truyền tải đến hộ tiêu thụ với hiệu suất cao. Trong quá trình sản xuất và tiêu thụ điện năng có một số đặc tính:  Điện năng sản xuất ra thường không tích trữ được, do đó phải có sự cân bằng giữa sản xuất và tiêu thụ điện.  Các quy trình điện xảy ra rất nhanh và nguy hiểm nếu cố sự cố xảy ra, vì vậy thiết bị điện có tính tự động và đòi hỏi độ an toàn và tin cậy cao. Định nghĩa: hệ thống điện bao gồm các khâu sản xuất ra điện năng; khâu truyền tải; phân phối và cung cấp điện năng đến tận các hộ dùng điện (xem hình vẽ.) Nl sơ cấp 220 kV 110 kV 10 kV ~ ~ NMĐ1 10 kV 35 kV NMĐ2 sản xuất & tryền tải (phát dẫn điện) 6; 10 kV Phân phối & cung cấp điện năng (ccđ) 0,4 kV Hình1.1 Sơ đồ hệ thống điện Định nghĩa: hệ thống cung cấp điện chỉ bao gồm các khâu phân phối; truyền tải & cung cấp điện năng đến các hộ tiêu thụ điện. Lưới điện việt nam hiện có các cấp điện áp: 0,4; 6; 10; 22; 35; 110; 220 và 500kV. tương lai sẽ chỉ còn các cấp: 0,4; 22; 110; 220 và 500kV. Có nhiều cách phân loại lưới điện:  Theo điện áp: siêu cao áp (500kV), cao áp (220, 110kV), trung áp (35, 22, 10, 6kV) và hạ áp (0,4kV).  Theo nhiệm vụ: lưới cung cấp (500, 220, 110kV) và lưới phân phối (35, 22, 10, 6 và 0,4kV).  Ngoài ra, có thể chia theo khu vực, số pha, công nghiệp, nông nghiệp… 4
1.1.1 Đặc điểm cung cấp điện xí nghiệp mỏ: Khác với các ngành công nghiệp khác, việc cung cấp điện cho ngành khai thác mỏ có những đặc điểm riêng (điều kiện môi trường, quá trình công nghệ…) Những đặc điểm đó bao gồm: - Đa số các máy móc trong quá trình làm việc phải di chuyển thường xuyên hoặc định kỳ theo tiến độ của gương khai thác. Đặc điểm này đòi hỏi các thiết bị điện phải có khả năng nối vào mạng điện hoặc cắt ra khỏi mạng điện một cách nhanh chóng và dễ dàng. Việc cung cấp điện nhờ hệ thống cáp mềm và các ổ cắm điện. - Môi trường mỏ có độ ẩm cao, nhiều bụi bẩn, nhất là trong các mỏ hầm lò thường xuất hiện các khí bụi nổ là nguyên nhân gây nổ bầu không khí mỏ khi có sự cố, khí hậu thời tiết khắc nghiệt. đặc điểm này đòi hỏi các thiết bị phải có tính chống ẩm, chống rỉ cao, cách điện của thiết bị và dây dẫn phải cao để bản thân chúng không phải là nguyên nhân gây ra cháy nổ môi trường mỏ. - Không gian làm việc chật hẹp và hạn chế, nhất là trong các mỏ hầm lò. Vì vậy, các thiết bị điện cần được chế tạo gọn nhẹ, dễ dàng tháo lắp, lắp đặt. - Áp lực cao ở nóc và hông lò dễ dàng làm cho đất đá bị sập đổ, đó là nguy cơ phá hoại thiết bị điện. Đặc điểm này đòi hỏi các thiết bị điện phải được chế tạo có độ bền cơ học cao. - Các đường lò ẩm ướt, có hoạt tính hóa học cao, kết hợp với bụi mỏ dẫn điện gây nguy hiểm về an toàn điện giật và hỏa hoạn. Đặc điểm này đòi hỏi các thiết bị điện trong mỏ phải có tính chịu ẩm, chống được sự ăn mòn... - Phạm vi hoạt động của các công trường lộ thiên rất rộng. Các máy móc di động có công suất lớn lại ở các vị trí phân tán, trên các tầng công tác vừa sử dụng điện cao áp vừa sử dụng điện hạ áp. Vì vậy hệ thống dây dẫn và phân phối điện rất phức tạp. Chính vì những đặc điểm trên, việc cung cấp điện cho xí nghiệp mỏ cần đảm bảo những yêu cầu sau: - An toàn: dây dẫn cần chọn sao cho cả lúc làm việc bình thường cũng như lúc có sự cố không bị nung nóng quá mức để tránh gây hỏa hoạn, nổ bầu không khí mỏ hay làm già hóa nhanh chóng cách điện của cáp điện. - Hợp lý về kỹ thuật: dây dẫn cần chọn với tiết diện đủ để đảm bảo mức điện áp cho phép trên cực phụ tải trong mọi chế độ làm việc cũng như sự cố. - Kinh tế: cần chọn loại dây dẫn hợp lý theo quan điểm kinh tế song vẫn phải thỏa mãn yêu cầu về an toàn và kỹ thuật. - Độ bền cơ học: dây dẫn có thể chịu được tác dụng của ngoại lực, không gây ra ứng suất nguy hiểm trong vật liệu làm dây dẫn. 1.1.2 Những yêu cầu và nội dung chủ yếu khi thiết kế hệ thống cung cấp điện: 5
Mục tiêu chính của thiết kế cung cấp điện là đảm bảo cho hộ tiêu thụ luôn đủ điện năng với chất lượng trong phạm vi cho phép. Một phương án cung cấp điện (cho xí nghiệp) được xem là hợp lý khi thỏa mãn các nhu cầu sau:  Vốn đầu tư nhỏ, chú ý tiết kiệm ngoại tệ và vật tư hiếm.  Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện tùy theo tính chất hộ tiệu thụ.  Chi phí vận hành hàng năm thấp.  Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.  Thuận tiện cho vận hành và sửa chữa…  Đảm bảo chất lượng điện năng.  Ngoài ra, còn phải chú ý đến các điều kiện khác như: môi trường, sự phát triển của phụ tải, thời gian xây dựng… Một số bước chính để thực hiện một phương án thiết kế cung cấp điện:  Xác định phụ tải tính toán để đánh giá nhu cầu và chọn phương thức cung cấp điện.  Xác định phương án về nguồn điện.  Xác định cấu trúc mạng.  Chọn thiết bị.  Tính toán chống sét, nối đất chống sét và nối đất an toàn cho người và thiết bị.  Tính toán chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.  Tiếp theo thiết kế kỹ thuật là bước thiết kế thi công như các bản vẽ lắp đặt, những nguyên vật liệu cần thiết… cuối cùng là công tác kiểm tra điều chỉnh và thử nghiệm các trang thiết bị, đưa vào vận hành và bàn giao. 1.2.3 Các chỉ tiêu kỹ thuật trong cung cấp điện xí nghiệp Chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện được đánh giá bằng chất lượng điện năng cung cấp, thông qua 3 chỉ tiêu cơ bản U; f; tính liên tục cung cấp điện. *Điện áp: độ lệch điện áp tại một điểm trong hệ thống cung cấp điện là độ chênh lệch giữa điện áp thực tế so với điện áp định mức với điều kiện là độ biến thiên của điện áp nhỏ hơn 1%Uđm/giây. U  U đm U %  .100, % U đm Độ lệch điện áp cho phép được qui định như sau: (ở chế độ làm việc bình thường). + Mạng động lực: [U%] =  5 % Udm + Mạng chiếu sáng: [U%] =  2, 5 % Udm Trường hợp khởi động động cơ hoặc mạng điện đang trong tình trạng sự cố thì độ lệch điện áp cho phép có thể tới (-10  20 %)Udm . Ngoài ra, chất lượng điện áp còn được đánh giá theo các đại lượng sau: - Dao động điện áp (khi độ biến thiên của điện áp không nhỏ hơn 1%Uđm/giây) U max  U min U %  .100, % U đm 6
- Độ không hình sin của dạng đường cong điện áp. - Độ không đối xứng của điện áp. - Độ lệch trung tính. * Tần số: Độ lệch tần số cho phép được qui định là  0,5 Hz. Để đảm bảo tần số của hệ thống điện được ổn định thì công suất tiêu thụ phải nhỏ hơn công suất của hệ thống. Vậy ở xí nghiệp lớn khi phụ tải gia tăng thường phải đặt thêm thiết bị tự động đóng thêm máy phát điện dự trữ của xí nghiệp hoặc thiết bị bảo vệ sa thải phụ tải theo tần số *Tính liên tục cung cấp điện: là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng điện năng. Rõ ràng, nếu các chỉ tiêu về điện áp, tần số,.. được đảm bảo, nhưng điện năng không được cung cấp liên tục thì một hệ thống điện như vậy không những không đưa lại hiệu quả kinh tế mà còn gây thiệt hại lớn cho nền kinh tế quốc dân. Chính vì vậy, vấn đề độ tin cậy cung cấp điện phải được xét tới trong giai đoạn thiết kế cũng như vận hành. Độ tin cậy cung cấp điện là khả năng của hệ thống cung cấp điện đảm bảo liên tục cung cấp điện với chất lượng điện định trước trong khoảng thời gian định trước. Các chỉ tiêu cơ bản để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện là tổn thất kinh tế do ngừng cung cấp điện, cường độ hỏng hóc, thời gian phục hồi... Một số ký hiệu thường dùng: 1 – Máy phát điện hoặc nhà máy điện ~ 2 - Động cơ điện Đ 3 – Máy biến áp 2 cuộn dây. 4 – Máy biến áp 3 cuộn dây. 5 – Máy biến áp điều chỉnh dưới tải. 6 - Kháng điện. 7 – Máy biến dòng điện. 8 – Máy cắt điện. 9 - Cầu chì. 10 - Aptômát. 11 – Cầu dao cách ly. 7
12 – Máy cắt phụ tải. 13 – Tụ điện bù. 14 – Tủ điều khiển 15 – Tủ phân phối. 16 – Tủ phân phối động lực. 17 – Tủ chiếu sáng làm việc. 18 - Tủ chiếu sáng cục bộ. 19 – Khởi động từ. 20 - Đèn sợi đốt. 21 - Đèn huỳnh quang. 22 – Công tắc điện. 23 – Ổ cắm điện. 24 – Dây dẫn điện. 25 – Dây cáp điện 26 – Thanh dẫn (thanh cái). 27 – Dây dẫn tần số  50 hz 28 – Dây dẫn mạng hai dây. 29 – Dây dẫn mạng 4 dây. 30 - Đường dây điện áp U  36 V. 31 – Đường dây mạng động lực 1 chiều. 32 – Chống sét ống. 33 – Chống sét van. 8
34 – Cầu chì tự rơi. 1.2 Phân loại hộ dùng điện xí nghiệp: Các hộ dùng điện trong xí nghiệp gồm nhiều loại tuỳ theo cách phân chia khác nhau  (nhằm mục đích đảm bảo cung cấp điện theo nhu cầu của từng loại hộ phụ tải). a) Theo điện áp và tần số: căn cứ vào Udm và f * Hộ dùng điện 3 pha Udm < 1000 V ; fdm = 50 Hz. * Hộ dùng điện 3 pha Udm > 1000 V ; fdm = 50 Hz. * Hộ dùng điện 1 pha Udm < 1000 V; fdm = 50 Hz. * Hộ dùng điện làm việc với tần số  50 Hz. * Hộ dùng dòng điện một chiều. b) Theo chế độ làm việc: (của các hộ dùng điện).  Dài hạn: phụ tải không thay đổi hoặc ít thay đổi, làm việc dài hạn mà nhiệt độ không vượt quá giá trị cho phép (VD: bơm; quạt gió, trạm khí nén…).  Ngắn hạn: thời gian làm việc không đủ dài để nhiệt độ trung bình đạt giá trị qui định (VD: các động cơ truyền động cơ cấu phụ của máy cắt gọt kim loại, động cơ đóng mở van của thiết bị thuỷ lực).  Ngắn hạn lặp lại: các thời kỳ làm việc ngắn hạn của trung bình xen lẫn với thời kỳ nghỉ ngắn hạn  được đặc trưng bởi tỷ số giữa thời gian đóng điện và thời gian toàn chu trình sản suất (VD: máy nâng; thiết bị hàn). c) Theo mức độ tin cây cung cấp điện: tuỳ theo tầm quan trọng trong nền kinh tế và xã hội, các hộ tiêu thụ điện được cung cấp điện với mức độ tin cậy khác nhau và phân thành 3 loại. * Hộ loại I: là hộ mà khi sự cố ngừng cung cấp điện sẽ gây ra những thiệt hại lớn về kinh tế, đe doạ đến tính mạng con người, hoặc ảnh hưởng, có hại lớn về chính trị – gây những thiệt hại do đối loạn qui trình công nghệ. Hộ loại I phải được cung cấp điện từ 2 nguồn độc lập trở lên. Xác suất ngừng cung cấp điện rất nhỏ, thời gian ngừng cung cấp điện thường chỉ được phép bằng thời gian tự động đóng thiết bị dự trữ. Xí nghiệp công nghiệp: nhà máy hóa chất, văn phòng chính phủ, phòng mổ bệnh viện… Xí nghiệp mỏ: + Quạt gió chính và các thiết bị phục vụ cho nó + Các thiết bị thông gió đặt ở giếng gió phụ, quạt thông gió cục bộ cho các gương lò cụt trong các mỏ có khí bụi nổ loại 3 và siêu hạng. + Trạm thoát nước chính và cục bộ + Trạm ép khí ở các mỏ khai thác vỉa dốc đứng trong trường hợp quạt cục bộ được truyền động bằng khí ép. + Bơm cứu hỏa và các thiết bị để hạn chế sự xuất khí nổ từ các vỉa than + Trục tải trở người và các thiết bị phục vụ cho nó * Hộ loại II: là hộ tuy có tầm quan trọng lớn nhưng khi ngừng cung cấp điện chỉ dẫn đến thiệt hại về kinh tế do hư hỏng sản phẩm, ngừng trệ sản xuất v.v… 9
hộ loại II được cung cấp điện từ 1 hoặc 2 nguồn – thời gian ngừng cung cấp điện cho phép bằng thời gian để đóng thiết bị dự trữ bằng tay. Xí nghiệp công nghiệp: nhà máy cơ khí, nhà máy thực phẩm, các khách sạn lớn, trạm bơm tưới tiêu… Xí nghiệp mỏ: + Các thiết bị trên mặt mỏ: trục tải, trạm ép khí, các thiết bị chất dỡ và vận chuyển, các thiết bị ở xưởng tuyển khoáng… + Trong hầm lò: tất cả các máy móc thiết bị tham gia vào dây chuyền sản xuất. * Hộ loại III: mức độ tin cậy thấp hơn, gồm các hộ không nằm trong hộ loại 1 và 2. Cho phép mất điện trong thời gian sửa chữa, thay thế phần tử sự cố nhưng không quá một ngày đêm. Hộ loại III thường được cung cấp điện bằng một nguồn. 10
Chương 2: PHỤ TẢI ĐIỆN Vai trò của phụ tải điện: trong xí nghiệp có rất nhiều loại máy khác nhau, với nhiều công nghệ khác nhau; trình độ sử dụng cũng rất khác nhau cùng với nhiều yếu tố khác dẫn tới sự tiêu thụ công suất của các thiết bị không bao giờ bằng công suất định mức của chúng. Nhưng mặt khác chúng ta lại cần xác định phụ tải điện, phụ tải điện là một hàm của nhiều yếu tố theo thời gian P(t), và vì vậy chúng không tuân thủ một qui luật nhất định  cho nên việc xác định được chúng là rất khó khăn. Nhưng phụ tải điện lại là một thông số quan trọng để lựa chọn các thiết bị của hệ thống điện. Công suất mà ta xác định được bằng cách tính toán gọi là phụ tải tính toán Ptt. Nếu Ptt < pthực tê  thiết bị mau giảm tuổi thọ, có thể cháy nổ. Nếu Ptt > pthực tê  lãng phí. Do đó đã có rất nhiều công trình nghiên cứu nhằm xác định Ptt sát nhất với Pt.tế. Chủ yếu tồn tại 2 nhóm phương pháp. + Nhóm phương pháp dựa trên kinh nghiệm vận hành, thiết kế và được tổng kết lại bằng các hệ số tính toán (đặc điểm của nhóm phương pháp này là: thuận lợi nhất cho việc tính toán, nhanh chóng đạt kết quả, nhưng thường cho kết quả kém chính xác). + Nhóm thứ 2 là nhóm phương pháp dựa trên cơ sở của lý thuyết xác suất và thống kê (có ưu điểm ngược lại với nhóm trên là: cho kết quả khá chính xác, xong cách tính lại khá phức tạp ). 2.1 Đồ thị phụ tải: - Thiết bị dùng điện hay còn gọi là thiết bị tiêu thụ là những thiết bị tiêu thụ điện năng như: động cơ điện, lò điện, đèn điện.. - Hộ tiêu thụ là tập hợp các thiết bị điện của phân xưởng hay của xí nghiệp hoặc của khu vực - Phụ tải điện là một đại lượng đặc trưng cho công suất tiêu thụ của các thiết bị hoặc các hộ tiêu thụ điện năng. Đồ thị phụ tải: “thể hiện các chỉ tiêu cho sự tiêu dùng năng lượng điện của các phụ tải (thiết bị riêng lẻ, của nhóm thiết bị, của phân xưởng hoặc của toàn bộ xí nghiệp) theo thời gian”. a) Phân loại: có nhiều cách phân loại  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. 11
Hình 2-1: 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 kín 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). Hình2-2: 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). Hình 2-3: 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 Tmax, hệ số công suất trung bình và hệ số điền kín phụ tải. 2.2. Các tham số đặc trưng của phụ tải điện: a) Công suất định mức: 12
“ Là thông số đặc trưng chính của phụ tải điện, thường được ghi trên nhãn của máy hoặc cho trong lý lịch máy”. Đơn vị đo của công suất định mức thường là kW hoặc kVA. Với một động cơ điện Pđm chính là công suất cơ trên trục cơ của nó. pđ đ Pdm pđm Pd  m  dm dm – là hiệu suất định mức của động cơ thường lấy là 0,8  0,85 (với động cơ không đồng bộ không tải). Tuy vậy với các động cơ công suất nhỏ và nếu không cần chính xác lắm thì có thể lấy Pd  Pdm. Chú ý: + Với các thiết bị nung chẩy công suất lớn, các thiết bị hàn thì công suất định mức chính là công suất định mức của máy biến áp và thường cho là [kVA]. + Thiết bị ở chế độ ngắn hạn lặp lại, khi tính phụ tải tính toán phải qui đổi về chế độ làm việc dài hạn (tức phải qui về chế độ làm việc có hệ số tiết điện tương đối). Động cơ Pdm '  Pdm .  dm Biến áp ' Pdm  Sdm . cos  .  dm Trong đó: P’dm – công suất định mức đã qui đổi về dm %. Sdm; Pdm; cos ; dm % - các tham số định mức ở lý lịch máy của thiết bị. + Vì tất cả các thiết bị cung cấp điện từ nguồn đến các đường dây tuyền tải đều là thiết bị 3 pha, các thiết bị dùng điện lại có cả thiết bị 1 pha (thường công suất nhỏ). Các thiết bị này có thể đấu vào điện áp pha hoặc điện áp dây  khi tính phụ tải cần phải được qui đổi về 3 pha. * Khi thiết bị 1 pha đấu vào điện áp pha của mạng thì công suất tương đương sang 3 pha: Pdm td = 3.Pdm fa Pdm td - Công suất định mức tương đương (sang 3 pha). Pdm fa - Công suất định mức của phụ tải một pha. * Khi có 1 phụ tải 1 pha đấu vào điện áp dây. Pdmtd  3 .Pdmfa * Khi có nhiều phụ tải 1 pha đấu vào nhiều điện áp dây và pha khác nhau: Pdmtd  3.Pdmfa max để tính toán cho trường hợp này, trước tiên phải qui đổi các thiết bị 1 pha đấu vào điện áp dây về thiết bị đấu vào điện áp pha. Sau đó sẽ xác định được tổng công suất của 1 pha có phụ tải lớn nhất (Pdmfamax). b, Phụ tải trung bình: 13
- Phụ tải trung bình trong thời gian quan sát t là một đặc trưng tĩnh của biểu đồ. Phụ tải trung bình của 1 nhóm là giá trị phụ tải yêu cầu thấp nhất của nhóm phụ tải đó: T T  P(t ) dt W Q (t ) dt Wr Ptb  0  a Qtb  0  T T T T Wa, Wr : Năng lượng tác dụng và năng lượng phản kháng thực tế của nhóm phụ tải. c, Phụ tải cực đại: là giá trị lớn nhất của biểu đồ phụ tải trong thời gian quan sát t với tần số nhất định. d, Phụ tải tính toán: Phụ tải tính toán là phụ tải giả thiết không đổi lâu dài của các phần tử trong hệ thống cung cấp điện (máy biến áp, đường dây...) tương đương với phụ tải thực tế biến đổi theo điều kiện tác dụng nhiệt nặng nề 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. Do vậy, về phương diện phát nóng, nếu ta chọn các thiết bị điện theo phụ tải tính toán thì có thể đảm bảo an toàn cho các thiết bị đó trong mọi trạng thái vận hành. Phụ tải tính toán là giá trị cơ bản để thiết kế hệ thống điện. e, Các hệ số đặc trưng của biểu đồ phụ tải: * Hệ số điền kín: là tỷ số giữa công suất tác dụng (công suất phản kháng) trung bình với công suất tác dụng cực đại(công suất phản kháng cực đại). Ptb Qtb k dkP  k dkQ  Pmax Qmax * Hệ số cực đại: là trị số tỷ lệ nghịch với hệ số điền kín của biểu đồ phụ tải: Pmax Qmax k max P  k max Q  -> tra bảng Ptb Qtb * Hệ số hình dáng: là tỷ số giữa phụ tải trung bình bình phương Ptb.b với phụ tải trung bình: Ptb.b Qtb.b k hdP  k hdQ  Ptb Qtb n pi2 .t i trong đó: Ptb.b   i 1 T n qi2 .t i Qtb.b   i 1 T * Hệ số sử dụng: là tỷ số giữa công suất trung bình với công suất định mức của các phụ tải. Ptb Qtb k sdP  k sdQ  Pdm Qdm * Hệ số nhu cầu: là tỷ số giữa công suất cực đại với tổng công suất định mức của các phụ tải: Pmax Qmax k yca  n k ycr  n  Pdi i 1 Q i 1 di 14
* Hệ số số thiết bị hiệu quả: là số thiết bị giả thiết có cùng công suất và chế độ là việc, chúng đòi hỏi phụ tải bằng phụ tải tính toán của nhóm phụ tải thực tế. 2  n    pdmi   n  i 1 nhq  pdmi  2 i 1 2.3 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán: Mục đích của việc xác định phụ tải tính toán: - Chọn tiết diện dây dẫn của lưới cung cấp và phân phối điện - Chọn số lượng và công suất máy biến áp - Chọn tiết diện thanh dẫn của thiết bị phân phối - Chọn các thiết bị chuyển mạch và bảo vệ. Tuỳ thuộc vào vị trí của phụ tải, vào giai đoạn thiết kế mà người ta dùng phưong pháp chính xác hoặc đơn giản. Khi xác định Ptt cần lưu ý một số vấn đề: + Đồ thị phụ tải luôn luôn thay đổi theo thời gian, tăng lên và bằng phẳng hơn theo mức hoàn thiện kỹ thuật sản xuất (hệ số điền kín phụ tải tăng lên dần). + Việc hoàn thiện quá trình sản xuất (tự động hoá và cơ giới hoá) sẽ làm tăng lượng điện năng của xí nghiệp  khi thiết kế cung cấp điện phải tính đến sự phát triển tương lai của xí nghiệp, phải lấy mức của phụ tải xí nghiệp 10 năm sau. Các phương pháp xác định phụ tải tính toán và phạm vi sử dụng: 1- Theo công suât trung bình và hệ số cực đại: còn gọi là phương pháp biểu đồ hay phương pháp số thiết bị điện hiệu quả - thường được dùng cho mạng điện phân xưởng điện áp đến 1000V và mạng cao hơn, mạng toàn xí nghiệp. 2- Theo công suất trung bình và độ lệch của phụ tải khỏi giá trị trung bình: đây là phương pháp thống kê - dùng cho mạng điện phân xưởng điện áp đến 1000V. 3- Theo công suất trung bình và hệ số hình dạng của đồ thị phụ tải: dùng cho mạng điện từ trạm biến áp phân xưởng cho đến mạng toàn xí nghiệp. 4- Theo công suất đặt và hệ số nhu cầu (cần dùng): dùng để tính toán sơ bộ, ngoài ra còn 2 phương pháp khác. 5- Theo xuất chi phí điện năng trên đơn vị sản phẩm: 6- Theo xuất phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất: cả hai phương pháp trên đều dùng để tính toán sơ bộ. 1) Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu: + Để xác định Ptt của phụ tải đấu vào 1 máy biến áp hoặc của cả xí nghiệp mỏ nói chung, các phụ tải cần được phân thành nhóm: - Nhóm các phụ tải cùng loại. - Nhóm các phụ tải cùng tham gia vào một khâu công nghệ - Nhóm các phụ tải cùng hoạt động trong một khu vực của xí nghiệp. + Tổng công suất tác dụng định mức của các phụ tải trong một nhóm: n Pdm.nh   Pdi 1 + Phụ tải tính toán của nhóm thiết bị có chế độ làm việc giống nhau (cùng ksd) 15
Ptt.nh = knc .  pđi Qtt.nh = ptt.nh . tgtb Ptt .nh S tt  Ptt2.nh  Qtt2.nh  cos  tb knc – hệ số nhu cầu của nhóm thiết bị (tra bảng) costb - hệ số công suất của nhóm tb. (vì giả thiết là toàn bộ nhóm là có chế độ làm việc như nhau và cùng chung một hệ số cos). - Nếu nhóm tbị có nhiều thiết bị với cos khá khác nhau thì costb của nhóm: n p dmi . cos  cos  tb  1 n p1 dmi - Đối với phụ tải hạ áp đấu vào 1 máy biến áp 6-10/0,4kV thì knc có thể được xác định theo công thức kinh nghiệm: Pd . max n20: knc = 0,29 + 0,71. n P 1 dm.i + Khi tính cho toàn xí nghiệp: m ptt.xn = P 1 tt .nh m qtt.xn = Q 1 tt .nh S tt  k cd Ptt2. xn  Qtt2. xn trong đó: m: số nhóm thiết bị kcd = 0,85 -:- 0,95: hệ số trùng cực đại của phụ tải điện theo các nhóm Nhận xét: phương pháp này có ưu điểm đơn giản, thuận tiện, nhược điểm là kém chính xác do knc tra trong sổ tay là một số liệu cố định cho trước, không phụ thuộc vào chế độ vận hành và số thiết bị trong nhóm máy. 2) Xác định phụ tải tính toán theo xuất phụ tải trên đơn vị diện tích sản xuất: Theo phương pháp này: Ptt = p0.F p0 - xuất phụ tải tính toán trên 1 m2 diện tích sản suất [kw/m2]. (tra sổ) F - diện tích sản xuất đặt thiết bị [m2]. Nhận xét : Phương pháp này chỉ dùng để tính toán sơ bộ. 3) Xác định phụ tải tính toán theo xuất chi phí điện năng trên đơn vị sản phẩm và tổng sản lượng: M .W0 PTB  Tmax 16
Trong đó: W0 - Suất tiêu hao điện năng cho đơn vị sản phẩm [kwh/1đv]. M - Số đơn vị sản phẩm được sản xuất ra trong 1 năm (sản lượng) Tmax - Thời gian sử dụng công suất lớn nhất (h) Nhận xét: thường dùng để tính toán cho các thiết bị điện có đồ thị phụ tải ít biến đổi: quạt gió, bơm nước, máy nén khí, thiết bị điện phân.. 4) Xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại: (phương pháp số thiết bị hiệu quả) Theo phương pháp này phụ tải tính toán của nhóm thiết bị: Ptt  K M .Ptb  K M .K sd .Pdm Ptb – công suất trung bình của phu tải trong ca mang tải lớn nhất. Pdm – công suất định mức của phụ tải (tổng pdm của tb trong nhóm ). ksd – hệ số sử dụng công suât tác dụng (của nhóm tb.) KM – hệ số cực đại công suất tác dụng với khoảng thời gian trung bình t=30 phút (với Ptt và KM khi không có ký hiệu đặc biệt được hiểu là tính với t=30 phút). a) Hệ số sử dụng công suât:: ksd “là tỉ số giữa công suất trung bình và công suất định mức” hệ số sử dụng được định nghĩa cho cả Q; I. Với thiết bị đơn lẻ kí hiệu bằng chữ nhỏ còn với nhóm thiết bị được kí hiệu bằng chữ in hoa. n p P p dmi .k sdi k sd  tb ; K sd  tb  i 1 n pdm Pdm pi 1 dmj có thể xác định theo điện năng: A K sd  Ar A - điện năng tiêu thụ trong 1 ca theo đồ thị phụ tải. Ar - điện năng tiêu thụ định mức. Tương tự ta có: n q Q q dmi .k sdqi k sdq  tb ; K sdq  tb  i 1 n q dm Qdm qi 1 dmj n i I i dmi .k sdi k sdI  tb ; K sdI  tb  i 1 n i dm I dm i i 1 dmj + Hệ số sử dụng các thiết bị riêng lẻ và các nhóm thiết bị đặc trưng được xây dựng theo các số liệu thống kê lâu dài và được cho trong các cẩm nang kỹ thuật. b) Số thiết bị dùng điện có hiệu quả: nhq Định nghĩa: “là số thiết bị điện giả thiết có cùng công suât, cùng chế độ làm việc mà chúng gây ra một phụ tải tính toán, bằng phụ tải tính toán của nhóm tb. có đồ thị phụ tải không giống nhau về công suât và chế độ làm việc” công thức đầy đủ để tính số thiết bị dùng điện hiệu quả của nhóm có n thiết bị: 17
2 n  pdmi nhq   n  i 1 pdmi 2 i 1 Pdmi – công suất định mức của thiết bị thứ i trong nhóm. n - tổng số thiết bị trong nhóm. + Nếu công suất định mức của tất cả các thiết bị dùng điện đều bằng nhau  n = nhq. + Với số thiết bị lớn sử dụng công thức trên không thuận lợi  có thể sử dụng công thức gần đúng với sai số 20 %. Các trường hợp riêng để tính nhanh nhq : Pdm max + Khi m 3 và ksd  0,4 thì số thiết bị hiệu quả sẽ lấy bằng số Pdm min thiết bị thực tế của nhóm  nhq  n + Khi trong nhóm có n1 thiết bị dùng điện có tổng công suất định mức nhỏ hơn hoặc bằng 5 % tổng công suất định mức của toàn nhóm n1 n  pdmi  5% pdmi  nhq  n  n1 Ví dụ: xác định số thiết bị hiệu quả của nhóm có chế độ làm việc dài hạn có số lượng và công suất như sau: hệ số sử dụng của toàn nhóm ksd = 0,5 số tb công suât * Tính bằng công thức đầy đủ: 10 .0 ,6  5.4 ,5  6.7  5.10  2.14 2 10 -- 0,6 kw 10 ,0 ,6 2  5.4 ,5 2  6.7 2  5.10 2  2.14 2  20 5 -- 4,5 kw 6 -- 7 kw * Tính gần đúng: vì nhóm có 10 thiết bị rất nhỏ (0,6 kw) 5 -- 10 kw 10x0,6= 6 kW <  Pdmx 5% = 148,5x5%= 7,4 2 -- 14 kw  nhq = n – n1 = 28 – 10 = 18 kết quả này sai số 10%. n 2. pdmi + khi m > 3 và ksd  0,2 thì: n hq  i 1 pdm max Chú ý: nếu tính ra nhq > n  n hq  n Ví dụ: nhóm có các thiết bị làm việc dài hạn. hãy xác định số thiết bị hiệu quả của nhóm; ksd = 0,4 số tb công suât 4 -- 20 kw m = 20/1 = 20 > 3 ; ksd = 0,4 > 0,2 5 -- 10 kw 6 -- 4 kw 5 -- 7 kw 4 -- 4,5 kw 18 25 -- 2,8 kw
n 2  pdmi 297  nhq  i 1   29 ,7  30 Pdm max 20 + Khi không có khả năng sử dụng các phương pháp đơn giản: thì phải sử dụng các đường cong hoặc bảng tra. Bảng và đường cong được xây dựng quan hệ số thiết bị hiệu quả tương đối theo n* và p* (Bảng 2 -Phụ lục).: * nhq  f ( n * ; p * ) khi tra được n*hq  nhq  n.nhq * n1 Trong đó: n *  n1 - Số thiết bị có công suất lớn hơn một nửa công n suất của thiết bị có công suất lớn nhất trong nhóm. Pdm1 p*  n - Tổng số thiết bị Pdm Pdm1 - Tổng công suất của n1 thiết bị. Pdm - Tổng công suất định mức của tất cả thiết bị Ví dụ: Xác định số thiết bị hiệu quả của nhóm thiết bị nhóm có ksd = 0,1 số TB công suât Giải: Ta có m = 10/1 =10 với m = 10 ; ksd = 0,1 Không áp dụng được cách gần đúng. 4 -- 10 kw n = 5 + 4 + 5 + 4 + 20 = 38 5 -- 7 kw Pdm = 4x10 + 5x7 + 4x4,5 + 5x2,8 + 20x1 = 127 kW 4 -- 4,5 kw Thiết bị có công suất lớn nhất là 10 kW: 5 -- 2,8 kw 1/2. 10 = 5 kW 20 -- 1 kw n1 = 4 + 5 = 9 p1 = 4x10 + 5x7 = 75 kW n* = n1 / n = 9/38 p* = p1/pdm = 75/127 từ n* và p* tra bảng 2 phụ lục ta tìm được n*hq = 0,59  n hq  n.n hq *  38 x 0 ,56  21 + Đối với nhóm thiết bị một pha đấu vào mạng 3 pha: thì số thiết bị hiệu quả có thể xác định 1 cách đơn giản theo công thức sau: n 2  pdmi n hq  1 3 Pdm max n p 1 dmi - Tổng công suất của thiết bị một pha tại nút tính toán. Pdmmax - Công suất định mức của thiết bị 1 pha lớn nhất. c) Hệ số cực đại: kM “ là tỉ số giữa công suất tính toán và công suất trung bình”. ptt Ptt kM  hoặc KM  ptb Ptb 19