thiết kế bộ bù công suất trên lưới điện phân phối

Các máy phát chỉ đảm đương một phần nhu cầu CSPK của phụ tải, phần còn lại do các thiết bị bù đảm trách Máy bù đồng bộ, tụ điện.. Các nguồn phát công suất phản kháng trên lưới 1 Máy bù đ

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN

LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1.1 Các nguồn phát công suất phản kháng trên lưới điện

Khả năng phát CSPK của các nhà máy điện là rất hạn chế, do cosφn của nhà máy

từ 0,8 – 0,9 hoặc cao hơn nữa Vì lý do kinh tế người ta không chế tạo các máy phát cókhả năng phát nhiều CSPK cho phụ tải Các máy phát chỉ đảm đương một phần nhu cầu CSPK của phụ tải, phần còn lại do các thiết bị bù đảm trách (Máy bù đồng bộ, tụ điện)

Ngoài ra trong hệ thống điện nói chung, phải kể đến một nguồn phát CSPK nữa,

đó là các đường dây tải điện, đặc biệt là các đường cáp và đường dây siêu cao áp Tuy nhiên ở đây ta chỉ xét đến lưới phân phối, do vậy chỉ lưu ý đến các trường hợp đường dây 35 kV dài và các đường cáp ngầm Tuy nhiên CSPK phát ra từ các phần tử này cũng không đáng kể nên nguồn phát CSPK chính trong lưới phân phối vẫn là tụ điện, động cơ đồng bộ và máy bù

1.1.1 Các nguồn phát công suất phản kháng trên lưới

1) Máy bù đồng bộ

Máy bù đồng bộ là loại máy điện đồng bộ chạy không tải dùng để phát hoặc tiêu thụ CSPK Máy bù đồng bộ là phương pháp cổ truyền để điều chỉnh liên tục CSPK Các máy bù đồng bộ thường được dùng trong hệ thống truyền tải, chẳng hạn ở đầu vào các đường dây tải điện dài, trong các trạm biến áp quan trọng và trong các trạm biến đổi dòng điện một chiều cao áp

Nếu ta tăng dòng điện kích từ ikt lên (quá kích thích, dòng điện của máy bù đồng

bộ sẽ vượt trước điện áp trên cực của nó một góc 900) thì máy phát ra CSPK Qb phát lên mạng điện Ngược lại, nếu ta giảm dòng kích từ ikt (kích thích non, E < U, dòng điện chậm sau điện áp 900) thì máy bù sẽ biến thành phụ tải tiêu thụ CSPK Vậy máy

bù đồng bộ có thể tiêu thụ hoặc phát ra CSPK

Các máy bù đồng bộ ngày nay thường được trang bị hệ thống kích thích từ nhanh

có bộ kích từ chỉnh lưu Có nhiều phương pháp khởi động khác nhau, một phương pháp hay dùng là khởi động đảo chiều

 Tụ điện tĩnh

Tụ điện tĩnh là một đơn vị hoặc một dãy đơn vị tụ nối với nhau và nối song song với phụ tải theo sơ đồ hình sao hoặc tam giác, với mục đích sản xuất ra CSPK cung cấp trực tiếp cho phụ tải, điều này làm giảm CSPK phải truyền tải trên đường dây Tụ

bù tĩnh cũng thường được chế tạo không đổi (nhằm giảm giá thành) Khi cần điều chỉnh điện áp có thể dùng tụ điện bù tĩnh đóng cắt được theo cấp, đó là biện pháp kinh

tế nhất cho việc sản xuất ra CSPK

Tụ điện tĩnh cũng như máy bù đồng bộ làm việc ở chế độ quá kích CSPK trực tiếp cấp cho hộ tiêu thụ, giảm được lượng CSPK truyền tải trong mạng, do đó giảm được tổn thất điện áp

CSPK do tụ điện phát ra được tính theo biểu thức sau:

Các tụ điện bù tĩnh được dùng rộng rãi để hiệu chỉnh hệ số công suất trong các hệthống phân phối điện như: hệ thống phân phối điện công nghiệp, thành phố, khu đông dân cư và nông thôn Một số các tụ bù tĩnh cũng được đặt ở các trạm truyền tải

Tụ điện là loại thiết bị điện tĩnh, làm việc với dòng điện vượt trước điện áp Do

đó có thể sinh ra công suất phản khánh Q cung cấp cho mạng

Tụ điện tĩnh có những ưu điểm sau:

- Suất tổn thất công suất tác dụng bé, khoảng (0,003 – 0,005) kW/kVAr

- Không có phần quay nên lắp ráp bảo quản dễ dàng

- Tụ điện tĩnh được chế tạo thành từng đơn vị nhỏ, vì thế có thể tùy theo sự phát triển của phụ tải trong quá trình sản xuất mà điều chỉnh dung lượng cho phù hợp

Song tụ điện tĩnh cũng có một số nhược điểm sau:

- Nhược điểm chủ yếu của chúng là cung cấp được ít CSPK khi có rối loạn hoặc thiếu điện, bởi vì dung lượng của công suất phản kháng tỷ lệ bình phương với điện áp:

2

- Khi điện áp tăng quá 1,1Un thì tụ điện dễ bị chọc thủng.

- Khi đóng tụ điện vào mạng có dòng điện xung, còn khi cắt tụ khỏi mạng, nếu không có thiết bị phóng điện thì sẽ có điện áp dư trên tụ

- Bù bằng tụ điện sẽ khó khăn trong việc tự động điều chỉnh dung lương bù một cách liên tục

- Tụ điện tĩnh được chế tạo dễ dàng ở cấp điện áp 6 - 10 kV và 0,4 kV Thông thường nếu dung lượng bù nhỏ hơn 5 MVAr thì người ta dùng tụ điện, còn nếu lớn hơn phải so sánh với máy bù đồng bộ

3) Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn được đồng bộ hóa

Khi cho dòng điện một chiều vào dây quấn Roto của động cơ không đồng bộ thì động cơ đó sẽ làm việc như động cơ đồng bộ, có thể điều chỉnh dòng kích từ để nó phát ra CSPK cung cấp cho mạng Nhược điểm của loại này là suất tổn thất công suất tác dụng lớn, khoảng (0,02 – 0,08) kW/kVAr; khả năng quá tải kém Vì vậy nó chỉ được phép làm việc với 75% công suất định mức

Vì các nhược điểm trên, cho nên nó chỉ được dùng khi không có sẵn các loại thiết

bị bù khác

1.1.2 Ưu nhược điểm của các nguồn phát công suất phản kháng

1) Ưu điểm của tụ điện so với máy bù đồng bộ

- Chi phí cho một kVAr của tụ điện rẻ hơn so với máy bù đồng bộ Ưu điểm này càng nổi bật khi dung lượng càng tăng

- Giá tiền của mỗi kVA tụ điện tĩnh ít phụ thuộc vào công suất đặt và có thể coi như không đổi, vì vậy rất thuận tiện cho việc phân chia tụ điện tĩnh ra làm nhiều tổ nhỏ, tùy ý lắp đặt vào nơi cần thiết Trái lại giá tiền mỗi kVA máy bù đồng bộ lại thay đổi tùy theo dung lượng, dung lượng máy càng nhỏ thì giá tiền càng đắt

- Tổn thất công suất tác dụng trong tụ điện rất bé, khoảng (0,3 – 0,5)% công suất của chúng, trong khi đó tổn thất trong máy bù đồng bộ lớn hơn hàng chục lần, vào khoảng (1,33 -3,2)% công suất định mức

- Tụ điện vận hành đơn giản, độ tin cậy cao hơn máy bù đồng bộ Trái lại máy bù đồng bộ với những bộ phận quay, chổi than dễ gây ra mài mòn, sự cố trong lúc vận hành Trong lúc vận hành, một tụ điện nào đó có thể bị hư hỏng thì toàn bộ số tụ điện còn lại vẫn tham gia vào vận hành bình thường Song nếu trong nhà máy chỉ có một máy bù đồng bộ mà bị hư hỏng thì sẽ mất toàn bộ dung lượng bù, ảnh hưởng tiêu cực khi đó sẽ rất lớn

- Tụ điện lắp đặt, bảo dưỡng định kỳ rất đơn giản Có thể phân ra nhiều cụm để lắp rải trên lưới phân phối, hiệu quả là cải thiện đường cong phân bố điện áp tốt hơn

Tụ điện không cần công nhân trông coi vận hành như máy bù đồng bộ

- Tụ điện điện áp thấp còn có ưu điểm là nó được đặt sâu trong các mạng điện hạ

áp xí nghiệp, gần ngay các động cơ điện, nên làm giảm được ∆P và ∆A rất nhiều

2) Nhược điểm của tụ điện so với máy bù đồng bộ

- Máy bù đồng bộ có thể điều chỉnh trơn tương đối dễ dàng, còn tụ điện thường chỉ được điều chỉnh theo từng cấp

- Máy bù đồng bộ có thể phát ra hay tiêu thụ CSPK theo một cơ chế linh hoạt, còn tụ điện chỉ có thể phát ra CSPK

Các nhược điểm của tụ điện ngày nay đã dần được khắc phục

Với nhiều ưu điểm nổi trội so với máy bù đồng bộ, ngày nay trên lưới điện phần lớn sử dụng tụ điện để bù CSPK

Theo thống kê thì có gần 60% tụ điện được bù trên đường dây, 30% được bù tại thanh cái trạm biến áp và khoảng 10% còn lại được bù ở hệ thống truyền tải

1.2 Ý nghĩa của việc bù CSPK trong lưới phân phối

Hầu hết các thiết bị sử dụng điện đều tiêu thụ CSTD (P) và CSPK (Q) Sự tiêu thụ CSPK này sẽ được truyền tải trên lưới điện về phía nguồn cung cấp CSPK, sự truyền tải công suất này trên đường dây sẽ làm tổn hao một lượng công suất và làm cho hao tổn điện áp tăng lên đồng thời cũng làm cho lượng công suất biểu kiến (S) tăng, dẫn đến chi phí để xây dựng đường dây tăng lên Vì vậy việc bù CSPK cho lưới điện sẽ có những tích cực như sau:

1.2.1 Giảm được tổn thất công suất trong mạng điện.

Ta có tổn thất công suất trên đường dây được xác định theo công thức:

1.2.2 Giảm được tổn thất điện áp trong mạng điện

Tổn thất điện áp được xác định theo công thức:

1.2.3 Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp

Khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp phụ thuộc vào điều kiện pháp nóng, tức phụ thuộc vào dòng điện cho phép của chúng Dòng điện chạy trên dây dẫn

và máy biến áp được tính như sau:

Việc bù CSPK ngoài việc nâng cao hệ số công suất cosφ còn đưa đến hiệu quả là giảm được chi phí kim loại màu tức giảm được tiết diện dây dẫn…nên tiết kiệm được chi phí đầu tư xây dựng lưới điện Giảm được chi phí điện năng…

CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH DUNG LƯỢNG BÙ VÀ SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI TỤ BÙ CÔNG SUẤT

PHẢN KHÁNG 2.1 Xác định dung lượng bù công suất phản kháng

2.1.1 Xác định dung lượng bù CSPK để nâng cao hệ số công suất cosφ

Giả sử hộ tiêu thụ điện có hệ số công suất là cosϕ1, muốn nâng hệ số công suất này lên cosϕ2 (cosϕ2> cosϕ1), thì phải đặt dung lượng bù là bao nhiêu?

Với dạng bài toán này thì dung lượng bù được xác định theo công thức sau:

Trong đó: P – phụ tải tính toán của hộ tiêu thụ điện, kW;

α = 0,9 ÷ 1 – hệ số xét tới khả năng nâng cao cosφ bằng những phương pháp không đòi hỏi đặt thiết bị bù

Hệ số công suất cosϕ2 nói ở trên thường lấy bằng hệ số công suất do cơ quan quản lý hệ thống điện quy định cho mỗi hộ tiêu thụ phải đạt được, thường nằm trong khoảng cosϕ = 0,8 – 0,95.

2.1.2 Bù công suất phản kháng theo điều kiện điều chỉnh điện áp

2.1.2.1 Xác định dung lượng bù CSPK khi đặt thiết bị bù tại 1 trạm

Giả thiết có một đường dây cung cấp điện như hình 2-3, có phụ tải tính toán là Sb

tại điểm b Giả thiết rằng với điện áp UA ở đầu đường dây, điện áp Ub nhận được ở cuốiđường dây không thỏa mãn yêu cầu của phụ tải và cần thay đổi đến trị số yêu cầu

Ub(yc)

Vấn đề đặt ta là muốn điều chỉnh Ub thành Ub(yc) thì phải đặt máy bù đồng bộ hay

tụ điện tĩnh có dung lượng là bao nhiêu?

U b(yc)

Hình 2-1 Sơ đồ mạng điện dùng máy bù đồng bộ để điều chỉnh điện áp

Giả thiết CSPK cần phải bù tại b là Qbù thì phụ tải mạng sẽ là:

ZA=

U ;

2 b 2 b(yc)

Vậy công suất cần phải bù là:

Phân tích kết quả tính toán ta thấy:

- Nếu dùng công thức (2.2) thì dung lượng bù tính toán được sẽ chính xác nhất

- Nếu dùng công thức (2.3) thì dung lượng bù tính được sẽ nhở hơn yêu cầu, sai

số từ (20 ÷20)%

- Nếu dùng công thức (2.4) thì dung lượng bù tính được sẽ lớn hơn yêu cầu, sai

số từ (5÷15)%

Trên cơ sở phân tích đó ta có kết luận như sau:

- Khi tính toán đường dây 220 kV thì dùng biểu thức (2.1)

- Khi tính toán đường dây (35÷110) kV thì dùng biểu thức (2.4)

- Biểu thức (2.2) cho kết quả kém chính xác và giảm công suất của máy bù, nên không nên dùng

Chú ý: Trong biểu thức tính Qbù ở trên, phải tính ở cùng một cấp điện áp Ví dụ nếu Ub, Ub(yc) là điện áp thực tế bên hạ áp thì X cũng phải quy đổi về bên hạ áp Và xét

R, X là điện trở và điện kháng đẳng trị từ nguồn đến nơi đặt thiết bị bù

+ Mạng hở phân nhánh (hình 2-4):

Nếu muốn tìm dung lượng bù đặt tại

thanh cái hạ áp C của trạm biến áp B2 thì

trong biểu thức (2.4) trị số của X sẽ

+ Mạng kín phức tạp (hình 2-5):

Ví dụ: Điện áp tại thanh cái hạ áp b cần phải thay đổi, để xác định công suất bù

tại b ta phải biến đổi mạng điến đó và đưa nó về dạng 1 đường dây nối từ A đến b (hình 2-5b)

Tổng trở đẳng trị của mạng cao áp là (3 đường dây song song):

a, Sơ đồ nối dây; b, Sơ đồ thay thế

2.1.3.3 Xác định dung lượng nhỏ nhất của máy bù đồng bộ

Điện áp tại thanh cái hạ áp b quy về phía cao áp bằng: U’b = kUb

Trong đó: Ub là điện áp thực trên thanh góp hạ áp

Trong tình trạng phụ tải cực đại và cực tiểu thì điện áp thực trên thanh góp hạ áp

0.2 b2(yc) b2

kU - U'U

Trong đó:

- Qbù là công suất của máy bù đồng bộ lúc quá kích thích

- X1, X2 là điện kháng của mạng điện ứng với tình trạng phụ tải nhỏ nhất và lớn nhất

Áp dụng biểu thức (2.4) để tìm dung lượng bù cần thiết khi phụ tải cực đại và cực tiểu

+ Đối với phụ tải cực tiểu thì:

Biết rằng với máy bù đồng bộ khi làm việc ở trạng thái thiếu kích thích (tiêu thụ CSPK của mạng) thì chỉ bằng 50% dung lượng định mức của máy đó khi làm việc quákích thích

Nên dễ dàng tính được đầu phân áp U = kU

Trong đó: Ukt là điện áp không tải bên hạ áp và thường Ukt = 1,1Uđm của mạng Sau đó chọn đầu phân áp tiêu chuẩn gần nhất, rồi tính lại tỷ số biến đổi thực của máy

Với tỷ số biến đổi thực của máy biến áp, ta tính được điện áp thực tế tại thanh cái

hạ áp của trạm giảm áp khi phụ tải cực đại và cực tiểu

b2 b2

Khi có dòng điện cảm chạy trên đường dây có điện trở R, sẽ gây ra tổn thất trên một pha bằng:

2

P = I R = IcosΦ ϕ R + Isinϕ R

Sau khi có bù ngang với dòng điện dung IC thì dòng điện trên đường dây bây giờ

sẽ là I1 và tổn thất công suất là I12.R vậy

d x

I 2 1,0 pu

I 2

I 1

V ¦ ît

tr ¦ íc 0

I 1

BiÕn thiªn dßng ®iÖn

i = I 1 - (I 1 - I 2 ).x

L= 1,0 pu x

ChËm sau

Phô t¶i tËp trung

Hình 2-7 Đường dây chính có phụ tải phân bố đều và tập trung

Dựa theo sự biến thiên dòng điện dọc theo đường dây, thì dòng điện tại một điểmbất kỳ là hàm của khoảng cách từ điểm đó đến đầu đường dây Vậy vi phân tổn thất dΔP trên vi phân dx của đường dây tại khoảng cách x được biểu thị như sau:

- ΔP là tổn nhất trên toàn bộ đường dây trước khi bù

- I1 là dòng điện phản kháng ở đầu đường dây

- I2 là dòng điện phản kháng ở cuối đường dây

- R là điện trở toàn bộ đường dây

- x là khoảng cách từ đầu đường dây tính trong hệ đơn vị tương đối

2.2 Sơ đồ đấu nối tụ bù tĩnh

2.2.1 Nối tụ điện theo sơ đồ hình tam giác (∆)

Sơ đồ nối dây của tụ như hình vẽ 2-8

U d

C B A

Hình 2-8 Tụ đấu tam giác

Từ biểu thức (3.1) ta tính được dung lượng của tụ:

bu 2 d

Q

C =

Trong đó: Ud là điện áp dây, V; Qbu là CSPK tụ phát ra, VAR

2.2.2 Nối tụ điện theo sơ đồ hình sao (Y)

Sơ đồ nối dây như hình 2-8

Q

C =

2.π.f.U (F) (2.20)

A B C

Ud

C B A

So sánh 2 biểu thức (2.18) và (2.20) ta thấy rằng cùng một dung lượng bù Qbu, tụ

điện nối theo hình tam giác thì điện dung của tụ nhỏ hơn 3 lần so với tụ điện nối theo

hình sao

2.2.3 Các kiểu đấu nối bộ tụ điện ba pha

Bộ tụ điện ba trên xuất tuyến phân phối có thể được đấu nối , Y0 hay Y

Kiểu đấu nối được sử dụng phụ thuộc vào:

+ Kiểu nối đất trung điểm của hệ thống: Ví dụ như hệ thống nối đất hay cách

điện

+ Các yêu cầu về cầu chảy bảo vệ

+ Vị trí lắp đặt bộ tụ điện

+ Các quan tâm về nhiễu điện thoại

Điều kiện cộng hưởng có thể xảy ra trong các bộ tụ điện được đấu nối ∆ và Y (trung tính thả nổi), khi có một hoặc hai đường dây bị sự cố hở mạch xảy ra về phía nguồn của bộ tụ điện và bộ tụ điện này vẫn còn điện áp trên pha hở mạch, mạch này được cung cấp trở lại bằng các máy biến áp nào đó về phía phụ tải của dây dẫn hở ngang qua tụ điện nối tiếp Kết quả là ở điều kiện này máy biến áp phân phối đơn pha trên hệ thống bốn dây có thể bị hư hỏng Do vậy tụ điện nối Y không được dùng trong các điều kiện sau đây:

- Trên các xuất tuyến với phụ tải nhẹ có cực tiểu của mỗi pha phía trước tụ khôngvượt quá 150% dung lượng mỗi pha của bộ tụ điện

- Trên các xuất tuyến có các máy cắt đơn pha sử dụng ở phía nguồn cung cấp

- Đối với các bộ tụ điện cố định

- Trên các phân đoạn, ở phía trước cầu chì phân đoạn hay các thiết bị cắt đơn pha

- Trên các xuất tuyến có sự chuyển tải công suất đột xuất

Tuy nhiên các bộ tụ điện nối Y sẽ được sử dụng nếu có một hay các điều kiện dưới đây:

- Các dòng điện hài bậc cao trong trung tính máy biến áp của trạm được loại bỏ

- Các nhiễu điện thoại có thể được giảm tối thiểu

- Việc lắp đặt bộ tụ điện có thể được thực hiện với các thiết bị đóng cắt bằng hai thiết bị đơn pha hơn là với các thiết bị đóng cắt bằng ba thiết bị đơn pha

Thông thường các bộ tụ điện nối Y0 chỉ được sử dụng trên các hệ thống sơ cấp bapha bốn dây Ngoài ra nếu một bộ tụ điện nối Y0 được sử dụng trên hệ thống ba pha badây không nối đất (nối Y hay ∆), nó cung cấp nguồn dòng đất có thể gây nhiễu cho cácrơle cảm ứng dòng rò

2.3 Sơ đồ nối dây

2.3.1 Sơ đồ nối dây của tụ điện điện áp cao

Sơ đồ nối dây của tụ điện điện áp cao được trình bày trên hình 3-3 Vì tụ điện điện áp cao là loại một pha nên chúng được nối lại với nhau thành hình tam giác, mỗi pha có cầu chì bảo vệ riêng, khi cầu chì một pha nào đó bị đứt, tụ điện ở hai pha còn lại vẫn tiếp tục làm việc

b) a)

BI BU

6 - 10kV

6 - 10kV

BU BI

Hỡnh 2-10 Sơ đồ nối dõy của tụ điện

điện ỏp cao

b) a)

BU

Đến động cơ hoặc MBA

CD CD

Đến động cơ hoặc MBA

BI BI

BU

Hỡnh 2-11 Sơ đồ đấu dõy của tụ điện

điện ỏp cao bự riờng cho động cơThiết bị đúng cắt cho nhúm tụ điện cú thể là mỏy cắt (hỡnh 2-10a) hoặc mỏy cắt phụ tải cú kốm theo cầu chỡ (hỡnh 2-10b) Để đo lường và bảo vệ người ta đặt cỏc mỏy biến dũng BI và mỏy biến điện ỏp BU Mỏy biến điện ỏp BU ngoài nhiệm vụ đo lường

và bảo vệ núi trờn cũn được dựng làm điện trở phúng điện cho tụ điện khi nú được cắt

ra khỏi mạng Vỡ vậy BU phải được nối vào phớa dưới cỏc thiết bị đúng cắt và ở ngay đầu cực của nhúm tụ điện

Trong trường hợp tụ điện bự riờng cho động cơ hoặc mỏy biến ỏp thỡ khụng phải dựng BU để làm điện trở phúng điện, mà cú thể dựng ngay cuộn dõy stato của động cơhoặc cuộn sơ cấp của mỏy biến ỏp để làm điện trở phúng điện (2-11 a, b)

2.3.2 Sơ đồ đấu dõy tụ điện điện ỏp thấp

Sơ đồ nối dõy của tụ điện điện ỏp thấp được trỡnh bày trờn hỡnh 2-12

Thiết bị đúng cắt và bảo vệ cú thể là cầu dao và cầu chỡ, ỏptụmỏt hoặc cụng tắc tơ

và cầu chỡ Tụ điện điện ỏp thấp là loại tụ điện ba pha, cỏc phần tử đó nối sẵn thành hỡnh tam giỏc ở phớa trong

Đối với tụ điện điện ỏp thấp, người ta thường dựng búng đốn dõy túc cụng suất khoảng 15 – 40 W để làm điện trở phúng điện cho tụ điện

Dựng búng đốn cú ưu điểm ở chỗ: Khi điện ỏp dư của tụ điện phúng hết thỡ đốn tắt, do đú theo dễ dừi, nhưng cần chỳ ý kiểm tra, trỏnh trường hợp đốn hỏng khụng chỉ thị được

c) b)

a)

380 - 660V

380 - 660V

K A

BI BI

380 - 660V

BI CD

Hình 2-12 Sơ đồ đấu dây tụ điện điện áp thấp.

Điện trở phóng điện của tụ điện phải thoả mãn các yêu cầu sau đây:

- Giảm nhanh điện áp dư trên tụ điện để đảm bảo an toàn cho người vận hành, người ta quy định sau 30 phút điện áp trên tụ điện phải giảm xuống dưới 65V

- Ở trạng thái làm việc bình thường tổn thất CSTD trên điện trở phóng điện so với dung lượng của tụ điện không vượt quá trị số 1 W/kVAr

- Dòng phóng điện không được lớn quá

Điện trở phóng điện được tính theo công thức sau đây:

Rpt = 15.106

2 pha

U

Để có thể sẵn sàng làm việc ngay sau khi tụ điện được cắt ra khỏi mạng, điện trở phóng điện phải được nối phía dưới các thiết bị đóng cắt và ở ngay đâu cực của nhóm

tụ điện Các bóng đèn làm điện trở phóng điện có thể được nối theo hình sao hoặc tam giác Cách nối tam giác có ưu điểm hơn vì khi một pha của điện trở phóng điện bị đứt thì ba pha của tụ điện vẫn có thể phóng điện qua hai pha còn lại của điện trở

Dòng điện định mức của dây chảy bảo vệ cho tụ điện không vượt quá 110% dòngđiện định mức của nhóm tụ điện Thiết bị bảo vệ quá dòng điện không được chỉnh định quá 120% dòng điện định mức của nhóm tụ điện

CHƯƠNG 3 ẢNH HƯỞNG CỦA THIẾT BỊ BÙ ĐẾN THỐNG SỐ THIẾT KẾ VÀ VẬN

HÀNH CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 3.1 Ảnh hưởng của thiết bị bù đến thông số thiết kế

3.1.1 Các ảnh hưởng của thiết bị bù đến thông số thiết kế của mạng điện

Sau khi đặt thiết bị bù, hệ số công suất của mạng được nâng cao mang lại những

ưu điểm sau:

Vậy ∆P tỷ lệ với (cosφ)2 khi cosφ tăng lên thì ∆P giảm đi rõ rệt

3.1.1.2 Giảm tiết diện của dây dẫn trong mạng điện

Công suất toàn phần truyền tải trên đường dây là:

S = P + QSau khi có đặt thiết bị bù công suất truyền tải trên đường dây đó sẽ bằng:

buS' = P + (Q - Q )Khi đó:

bu

P + (Q - Q ) I

3.1.1.3 Giảm công suất của máy biến áp

Sau khi đặt thiết bị bù công suất toàn phần truyền tải qua MBA giảm xuống, khi giảm xuống đến một trị số nào đó thì ta có thể chọn được MBA có công suất nhỏ hơn,

tiết diện được vốn đầu tư, như vậy rất có ý nghĩa khi tính toán về kinh tế Góp phần giảm tổng mức đầu tư xây dựng.

Việc chọn công suất định mức của MBA nhỏ đi cũng ảnh hưởng tới các thông số thiết kế khác như:

- Tính toán chọn máy cắt

- Tính chọn cầu chì cho máy cắt

- Thay đổi thông số chọn các BU & BI

- Thay đổi các thông số tính toán mạch bảo vệ rơle, đo lường

- Thay đổi tiết diện các thanh cái

- Thay đổi trị số danh định của tủ điện v.v.v…

3.1.1.4 Tăng cường khả năng tải của mạng

Do sản xuất ngày càng phát triển lên phụ tải của các hộ tiêu thụ ngày càng tăng, công suất truyền tải trong mạng ngày càng tăng lên Đường dây và trạm biến áp vận hành với chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật thấp Nếu đặt thiết bị bù thì sẽ giảm được CSPK Q đồng thời có thể tăng được CSTD P truyền tải trên đường dây, tức là đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng công suất tác dụng của các hộ tiêu thụ điện Vậy việc bổ sung thiết bị bù sẽ làm tăng khả năng truyền tải của mạng

3.2 Ảnh hưởng của thiết bị bù đến tổn thất công suất và điện năng

3.2.1 Lưới phân phối có một phụ tải

Xét lưới phân phối theo hình 3-2 dưới đây:

Qbù

a) U

c) b)

Chú thích:

+ Công suất phản kháng đi đến tải

- Công suất phản kháng đi về nguồn

Hỡnh 3-2 Phõn tớnh cỏc dung lượng bự

CSPK yờu cầu là Qmax cụng suất bự là Qb đồ thị kộo dài của CSPK yờu cầu là q(t),

đồ thị kộo dài của CSPK sau khi bự là: qb(t) = q(t) - Qb

Từ cỏc đồ thị kộo dài CSPK ta thấy: khi đặt bự đồ thị kộo dài CSPK mới cú thể nằm trờn, nằm dưới hoặc cắt trục hoành tựy thuộc vào độ lớn của cụng suất bự CSPK dương cú nghĩa là nú đi từ nguồn đến phụ tải cũn õm cú nghĩa là đi ngược từ phụ tải vềnguồn Dự đi theo hướng nào thỡ CSPK đều gõy ra tổn thất CSTD như nhau nếu độ lớnnhư nhau

Trong trường hợp Qb = Qmin (hỡnh 3-2.b) thỡ trong cỏc chế độ trừ chế độ min, phụ tải phải nhận cụng suất từ nguồn, cũn trong chế độ max chỉ giảm được lượng CSPK

∆Q = Qmax – Qbu = Qmax - Qmin

Trong trường hợp Qbu = Qmax (hỡnh 3-2.d) thỡ trong cỏc chế độ trừ chế độ max, cụng suất bự thừa cho phụ tải và đi ngược về nguồn CSPK yờu cầu ở chế độ max được triệt tiờu ở chế độ an toàn, cú lợi ớch lớn nhất về độ giảm yờu cầu CSPK và tổn thất CSTD

Về mặt tổn thất điện năng hai trường hợp này hoàn toàn giống nhau, ta thấy đồ thị CSPK của chỳng cú dạng giống nhau, chỉ ngược dấu mà thụi

Trong trường hợp Qb = Qtb (hỡnh 3-2.c), trong một nửa thời gian CSPK đi từ nguồn đến phụ tải cũn trong nửa thời gian cũn lại CSPK của tụ bự đi ngược về nguồn Yờu cầu CSPK khụng giảm được nhiều nhưng đồ thị này cho tổn thất điện năng nhỏ nhất, cú nghĩa là độ giảm tổn thất điện năng lớn nhất Bởi vỡ tổn thất điện năng phụ thuộc vào độ bằng phẳng của đồ thị CSPK, đồ thị càng bằng phẳng thỡ tổn thất điện năng càng nhỏ (theo nguyờn lý bỡnh phương tối thiểu)

Tóm lại, nếu cho phép bù không hạn chế thì:

- Qb = Qmax cho độ giảm tổn thất CSTD và độ giảm yêu cầu CSPK ở chế độ max lớn nhất

- Qb = Qtb cho độ giảm tổn thất điện năng lớn nhất Kết luận này là tổng quát đúng cho mọi cấu trúc lưới phân phối

Nếu xét đồng thời cả hai yếu tố thì: công suất bù tối ưu sẽ phải nằm đâu đó giữa

Qmax và Qtb

Các nhận xét trực quan trên đây sẽ được lượng hóa chính xác dưới đây để phục

vụ cho giải các bài toán bù

Tổn thất CSTD do CSPK q(t) gây ra là:

2 2

( )

P = U

q t R

Ta dễ nhận thấy DP sẽ lớn nhất khi Qb = Qmax

2 max

Lấy đạo hàm của biểu thức (3-3) theo Qtb, đặt = 0 rồi giải ra được giá trị của Qbu

cho độ giảm tổn thất điện năng lớn nhất:

Rút ra: Qbu pt = Qtb khi đó:

2 tb

3.2.2 Lưới phân phối có phụ tải phân bố đều trên trục chính

Xét lưới phân phối theo hình 3-3:

Trong trường hợp này, nảy sinh thêm vấn đề là địa điểm đặt bù nên ở đầu để hiệuquả bù là lớn nhất Còn vấn đề giá trị công suất bù đã được giải quyết ở mục trên và vẫn đúng cho trường hợp này

r0 (ohm/km) 0

Hình 3-3 Lưới phân phối có phụ tải phân bố đều

Giải thiết rằng chỉ đặt bù tại một điểm và phải tìm điểm đặt bù tối ưu sao cho với công suất bù nhỏ nhất đạt hiệu quả lớn nhất

q L P

Nhận thấy rằng muốn cho tổn thất CSTD và tổn thất điện năng sau khi bù là nhỏ

nhất thì trạm bù phải đặt ở chính giữa đoạn L - l x, CSPK của tụ sẽ chia đều về hai phía,

mỗi phía có độ dài (L- l x )/2 và CSPK Qb /2 (hình 3-3b) Vị trí đặt bù sẽ là:

( - ) ( - ) = +

x x

3.3 Ảnh hưởng của thiết bị bù đến chế độ điện áp của lưới phân phối

3.3.1 Phân tích ảnh hưởng của thiết bị bù CSPK đối với chất lượng điện áp

3.3.1.1 Ảnh hưởng của sóng hài lên các thiết bị điện

Sóng hài được đặc trưng của dao động hoàn toàn trên phổ tần số công nghiệp cơ bản Thành phần sóng hài trong nguồn AC được định nghĩa là thành phần sin của một

Trong đó : h là số nguyên dương

Sóng hài làm méo dạng điện áp lưới có thể do các nguyên nhân sau:

- Các tải công nghiệp: các thiết bị điên tử công suất, lò hồ quang, máy hàn, bộ khởi động điện tử, đóng mạch máy biến áp công suất lớn…

- Các tải dân dụng: Đèn phóng điện chất khí, tivi, máy photocopy, máy tính, lò visóng…

Với nhiều biện pháp khác nhau, người ta có thể giảm một số sóng hài đến một giá trị nhỏ không đáng kể - việc khử bỏ hoàn toàn chúng tất nhiên không thể hoàn toànthực hiện được

Sóng hài gây nên sự gia tăng nhiệt độ trong thiết bị và ảnh hưởng đến cách điện Trong các trường hợp khắc nghiệt có thể làm hư hỏng hay giảm tuổi thọ các thiết bị điện Các hình 3-4a và 3-4b miêu tả một số trường hợp đặc biệt của sóng hài

Hình 3-4a Sóng cơ bản và sóng hài bậc ba đồng pha

Hình 3-4b Sóng cơ bản và sóng hài bậc ba lệch pha

Những loại sóng này có thể được biểu diễn như sau:

Itổng = Im1.sinωt + Im3.sin(3ωt – δ3) + Im5.sin(5ωt – δ5)+ …+ Imh.sin(hωt – δh)Trong đó: Imh là biên độ của sóng hài bậc h, kết quả là:

Điều này chứng tỏ tổng của các sóng hình sin này tạo ra một sóng méo Hay có thể coi sóng méo này là sự xếp chồng của thành phần sóng cơ bản với các sóng ở tần

số và biên độ khác Ta xét ảnh hưởng của sóng hài đối với một số thiết bị điện đặc trưng sau:

1) Máy biến áp

2) Các máy điện quay

3) Các thiết bị đóng cắt

4) Các bộ tụ điện

Ảnh hưởng của các thành phần điều hòa trên bộ tụ điện đó là tác nhân gây nên sựgia tăng nhiệt và ứng suất điện môi cao hơn Tiêu chuẩn ANSI/IEEE 18-1980 quy địnhcác giới hạn về điện áp, dòng điện và công suất phản kháng cho các bộ tụ điện, nó được dùng để xác định các mức điều hòa tối đa cho phép Tiêu chuẩn này cho biết tụ điện có thể được sử dụng trong các giới hạn sau đây, bao gồm các thành phần điều hòa:

- Chấn lưu điện tử của đèn huỳnh quang hay đèn thủy ngân có tụ thì các tụ này cùng với điện cảm của chấn lưu và của mạch đôi xảy ra cộng hưởng tần số tạo nên sự tăng nhiệt độ và đưa đến hỏng thiết bị

- Các sóng hài có thể làm cho các lõi thép của máy biến áp bị bão hòa, do vậy