Bài giảng Cung cấp điện - Chương 2: Phụ tải điện - Phạm Khánh Tùng

CUNG CẤP ĐIỆN 
BÀI GIẢNG 
Biên soạn: Phạm Khánh Tùng 
Bộ môn Kỹ thuật điện – Khoa Sư phạm kỹ thuật 
hnue.edu.vn\directory\tungpk 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
Khái niệm chung về phụ tải điện 
- Đo bằng tổng công suất tiêu thụ của các thiết bị điện trong 
một thời điểm 
- Là hàm số của nhiều yếu tố theo thời gian P(t) 
- Không tuân thủ theo một qui luật nhất định 
- Là một thông số quan trọng để lựa chọn các thiết bị của hệ 
thống điện 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
Xác định phụ tải điện (phụ tải tính toán) không chính xác xảy ra 
hai trường hợp : 
- Nhỏ hơn phụ tải thực tế thường dẫn đến các sự cố hoặc làm 
giảm tuổi thọ các thiết bị, là nguy cơ tiềm ẩn cho các sự cố tai 
nạn sau này. 
- Lớn hơn phụ tải thực tế sẽ gây lãng phí do các thiết bị không 
được khai thác, sử dụng hết công suất 
Xác định đúng phụ tải điện (tính toán) có vai trò rất quan trọng 
trong thiết kế và vận hành hệ thống cung cấp điện. 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
Các phương pháp xác định phụ tải điện: 
+ Nhóm phương pháp dựa trên kinh nghiệm vận hành, thiết kế 
và được tổng kết lại bằng các hệ số tính toán có đặc điểm thuận 
lợi nhất cho việc tính toán, nhanh chóng đạt kết quả, nhưng 
thường cho kết quả kém chính xác. 
+ Nhóm phương pháp dựa trên cơ sở của lý thuyết xác suất và 
thống kê có đặc điểm cho kết quả khá chính xác, song cách tính 
lại rất phức tạp 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
1. ĐẶC TÍNH PHỤ TẢI ĐIỆN 
1.1. Các đặc trưng của phụ tải điện 
a) Công suất định mức Pđm 
 - Thông số đặc trưng chính của phụ tải điện, thường 
được ghi trên nhãn hoặc trong lý lịch máy. 
 - Đơn vị đo: kW hoặc kVA 
Với động cơ điện Pđm - công suất cơ trên trục 
đm
đm
đ
P
P

 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
+ Với các thiết bị nung chảy công suất lớn, các thiết bị hàn thì 
công suất định mức chính là công suất định mức của máy biến áp, 
thường 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 thông qua hệ số tiếp điện tương 
đối 
đmđmđm PP .
' 
đmđmđm SP  .cos.
' 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
b) Điện áp định mức 
Điện áp định mức Uđm của phụ tải phải phù hợp với điện áp của 
mạng điện. 
+ Điện áp một pha: 12; 36 V sử dụng cho mạng chiếu sáng cục bộ 
hoặc các nơi nguy hiểm. 
+ Điện áp ba pha: 127/220; 220/380; 380/660V cung cấp cho phần 
lớn các thiết bị. 
+ Cấp 3; 6; 10 kV: dùng cung cấp cho các lò nung chảy; các động 
cơ công suất lớn. 
+ Cấp 35, 110 kV dùng để truyền tải hoặc cung cấp điện cho các 
thiết bị đặc biệt (công suất cực lớn) 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
1.2. Đồ thị phụ tải 
- Đặc trưng cho sự tiêu dùng năng lượng điện của các thiết bị 
riêng lẻ, của nhóm thiết bị, của phân xưởng hoặc của toàn bộ xí 
nghiệp. 
- Là tài liệu quan trọng trong thiết và vận hành hệ thống cung cấp 
điện 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
a) Phân loại: 
- Theo đại lượng đo 
 + Đồ thị phụ tải tác dụng P(t). 
 + Đồ thị phụ tải phản kháng Q(t). 
 + Đồ thị phụ tải điện năng A(t). 
- Theo thời gian khảo sát 
 + Đồ thị phụ tải hàng ngày. 
 + Đồ thị phụ tải hàng tháng. 
 + Đồ thị phụ tải hàng năm. 
- Của thiết bị riêng lẻ ký hiệu: p(t); q(t); i(t).. 
- Của nhóm thiết bị P(t); Q(t); I(t). 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
b. Đồ thị phụ tải hàng ngày: 
 + Dụng cụ đo tự động 
 + Người trực ghi lại sau những giờ nhất định 
 + Biểu diễn theo bậc thang, ghi lại giá trị trung bình trong 
những khoảng nhất định 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
Ý nghĩa của đồ thị phụ tải hàng ngày: 
- Biết tình trạng làm việc của thiết bị để từ đó sắp xếp lại qui 
trình vận hành hợp lý nhất. 
- Là căn cứ để chọn thiết bị, tính điện năng tiêu thụ 
Các thông số đặc trưng của đồ thị phụ tải hàng ngày: 
+ Phụ tải cực đại và hệ số công suất cực đại 
+ Điện năng trong một ngày đêm 
+ Hệ số công suất trung bình 
+ Hệ số điền kín của đồ thị phụ tải 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
c. Đồ thị phụ tải hàng tháng: 
Xây dựng theo phụ tải trung bình của từng tháng của xí nghiệp 
trong một năm làm việc 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
Ý nghĩa của đồ thị phụ tải tháng: 
- Biết được nhịp độ sản xuất của xí nghiệp. 
- 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 
- Ví dụ: vào tháng 3,4 → sửa chữa vừa và lớn, còn ở những 
tháng cuối năm chỉ sửa chữa nhỏ và thay các thiết bị). 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
Đồ thị phụ tải hàng năm (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) 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
Các thông số đặc trưng của đồ thị phụ tải năm: 
- Điện năng tác dụng và phản kháng tiêu thụ trong một năm làm 
việc (xác định bằng diện tích bao bởi đường đồ thị phụ tải và trục 
thời gian) 
- Thời gian sử dụng công suất cực đại 
- Hệ số công suất trung bình 
- Hệ số điền kín đồ thị phụ tải 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
1.3. Chế độ làm việc của phụ tải và qui đổi phụ tải 
a) Chế độ làm việc của phụ tải 
Chế độ dài hạn: 
- Nhiệt độ của thiết bị tăng đến giá trị xác lập và là hằng số. 
- Phụ tải có thể làm việc với đồ thị bằng phẳng với công suất 
không đổi trong thời gian làm việc hoặc đồ thị phụ tải không thay 
đổi trong thời gian làm việc. 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
Chế độ làm việc ngắn hạn: 
- Nhiệt độ của thiết bị tăng lên đến giá trị nào đó trong thời gian làm 
việc, rồi lại giảm xuống bằng nhiệt độ môi trường xung quanh trong 
thời gian nghỉ. 
Chế độ ngắn hạn lặp lại: 
- Nhiệt độ của thiết bị tăng lên trong thời gian làm việc nhưng chưa 
đạt giá trị cho phép và lại giảm xuống trong thời gian nghỉ, nhưng 
chưa giảm xuống nhiệt độ của môi trường xung quanh. 
- Chế độ ngắn hạn lặp lại đặc trưng bằng hệ số đóng điện ε% 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
100100%
0 C
đ
đ
đ
T
t
tt
t
 
tđ – thời gian đóng điện của thiết bị 
t0 – thời gian nghỉ 
TC – là một chu kỳ công tác và phải nhỏ hơn 10 phút 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
b) Qui đổi phụ tải 1 pha về 3 pha: 
- Khi có phụ tải 1 pha đấu vào điện áp pha : 
 Pđm tđ = 3.Pđm pha 
- Khi có phụ tải 1 pha đấu vào điện áp dây. 
 Pđm tđ = Pđm pha 
- Khi có nhiều phụ tải 1 pha đấu vào nhiều điện áp dây và pha 
khác nhau: 
 Pđm tđ = 3.Pđm pha.max 
3
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÍNH TOÁN 
2.1. Xác định phụ tải tính toán theo công suất trung bình và hệ 
số cực đại 
đmsdmtbmtt PkkPkP 
Ptb - công suất trung bình của phu tải trong ca mang tải lớn nhất. 
Pđm - công suất định mức của phụ tải (của nhóm ) 
ksd - hệ số sử dụng công suất tác dụng (của nhóm) 
km - hệ số cực đại công suất tác dụng với khoảng thời gian trung 
bình T = 30 phút 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
a) Hệ số sử dụng công suất (ksd): 
Khái niệm: 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 in thường còn với nhóm 
thiết bị được kí hiệu bằng chữ in hoa 
đm
tb
sd
p
p
k 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
- Đối với nhóm thiết bị 
- Có thể xác định theo điện năng tiêu thụ 


n
i
iđm
n
i
isdiđm
đm
tb
sd
p
kp
P
P
k
1
.
1
..
R
sd
A
A
k 
A - điện năng tiêu thụ trong 1 ca theo đồ thị phụ tải. 
AR - điện năng tiêu thụ định mức 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
Tương tự đối với phụ tải phản kháng và dòng điện 
đm
tb
sdq
q
q
k 


n
i
iđm
n
i
isdqiđm
đm
tb
sdq
q
kq
Q
Q
k
1
.
1
..
đm
tb
sdi
i
i
k 


n
i
iđm
n
i
isdiđm
đm
tb
sdi
i
ki
I
I
k
1
.
1
..
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
b) Số thiết bị dùng điện có hiệu quả (nhq) 
Định nghĩa: Là số thiết bị điện giả thiết có cùng công suất, cùng chế 
độ làm việc mà chúng gây ra một phụ tải tính toán, bằng phụ tải tính 
toán của nhóm, có đồ thị phụ tải không giống nhau về công suất và 
chế độ làm việc. 
Công thức đầy đủ để tính số thiết bị dùng điện hiệu quả của nhóm 
có n thiết bị: 


n
i
iđm
n
i
iđm
hq
p
p
n
1
2
.
2
1
.
)(
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
Các trường hợp riêng để tính nhanh nhq 
→ Số thiết bị hiệu quả sẽ lấy bằng số thiết bị thực tế 
của nhóm: nhq = n 
4,0K và3 sd
min.
max. 
đm
đm
p
p
2,0K và3 sd
min.
max. 
đm
đm
p
p
max.
1
.2
đm
n
i
iđm
hq
p
p
n

 thì 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 

n
i
iđm
n
j
jđm pp
1
.
1
.
100
51
Khi trong nhóm có n1 thiết bị điện có tổng công suất định mức nhỏ 
hơn hoặc bằng 5 % tổng công suất định mức của toàn nhóm 
nhq = n - n1 → 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
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 thiết 
bị 
Công suất 
(kW) 
10 0,6 
5 4,5 
6 7 
5 10 
2 14 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
Giải : 
+ Tính bằng công thức đầy đủ: 
20
14.210.57.65,4.56,0.10
)14.210.57.65,4.56,0.10(
22222
2
 hqn
+ Tính gần đúng: vì nhóm có 10 thiết bị rất nhỏ (0,6 kW) 
10.0,6 = 6 kW < ∑ pđm.i 5% = 148,5.5% = 7,4 
 → nhq = n – n1 = 28 – 10 = 18 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
Ví dụ: Nhóm có các thiết bị làm 
việc dài hạn. Hãy xác đinh số thiết 
bị hiệu quả của nhóm; Ksd = 0,4 
Số thiết bị 
Công suất 
(kW) 
4 20 
5 10 
6 4 
5 7 
4 4,5 
25 2,8 
20 1 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
Giải: 
320
1
20
P
P
m
min.đm
max.đm 
Ksd = 0,4 > 0,2 
26
20
524
20
)1.208,2.255,4.44.610.520.4.(2
p
p2
n
max.đm
n
1i
i.đm
hq

 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
c) Hệ số cực đại (km) 
Hệ số cực đại là tỉ số giữa công suất tính toán và công suất trung 
bình 
tb
tt
m
p
p
k 
tb
tt
m
P
P
K 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
2.2. Xác định phụ tải tính toán theo công suất đặt và hệ số nhu cầu 
+ Phụ tải tính toán của nhóm thiết bị có chế độ làm việc giống 
nhau (cùng ksd) 
đnctt PKP tgPQ tttt 
 cos
22 tt
tttttt
P
QPS 
Knc - hệ số nhu cầu của nhóm thiết bị. 
cosφ - hệ số công suất của nhóm 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
Một số lưu ý: 
+ Nếu nhóm có nhiều thiết bị với cosφ khá khác nhau, để tính Qtt 
người ta có thể sử dụng hệ số cosφ trung bình của nhóm: 


n
i
iđm
n
i
iiđm
tb
p
p
1
.
1
. cos
cos
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
+ Nếu nhóm có nhiều thiết bị có hệ số nhu cầu khá khác nhau: 


n
i
iđm
n
i
inciđm
tbnc
p
kp
K
1
.
1
..
.
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
+ Phụ tải tính toán ở một nút nào đó của hệ thống cung cấp điện 
(phân xưởng, xí nghiệp) bằng cách tổng hợp các phụ tải tính toán 
của các nhóm nối vào nút có tính đến hệ số đồng thời 
2
1
.
2
1
. 
 
n
i
itt
n
i
ittđttt QPKS
Kđt - hệ số đồng thời có giá trị (0,85 ÷ 1) 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
2.3. Xác định phụ tải tính toán theo xuất chi phí điện năng trên 
đơn vị sản phẩm và tổng sản lượng 
+ Suất chi phí điện năng cho đơn vị sản phẩm a0 (kWh) 
+ M - tổng sản phẩm cần sản xuất ra trong khoảng thời gian khảo sát 
T → tính được phụ tải tác dụng trung bình của phân xưởng, xí nghiệp 
T
aM
Ptb
0. 
Lựa chọn hệ số cực đại tương ứng với xí nghiệp hoặc phân xưởng 
tbmtt PKP 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
2.4. Xác định phụ tải tính toán theo xuất phụ tải trên đơn vị diện 
tích sản xuất 
FpPtt .0 
p0 - suất phụ tải tính toán trên 1 m2 diện tích sản suất 
(kW/m2) 
F - diện tích sản xuất đặt thiết bị (m2) 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
2.5. Xác định phụ tải đỉnh nhọn 
Đây là phu tải lớn nhất xuất hiện trong thời gian ngắn 1 ÷ 2 giây, 
thường xuất hiện khi khởi động các động cơ. 
+ Với nhóm thiết bị: phụ tải đỉnh nhọn xuất hiện khi thiết bị có 
dòng mở máy lớn nhất trong nhóm làm việc (đóng điện) 
)( (max)hom.(max) đmsdnttkđđn IkIII 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
Itt - dòng điện tính toán của nhóm 
Iđm(max) - dòng định mức của động cơ đang khởi động 
Ikđ(max) - dòng khởi động của động cơ có dòng khởi động lớn nhất 
đmmmkđ IkI 
kmm - hệ số mở máy của thiết bị 
+ Động cơ không đồng bộ: kmm = (5 ÷ 7) 
+ Động cơ rôto dây quấn: kmm = 2,5 
+ Lò điện, máy biến áp: kmm = 1,6 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
Ví dụ về tính phụ tải điện 
Nhóm I: Máy nén khí 
 Pđm1 = 50 kW 
 Pđm2 = 40 kW 
 Knc = 0,85 
 Cosφ = 0,8 
9 
1 
2 
I 
3 
. 
8 
II 
10 
. 
. 
14 
III 
Nhóm II: Máy công cụ 
 Pđm3 = 15 kW 
 Pđm4 = 12 kW 
 Pđm5 = 10 kW 
 Pđm6 = 8 kW 
 Pđm7 = 6 kW 
 Pđm8 = 5 kW 
Nhóm II: 
 knc = 0,35 
 cosφ = 0,6 
Nhóm III: Các máy hàn 
 Sđm10 = 25 kVA; cosφ = 0,5; knc = 0,6 
 Sđm11 = 15 kVa; cosφ = 0,6; knc = 0,4 
 Sđm12 = Sđm13 = Sđm14 = 20 kVA 
 cosφ = 0,7; knc = 0,5 
Phụ tải chiếu sáng 9 
 Diện tích 3000 m2 
 Suất phụ tải: p0 = 0,006 kW/m
2 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
Giải: 
- Nhóm I: Tính theo phương pháp 
 công suất đặt và hệ số nhu cầu 
1 
2 
I 
 5,76405085,0
PPkP
2đm1đmncI.tt
375,5775,0.5,76tgPQ
I.ttI.tt
625,95
8,0
5,76
cos
P
S I.tt
I.tt
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
- Nhóm II: Tính theo phương pháp 
 công suất đặt và hệ số nhu cầu 
3 
. 
8 
II 
 6,1956810121535,0
PkP
8
3i
i.đmncII.tt
 
09,2033,1.6,19tgPQ
II.ttII.tt
67,32
6,0
6,19
cos
P
S II.tt
II.tt
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
- Nhóm III: Có hệ số công suất và hệ số nhu cầu khác nhau nên 
phải tính bình quân 
10 
. 
. 
14 
III 
65,0
20.31525
7,0.20.36,0.155,0.25
p
cosp
cos
14
10i
i.đm
14
10i
ii.đm
tb


 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
Hệ số nhu cầu trung bình: 
51,0
20.31525
5,0.20.34,0.156,0.25
p
kp
k
14
10i
i.đm
14
10i
i.nci.đm
tb.nc


 5120.3152551,0
PkP
14
10i
i.đmtb.ncIII.tt
 
- Phụ tải tính toán 
62,59169,1.51tgPQ
III.ttIII.tt
46,78
65,0
51
cos
P
S III.tt
III.tt
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
- Phụ tải chiếu sáng: tính theo phương pháp suất phụ tải trên 
đơn vị diện tích 
18S
0Q
183000.006,0F.pP
cs.tt
cs.tt
0cs.tt
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN 
- Phụ tải toàn phân xưởng 
 Chọn hệ số đồng thời kđt = 0,9 
kVA2255,1531659,0
62,591,2038,5718516,195,769,0
QPKS
22
2
2
n
1i
i.tt
2
n
1i
i.ttđttt
 
 CHƯƠNG 2: PHỤ TẢI ĐIỆN