Bài giảng Phân chia nhóm phụ tải và xác định phụ tải tính toán

CHƯƠNG 1 : PHÂN CHIA NHÓM PHỤ TẢI VÀ XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN 1.1 Đặc điểm của phân xưởng: Phân xưởng được xây dựng trên vùng đất có địa chất tốt với kích thước như sau : + Dài 54m + Rộng 18m + Cao 7m Tổng diện tích của phân xưởng là 972m2, phân xưởng không có trần, tường được thiết kế cách âm bề dày 20cm. Nền phân xưởng được gia công bê tông chịu lực. + Số ca làm việc 1 Lao động đa số là công nhân kỹ thuật với độ tuổi từ 20 đến 30 tuổi. Môi trường làm việc thuận lợi không bụi nhiều, nhiệt độ trung bình từ 250C đến 300C. 1.2 Các thông số thiết bị phụ tải phân xưởng: STT THIẾT BỊ SỐ LƯỢNG P (KW) COSj Ksd Udm (V) 1 1 2 5 0,8 0,8 380 2 2 3 5 0,9 0,6 380 3 3 3 5 0,8 0,7 380 4 4 4 12 1,0 0,8 380 5 5 5 14 0,9 0,9 380 6 6 2 11 0,9 0,7 380 7 7 2 7 0,9 0,8 380 8 8 2 12 1,0 0,8 380 9 9 3 7 0,9 0,7 380 10 10 3 12 1,0 0,9 380 11 11 3 16 0,9 0,8 380 12 12 2 3 0,9 0,6 380 Bảng 1.1 : Các thiết bị điện trong phân xưởng Phân nhóm phụ tải: Phân nhóm thiết bị phụ tải ta dựa trên các yếu tố sau : + Các thiết bị trong cùng nhóm nên có cùng chức năng + Phân nhóm theo khu vực + Phân nhóm cần chú ý đến sự phân bố công suất đều cho các nhóm + Số nhóm không nên quá nhiều Căn cứ vào việc bố trí vị trí của phân xưởng mà yêu cầu làm việc thuận tiện nhất và để làm việc có hiệu quả nhất thông qua các chức năng hoạt động của các máy móc thiết bị đồng thời có lợi về kinh tế. Với những máy móc thiết bị đã cho. Người thực hiện chia thành bốn nhóm. Đi cùng với bốn nhóm là bốn tủ động lực và một tủ phân phối chính. Các tủ động lực và tủ phân phối chính phải đạt các yêu cầu về kỹ thuật cũng như các yêu cầu về kinh tế. Ngoài việc cung cấp điện cho bốn nhóm thiết bị, cần cung cấp điện cho hệ thống chiếu sáng phân xưởng. Tuy nhiên để đảm bảo cho việc chiếu sáng ta dùng một nguồn sáng riêng biệt. Các thiết bị máy móc của phân xưởng đều là ba pha nên ta không cần quy đổi từ một pha sang ba pha. Chỉ có hệ thống chiếu sáng là cần nguồn một pha. Nhóm Ký hiệu trên mặt bằng Số lượng Công suất P (Kw) Công suất tổng của nhóm P(kw) 1 thiết bị Tổng 1 1 2 5 10 84 3 3 5 15 4 2 12 24 5 2 14 28 7 1 7 7 2 2 3 5 15 83 4 2 12 24 6 1 11 11 8 1 12 12 9 3 7 21 3 5 3 14 42 76 10 1 12 12 11 1 16 16 12 2 3 6 4 6 1 11 11 86 7 1 7 7 8 1 12 12 10 2 12 24 11 2 16 32 Bảng 1.2 Công suất của từng nhóm trong phân xưởng Sơ đồ mặt bằng phân xưởng: 1.4 Xác định phụ tải tính toán: Phụ tải tính toán là một số liệu cơ bản dùng để thiết kế hệ thống cung cấp điện. 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. Nếu chọn các thiết bị điện theo phủ tải tính toán thì có thể đảm bảo an toàn về mặt phát nóng cho các thiết bị đó trong mọi trạng thái vận hành. Căn cứ vào sơ đồ mặt bằng của các máy móc thiết bị trong phân xưởng, đối với phụ tải động lực ta chia thành 4 nhóm để tính toán. Việc tính toán xác định phụ tải động lực phân xưởng cụ thể được chọn theo phương pháp số thiết bị dùng điện có hiệu quả. Phương pháp này được trình bày qua các bước tính toán cụ thể của từng nhóm như sau: 1.4.1 Phụ tải tính toán nhóm 1: Stt Ký hiệu trên mặt bằng Số lượng Pđm(kw) Cos Ksd 1 máy Toàn bộ 1 1 2 5 10 0,8 0,8 2 3 3 5 15 0,8 0,7 3 4 2 12 24 1,0 0,8 4 5 2 14 28 0,9 0,9 5 7 1 7 7 0,9 0,8 Số thiết bị hiệu quả của nhóm n thiết bị được định nghĩa là một số quy đổi có nhq thiết bị có công suất định mức và chế độ làm việc giống nhau và gây lên phụ tải tính toán bằng phụ tải thật tiêu thụ thực bởi n thiết bị đó. Số thiết bị hiệu quả nhóm 1: Hệ số sử dụng trung bình của nhóm 1 là: Từ hai hệ số nhq và Ksdtb1 ta tra bảng ta có Kmax = 1,08 Phụ tải tính toán của nhóm 1 là: Hệ số công suất trung bình nhóm 1: cos tb = = = 0,90 Ta có tang = 0,48 công suất phản kháng của nhóm 1: (kvar) Công suất biểu kiến của nhóm 1: 81,52 (kva) Dòng điện tính toán nhóm 1: 123,86 (A) 1.4.2 Phụ tải tính toán nhóm 2 : Stt Ký hiệu trên mặt bằng Số lượng Pđm(kw) Cos Ksd 1 máy Toàn bộ 1 2 3 5 15 0,9 0,6 2 4 2 12 24 1,0 0,8 3 6 1 11 11 0,9 0,7 4 8 1 12 12 1,0 0,8 5 9 3 7 21 0,9 0,7 Số thiết bị hiệu quả nhóm 2: Hệ số sử dụng trung bình của nhóm 2 là: Từ hai hệ số và Ksdtb2 ta tra bảng ta có Kmax = 1,18 Phụ tải tính toán của nhóm 2 là: 1,18 0,72 83 = 70,52 (kw) Hệ số công suất trung bình nhóm 2: Cos tb = Ta có tan g = 0,36 Công suất phản kháng của nhóm 2: (kvar) Công suất biểu kiến của nhóm 2: 75(kva) Dòng điện tính toán nhóm 2: 114 (A) 1.4. 3 Phụ tải tính toán nhóm 3: Stt Ký hiệu trên mặt bằng Số lượng Pđm(kw) Cos Ksd 1 máy Toàn bộ 1 5 3 14 42 0,9 0,9 2 10 1 12 12 1,0 0,9 3 11 1 16 16 0,9 0,8 4 12 2 3 6 0,9 0,6 Số thiết bị hiệu quả nhóm 3: Hệ số sử dụng trung bình của nhóm 3 là: Từ hai hệ số nhq và Ksdtb3 ta tra bảng ta có Kmax = 1,1 Phụ tải tính toán của nhóm 3 là: Hệ số công suất trung bình nhóm 3: Cos tb = Ta có tan g = 0,44 Công suất phản kháng của nhóm 3: (kvar) Công suất biểu kiến của nhóm 3: Dòng điện tính toán nhóm 3: 1.4.4 Phụ tải tính toán nhóm 4: Stt Ký hiệu trên mặt bằng Số lượng Pđm(kw) Cos Ksd 1 máy Toàn bộ 1 6 1 11 11 0,9 0,7 2 7 1 7 7 0,9 0,8 3 8 1 12 12 1,0 0,8 4 10 2 12 24 1,0 0,9 5 11 2 16 32 0,9 0,8 Số thiết bị hiệu quả nhóm 4: Hệ số sử dụng trung bình của nhóm 4 là: Từ hai hệ số nhq và Ksdtb4 ta tra bảng ta có Kmax = 1,14 Phụ tải tính toán của nhóm 4 là: Hệ số công suất trung bình nhóm 4: Cos = Ta có tan g = 0,36 Công suất phản kháng của nhóm 4: (kvar) Công suất biểu kiến của nhóm 4: Dòng điện tính toán nhóm 4: 1.4.5 Phụ tải tính toán chiếu sáng: Chiếu sáng đóng một vai trò quan trọng trong quy trình hoạt động của phân xưởng. Mạng điện phục vụ cho việc chiếu sáng thường được lấy điện từ một tủ riêng biệt (tủ chiếu sáng), tủ này được cung cấp điện từ tủ phân phối chính. Mạng chiếu sáng có thể lấy điện cùng một tuyến với mạng động lực. Tuy nhiên để tránh chất lượng chiếu sáng bị giảm sút cũng như các đèn khó hoạt động khi các thiết bị động lực khởi động. Vì thế với mạng chiếu sáng ta dùng một mạng riêng. Tuy nhiên vì điều kiện không cho phép nên ở đây ta lấy điện từ tủ phân phối chính để cung cấp điện cho tủ chiếu sáng. Vì phân xưởng có diện tích lớn 972m2. Nếu gặp sự cố về điện, hệ thống chiếu sáng không còn sẽ xảy ra những khó khăn cho công nhân trong xưởng. Vì vậy cần có hệ thống chiếu sáng sự cố. Hệ thống này được cấp điện bởi máy phát Diezel. Để xác định phụ tải chiếu sáng, ta tính theo phương pháp suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích: Ÿ Pttcs :là công suất tính toán chiếu sáng cho phân xưởng Ÿ po: suất chiếu sáng trên một đơn vị diện tích Ÿ S: diện tích toàn phân xưởng Vì trần phân xưởng tương đối cao nên ta chọn po = 20 W/m2 Để chiếu sáng cho phân xưởng ta dùng đèn huỳnh quang có bù nên hệ số cos chiếu sáng là 0,9 ; tg = 0,48 Qttcs =19,4 x 0,48 = 9,3 (kvar) 1.4.6 Phụ tải tính toán toàn phân xưởng: Phân xưởng được chia làm 4 nhóm phụ tải, trong phân xưởng có một tủ phân phối chính, bốn tủ động lực và một tủ chiếu sáng. Trong thực tế không hẳn các thiết bị hoạt động một cách đồng thời, đây cũng là lý do mà ta phải chọn số thiết bị làm việc đồng thời mà ta cần quan tâm khi tính toán phụ tải toàn phân xưởng. Thường thì hệ số đồng thời từ 0,85 đến 1. Đối với phân xưởng này ta chọn hệ số đồng thời là Kđt = 0,9 vì các nhóm chênh lệch công suất không nhiều. Công suất tác dụng của toàn phân xưởng: 284,13 (kw) Công suất phản kháng của toàn phân xưởng: 117,52 (kvar) Công suất biểu kiến toàn phân xưởng: 307,47(kva) Hệ số công suất : 0,92 1.5 Xác định tâm phụ tải: Khi thiết kế mạng điện cho phân xưởng, việc xác định vị trí đặt tủ phân phối hay trạm biến áp phân xưởng là rất quan trọng, nó ảnh hưởng rất lớn đến chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật. Hiện nay có nhiều phương pháp toán học cho phép xác định tâm phụ tải điện của từng phân xưởng cũng như của toàn xí nghiệp bằng giải tích. Phương pháp thứ nhất do giáo sư Fedorov đề nghị, dựa trên một số cơ sở của cơ học lý thuyết, cho phép ta xác định tâm phụ tải phân xưởng với độ chính xác tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể. Nếu coi phụ tải phân bố đều trên diện tích phân xưởng, thì tâm phụ tải phân xưởng có thể xem như trùng với trọng tâm hình học của phân xưởng trên mặt bằng. Nếu căn cứ vào phân bố thực tế của các phụ tải trong phân xưởng thì tâm phụ tải sẽ không trùng với trọng tâm hình học của phân xưởng và việc tìm tâm phụ tải là xác định trọng tâm của khối. Giả thiết các phụ tải điện phân xưởng là Pi tương tự như các khối lượng, thì tọa độ tâm phụ tải có thể xác định theo công thức sau: ; Trong đó xi; yi là tọa độ của các thiết bị (nhóm) trong nhóm (phân xưởng) Phương pháp này đơn giản, dễ thực hiện trên máy tính, nhưng sai số tới 10% Phương pháp thứ hai do giáo sư A. H.Butkov đề nghị. Phương pháp này là biến dạng của phương pháp thứ nhất, nghĩa là không chỉ xét đến chỉ số của phụ tải điện mà còn xét đến cả thời gian làm việc Ti của phụ tải trong cả thời kỳ tính toán. Khi đó tâm phụ tải điện được xác định theo công thức sau: ; Tuy nhiên vì số ca làm việc của phân xưởng là một ca nên có thể nói các thiết bị có thời gian sử dụng, làm việc gần như nhau nên phương pháp 2 lúc đó cũng chính là phương pháp thứ nhất. 1.5.1 Xác định tâm phụ tải của từng nhóm: Kích thước của bản vẽ mặt bằng phân xưởng như sau (khổ giấy A4) ŸX = 27cm tương ứng với thực tế 54000mm ŸY = 9cm tương ứng với thực tế là 18000mm Tâm phụ tải nhóm 1: Stt Ký hiệu trên mặt bằng Pdm(kw) X(cm) Y(cm) 1 1 5 1,1 2,5 2 1 5 1,1 5,1 3 3 5 3,6 3,8 4 3 5 5,1 3,8 5 3 5 6,6 3,8 6 4 12 3,7 1,1 7 4 12 6,3 1,1 8 5 14 9,3 4 9 5 14 10,2 4 10 7 7 9 0,8 B. Tâm phụ tải nhóm 2: Stt Ký hiệu trên mặt bằng Pdm(kw) X(cm) Y(cm) 1 2 5 2,8 8 2 2 5 4,1 8 3 2 5 5,4 8 4 4 12 8 8 5 4 12 10,1 8 6 6 11 9 6,8 7 8 12 15 4 8 9 7 17,4 7 9 9 7 16,4 8 10 9 7 18,4 8 C. Tâm phụ tải nhóm 3: Stt Ký hiệu trên mặt bằng Pdm(kw) X(cm) Y(cm) 1 5 14 21,3 8 2 5 14 22,3 8 3 5 14 23,3 8 4 10 12 25 8 5 11 16 25,7 5,1 6 12 3 20,2 4,7 7 12 3 22,5 4,7 D. Tâm phụ tải nhóm 4: Stt Ký hiệu trên mặt bằng Pdm(kw) X(cm) Y(cm) 1 6 11 21,5 3,2 2 7 7 17 0,9 3 8 12 22,8 0,9 4 10 12 19,4 0,9 5 10 12 21,2 0,9 6 11 16 25,7 1,9 7 11 16 25,7 3,5 1.5.2 Tâm phụ tải toàn phân xưởng: Stt Ptti (kw) X(cm) Y(cm) 1 73,48 6,47 2,85 2 70,52 11,12 7,18 3 71,9 23,37 7,13 4 80,4 22,54 1,86 Vậy tâm phụ tải toàn phân xưởng là (16 ; 4,65) 1.6 Xác định vị trí đặt tủ động lực cho phân xưởng: Tủ phân phối chính là nơi nguồn cung cấp đi vào và được chia ra thành các mạch nhánh, mỗi mạch được điều khiển và bảo vệ bởi cầu chì hoặc máy cắt. Lắp đặt tủ phân phối và tủ động lực đúng tâm phụ tải của nhóm và của toàn phân xưởng có những ưu điểm sau: Ÿ Chi phí cho việc đi dây và lắp đặt thấp nhất Ÿ Tổn hao điện áp thấp nhất Tuy nhiên trong thực tế khi lắp đặt tủ phân phối còn tùy thuộc vào điều kiện địa lý, yêu cầu của khách hàng…vì vậy ta cần chú ý các vấn đề sau: Ÿ Tủ phân phối cần Ÿ Gần tâm phụ tải Ÿ Gần nguồn điện (trạm biến áp phân xưởng) Ÿ Không cản trở việc đi lại Ÿ Vị trí lắp đặt tủ phải thuận tiện cho việc quan sát toàn nhóm máy hay toàn phân xưởng Ÿ Nên đặt tủ thuận tiện gần cửa ra vào và thoáng mát Theo các điều kiện như trên ta chọn vị trí đặt tủ phân phối và tủ động lực như sơ đồ mặt bằng: