Chơng II
Phụ tải điện
Vai trò của phụ tải điện: trong XN 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. Nhng 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 chung không tuân thủ
một qui luật nhất định

cho nên việc xác định đợc chúng là rất khó khăn. Nhng
phụ tải điện lại là một thông số quan trọng để lựa chọn các thiết bị của HTĐ. Công
suất mà ta xác định đợc bằng cách tính toán gọi là phụ tải tính toán P
tt
.
Nếu P
tt
< P
thuc tê


Thiết bị mau giảm tuổi thọ, có thể cháy nổ.
Nếu P
tt
> P
thuc tê


L ng phí.ã
Do đó đ có rất nhiều công trình nghiên cứu nhằm xác định Pã
tt
sát nhất với

ữ
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 thê lấy P
d


P
dm
.

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 BA. và thờng cho là [kVA].
+ Thiết bị ở chế độ ngắn hạn lập 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 tơng đối).
Động cơ
dmdm
'
dm
.PP

=

Biến áp
dmdm
'
dm
.cos.SP


việc sử dụng ở các vị trí khacs nhau trong lới. TB chiếu sáng thờng đợc thiết kế nhiều
loại khác nhau trong cùng một cấp điện áp định mức. Ví dụ ở mạng 110 V có các loại
bóng đèn 100; 110; 115; 120; 127 V.
Tần số: do qui trình công nghệ và sự đa dạng của thiết bị trong xí nghiệp

chúng sử
dụng dòng điện với tần số rất khác nhau từ f = o Hz (TB. một chiều) đến các thiết bị có
tần số hàng triệu Hz (TB. cao tần). Tuy nhiên chúng vẫn chỉ đợc CCĐ từ lới điện có tần
số định mức 50 hoặc 60 Hz thông qua các máy biến tần.
Chú ý: Các động cơ thiết kế ở tần số định mức 60 Hz vẫn có thể sử dụng đợc ở lới có
tần số định mức 50 Hz với điều kiện điện áp cấp cho động cơ phải giảm đi theo tỷ lệ
của tần số (VD. động cơ ở lới 60 Hz muốn làm việc ở lới có tần số 50 Hz thì điện áp tr-
ớc đó của nó phải là 450
ữ
460 V).
2) Đồ thị phụ tải:
Đặc trng cho sự tiêu dùng năng lợng điện của các thiết bị riêng lẻ, của nhóm
thiết bị, của phân xởng hoặc của toàn bộ xí nghiệp. Nó là tài liệu quan trọng trong
thiết và vận hành.
a) Phân loại: có nhiều cách phân loại
+ Đồ thị phụ tải tác dụng P(t).
* Theo đại lợng đo + Đồ thị phụ tải phản kháng Q(t).
+ Đồ thị phụ tải điện năng A(t).
Đ
P
đm
m
P
đ
+ Đồ thị phụ tải hàng ngày.

max
= Q
max
/P
max
3 - Điện năng tác dụng &
phản kháng ngày đêm A [kWh]; Ar[kVArh].
4 Hệ số Cos

tb
tơng ứng với tg

tb
= Ar/A
5 Hệ số điền kín của ĐTPT.

max
dk
P.24
A
K
=
;
max
dkr
Q.24
Ar
K
=


Các thông số đặc tr ng của đồ thị phụ tải năm:
1 - Điện năng tác dụng và phản kháng tiêu thụ trong một năm làm việc:
A [kWh/năm] & Ar [kVArh/năm]
Chúng đợc xác địng bằng diện tích bao bởi đờng ĐTPT và trực thời gian.
2- Thời gian sử dụng công suất cực đại:

max
max
P
A
T
=
;
max
r
rmax
Q
A
T
=

3 Hệ số công suất trung bình: Cos

tb
tơng ứng với tg

tb
24
P
0

1
t
1
mùa đông
t
2
mùa hè
0
P
i
P
max
T
i
A
8760 [giờ]

A
A
tg
r
tb
=


4 Hệ số điền kín đồ thị phụ tải:

8760
T
xP8760

gọi là thời gian sử dụng công suất
lớn nhất.
Định nghĩa

Giả thiết ta luôn luôn vận hành với tổn thất công suất lớn nhất thì thời
gian cần thiết

để gây ra đợc lợng điện năng tổn thất bằng lợng điện năng tổn thất
do phụ tải thực tế gây ra trong một năm làm việc, gọi là thời gian chịu tổn thất công
suất lớn nhất
3) Chế độ làm việc của phụ tải và qui đổi phụ tải:
a) Chế độ làm việc của phụ tải: 3 chế độ
Chê độ dài han: Chế độ trong đó nhiệt độ của TB. tăng đến giá trị xác lập và là
hằng số không phụthuộc vào sự biến đổi của công suất trong khoảng thời gian
bằng 3 lần hằng số thời gian phát nóng của cuộn dây. Phụ tải có thể làm việc với
đồ thị bằng phẳng với công suất không đổi trong thời gian làm việc (quạt gió, các
lò điện trở ) hoặc đồ thị phụtải không thay đổi trong thời gian làm việc.
Chế độ làm việc ngắn hạn: Trong đó nhiệt độ của TB. tăng lên đến giá trị nào đó
trong thời gian làm việc, rồi lại giảm xuống bằng nhiệt độ môi trờng xung quanh
trong thời gian nghỉ.
Chế độ ngắn hạn lập lại: Trong đó nhiệt độ của TB. tăng lên trong thời gian làm
việc nhng cha đạt giá trị cho phép và lại giảm xuống trong thời gian nghỉ, nhng ch-
a giảm xuống nhiệt độ của môi trờng xung quanh.
Đặc trng bằng hệ số đóng điện

%

100.
T
t

dm td
= 3.P
dm fa
P
dm td
- Công suất định mức tơng đơng (sang 3 pha).
P
dm fa
Công suất định mức của phụ tải một pha.
+ Khi có 1 phụ tải 1 pha đấu vào điện áp dây.

dmfadmtd
P.3P
=
+ Khi có nhiều phụ tải 1 pha đấu vào nhiều điện áp dây và pha khác nhau:

maxdmfadmtd
P.3P
=
Để tính toán cho trờng hợp này, trớc tiên phải qui đổi các TB. 1 pha đấu vào điện áp
dây về TB. đấu vào điện áp pha. Sau đó sẽ xác định đợc công suất cực đại của 1 pha
nào đó (P
dmfamax
).
2.1 Các ph ơng pháp xác định phụ tải tính toán:

1) Khái niệm về phụ tải tính toán:
Là phụ tải không có thực mà chúng ta cần phải tính ra để từ đó làm cơ sở cho việc
tính toán thiêts kế, lựa chọn TB. CCĐ.


8760 T
max

1
0,8
0,6

và T
max
thờng không bao giờ bằng nhau, tuy nhiên
chúng lại có quan hệ rất gắn bó, nhng lại không tỷ lệ
tuyến tính vì

P không chỉ xuất hiện lúc có tải, mà
ngay cả lúc không tải cũng vẫn có tổn thất

ngời ta
xây dựng quan hệ

theo T
max
và cos

+ Phụ tải tính toán theo phát nóng cho phép.
+ Phụ tải tính toán theo điều kiện tổn thất.
Phụ tải tính toán theo phat nóng:
Định nghĩa: là phụ tải giả thiết lâu dài không đổi, tơng đơng với phụ tải thực tế (biến
thiên) về hiệu quả nhiệt lớn nhất.
+ Trong thực tế thờng dùng phụ tải tính toán tác dụng P
tt


T
dt).t(P
P
T
0
tb

=
T thời gian khảo sát.
P(t) - đồ thị phụtải thực tế.


=
T
0
2
qp
dt).t(P
T
1
P
+ Sự phát nóng của dây dẫn là kết quả của sự tác dụng của phụ tải trong thời gian T.
Ngời at nhận thấy rằng giá trị trung bình của phụ tải trong thời gian nay P
T
đặc trng
cho sự phát nóng của dây dẫn chính xác hơn so với công suất cực đại tức thời P
max
trong khoảng thời gian đó.
T

mạng. Mà chính lúc đó lại cần phải đảm bảo các yêu cầu của sản xuất. VD moment
khởi động của động cơ, chất lợng các mối hàn, độ ổn định của ánh sáng điện.
+ Đối với phụ tải đang vận hành có thể có đợc bằng cách đo đạc, còn trong thiết kế có
thể xác định gần đúng căn cứ vào các giá trị đặc trng của các phụ tải đ có và đ đã ã ợc
đo đạc thống kê trong quá trình lâu dài.
2) Các ph ơng pháp xác định phụ tải tính toán: (theo ĐK phát nóng)
Tuy thuộc vào vị trí của phụ tải, vào gai đoạn thiết kế mà ngời ta dùng phong pháp
chính xác hoặc đơn giản. Khi xác định P
tt
cần lu ý một ssố 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 lợng
điện năng của xí nghiệp.

khi thiết kế CCĐ. phải tính đến sự phát triển tơng lai của xí
nghiệp, phải lấy mức của phụ tải xí nghiệp 10 năm sau.
Các phơng 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 phơng pháp biểu đồ hay ph-
ơng pháp số thiết bị điện hiệu quả - thờng đợc dùng cho mạng điện PX điện áp đến
1000 V 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 ph-
ơng pháp thống kê - dùng cho mạng điện PX điện áp đến 1000 V
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 xởng 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 phơng 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 phuoeng pháp trên đều
dùng để tính toán sơ bộ

P
max1
P
max2
P
tb1
t
Chính vì thế phụ tải tính toán P
tt
đợc xác
định bằng giá trị cực đại trong các giá trị trung bình
trong khoảng thời gian T. Khi đó khoảng thời gian
này xê dịch trên toàn bộ đồ thị phụ tải đ cho.ã
+ Tồn tại một khoảng thời gian tối u mà phụ tải
trung bình lấy trong thời gian đó đặc trng chính
xác nhất cho sự thay đổi phát nóng của dây dẫn
trong khoảng đó.
+ Ngời ta thờng lấy:

T
tb
= 3T
0
a) Hệ số sử dụng công suât:: K
sd
là tỉ số giữa công suất trung bình và công suất
định mức hệ số sử dụng đợc định nghĩa cho cả Q; I. Với thiết bị đơn lẻ kí hiệu bằng
chữ nhỏ còn với nhóm TB. đợc kí hiệu bằng chữ in hoa.

dm

sd
A
A
K
=

A - điện năng tiêu thụ trong 1 ca theo đồ thị phụ tải.
A
r
- điện năng tiêu thụ định mức.
Tơng tự ta có:

dm
tb
sdq
q
q
k
=
;


=
=
==
n
1i
dmj
n
1i

tb
sdI
i
k.i
I
I
K
+ hệ số sử dụng các thiết bị riêng lẻ và các nhóm thiết bị đặc trng đợc xây dựng theo
các số lieẹu thống kê lâu dài và đợc cho trong các cẩm nang kỹ thuật.
b) Số thiết bị dùng điện có hiệu quả: n
hq

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:

( )


=
=









:
+ Khi
3
P
P
m
mindm
maxdm
=
và K
sd


0,4 Thì số thiết bị hiệu quả sẽ lấy bằng số
thiết bị thực tế của nhóm


nn
hq
=
+ Khi trong nhóm có n
1
thiết bị dùng điện có tổng công suất định mức nhỏ hơn hoặc
bằng 5 % tổng công suất định mức của toàn nhóm



n
dmi
n

x 5% = 148,5x5%= 7,4


n
hq
= n n
1
= 28 10 = 18 kết quả này sai số 10%.
+ Khi m > 3 và K
sd


0,2 thì

maxdm
n
1i
dmi
hq
p
p.2
n

=
=
Chú ý: nếu tính ra n
hq
> n