Xác định phụ tải tính toán của nhà máy

CHƯƠNG III : XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN CỦA NHÀ MÁY Nguyên tắc chung để tính PTTT của hệ thống là tính từ thiết bị điện ngược trở về nguồn, tức là được tiến hành từ bậc thấp đến bậc cao của hệ thống cung cấp điện, và ta chỉ cần tính toán tại các điểm nút của hệ thống điện. Mục đích của việc tính toán phụ tải điện tại các nút nhằm: - 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. 3.1 Một vài hệ số thường dùng trong việc tính toán: Ø Hệ số sử dụng Ksd: Là tỉ số của phụ tải tính toán trung bình với công suất đặt hay công suất định mức của thiết bị trong một khoảng thời gian khảo sát (giờ, ca, hoặc ngày đêm,…) + Đối với một thiết bị: Ksd = (3.1) + Đối với một nhóm thiết bị: Ksd == (3.2) Hệ số sử dụng nói lên mức sử dụng, mức độ khai thác công suất của thiết bị trong khoảng thời gian cho xem xét. Ø Hệ số đồng thời Kđt: Là tỉ số giữa công suất tác dụng tính toán cực đại tại nút khảo sát của hệ thống cung cấp điện với tổng các công suất tác dụng tính toán cực đại của các nhóm hộ tiêu thụ riêng biệt (hoặc các nhóm thiết bị) nối vào nút đó: Kđt = (3.3) Hệ số đồng thời phụ thuộc vào số các phần tử n đi vào nhóm Kđt = 0.9 ¸0.95 khi số phần tử n =2¸4 Kđt =0.8 ¸0.85 khi số phần tử n =5¸10 (Tr13 ,TL[4];Tr 595, TL[1]). Ø Hệ số cực đại Kmax : Là tỉ số giữa phụ tải tính toán và phụ tải trung bình trong thời gian xem xét. Kmax= (3.4) Hệ số cực đại thường được tính với ca làm việc có phụ tải lớn nhất. Hệ số Kmax phụ thuộc vào số thiệt bị hiệu quả nhq(hoặc Nhq), vào hệ số sử dụng và hàng loạt các yếu tố khác đặc trưng cho chế độ làm việc của các thiết bị điện trong nhóm. Trong thực tế khi tính toán thiết kế người ta chọn Kmax theo đường cong Kmax= f(Ksd,nhq), hoặc tra trong các bảng cẩm nang tra cứu. Ø Số thiết bị hiệu quả nhq: Giả thiết có một nhóm gồm n thiết có công suất và chế độ làm việc khác nhau. Khi đó ta định nghĩa nhq là một số quy đổi gồm có nhq thiết bị có công suất định mức và chế độ làm việc như nhau và tạo nên phụ tải tính toán bằng với phụ tải tiêu thụ thực do n thiết bị tiêu thụ trên. nhq = (3.5) Ø Hệ số nhu cầu Knc:Là tỉ số giữa công suất tính toán (trong điều kiện thiết kế) hoặc công suất tiêu thụ (trong điều kiện vận hành) với công suất đặt (công suất định mức) của nhóm hộ tiêu thụ. Knc = =* = Kmax* Ksd (3.6) 3.2 Các phương pháp xác định phụ tải tính toán: Hiện nay có rất nhiều phương pháp để tính toán phụ tải tính toán(PTTT), dựa trên cơ sở khoa học để tính toán phụ tải điện và được hoàn thiện về phương diện lý thuyết trên cơ sở quan sát các phụ tải điện ở xí nghiệp đang vận hành. Thông thường những phương pháp tính toán đơn giản, thuận tiện lại cho kết quả không thật chính xác, còn muốn chính xác cao thì phải tính toán lại phức tạp. Do vậy tùy theo giai đoạn thiết kế thi công và yêu cầu cụ thể mà chọn phương pháp tính toán cho thích hợp. Sau đây là một vài phương pháp xác định PTTT thường dùng: 3.2.1 Xác định PTTT theo suất tiêu hao điện năng theo đơn vị sản phẩm: Đối với hộ tiêu thụ có đồ thì phụ tải thực tế không thay đổi, PTTT bằng phụ tải trung bình và được xác định theo suất tiêu hao điện năng trên một đơn vị sản phẫm khi cho trước tổng sản phẫm sản xuất trong một đơn vị thời gian Ptt = Pca = (3.7) Trong đó: Mca - Số lượng sản phẫm sản xuất trong một ca. Tca -Thời gian của ca phụ tải lớn nhất. w0- Suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẫm. Khi biết w0 và tổng sản phẫm sản xuất trong cả một năm, PTTT được tính theo công thức sau: (kW) (3.8) Với Tlvmax[giờ] : Thời gian sử dụng công suất lớn nhất trong năm. 3.2.2 Xác định phụ tải tính toán theo suất phụ tải tính trên một đơn vị sản xuất: Nếu phụ tải tính toán xác định cho hộ tiêu thụ có diện tích F, suất phụ tải trên một đơn vị là P0. thì Ptt = P0*F (kW) (3.9) Với: P0 : Suất phụ tải trên một đơn vị diện tích sản xuất (kW/m2). trong thiết kế sơ bộ có thể lấy theo số liệu trong các bảng tham khảo. F : Diện tích bố trí nhóm, hộ tiêu thụ (m2). Phương pháp này dùng để tính phụ tải của các phân xưởng có mật độ máy móc phân bố tương đối đều. 3.2.3 Xác định phụ tải theo công suất đặt (Pđ ) và hệ số nhu cầu (Knc): Phụ tải tính toán được xác định bởi công thức: Ptt =knc * (kW) Qtt =Ptt * tg (kVAr) (3.10) Trong công thức trên knc : hệ số nhu cầu, tra sổ tay kỹ thuật theo các số liệu thống kê của các xí nghiệp, phân xưởng tương ứng. cos: hệ số công suất tính toán tra sổ tay kỹ thuật từ đó tính được tg. Nếu hệ số cos của các thiết bị trong nhóm không giống nhau thì ta phải tính hệ số cos trung bình của nhóm theo công thức sau: cosjtb = (3.11) Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, tính toán thuận tiện nên nó thường được dùng khi đã có thiết kế nhà xưởng của xí nghiệp nhưng chưa có thiết kế chi tiết bố trí các máy móc, thiết bị trên mặt bằng. Lúc này chỉ biết một số liệu duy nhất là công suất đặt của từng phân xưởng. Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm là kém chính xác vì Knc được tra trong các sổ tay thường thì không hoàn toàn đúng với thực tế mà nó chỉ có ý nghĩa dùng để tham khảo. 3.2.4 Xác định phụ tải tính toán theo hệ số Kmax và Ptb (còn gọi là phương pháp số thiết bị hiệu quả hay phương pháp sắp xếp biểu đồ) Phương pháp này cho kết quả tương đối chính xác, vì khi tính số thiết bị hiệu quả (nhq) chúng ta đã xét tới hàng lạt các yếu tố quan trọng như ảnh hưởng của số lượng thiết bị trong nhóm, số thiết bị có công suất lớn nhất cũng như sự khác nhau về chế độ làm việc của chúng. Do đó khi cần nâng cao độ chính xác của PTTT, hoặc khi không có số liệu cần thiết để áp dụng các phương pháp trên thì ta nên dùng phương pháp này. Công thức tính toán: Ptt = Pca = Kmax*Ksd*Pđm Hay Ptt = Knc*Pđm. (3.12) Các bươc tính toán: Trước tiên cần qui đổi những tải có chế độ làm việc ngắn hạn về chế độ dài hạn, ta lấy hệ số dòng ε(%) = 0.5 [ 4 ] Pqđ = Pđm* - Tính số thiết bị hiệu quả theo công thức : nhq = (3.5). - Tính hệ số sử dụng của nhóm thiết bị theo công thức: Ksdnh = = (3.2) - Xét các trường hợp: + Nếu nhq < 4 và n<4 : Ptt = (3.13) + Nếu nhq < 4 và n³4 : Ptt = * Kpti (3.14) Với Kpti là hệ số phụ tải của thiết bị thứ i. Có thể lấy gần đúng: Kpt = 0.75 ( Chế độ làm việc ngắn hạn) Kpt = 0.90 ( Chế độ làm việc dài hạn) + Nếu nhq ³ 4: -Tìm Kmax theo nhq và Ksd. -Xác định PTTT theo công thức: Ptt = Kmax* Ksd* PđmS = Kmax* Ptb (3.15) Qtt = 1.1Qtb (Nếu nhq£ 10) = Qtb (Nếu nhq >10) . Trong đó Ptb và Qtb là công suất tác dụng và công suất phản kháng trung bình của nhóm: Ptbnh = Ksdnh* PđmS Qtbnh = Ptbnh* tgjtb (3.16) (cosjtb tính theo công thức (3.11) ). + Phụ tải tính toán của nhóm : - Với tủ động lực: Stt = (3.17) - Với tủ phân phối: Pttpp = Kđt* Qttpp =Kđt* (3.18) Sttpp = Trong đó Kđt là hệ số đồng thời, chọn theo số nhóm đi vào tủ. Nếu có phụ tải chiếu sáng đi vào tủ thì phải cộng thêm các giá trị Pcs và Qcs ,vào Ptt và Qtt trong các công thức trên. - Dòng điện tính toán : Itt = (3.19) 3.3 Áp dụng tính toán cho nhà máy: 3.3.1 Xác định phụ tải chiếu sáng: Ở chương II ta đã hoàn tất công việc thiết kế chiếu sáng cho toàn bộ nhà máy, và PΣ, QΣ được thể hiện trong bảng [ bang gia tri Ch.II]. Với : PΣ = 22810 (w) QΣ = 30413 ( Var) CosφΣ = 0.6 SΣ = = = 38016 (VA) 3.3.2 Xác định các phụ tải phụ khác: Ø Phụ tải ổ cắm: Ta chọn loại ổ loại H-O có các thông số như sau: Iđm = 10 (A) Uđm = 250(V) Màu ổ cắm : trắng đen Số lượng ổ cắm: N = 20 Số lổ cắm của một ổ cắm : n = 3 Sđm = N* Iđm*Uđm * n = 20*10*220 * 3 = 132000 (VA) Ta lấy hệ số Kđt = 0.2 do đó: SΣ = Sđm * Kđt = 132000*0.2 = 26400 (VA) Ø Phụ tải quạt: Với vị trí làm việc như trên ta bố trí 25 quạt, theo Catolog National chọn quạt có các thông số như sau : Loại quạt : F-560 A1 N = 25 Pđm = 140 (w) Uđm = 220(V) Cosφ = 0.8 Có 5 cấp chỉnh tốc độ SΣ = = = 4375(VA) Ø Phụ tải lạnh: Văn phòng đặt 2 máy lạnh Phòng lạnh 2 giờ đặt 1 máy Phòng lạnh 8 giờ đặt 2 máy Số lượng máy lạnh cần sử dụng là 5 máy Theo tài liệu Catolog National chọn máy 2Hp có các thông số như sau: Pđm = 1.5 (Kw) Uđm = 220-270(V) Cosφ = 0.8 => SΣ = = = 9.375 (KVA) Vậy tổng các phụ tải phụ là Sptp = 26400 + 4375 + 9375 = 40150 (KVA) 3.3.3 Xác định phụ tải tính toán bằng phần mềm Ecodial Ø Bước 1 : Thiết lập sơ đồ nguyên lý Khi khởi động vào chương trình Ecodial sẽ xuất hiện hộp thoại : Hình 3.1 Nhập vào các thông số như: Điện áp dây (Ph-Ph V) : Kiểu nối đất (Earthing arrangement) Tần số hệ thống (System frequency) Hệ số công suất yêu cầu (Target power factor) Tiết diện dây cho phép tối đa (Max. permissible CSA) Tỷ số giữa tiết diện dây pha và dây trung tính (CSA N / CSA Ph) Sau khi nhập đầy đủ các thông số cần thiết click “ OK ”. Màn hình làm việc của chương trình sẽ xuất hiện: Hình 3.2 Vào đây ta dùng các thư viện của chương trình để thiết kế sơ đồ một dây, đây là công việc đầu tiên. Ta thấy phía bên dưới màn hình CAD có các thư viện, gồm: +Các công cụ dùng kết nối + Đèn, động cơ, các loại tải khác. + Mạch CB, CB- dây dẫn, CB-công tắc Đầu tiên lấy phần tử nguồn là 4 máy phát (MP), lấy thanh góp đưa vào CAD để kết nối với 4 MP bằng cách click vào biểu tượng trên thanh công cụ rồi đưa vào màn hình CAD Máy biến áp(MBA), máy phát(MP), tụ bù. Thanh góp Vì nguồn điện của công ty là nguồn điện chạy từ 4 máy phát , ta chọn 4 máy phát gắn vào thanh cái như sau T Hình 3.3 : Chọn máy phát, thanh góp Tương tự cho những phần tử khác , ta củng chọn như trên Để thay đổi các thông số của các phần tử như: tên thiết bị, giá trị công suất, dòng, .v.v..bằng cách “Double Click” vào phần tử đó sẽ xuất hiện hộp thoại : Hình 3.4 Cuối cùng ta có sơ đồ nguyên lý cho nhà máy RB: Sơ đồ mạch từ máy phát đến các tủ động lực(TĐL) , và các động cơ Hình 3.5 Sơ đồ mạch từ TĐL đến các thiết bị: có tất cả 6 TĐL , ta hiển thị cho TĐL5 Hình 3.6 : Sơ đồ mạch TĐL5 Cách kết hợp hai file để tính toán sẽ được trình bày trong chương IV. Ø Bước 2 : Xác định phụ tải tính toán cho TĐL5 Vào màn hình làm việc ta mở File của TĐL5 .Sau đó vào phần tính phụ tải tính toán trên thanh công cụ của chương trình. Xuất hiện hộp thoại Hình 3.7 Vào đây nhập vào các thông số như : Ku , Ks của các phụ tải.Công suất tổng hay phụ tải của TĐL5 được hiển thị trong phần “Power Sum”. Tính tương tự cho những TĐL còn lại ta được công suất tính toán của tất cả các TĐL. Tiếp theo vào màn hình làm việc mở File “Eco”.Nhập công suất tính toán của tất cả các TĐL ứng với đoạn đường dây từ tủ phân phối (TPP) vào tủ động lực Hình 3.8 Thực hiện như đã làm cho TĐL1 sẽ được công suất tính toán tổng của nhà máy. 3.3.4 Tính toán bằng lý thuyết: Ở đây ta sẽ xác định PTTT của nhà máy theo phương pháp số thiết bị hiệu quả. Vì phương pháp này chính xác hơn Ø Ta tính toán cho 1 nhánh bất kỳ , nếu thấy kết quả tương đương nhau . thì ta sử dụng phần mềm Ecodial để tính toán cho các nhánh còn lại . Đối với nhóm 1 , 2 , 3 , 4 (thông số và số lượng máy như nhau) + Tính số thiết bị hiệu quả theo công thức (3.5): nhq = = = 24 + Tính Ksdnh của nhóm theo công thức (3.2) Ksdnh === = 0.6 + Từ nhq= 24 và Ksd = 0.6 tra [3, bảng a.2] ta tìm được Kmax= 1.14 + Tính hệ số công suất trung bình của nhóm thiết bị theo công thức (3.11) Cosjtb = = = 0.9 Þ tgjtb = 0.484 + Tính Ptbnh và Qtbnh theo công thức (3.16) Ptbnh = Ksdnh* PđmS = 0.6*96 = 57.6 ( Kw) Qtbnh = Ptbnh* tgjtb = 57.6*0.484 = 27.9 ( kVAr) + Tính Ptt và Qtt theo công thức (2.16): Ptt = Kmax* Ptbnh =1.14*57.6 = 65.66 ( Kw) Qtt = Ptt * tgjtb = 65.66 * 0.484 = 31.78 ( kVAr) + Tính Stt của nhóm theo công thức (3.18) Stt = = = 72.95 ( kVA) + Tính Itt của nhóm theo công thức (3.19): Itt == = 110.83 ( A) Ta thấy kết quả tương đương nhau nên ta sử dụng phần mềm Ecodial để tính toán cho toàn nhà máy và cho kết quả ở bảng sau STT Kí hiệu Cosjtb Ptt (Kw) Qtt (Kvar) Stt (KVA) Itt (A) Nhóm 1 TĐL1 0.9 66.41 32.163 73.79 112.11 Nhóm 2 TĐL2 0.9 66.41 32.163 73.79 112.11 Nhóm 3 TĐL3 0.9 66.41 32.163 73.79 112.11 Nhóm 4 TĐL4 0.9 66.41 32.163 73.79 112.11 Nhóm 5 TĐL5 0.7 57.99 59.16 82.84 125.87 Nhóm 6 TĐL6 0.7 49.10 50.09 70.14 106.57 Nhóm 7 2 máy số 3 0.7 118.28 120.67 168.97 256.73 Nhóm 8 3 máy số 4 0.8 97.83 73.37 122.29 185.80 Nhóm9 4 máy số 7 0.7 118.28 120.67 168.97 256.73 Nhóm 10 TCS 0.6 22.81 30.41 38.02 54.87 Nhóm 11 Các PTP 0.8 32.12 24.09 40.15 61.00 Σ 0.77 862.83 714,965 1120.56 1696