Đồ án cung cấp điện
GVHD: TS. Phạm Mạnh Hải
CHƯƠNG 4: TÍNH CHỌN TỤ BÙ NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT
I. Ý NGHĨA CỦA VIỆC CHỌN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG:
Hệ số công suất cosϕ là một trong các chỉ tiêu để đánh giá phân xưởng
dùng điện có hợp lý và tiết kiệm hay không. Nâng cao hệ số công suất cosϕ là một chủ
trương lâu dài gắn liền với mục đích phát huy hiệu quả cao nhất quá trình sản xuất, phân
phối và sử dụng điện năng.
Phần lớn các thiết bị tiêu dùng điện đều tiêu thụ công suất tác dụng P và
công suất phản khág Q. Công suất tác dụng là công suất được biến thành cơ năng hoăc
nhiệt năng trong các thiết bị dùng điện, còn công suất phản kháng Q là công suất từ hoá
trong các máy điện xoay chiều, nó không sinh ra công.
Truyền tải một lượng công suất phản kháng qua dây dẫn và máy biến áp sẽ
gây ra tổn thất điện áp, tổn thất điện năng lớn và làm giảm khả năng truyền tải trên các
phần tử của mạng điện. Tổn thất điện áp, tổn thất điện năng càng tăng khi lượng công
suất phản kháng truyền qua dây dẫn và máy biến áp tăng. Do đó để có lợi về kinh tế kỹ
thuật trong lưới điện cần nâng cao hệ số công suất tự nhiên hoặc đưa nguồn bù công suất
phản kháng tới gần nơi tiêu thụ để tăng hệ số công suất cosϕ làm giảm lượng công suất
phản kháng nhận từ hệ thông điện.
Việc bù công suất phản kháng đưa lại hiệu quả là nâng cao được hệ số
cosϕ, việc nâng cao hệ số cosϕ sẽ đưa đến các hiệu quả:
Giảm được tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện.
Giảm tổn thất điện áp trong mạng điện.
Nâng cao khả năng truyền tải năng lượng điện của mạng
Tăng khả năng phát của các máy phát điện.
II. CÁC BIỆN PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG:
1. Các biện pháp bù công suất phản kháng:
Các biện pháp tự nhiên:
Dựa trên việc sử dụng hợp lý các thiết bị sẵn có như hợp lý hóa quy trình sản xuất, giảm
thời gian chạy không tải của các động cơ, thay thế các động cơ thường xuyên làm việc non tải
bằng các động cơ có công suất hợp lý hơn.
SVTH:Nguyễn Đức Hưng
Page 1
Đồ án cung cấp điện
GVHD: TS. Phạm Mạnh Hải
Biện pháp nhân tạo:
Dùng các thiết bị có khả năng sinh công suất phản kháng bằng cách đặt các thiết bị bù như
tụ bù tinh.
2. Các thiết bị bù trong hệ thống cung cấp điện:
2.1.
Tụ tĩnh điện:
Nhược điểm :
Rất khó điều chỉnh trơn.
Tụ chỉ phát ra công suất phản kháng mà không tiêu thụ công suất
phản kháng
Tụ rất nhạy cảm với điện áp đặt ở đầu cực (Công suất phản kháng
phát ra tỉ lệ với bình phương điện áp đặt ở đầu cực)
Điện áp đầu cực tăng quá 10% tụ bị nổ
Khi xảy ra sự cố lớn tụ rất dễ hỏng
Ưu điểm :
Nó không có phần quay nên vận hành quản lí đơn giản và không
gây tiếng ồn
Giá thành 1 kVA ít phụ thuộc vào tổng chi phí dễ dàng xé lẻ các
đại lượng bù đặt ở các phụ tải khác nhau nhằm làm giảm dung lượng tụ đặt
ở phụ tải
Tổn thất công suất tác dụng trên tụ bé (5/1000) kW/kVA
Tụ có thẻ ghép nối song song hoặc nối tiếp để đáp ứng với mọi
dung lượng bù ở mọi cấp điện áp từ 0,4 – 750 kV
2.2.
Máy bù đồng bộ:
Ưu điểm :
Có thể điều chỉnh trơn công suất phản kháng .
Có thể tiêu thụ bớt công suất phản kháng khi hệ thống thừa công suất
phản kháng
Công suất phản kháng phát ra ở đầu cực tỉ lệ bậc nhất với điện áp
đặt ở đầu cực (nên ít nhạy cảm).
Nhược điểm :
Giá thành đắt, có phần quay nên gây tiếng ồn.
SVTH:Nguyễn Đức Hưng
Page 2
Đồ án cung cấp điện
GVHD: TS. Phạm Mạnh Hải
Thường dùng với máy có dung lượng từ 5000 kVA trở lên.
Tổn hao công suất tác dụng rơi trên máy bù đồng bộ là lớn 5%
kW/kVA
Không thể làm việc ở mọi cấp điện áp (Chỉ có từ 10,5 kV trở
xuống)
Máy này chỉ dặt ở phụ tải quan trọng và có dung lượng bù lớn từ 5000
kVA trở lên.
2.3.
Động cơ không đồng bộ được hòa đồng bộ hóa:
Không kinh tế, giá thành đắt .
Tổn hao công suất lớn.
Chỉ dùng trong trường hợp bất đắc dĩ
Qua những phân tích trên ta thấy để đáp ứng được yêu cầu bài toán và nâng cao chất lượng
điện năng ta chọn phương pháp bù bằng tụ điện tĩnh.
III. TIẾN HÀNH BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG:
1.
Xác định dung lượng bù:
Phần tính toán ở Chương II ta đã xác định được hệ số công suất trung bình của toàn phân
xưởng là cosϕpx = 0,842, hệ số cosϕ tối thiểu do nhà nước quy định đối với các phân xưởng là
0,85 ÷ 0,95, như vậy ta phải bù công suất phản kháng cho nhà máy để nâng cao hệ số cosϕ. Theo
thiết kế của phân xưởng ta phải bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số cosϕ nên đến 0,9.
1.1.
Chọn thiết bị bù và vị trí bù:
Vị
trí
đặt
thiết
bị
bù:
Về nguyên tắc để có lợi nhất về mặt giảm tổn thất điện áp, tổn thất điện năng cho đối tượng
dùng điện là đặt phân tán các bộ tụ bù cho từng động cơ điện, tuy nhiên nếu đặt phân tán sẽ
không có lợi về vốn đầu tư, lắp đặt và quản lý vận hành.Vì vậy việc đặt các thiết bị bù tập trung
hay phân tán là tùy thuộc vào cấu trúc hệ thống cung cấp điện của đối tượng, theo kinh nghiệm ta
đặt các thiết bị bù ở phía hạ áp của trạm biến áp phân xưởng tại tủ phân phối hoặc tại các tủ động
lực. Ta chọn vị trí đặt tụ bù là vị trí tại các tủ động lực của phân xưởng, và ở đây ta coi giá tiền
đơn vị (đ/kVAR) thiết bị bù hạ áp lớn không đáng kể so với giá tiền đơn vị (đ/kVA) tổn thất điện
năng qua máy biến áp.
Chọn thiết bị bù :
SVTH:Nguyễn Đức Hưng
Page 3
Đồ án cung cấp điện
GVHD: TS. Phạm Mạnh Hải
Như đã phân tích ở trên và từ các đặc điểm trên ta có thể lựa chọn thiết bị bù là các tụ điện
tĩnh. Nó có ưu điểm là giá đầu tư 1 đơn vị công suất bù không phụ thuộc vào dung lượng tụ bù
nên thuận tiện cho việc chia nhỏ thành nhóm và đặt gần các phụ tải. Mặt khác tụ điện tĩnh tiêu
thụ rất ít công suất tác dụng từ 0,003 ÷ 0,005 (kW) và vận hành đơn giản, ít sự cố.
1.2.
Tính toán phân phối dung lượng bù:
Tính toán bù tại TĐL1:
Do cosϕ1.N1 = 0,9 nên ta không phải dùng tụ bù cho nhóm 1 nữa
Tính toán bù tại TĐL2:
cosϕ1.N1
= 0,89 ⇒ tgϕ1.N1 ≈ 0,512 (Bảng 1.4 – Chương 1)
Qbù.N1
= Ptt.N1.( tg1.N1 – tgφ2)
= 121,9.(0,512 – 0,484) ≈ 3,41 (kVAR)
Vậy ta chọn tụ bù KM1 – 0,38 có thông số kĩ thuật :
Bảng 5.1 - Thông số kỹ thuật của tụ KM1 – 0,38
Tụ bù KM1-0,38
(kv)
(kVar)
0,38
Đơn giá(.
6
đ/ bộ)
840
(Tra Phụ luc B – Bảng 40.pl)
Vốn đầu tư do dung tụ bù:
3
6
V = v0 . Qbu . N 1 = 110.10 .3, 41 = 0, 375.10 (đ)
Tính toán bù tương tự tại các TĐL khác, ta có kết quả được thể hiện trong bảng 4.1
Bảng 5.2: Kết quả tính toán phân phối dung lượng bù
Vị trí đặt
(kW)
(kVar)
tụ bù
V.
(kVar)
sau bù
TĐL1
TĐL2
TĐL3
TĐL4
Tổng
121,9
86,17
34,65
39,45
282,17
0,9
0,89
0,64
0,678
SVTH:Nguyễn Đức Hưng
0,484
0,512
1,2
1,084
Page 4
0,484
3,41
24,81
23,67
51,89
40,71
16,77
19,09
76,57
0,375
2,73
2,6
5,705
Đồ án cung cấp điện
GVHD: TS. Phạm Mạnh Hải
Bảng 5.3 – Bảng chọn tụ bù cho các TĐL
Vị trí đặt tụ bù
Loại tụ bù
)
KM1-0,38
0.38
KC1-0,38-20-3-Y1 0,38
KC1-0,38-20-3-Y1 0,38
TĐL1
TĐL2
TĐL3
=
=
cosϕ px =
2.
(kv
Tụ bù
(kVar)
Đơn giá(.
6
20
20
840
2800
2800
đ/ bộ)
1
1
1
= 0,9
Pttdlpx .cosϕdl + Pcs .cosϕcs
Pttpx
=
235,953.0,9 + 12,96.1
≈ 0,9
235,953 + 12,96
Đánh giá hiệu quả bù công suất phản kháng:
2.1.
•
•
Tính toán cho Nhóm 2 là:
Công suất biểu kiến của nhóm 2 sau khi bù:
SN1 = PN1 + jQ N1 = 86,17 + j40, 71 kVA
Tổn thất điện năng trên đoạn TPP – TĐL1 là:
P 2 + Q2
L
D A TPP- TDL1 = N1 2 N1 .r0 . .t
2
U
=
•
•
•
•
•
86,17 2 + 40, 712
2
.0, 73.
19, 08
.2886, 21.102
6
0,38
=1264, 27 kWh
Tổn thất điện năng trước khi bù bằng: 1304,5 kWh
Số tiền tiết kiệm được do giảm tổn thất điện năng trên đường dây bằng:
dC N1 = (1304,5 - 1264, 27).1500 = 60345 ( đ )
Tổn thất điện năng trên tụ bù:
D A tb.N1 = Q bu.N1.D Pb .t = 6.0, 0025.2886, 21 = 43, 29 kWh
Vốn đầu tư tụ bù nhóm I: Vtb.N1 = 0,375.106 ( đ )
Chi phí quy đổi:
SVTH:Nguyễn Đức Hưng
Page 5
Số bộ
Đồ án cung cấp điện
Zb.N1 = (
GVHD: TS. Phạm Mạnh Hải
1
1
+ a vh ).Vtb.N1 +D A tb.N1.cD = ( + 0, 02).0,375.106 + 43, 29.1500
Ttc
8
=119310 ( đ )
2.1.
Tính toán cho các nhóm khác:
Tính toán tương tự như Nhóm 2 ta có:
SVTH:Nguyễn Đức Hưng
Page 6
Đồ án cung cấp điện
GVHD: TS. Phạm Mạnh Hải
Bàng 5.4: Kết quả đánh giá hiệu quả bù của từng nhóm
Nhánh
L(m)
(kw)
(Ω/km)
(kVar)
tụ
trước bù
sau bù
(.
(.
)
)
(.
)
TPP-
86,17
sau bù
40,71
TĐL2
TPP-
34,65
16,77
35,83
1,15
1206,3
610,21
0,89
144,31
2,73
0,612
TĐL3
TPP-
39,45
19,09
44,57
1,15
1741,7
983,87
1,137
144,31
2,6
0,593
19,08
0,73
1304,5
1264,27
0,06
43,29
0,375
0,12
TĐL4
2,087
SVTH:Nguyễn Đức Hưng
Page 7
1,325
Đồ án cung cấp điện
2.2.
GVHD: TS. Phạm Mạnh Hải
Tính toán cho đoạn TBA – TPP:
Ta có:
Ptt.px = 266,912 ( kW ); cosϕm = 0,9 Þ tgϕm = 0, 484
Þ Q tt.px = Ptt.px .tgϕm =129,18( kVAr )
•
Công suất biểu kiến của phân xưởng sau khi bù:
Spx = Ppx + jQ px = 266,912 + j129,18 kVA
•
Tổn thất điện năng trên đoạn TBA – TPP sau khi bù là:
2
Ptt.px
+ Q2tt.px
L
D A TBA- TPP =
.r
.
.t
0
2
U2
=
•
•
2.3.
•
2
.0, 04.
1, 45
.2886, 21.102
6
0,38
= 50,97 kWh
Tổn thất điện năng trước khi bù bằng: 58,2 kWh
Số tiền tiết kiệm được do giảm tổn thất điện năng trên đường dây bằng:
dCTBA- TPP = (58, 2 - 50,97).1500 = 10845 ( đ )
Tính toán cho đoạn Nguồn - TBA: (bỏ qua tổn thất công suất trong MBA)
Tổn thất điện năng trên đoạn TBA – TPP sau khi bù là:
2
Ptt.px
+ Q 2tt.px
L
D A Ng- TBA =
.r0 . .t
2
2
U
=
•
•
266,9122 +129,182
266,9122 +129,182
2
.0,524.
150
.2886, 21.102
6
22
= 20, 6 kWh
Tổn thất điện năng trước khi bù bằng:23,53 kWh
Số tiền tiết kiệm được do giảm tổn thất điện năng trên đường dây bằng:
dCTBA- TPP = (23,53 - 20, 6).1500 = 4395 ( đ )
Tổng số tiền tiết kiệm được do giảm tổn thất điện năng trong một năm:
å
dC = dC Ng- TBA +dCTBA- TPP + å dCTPP- TDL
= (4359 +10845).10- 6 + 2, 087 = 2,1.10 6 ( đ )
Vậy tổng số tiền tiết kiệm khi đặt tụ bù hàng năm là:
∑
-
SVTH:Nguyễn Đức Hưng
= 2,1.
– 1,325
Page 8
= 775000( đ)
Đồ án cung cấp điện
GVHD: TS. Phạm Mạnh Hải
Vậy đặt tụ bù đem lại hiệu quả kinh tế.
SVTH:Nguyễn Đức Hưng
Page 9
... sau bù 40 ,71 TĐL2 TPP- 34, 65 16,77 35,83 1,15 1206,3 610,21 0,89 144 ,31 2,73 0,612 TĐL3 TPP- 39 ,45 19,09 44 ,57 1,15 1 741 ,7 983,87 1,137 144 ,31 2,6 0,593 19,08 0,73 13 04, 5 12 64, 27 0,06 43 ,29 0,375... (kVar) sau bù TĐL1 TĐL2 TĐL3 TĐL4 Tổng 121,9 86,17 34, 65 39 ,45 282,17 0,9 0,89 0, 64 0,678 SVTH:Nguyễn Đức Hưng 0 ,48 4 0,512 1,2 1,0 84 Page 0 ,48 4 3 ,41 24, 81 23,67 51,89 40 ,71 16,77 19,09 76,57 0,375... Tính toán bù TĐL2: cosϕ1.N1 = 0,89 ⇒ tgϕ1.N1 ≈ 0,512 (Bảng 1 .4 – Chương 1) Qbù.N1 = Ptt.N1.( tg1.N1 – tgφ2) = 121,9.(0,512 – 0 ,48 4) ≈ 3 ,41 (kVAR) Vậy ta chọn tụ bù KM1 – 0,38 có thông số kĩ thuật