- Do đó, tổng năng lượng phản kháng được tính tiền cho thời gian sử dụng sẽ là: kVAr phải trả tiền = KWh tgφ – 0,4 - Mặc dù được lợi về giảm bớt tiền điện, người sử dụng cần cân nhắc
Trang 1GIỚI THIỆU VỀ CÔNG TY
Công ty thiết bị điện Phượng Hoàng tại số 4 nghách 139/56 Đường Tam Trinh – Quận Hoàng Mai – Hà Nội là doanh nghiệp chuyên thiết kế, thi công lắp đặt tủ điện, các công trình điện dân dụng và công nghiệp
Sau một thời gian thực tập tại Công ty thiết bị điện Phượng Hoàng, em
đã được công ty giao làm việc thực tế Tủ Bù Trong quá trình thực tập em đã tìm hiểu được một số kiến thức nhất định, tuy nhiên do trình độ hạn chế và thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi những sai sót, vì thế em rất mong được sự chỉ bảo và góp ý của các thầy cô trong bộ môn cùng các anh chị trong công ty
Xin chân thành cảm ơn các anh chị trong công ty đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo cho em trong quá trình thực tập Em cũng xin cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Bách khoa Hà Nội cũng như ban chủ nhiệm bộ môn Tự Động Hoá -Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo cơ hội cho sinh viên chúng em được tiếp xúc với thực tế trước khi ra trường
Hà Nội, ngày 08 tháng 08 năm 2011
Sinh viên
Nguyễn Công Hoàng
Chương 1: CÁCH CHỌN CÔNG SUẤT TỤ BÙ
Trang 2I Tại sao cần cải thiện hệ số công suất:
1 Giảm giá thành tiền điện:
- Nâng cao hệ số công suất đem lại những ưu điểm về kỹ thuật và kinh tế, nhất
là giảm tiền điện
- Trong giai đoạn sủ dụng điện có giới hạn theo qui định Việc tiêu thụ năng lượng phản kháng vượt quá 40% năng lượng tác dụng (tgφ > 0,4: đây là giá trị thỏa thuận với công ty cung cấp điện) thì người sử dụng năng lượng phản kháng phải trả tiền hàng tháng theo giá hiện hành
- Do đó, tổng năng lượng phản kháng được tính tiền cho thời gian sử dụng sẽ là:
kVAr ( phải trả tiền ) = KWh ( tgφ – 0,4)
- Mặc dù được lợi về giảm bớt tiền điện, người sử dụng cần cân nhắc đến yếu
tố phí tổn do mua sắm, lắp đặt bảo trì các tụ điện để cải thiện hệ số công suất
2 Tối ưu hoá kinh tế - kỹ thuật
- Cải thiện hệ số công suất cho phép người sử dụng máy biến áp, thiết bị đóng cắt và cáp nhỏ hơn V.V…đồng thời giảm tổn thất điện năng và sụt áp trong mạng điện
- Hệ số công suất cao cho phép tối ưu hoá các phần tử cung cấp điện Khi ấy các thiết bị điện không cần định mức dư thừa Tuy nhiên để đạt được kết quả tốt nhất, cần đặt tụ cạnh cạnh từng phần tử của thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng
Cải thiện hệ số công suất
- Để cải thiện hệ số công suất của mạng điện, cần một bộ tụ điện làm nguồn
phát công suất phản kháng Cách giải quyết này được gọi là bù công suất phản kháng
-Tải mang tính cảm có hệ số công suất thấp sẽ nhận thành phần dòng điện phản kháng từ máy phát đưa đến qua hệ thống truyền tải phân phối Do đó kéo theo tốn thất công suất và hiện tượng sụt áp
- Khi mắc các tụ song song với tải, dòng điện có tính dung của tụ sẽ có cùng đường đi như thành phần cảm kháng của dòng tải vì vậy hai dòng điện này sẽ triệt tiêu lẫn nhau IC = IL Như vậy không còn tồn tại dòng phản kháng qua phần lưới phía trước vị trí đặt tụ
Trang 3- Đặc biệt ta nên tránh định mức động cơ quá lớn cũng như chế độ chạy không tải của động cơ Lúc này hệ số công suất của động cơ rất nhỏ (0,17) do lượng công suất tác dụng tiêu thụ ở chế độ không tải rất nhỏ
II Các thiết bị bù công suất:
1 Bù trên lưới điện áp
Trong mạng lưới hạ áp, bù công suất được thực hiện bằng:
- Tụ điện với lượng bù cố định (bù nền)
- Thiết bị điều chỉnh bù tự động hoặc một bộ tụ cho phép điều chỉnh liên tục theo yêu cầu khi tải thay đổi
Chú ý: Khi công suất phản kháng cần bù vượt quá 800 kVAr và tải có tính liên
tục và ổn định, việc lắp đặt bộ tụ ở phía trung áp thường có hiệu quả kinh tế tốt hơn
2 Tụ bù nền
Bố trí bù gồm một hoặc nhiều tụ tạo nên lượng bù không đổi việc điều khiển có thể thực hiện:
- Bằng tay: dùng CB hoặc LBS (load – break switch)
- Bán tự động: dùng contactor
- Mắc trực tiếp vào tải đóng điện cho mạch bù đồng thời khi đóng tải
Các tụ điện được đặt:
- Tại vị trí đấu nối của thiết bị tiêu thụ điện có tính cảm (động cơ điện và máy biến áp)
- Tại vị trí thanh góp cấp nguồn cho nhiều động cơ nhỏ và các phụ tải có tính cảm kháng đối với chúng việc bù từng thiết bị một tỏ ra quá tốn kém
- Trong các trường hợp khi tải không thay đổi
3 Bộ tụ bù điều khiển tự động (bù ứng động)
- Bù công suất thường được hiện bằng các phương tiện điều khiển đóng ngắt từng bộ phận công suất
- Thiết bị này cho phép điều khiển bù công suất một cách tự động, giữ hệ
số công suất trong một giới hạn cho phép chung quanh giá trị hệ số công suất được chọn
Trang 4- Thiết bị này được lắp đặt tại các vị trí mà công suất tác dụng và công suất phản kháng thay đổi trong phạm vi rất rộng Ví dụ: tại thanh góp của tủ phân phối chính, tại đầu nối của các cáp trục chịu tải lớn
Các nguyên lý và lý do sử dụng bù tự động:
- Bộ tụ bù gồm nhiều phần và mỗi phần được điều khiển bằng contactor Việc đóng một contactor sẽ đóng một số tụ song song với các tụ vận hành Vì vậy lượng công suất bù có thể tăng hay giảm theo từng cấp bằng cách thực hiện đóng hoặc cắt contactor điều khiển tụ Một rơley điều khiển kiểm soát hệ số công suất của mạng điện sẽ thực hiện đóng và mở các contactor tương ứng để
hệ số công suất cả hệ thống thay đổi (với sai số do điều chỉnh từng bậc ) Để điều khiển rơle máy biến dòng phải đặt lên một pha của dây cáp dẫn điện cung cấp đến mạch được điều khiển Khi thực hiện bù chính xác bằng các giá trị tải yêu cầu sẽ tránh được hiện tượng quá điện áp khi tải giảm xuống thấp và do đó khử bỏ các điều kiện phát sinh quá điện áp và tránh các thiệt hại xảy ra cho trang thiết bị
- Quá điện áp xuất hiện do hiện tượng bù dư phụ thuộc một phần vào giá trị tổng trở nguồn
Các qui tắc bù chung
- Nếu công suất bộ tụ (kVar) nhỏ hơn hoặc bằng 15% công suất định mức máy biến áp cấp nguồn, nên sử dụng bù nền
- Nếu ở trên mức 15%, nên sử dụng bù kiểu tự động
- Vị trí lắp đặt tụ áp trong mạng điện có tính đến chế độ bù công suất; hoặc bù tập trung, bù nhóm, bù cục bộ, hoặc bù kết hợp hai phương án sau cùng
- Về nguyên tắc, bù lý tưởng có nghĩa là bù áp dụng cho từng thời điểm tiêu thụ và với mức độ mà phụ tải yêu cầu cho mỗi thời điểm
- Trong thực tiễn, việc chọn phương cách bù dựa vào các hệ số kinh tế và
kỹ thuật
Vị trí lắp đặt tụ bù:
3.1 Bù tập trung: áp dụng cho tải ổn định và liên tục.
Nguyên lý: bộ tụ đấu vào thanh góp hạ áp của tủ phân phối chính và được đóng
trong thời gian tải hoạt động
Ưu điểm:
- Giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng
Trang 5- Làm giảm công suất biểu kiến.
- Làm nhẹ tải cho máy biến áp và do đó nó có khả năng phát triển thêm các phụ tải cần thiết
Nhận xét:
- Dòng điện phản kháng tiếp tục đi vào tất cả lộ ra tủ phân phối chính của mạng hạ thế
- Vì lý do này kích cỡ dây dẫn, công suất tổn hao không được cải thiện ở chế độ bù tập trung
3.2 Bù nhóm (từng phân đoạn).
Bù nhóm nên sử dụng khi mạng điện quá lớn và khi chế độ tải tiêu thụ theo thời gian của các phân đoạn thay đổi khác nhau
Nguyên lý:
Bộ tụ được đấu vào tủ phân phối khu vực, hiệu quả do bù nhóm mang lại cho dây dẫn xuất phát từ tủ phân phối chính đến các tủ khu vực có đặt tụ được thể hiện rõ nhất
Ưu điểm:
- Làm giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng
- Làm giảm công suất biểu kiến yêu cầu
- Kích thước dây cáp đi đến các tủ phân phối khu vực sẽ giảm đi hoặc với cùng dây cáp trên có thể tăng thêm phụ tải cho tủ phân phối khu vực
Nhận xét:
- Dòng điện phản kháng tiếp tục đi vào tất cả dây dẫn xuất phát từ tủ phân phối khu vực
- Vì lý do này mà kích thước và công suất tổn hao trong dây dẫn nói trên không được cải thiện với chế độ bù nhóm
- Khi có sự thay đổi đáng kể của tải, luôn luôn tồn tại nguy cơ bù dư và kèm theo hiện tượng quá điện áp
3.3 Bù riêng:
Bù riêng nên được xét đến khi công suất động cơ lớn đáng kế so với mạng điện
Nguyên lý:
Trang 6+ Bộ tụ mắc trực tiếp vào đầu dây nối của thiết bị dùng điện có tính cảm (chủ yếu là các động cơ)
+ Bộ tụ định mức (kVAr) đến khoảng 25% giá trị công suất động cơ Bù bổ sung tại đầu nguồn điện cũng có thể mang lại hiệu quả tốt
Ưu điểm:
- Làm giảm tiền phạt do tiêu thụ công suất phản kháng (kVAr)
- Giảm công suất biểu kiến yêu cầu.
- Giảm kích thước và tổn hao dây dẫn đối với tất cả dây dẫn.
Nhận xét:
Các dòng điện phản kháng có giá trị lớn sẽ không còn tồn tại trong mạng điện
3.4 Mức độ bù tối ưu
* Phương pháp chung:
Bảng số liệu tính toán công suất phản kháng cần thiết trong giai đoạn thiết kế qua đó có thể xác định công suất phản kháng và công suất tác dụng cho mức độ bù khác nhau
Vấn đề tối ưu hoá kinh tế kỹ thuật cho một mạng điện đang hoạt động.
Việc tính toán định mức bù tối ưu cho một mạng đã tồn tại có thể thực hiện theo những lưu ý sau:
+ Tiền điện trước khi đặt bù
+ Tiền điện tương lai sau khi lắp tụ bù
+ Các chi phí bao gồm:
- Mua tụ bù và mạch điều khiển
- Lắp đặt và bảo trì
- Tổn thất trong tụ và tổn thất trên dây cáp, máy biến áp sau khi lắp tụ bù
III Chọn Tụ Bù:
1 Phương pháp tính đơn giản:
Trang 7Để chọn tụ bù cho một tải nào đó thì ta cần biết công suất (P) của tải đó
và hệ số công suất (Cosφ) của tải đó:
- Giả sử ta có công suất của tải là P
- Hệ số công suất của tải là Cosφ1 → t φ1 ( trước khi bù )
- Hệ số công suất sau khi bù là Cosφ2 → tgφ2
- Công suất phản kháng cần bù là QC = P (tgφ1 – tgφ2)
Từ công suất cần bù ta chọn tụ bù cho phù hợp trong bảng catalog của nhà cung cấp tụ bù
VD: Giả sử ta có công suất tải là P = 270 (KW).
Hệ số công suất trước khi bù là cosφ1 = 0.75 → tgφ1 = 0.88
Hệ số công suất sau khi bù là Cosφ2 = 0.95 → tgφ2 = 0.33 Vậy công suất phản kháng cần bù là Qbù = P (tgφ1 – tgφ2)
Qbù = 270(0,88 – 0.33 ) = 148.5 (KVAr)
Từ số liệu này ta chọn tụ bù trong bảng catalog của nhà sản xuất giả sử là
ta có tụ 25 kVAr Để bù đủ cho tải thì ta cần bù 6 tụ 25 kVAr tổng công suất phản kháng là 6x25=150 (kVAr) với 6 tụ bù này ta chọn bộ điều khiển 6 cấp
VD: Một cơ sở sản xuất sử dụng điện vào giờ bình thường có công suất
sử dụng trung bình là: 200 kW, điện năng tiêu thụ trung bình 48.000 kWh/tháng, hệ số công suất tại điểm đo đếm là cos = 0,8
- Tiền điện năng tác dụng trong 1 tháng:
Ta = 48.000 (kWh) x 1023 (đồng/kWh) = 49.104.000 đồng
- Tiền mua công suất phản kháng là (do cos = 0,8< 0,85):
TP = Ta.K% = 49.104.000x6,25/100 = 3.069.000 đồng
Trong đó K% = 6,25% (ứng với cos = 0,8 theo hướng dẫn thông tư 07/2006/TT-BCN ngày 27/10/2006 của Bộ công nghiệp)
Vậy số tiền mà khách hàng phải trả hàng tháng là 52.173.000 đồng
Nếu khách hàng đầu tư 3 bộ tụ bù hạ thế công suất 20 kVAr thì hệ số cos sẽ là 0,91 Khi đó khách hàng không phải mua công suất phản kháng Chi phí cho 3 bộ tụ bù chỉ hơn 3 triệu đồng
Trang 8Chương 2: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐÓNG NGẮT - BẢO VỆ TỤ BÙ
I.Attomat
Attomat là khí cụ điện dùng đóng ngắt mạch điện (1 pha, 3 pha) có công dụng bảo vệ quá tải, ngắn mạch, sụt áp … của mạch điện
Cấu tạo và nguyên lý làm việc
1.Cấu tạo:
Attomat thường được chế tạo có hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và hồ quang) hoặc ba tiếp điểm (chính, phụ, hồ quang)
Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, sau cùng là tiếp điểm chính Khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chính
mở trước, sau đến tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm hồ quang Như vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang, do đó bảo vệ được tiếp điểm chính để dẫn điện Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy lan vào làm hư hại tiếp điểm chính
2.Nguyên lý hoạt động
a Sơ đồ nguyên lý của Attomat dòng điện cực đại
nguån
1
cuén d©y b¶o vÖ qu¸ dßng
2 3
4
5 6
t¶i
Trang 9Ở trạng thái bình thường sau khi đóng điện, Attomat được giữ ở trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc 2 khớp với móc 3 cùng một cụm tiếp điểm động Bật Attomat ở trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện 5 và phần ứng 4 không hút
Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, lực hút điện từ ở nam châm điện 5
sẽ hút phần ứng 4 xuống làm bật nhả móc 3, móc 5 được thả tự do, lò xo 1 được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm của Attomat được mở ra, mạch điện bị ngắt
II Contactor
1.Khái niệm:
Contactor là một khí cụ điện dùng để đóng ngắt các tiếp điểm, tạo liên lạc trong mạch điện bằng nút nhấn Như vậy khi sử dụng Contactor ta có thể điều khiển mạch điện từ xa có phụ tải (vị trí điều khiển, trạng thái hoạt động của Contactor rất xa vị trí các tiếp điểm đóng ngắt mạch điện)
2.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
a.Cấu tạo: Contactor được cấu tạo gồm các thành phần: Cơ cấu điện từ (nam
châm điện), hệ thống dập hồ quang (tiếp điểm chính và phụ)
* Nam châm điện: gồm 4 thành phần
+ Cuộn dây dùng tạo ra lực hút nam châm
+ Lõi sắt (mạch từ) của nam châm gồm 2 phần: phần cố định và phần nắp di động Lõi thép nam châm có dạng EE, EI hay CI
+ Lò xo phản lực: có tác dụng đẩy phần nắp di động mở về vị trí ban đầu khi ngừng cung cấp điện vào cuôn dây
- Hệ thống dập hồ quang điện:
Khi Contactor chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làm các tiếp điểm bị cháy, mòn dần Vì vậy cần có hệ thống dập hồ quang gồm nhiều vách ngăn làm bằng kim loại đặt cạnh hai bên tiếp điểm tiếp xúc nhau, nhất là tiếp điểm chính của Contactor
- Hệ thống tiếp điểm của Contactor:
+ Tiếp điểm chính: có khả năng cho dòng điện lớn đi qua Tiếp điểm chính là tiếp điểm thường hở đóng lại khi cấp nguồn vào mạch từ của Contactor hút lại
Trang 10+ Tiếp điểm phụ: có khả năng cho dòng điện đi qua các tiếp điểm nhiều hơn 5A Tiếp điểm phụ có hai trạng thái: Thường đoáng và thường mở Tiếp điểm thường đóng là tiếp điểm ở trạng thái đóng khi cuộn dây nam châm trong Contactor ở trạng thái không được cấp điện Tiếp điểm thường mở: ngược lại tiếp điểm thường đóng
Như vậy hệ thống tiếp điểm chính được mắc trong mạch động lực còn tiếp điểm phụ sẽ lắp trong hệ thống mạch điều khiển
b.Nguyên lý hoạt động của Contactor
Khi cấp nguồn điện bằng giá trị điện áp định mức của Contactor vào hai đầu của cuộn dây quấn trên phần lõi từ cố định thì lực từ tạo ra hút phần lõi từ
di động hình thành mạch từ kín, Contactor ở trạng thái hoạt động Lúc này nhờ vào bộ phận liên động về cơ giữa lõi từ di động và hệ thống tiếp điểm kín cho tiếp điểm chính đóng lại, tiếp điểm phụ chuyển đổi trạng thái (thường đóng sẽ
mở ra, thường hở sẽ đóng lại) và duy trì trạng thái này Khi ngừng cấp nguồn cho cuộn dây thì Contactor ở trạng thái nghỉ, các tiếp điểm ở trạng thái ban đầu
c.Các thông số cơ bản của Contactor
*Điện áp định mức
Điện áp định mức của Contactor Uđm là điện áp của mạch điện tương ứng
mà tiếp điểm chính phải đóng ngắt, chính là điện áp vào hai đầu cuộn dây của nam châm điện sao cho mạch từ hút lại
Thông số này ghi trên nhãn của Contactor có các cấp điện áp: 110V, 220V, 400V một chiều và 127V, 220V, 380V xoay chiều
*Dòng điện định mức
Dòng điện định mức của Contactor Iđm là dòng định mức đi qua tiếp điểm chính trong chế độ làm việc lâu dài
Dòng điện định mức của Contactor: 10A, 20A, 40A, 60A, 100A…
*Khả năng cắt và khả năng đóng
Khả năng cắt của contactor điện xoay chiều đạt bội số đến 10 lần dòng điện định mức với phụ tải điện cảm
Khả năng đóng: contactor điện xoay chiều dùng để khởi động động cơ điện cần phải có khả năng đóng từ 4 đến 7 lần Iđm