Đồ án Thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí và nhà máy cơ khí

BỘ LAO ĐỘNG_TB & XH CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHSPKT VINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc --------˜&™---------- --------˜&™---------- ĐỒ ÁN MÔN HỌC CUNG CẤP ĐIỆN LỜI NÓI ĐẦU Điện năng là một dạng năng lượng phổ biến và có tầm quan trọng không thể thiếu được trong bất kỳ một lĩnh vực nào của nền kinh tế quốc dân của mỗi đất nước. Như chúng ta đã xác định và thống kê được rằng khoảng 70% điện năng sản xuất ra dùng trong các xí nghiệp, nhà máy công nghiệp. Vấn đề đặt ra cho chúng ta là đã sản xuất ra được điện năng làm thế nào để cung cấp điện cho các phụ tải một cách hiệu quả, tin cậy.Vì vậy cung cấp điện cho các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp có một ý nghĩa to lớn đối với nền kinh quốc dân Nhìn về phương diện quốc gia, thì việc đảm bảo cung cấp điện một cách liên tục và tin cậy cho ngành công nghiệp tức là đảm bảo cho nền kinh tế của quốc gia phát triển liên tục và kịp với sự phát triển của nền khoa học công nghệ thế giới. Khi nhìn về phương diện sản xuất và tiêu thụ điện năng thì công nghiệp là ngành tiêu thụ nhiều nhất.Vì vậy cung cấp điện và sử dụng điện năng hợp lý trong lĩnh vực này sẽ có tác dụng trực tiếp đến việc khai thác một cách hiệu quả công suất của các nhà máy phát điện và sử dụng hiệu quả lượng điện năng được sản xuất ra. Một phương án cung cấp điện hợp lý là phải kết hợp một cách hài hoà các yêu cầu về kinh tế,độ tin cậy cung cấp điện, độ an toàn cao, đồng thời phải đảm bảo tính liên tục cung cấp điện, tiện lợi cho việc vận hành, sửa chữa khi hỏng hóc và phải đảm bảo được chất lượng điện năng nằm trong phạm vi cho phép. Hơn nữa là phải thuận lợi cho việc mở rộng và phát triển trong tương lai. Đặc biệt trong nền kinh tế nước ta hiên nay đang chuyển dần từ một nền kinh tế mà trong đó nông nghiệp chiếm một tỉ lệ lớn sang nền kinh tế công nghiệp nơi máy móc dần thay thế sức lao động của con người. Để thực hiện một chính sách công nghiệp hóa, hiện đại hóa các nghành nghề thì không thể tách rời khỏi việc nâng cấp và thiết kế hệ thống cung cấp điện để có thể đáp ứng được nhu cầu tăng trưởng không ngừng về điện. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn đó, với kiến thức được học tại bộ môn cung cấp điện em được nhận đồ án thiết kế hệ thống cung cấp điện cho phân xưởng cơ khí và nhà máy cơ khí. Là một sinh viên ngành điện, thông qua việc thiết kế đồ án giúp em bước đầu có những kinh nghiệm về thiết kế hệ thống cung cấp điện trong thực tế. Trong thời gian làm đồ án vừa qua, với sự cố gắng của bản thân, đồng thời với sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo, những người đã đi trước có giàu kinh nghiệm. Qua đây em xin cảm ơn cô giáo Nguyễn Minh Thư, người đã tận tình hướng dẫn giúp em hoàn thành đồ án này.Song do thời gian làm đồ án có hạn, kiến thức còn hạn chế nên đồ án của em không thể tránh khỏi những thiếu sót. Do vậy em kính mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của các thầy cô giáo để em bảo vệ đồ án của mình đạt được kết quả tốt nhất. SV: Cao Bá Lam CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY CƠ KHÍ VÀ YÊU CẦU CUNG CẤP ĐIỆN CHO HỘ PHỤ TẢI 1.1 - VỊ TRÍ ĐỊA LÍ VÀ VAI TRÒ KINH TẾ 5 1.2 - MỘT SỐ YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN 7 CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI CHO PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ SỐ 1KTA VÀ TOÀN NHÀ MÁY 1N4 2.1. XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI CHO PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ 9 2.1.1. Phân nhóm phụ tải 9 2.1.2. Các phương pháp xác định phụ tải tính toán. 12 2.1.3. Tính toán phụ tải từng nhóm. 17 2.1.4. Phụ tải chiếu sáng cho phân xưởng cơ khí 20 2.1.5. Phụ tải tính toán toàn phân xưởng cơ khí 20 2.2. XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA NHÀ MÁY 21 CHƯƠNG III THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG VÀ TOÀN NHÀ MÁY A. THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO P.X CƠ KHÍ 23 3.1 - ĐẶT VẤN ĐỀ 23 3.2 - CHỌN SƠ ĐỒ CẤP ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ 24 3.3. LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN CHO PHÂN XƯỞNG 25 3.3.1. Chọn dây chảy bảo vệ cho từng máy . 26 3.3.2. Chọn dây dẫn cung cấp cho các thiết bị. 28 3.3.3 . Chọn dây chảy bảo vệ cho từng nhóm máy 32 3.3.4. Chọn cáp dẫn cung cấp cho từng nhóm máy  33 3.3.5. Chọn tủ phân phối 34 3.3.6. Chọn tủ động lực 34 3.3.7. Chọn aptomat bảo vệ cho các phân xưởng 35 B. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN CHO NHÀ MÁY CƠ KHÍ 35 3.1 - ĐẶT VẤN ĐỀ 35 3.2 - CHỌN PHƯƠNG ÁN CUNG CẤP ĐIỆN CHO NHÀ MÁY 36 3.2.1. Chọn sơ đồ cung cấp điện. 36 3.2.2. Chọn dung lượng và số lượng máy biến áp nhà máy 36 3.2.3. So sánh các phương án cấp điện cho Nhà máy 38 3.3 - PHỤ TẢI CỦA NHÀ MÁY KỂ CẢ TỔN THẤT CÔNG SUẤT 42 3.3.1. Xác định tổn thất trong máy biến áp 42 3.3.2. Vị trí trạm biến áp nhà máy 43 3.3.3 . Chọn các thiết bị điện trong mạng điện nhà máy 44 A. CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN HẠ ÁP 44 B. CHỌN THIẾT BỊ ĐIỆN CAO ÁP 50 CHƯƠNG IV TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH VÀ KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ TRONG MẠNG ĐIỆN 4.1. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 56 4.2. KIỂM TRA THIẾT BỊ 66 CHƯƠNG V THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CHUNG CỦA PHÂN XƯỞNG SỬA CHỮA CƠ KHÍ CHƯƠNG VI TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐỂ NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT CỦA NHÀ MÁY 6.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 84 6.2. XÁC ĐỊNH VÀ PHÂN BỐ DUNG LƯỢNG BÙ. 85 6.3.1.Xác định dung lượng bù 86 6.3.2. Phân bố dung lượng bù cho các thanh cái hạ áp 86 6.3.3. Kiểm tra cosbù của nhà máy sau khi lắp đặt bù 86 CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NHÀ MÁY CƠ KHÍ VÀ YÊU CẦU CUNG CẤP ĐIỆN CHO HỘ PHỤ TẢI 1.1 VỊ TRÍ ĐỊA LÍ VÀ VAI TRÒ KINH TẾ. Phân xưởng cơ khí là một trong những khâu quan trọng trong nhà máy cơ khí công nghiêp, là mắt xích quan trọng để tạo nên một sản phẩm công nghiệp hoàn chỉnh. Loại phân xưởng chuyên môn hóa một loại sản phẩm nó phát huy được mặt mạnh của mình, đóng góp vào việc thúc đẩy sự phát triển của nghành công nghiệp nói chung của nước nhà. Trong thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa thì sản xuất công nghiệp càng được chú trọng hơn bao giờ hết, được đầu tư trang bị các máy móc hiện đại có khả năng tự động hóa cao để không bị lạc hậu so với các nước trong khu vực và trên thế giới. Vì vậy phân xưởng cơ khí đòi hỏi phải có nguồn điện cung cấp tin cậy. Phân xưởng cơ khí 1KTA và nhà máy cơ khí 1N4 trong đồ án có quy mô khá lớn với 14 phân xưởng có các phụ tải điện sau: Bảng 1 -1: Bảng số liệu phụ tải tinh toán các phân xưởng trong nhà máy. Stt Tên phân xưởng Ptt (kW) Qtt (kWAr) Loại hộ 1 Cơ điện 120 110 2 2 Cơ khí số 1 Ptt Qtt 1 3 Cơ khí số 2 180 130 1 4 Rèn, dập 165 125 2 5 Đúc thép 200 180 1 6 Đúc gang 180 150 1 7 Dụng cụ 160 120 2 8 Mộc mẫu 90 70 1 9 Lắp ráp 110 90 2 10 Nhiệt luyện 170 160 1 11 Kiểm nghiệm 70 50 1 12 Kho 1 (Sản phẩm) 50 35 2 13 Kho 2( Vật tư) 50 25 2 14 Nhà hành chính 70 75 1 Do tầm quan trọng của tiến trình CNH – HĐH đất nước đòi hỏi phải có nhiều thiết bị, máy móc. Vì thế nhà máy có tầm quan trọng rất lớn. Là một nhà máy sản xuất các thiết bị công nghiệp vì vậy phụ tải của nhà máy đều làm việc theo dây chuyền, có tính chất tự động hóa cao. Phụ tải của nhà máy chủ yếu là phụ tải loại 1 và loại 2 ( tùy theo vai trò quy trình công nghệ). Nhà máy cần đảm bảo được cấp điện liên tục vần toàn. Do đó nguồn điện cấp cho nhà máy được lấy từ hệ thống điện quốc gia thông qua trạm biến áp trung gian. 1.1.1 Phân xưởng cơ điện. Có nhiệm vụ sửa chữa, bảo dưỡng các thiết bị máy móc cơ điện của nhà máy. Phân xưởng này cũng trang bị nhiều máy móc vạn năng có độ chính xác cao nhằm đáp ứng yêu cầu sửa chữa phức tạp của nhà máy. Mất điện sẽ gây lãng phí lao động, ta xếp phân xưởng này vào hộ tiêu thụ loại 2. 1.1.2 Phân xưởng cơ khí 1, 2. Có nhiệm vụ sản xuất nhiều sản phẩm cơ khí đảm bảo yêu cầu kinh tế kỹ thuật. Quá trình thực hiện trên máy cắt gọt kim loại khá hiện đại với dây chuyền tự động cao. Nếu điện không ổn định, hoặc mất điện sẽ làm hỏng các chi tiết đang gia công gây lãng phí lao động. Phân xưởng này ta xếp vào hộ tiêu thụ loại 1. 1.1.3 Phân xưởng đúc thép, đúc gang. Đây là hai loại phân xưởng mà đòi hỏi mức độ cung cấp điện cao nhất. Nếu ngừng cấp điện thì các sản phẩm đang nấu trong lò sẽ trở thành phế phẩm gây ảnh hưởng lớn về mặt kinh tế. Ta xếp vào hộ tiêu thụ loại 1. 1.1.4 Phân xưởng kiểm nghiệm. Có nhiệm vụ khiểm tra chất lượng sản phẩm và chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm. trong phân xưởng sử dụng nhiêu thiết bị đo đếm có cao chính xác cao, do vậy mức độ ổn định là quan trọng nhất. Xếp vào hộ tiêu thụ loại 1. 1.1.5 Phân xưởng lắp ráp. Phân xưởng thực hiện khâu cuối cùng của việc chế tạo thiết bị, đó là đồng bộ hóa các chi tiết máy. Máy móc có đảm bảo chính xác về mặt kỹ thuật, hoàn chỉnh cũng như an toàn về mặt khi vận hành hay không là phụ thuộc vào mức độ liên tục cung cấp điện. Xếp vào hộ tiêu thụ loại 2. 1.1.6 Phân xưởng rèn, dập. Phân xưởng được trang bị các máy móc và lò rèn để chế tạo ra phôi và các chi tiết khác đảm bảo độ bền và cứng.. xếp vào hộ tiêu thụ loại 2. 1.1.7 Phân xưởng mộc mẩu. Có nhiệm vụ tạo ra các loại khuôn mẫu, các chi tiết chủ yếu phục vụ cho sản xuất. Do chức năng như vậy nên phân xưởng này xếp vào hộ tiêu thụ loại 1. 1.2 MỘT SỐ YÊU CẦU KHI THIẾT KẾ CUNG CẤP ĐIỆN. Điện năng là một dạng năng lượng có ưu điểm như: Dễ dàng chuyễn thành các dạng năng lượng khác ( nhiệt năng, quang năng, cơ năng…), dễ truyền tải và phân phối. Chính vì vậy điện năng được dùng rất rộng rãi trong mọi lĩnh vực hoạt động của con người. Điện năng nói chung không tích trữ được, trừ một vài trường hợp cá biệt và công suất như như pin, ắc quy, vì vậy giữa sản xuất và tiêu thụ điện năng phải luôn luôn đảm bảo cân bằng. Quá trình sản xuất điện năng là một quá trình điện từ. Đặc điểm của quá trình này xẩy ra rất nhanh. Vì vậy đễ đảm bảo quá trình sản xuất và cung cấp điện an toàn, tin cậy, đảm bảo chất lượng điện phải áp dụng nhiều biện pháp đồng bộ như điều độ, thông tin, đo lường, bảo vệ và tự động hóa vv… Điện năng là nguồn năng lượng chính của các ngành công nghiệp, là điều kiện quan trọng để phát triển các khu đô thị, khu dân cư….Vì lý do đó khi lập kế hoạch phát triển kinh tế xã hội, kế hoạch phát triển điện năng phải đi trước một bước, nhằm thỏa mãn nhu cầu điện năng không những trong giai đoạn trước mắt mà còn dự kiến cho sự phát triển trong tương lai 5 năm 10 năm hoặc có khi lâu hơn nữa. Khi thiết kế CCĐ cần phải đảm bảo các yêu cầu sau: 1.2.1 Độ tin cậy cung cấp điện: Độ tin cậy cung cấp điện tùy thuộc vào hộ tiêu thụ loại nào. Trong điều kiện cho phép ta cố gắng chọn phương án cung cấp điện có độ tin cậy càng cao càng tốt. Theo quy trình trang bị điện và quy trình sản xuất của nhà máy cơ khí thì việc ngừng cung cấp điện sẽ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm gây thiệt hại về kinh tế do đó ta xếp nhà máy cơ khí vào hộ phụ tải loại 2. 1.2.2 Chất lượng điện. Chất lượng điện đánh giá bằng hai tiêu chuẩn tần số và điến áp. Chỉ tiêu tần số do cơ quan điều khiển hệ thống điều chỉnh. Chỉ có những hộ tiêu thụ lớn mới phải quan tâm đến chế độ vận hành của mình sao cho hợp lý đễ góp phần ổn định tần số của hệ thống lưới điện. Vì vậy người thiết kế cung cấp điện thường phải chỉ quan tâm đến chất lượng điện áp cho khách hàng. Nói chung điện áp ở lưới trung áp và hạ áp cho phép dao động quanh giá trị 5% điện áp định mức. Đối với phụ tải có yêu cầu cao về chất lượng điện áp như các máy móc thiết bị điện tử, cơ khí có độ chính xác vv… điện áp chỉ cho phép dao động trong khoảng 2,5%. 1.2.3 An toàn điện. Hệ thống cung cấp điện phải được vận hành an toàn đối với người và thiết bị. Muốn đạt được yêu cầu đó, người thiết kế phải chọn được sơ đồ cung cấp điện hợp lý, mạch lạc để tránh nhầm lẫn trong vận hành, các thiết bị phải được chọn đúng loại đúng công suất. Công tác xây dựng lắp đặt phải được tiến hành đúng, chính xác cẩn thận. Cuối cùng việc vận hành, quản lý hệ thống điện có vai trò hết sức quan trọng, người sử dụng tuyệt đối phải chấp hành những quy định về an toàn sử dụng điện. 1.2.4 Kinh tế. Khi đánh giá so sánh các phương án cung cấp điện chỉ tiêu kinh tế chỉ được xét đến khi các chỉ tiêu kỹ thuật trên được đảm bảo chỉ tiêu kinh tế được đánh giá qua tổng số vốn đầu tư, chi phí vận hành, bảo dưỡng và thời gian thu hồi vốn đầu tư. Việc đánh giá chỉ tiêu kinh tế phải thông qua tính toán và so sánh giữa các phương án từ đó mới lựa chọn được các phương pháp, phương án cung cấp điện tối ưu. Tuy nhiên trong quá trình thiết kế hệ thống ta phải biết vận dụng, lồng ghép các yêu cầu trên vào nhau để tiết kiệm được thời gian và chi phí trong quá trình thiết kế. Bảng 1- 2 : Danh sách thiết bị của phân xưởng sửa chữa cơ khí TT Tên thiết bị Ký hiệu Công suất (kW) cosj Ksd 1 Máy tiện 1 10 0,65 0,18 2 Máy tiện 2 6 0,8 0,17 3 Máy tiện 3 7 0,6 0,19 4 Máy bào 4 4,5 0,8 0,16 5 Máy bào 5 8 0,7 0,15 6 Máy phay 6 5 0,8 0,16 7 Máy mài tròn 7 11 0,65 0,19 8 Máy phay 8 7,5 0,75 0,2 9 Máy chuốt 9 4,5 0,65 0,18 10 Máy sọc 10 5 0,6 0,16 11 Máy doa 11 10 0,6 0,2 12 Máy cắt thép 12 13 0,65 0,17 13 Máy bào 13 4,5 0,8 0,16 14 Máy tiện 14 4,5 0,6 0,2 15 Máy BA hàn 380/65V 15 15 kVA ( e = 40%) 0,65 0,15 16 Máy phay 16 15 0,6 0,17 17 Máy doa 17 17 0,65 0,16 18 Máy tiện 18 12 0,8 0,15 19 Máy doa 19 12 0,6 0,2 20 Cầu trục 20 15 kVA ( e = 35%) 0,6 0,16 CHƯƠNG II XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI CHO PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ VÀ TOÀN NHÀ MÁY 2.1 XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI CHO PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ. 2.1.1: Phân nhóm phụ tải. - Trong một phân xưởng thường có nhiều thiết 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 các thiết bị điện. Việc phân nhóm phải tuân theo các nguyên tắc sau: Các thiết bị điện trong cùng một nhóm nên ở gần nhau để giảm chiều dài đường dây hạ áp. 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 điện trong nhóm nên giống nhau để xác định phụ tải tính toán được chính xác hơn và thuận tiện cho việc lựa chọn phương thức cung cấp điện cho nhóm. Tổng công suất của các nhóm nên xấp xỉ nhau để giảm chủng loại tủ động lực cần dùng trong phân xưởng và toàn nhà máy. Số thiết bị trong một nhóm cũng không nên quá nhiều bởi số đầu ra của các tủ động lực thường £(8¸12). Tuy nhiên thường rất khó thoả mãn tất cả các nguyên tắc trên. Do vậy người thiết kế phải tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể của phụ tải để lựa chọn ra phương án tối ưu phù hợp nhất trong các phương án có thể. Dựa vào nguyên tắc phân nhóm điện ở trên và căn cứ vào vị trí, công suất của các thiết bị được bố trí trên mặt bằng phân xưởng. Trong đồ án này với phân xưởng cơ khí ta đã biết vị trí, công suất đặt và chế độ làm việc của từng thiết bị trong phân xưởng nên khi tính toán phụ tải động lực của phân xưởng có thể sử dụng phương pháp xác định phụ tải tính toán tính theo công suất trung bình và hệ số cực đại. - Căn cứ vào vị trí, công suất của các máy công cụ bố trí trên mặt bằng phân xưởng ta chia ra làm 3 nhóm thiết bị phụ tải như sau : Bảng 2 -1: Phân nhóm các thiết bị trong Phân xưởng cơ khí TTss Tên thiết bị Ký hiệu Số lượng Công suất Pdm(kW) cosj Ksd Nhóm 1 1 Máy tiện 1 1 10 0,65 0,18 2 Máy bào 4 1 4,5 0,8 0,16 3 Máy bào 5 1 8 0,7 0,15 4 Máy phay 6 1 5 0,8 0,16 5 Máy phay 8 1 7,5 0,75 0,2 6 Máy doa 17 1 17 0,65 0,16 Tổng nhóm 1 n = 6 52 Nhóm 2 1 Máy tiện 2 1 6 0,8 0,17 2 Máy tiện 3 1 7 0,6 0,19 3 Máy mài tròn 7 1 11 0,65 0,19 4 Máy doa 11 1 10 0,6 0,2 5 Máy phay 16 1 15 0,6 0,17 6 Máy tiện 18 1 12 0,8 0,15 7 Máy doa 19 1 12 0,6 0,2 Tổng nhóm 2 n = 5 73 Nhóm 3 1 Máy chuốt 9 1 4,5 0,65 0,18 2 Máy sọc 10 1 5 0,6 0,16 3 Máy doa 12 1 13 0,65 0,17 4 Máy bào 13 1 4,5 0,8 0,16 5 Máy tiện 14 1 4,5 0,6 0,2 6 Máy BA hàn 380/65 V 15 1 6,2 0,65 0,15 7 Cầu trục 20 1 9 0,6 0,16 Tổng nhóm 3 n = 7 46,7 Trong đồ án này ngoài phụ tải 3 pha còn có phụ tải 1 pha và phụ tải làm việc với chế độ ngắn hạn. Ta phải tiến hành quy đổi thiết bị làm việc ngắn hạn về dài hạn và 3 pha làm việc. - Đối với các thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại (như cầu trục, máy hàn v.v...) khi tính toán phụ tải điện của chúng, ta phải quy đổi về công suất định mức ở chế độ làm việc dài hạn. Có nghĩa là quy đổi về chế độ làm việc có hệ số tiếp điện ε% = 100%. Công thức quy đổi như sau: + Đối với động cơ: P'đm = Pđm. + Đối với máy biến áp hàn: P'đm = Sđm.cos. Trong đó: P'đm là công suất định mức đã quy đổi về chế độ làm việc dài hạn. - Nếu trong mạng có các thiết bị một pha thì cần phải phân phối đều các thiết bị cho 3 pha của mạng, trước khi xác định nhq phải quy đổi công suất của các phụ tải 1 pha về phụ tải 3 pha tương đương: Nếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp pha của mạng: Pqđ = 3.P1pha max Nếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp dây của mạng: Pqđ = P1pha max Với cầu trục: P'đm = 15. = 9( kW) Với máy biến áp hàn: Giả sử máy biến áp hàn được mắc vào hai pha A, B quy đổi về thiết bị 3 pha có công suất tương đương, ta có: PfaA = p(ab)a.PAB = 0,84.15 = 12,6 (kW). PfaB = p(ab)b.PAB = 0,16.15= 2,4 (kW). PfaC = 0 DP = Pmax – Pmin = 12,6 – 0 = 12,6 . Ta thấy DP = 31% > DPcb = 15%. Nên P'đm = Sđm.cos. = 15.0.65. = 6,2( kW) 2.1.2 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán. Khi thiết kế cung cấp điện cho một công trình (cụ thể là nhà máy ta đang thiết kế) thì nhiệm vụ đầu tiên của người thiết kế là phải xác định được nhu cầu điện của phụ tải công trình đó (hay là công suất đặt của nhà máy...). Tuỳ theo quy mô của công trình (hay của nhà máy...) mà phụ tải điện phải được xác định theo phụ tải thực tế hoặc còn phải kể đến khả năng phát triển trong tương lai. Cụ thể là muốn xác định phụ tải điện cho một xí nghiệp, nhà máy thì chủ yếu dựa vào các máy móc thực tế đặt trong các phân xưởng và xét tới khả năng phát triển của cả nhà máy trong tương lai (đối với xí nghiệp nhà máy công nghiệp thì chủ yếu là tương lai gần) còn đối với công trình có quy mô lớn (như thành phố, khu dân cư...) thì phụ tải phải kể đến tương lai xa. Như vậy, việc xác định nhu cầu điện là giải bài toán dự báo phụ tải ngắn hạn (đối với các xí nghiệp, nhà máy công nghiệp) còn dự báo phụ tải dài hạn (đối với thành phố, khu vực...). Nhưng ở đây ta chỉ xét đến dự báo phụ tải ngắn hạn vì nó liên quan trực tiếp đến công việc thiết kế cung cấp điện nhà máy ta. Dự báo phụ tải ngắn hạn là xác định phụ tải của công trình ngay sau khi công trình đi vào sử dụng. Phụ tải này thường được gọi là phụ tải tính toán. Người thiết kế cần phải biết phụ tải tính toán để chọn các thiết bị điện như: máy biến áp, dây dẫn, các thiết bị đóng, cắt, bảo vệ... để tính các tổn thất công suất, tổn thất điện áp, để lựa chọn các thiết bị bù... Chính vì vậy, phụ tải tính toán là một số liệu quan trọng để thiết kế cung cấp điện. Phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: công suất và số lượng các thiết bị điện, chế độ vận hành của chúng, quy trình công nghệ của mỗi nhà máy, xí nghiệp, trình độ vận hành của công nhân v.v... Vì vậy, xác định chính xác phụ tải tính toán là một nhiệm vụ khó khăn nhưng lại rất quan trọng. Bởi vì, nếu phụ tải tính toán được xác định nhỏ hơn phụ tải thực tế thì sẽ làm giảm tuổi thọ của các thiết bị điện, có khả năng dẫn đến đến cháy nổ rất nguy hiểm. Nếu phụ tải tính toán lớn hơn phụ tải thực tế nhiều thì các thiết bị điện được chọn sẽ quá lớn so với yêu cầu, gây lãng phí và không kinh tế. Do tính chất quan trọng như vậy, nên đã có nhiều công trình nghiên cứu và có nhiều phương pháp tính toán phụ tải điện. Nhưng vì phụ tải điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đã trình bày ở trên và sự biến động theo thời gian nên thực tế chưa có phương pháp nào tính toán chính xác và tiện lợi phụ tải điện. Nhưng hiện nay đang áp dụng một số phương pháp sau để xác định phụ tải tính toán: a - Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu : Một cách gần đúng có thể lấy Pđ = Pđm Khi đó : . Trong đó : - Pđi, Pđmi : công suất đặt và công suất định mức của thiết bị thứ i ( kW). - Ptt, Qtt, Stt : công suất tác dụng, phản kháng và toàn phần tính toán của nhóm thiết bị ( kW, kVAR, kVA ). - n : số thiết bị trong nhóm. - Knc : hệ số nhu cầu của nhóm hộ tiêu thụ đặc trưng tra trong sổ tay tra cứu. Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, thuận tiện. Nhược điểm của phương pháp này là kém chính xác. Bởi hệ số nhu cầu 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. b - Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất : Công thức tính : Ptt = P0.F Trong đó : - P0 : suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất ( W/m2 ). Giá trị P0 đươc tra trong các sổ tay. - F : diện tích sản xuất ( m2 ). Phương pháp này chỉ cho kết quả gần đúng khi có phụ tải phân bố đồng đều trên diện tích sản xuất, nên nó được dùng trong giai đoạn thiết kế sơ bộ, thiết kế chiếu sáng. c. Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị thành phần : Công thức tính toán : Trong đó : M : Số đơn vị sản phẩm được sản xuất ra trong một năm. Wo : Suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm ( kWh ). Tmax : Thời gian sử dụng công suất lớn nhất ( giờ ). Phương pháp này được dùng để tính toán cho các thiết bị điện có đồ thị phụ tải ít biến đổi như : quạt gió, máy nén khí, bình điện phân… Khi đó phụ tải tính toán gần bằng phụ tải trung bình và kết quả tính toán tương đối chính xác. d. Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số cực đại. Công thức tính : Trong đó : n : Số thiết bị điện trong nhóm. Pđmi : Công suất định mức thiết bị thứ i trong nhóm. Kmax : Hệ số cực đại tra trong sổ tay theo quan hệ. Kmax = f ( nhq, Ksd ). nhq : số thiết bị sử dụng điện có hiệu quả là số thiết bị giả thiết có cùng công suất và chế độ làm việc, chúng đòi hỏi phụ tải bằng phụ tải tính toán của nhóm phụ tải thực tế.( Gồm có các thiết bị có công suất và chế độ làm việc khác nhau ). Công thức để tính nhq như sau : nhq = Trong đó : Pđm : công suất định mức của thiết bị thứ i. n : số thiết bị có trong nhóm. Khi n lớn thì việc xác định nhq theo phương pháp trên khá phức tạp do đó có thể xác định nhq một cách gần đúng theo cách sau : Khi thoả mãn điều kiện : m = ≤ 3 và Ksd ≥ 0,4 thì lấy nhq = n. Trong đó Pđm min, Pđm max là công suất định mức bé nhất và lớn nhất của các thiết bị trong nhóm. Khi m > 3 và Ksd ≥ 0,2 thì nhq có thể xác định theo công thức sau : nhq = Khi m > 3 và Ksd < 0,2 thì nhq được xác định theo trình tự như sau : Tính n1 - số thiết bị có công suất ≥ 0,5Pđm max. Tính P1- tổng công suất của n1 thiết bị kể trên : P1 = Tính ; P : tổng công suất của các thiết bị trong nhóm : P = Dựa vào n*, P* tra bảng xác định được nhq* = f (n*,P* ) Tính nhq = nhq*.n Cần chú ý là nếu trong nhóm có thiết bị tiêu thụ điện làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại thì phải quy đổi về chế độ dài hạn khi tính nhq theo công thức : e% : hệ số đóng điện tương đối phần trăm . Cũng cần quy đổi về công suất 3 pha đối với các thiết bị dùng điện 1 pha. Nếu thiết bị 1 pha đấu vào điện áp pha : Pqd = 3.Pđmfa max Thiết bị một pha đấu vào điện áp dây : Pqd = .Pđm Chú ý : Khi số thiết bị hiệu quả bé hơn 4 thì có thể dùng phương pháp đơn giản sau để xác định phụ tải tính toán : Phụ tải tính toán của nhóm thiết bị gồm số thiết bị là 3 hay ít hơn có thể lấy bằng công suất danh định của nhóm thiết bị đó : Ptt = n : số thiết bị tiêu thụ điện thực tế trong nhóm. Khi số thiết bị tiêu thụ thực tế trong nhóm lớn hơn 3 nhưng số thiết bị tiêu thụ hiệu quả nhỏ hơn 4 thì có thể xác định phụ tải tính toán theo công thức : Ptt = Trong đó : Kt là hệ số tải . Nếu không biết chính xác có thể lấy như sau : Kt = 0,9 đối với thiết bị làm việc ở chế độ dài hạn . Kt = 0,75 đối với thiết bị làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp lại. e. Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ số hình dáng Công thức tính : Ptt = Khd.Ptb Qtt = Ptt.tgφ Stt = Trong đó Khd : hệ số hình dáng của đồ thị phụ tải tra trong sổ tay. Ptb : công suất trung bình của nhóm thiết bị khảo sát. A : điện năng tiêu thụ của một nhóm hộ tiêu thụ trong khoảng thời gian T. f. Phương pháp xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và độ lệch trung bình bình phương. Công thức tính : Ptt = Ptb ± β.δ. Trong đó : β : hệ số tán xạ. δ : độ lệch của đồ thị phụ tải khỏi giá trị trung bình. Phương pháp này thường được dùng để tính toán phụ tải cho các nhóm thiết bị của phân xưởng hoặc của toàn bộ nhà máy. Tuy nhiên phương pháp này ít được dùng trong tính toán thiết kế mới vì nó đòi hỏi khá nhiều thông tin về phụ tải mà chỉ phù hợp với hệ thống đang vận hành. g. Xác định phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị. Theo phương pháp này thì phụ tải đỉnh nhọn của nhóm thiết bị sẽ xuất hiện khi thiết bị có dòng khởi động lớn nhất mở máy còn các thiết bị khác trong nhóm làm việc bình thường và được tính theo công thức sau : Iđn = Imm(max) + Itt – Ksd.Iđm max Trong đó : Imm( max )- dòng khởi động của thiết bị có dòng khởi động lớn nhất trong nhóm. Itt - dòng tính toán của nhóm máy . Iđm ma