BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

CHƯƠNG VII BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Biên soạn: Phạm Khánh Tùng Bộ môn Kỹ thuật điện – Khoa Sư phạm kỹ thuật hnue.edu.vn\directory\tungpk CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Khái niệm ý nghĩa nâng cao hệ số công suất • Tận dụng hết khả (công suất đặt) nhà máy điện • Tiết kiệm, sử dụng hợp lý thiết bị điện, giảm tổn thất điện • Trong toàn hệ thống có 10÷15% lượng điện bị tổn thất qua khâu truyền tải phân phối, mạng xí nghiệp chiếm khoảng 60% lượng tổn thất • Sử dụng hợp lý khai thác hiệu thiết bị điện đem lại lợi ích to lớn CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 1.1 Bản chất hệ số công suất + Công suất tác dụng P: đặc trưng cho chuyển hoá lượng Sinh công cho trình động lực (môment quay động cơ), bù vào tổn hao phát nóng dây dẫn, lõi thép… Tại nguồn P trực tiếp liên quan đến tiêu hao lượng đầu vào Công suất tác dụng P + Công suất phản kháng Q: đặc trưng cho tích phóng lượng nguồn tải, Từ hoá lõi thép máy biến áp, động cơ, gây biến đổi từ thông để tạo sđđ phía thứ cấp, tổn thất từ thông tản mạng CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Ở nguồn công suất Q liên quan đến sđđ máy phát (dòng kích từ máy phát) Giữa công suất P công suất Q có liên hệ trực tiếp đặc trưng cho mối quan hệ hệ số công suất (pf – power factor, cosφ) Các đại lượng P; Q; S; cosφ liên hệ với tam giác công suất CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Công suất toàn phần S đặc trưng cho công suất thiết kế thiết bị điện Cùng công suất S (cố định) cosφ lớn (φ nhỏ) → công suất P lớn → thiết bị khai thác tốt Nếu cosφ lớn → công suất Q nhỏ Đứng phương diện truyền tải lượng Q (đòi hỏi từ nguồn) giảm giảm lượng tổn thất Vì thực chất việc nâng cao hệ số cosφ đồng nghĩa với việc giảm đòi hỏi Q hộ phụ tải CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 1.2 Ý nghĩa nâng cao hệ số công suất cosφ - Giảm tổn thất công suất điện tất phần tử (đường dây máy biến áp) P2  Q2 P2 Q2 P  R  R  R  P P   PQ  U U U Nếu Q giảm → ∆P(Q) giảm → ∆P giảm → ∆A giảm - Làm giảm tổn thất điện áp phần tử mạng: U  PR  QX PR QX    U  P   U Q  U U U - Tăng khả truyền tải phần tử: P2  Q2 I 3.U CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Quá trình trao đổi công suất Q máy phát điện hộ tiêu thụ trình giao động Mỗi chu kỳ q(t) đổi chiều lần, giá trị trung bình 1/2 chu kỳ không) Tương tự khái niệm công suất tác dụng, qui ước cho công suất phản kháng ý nghĩa tương tự coi công suất phát ra, tiêu thụ tuyền tải đại lượng qui ước gọi lượng phản kháng Wp (VAr.h) → Q = Wp / t (VAr) Phụ tải cảm kháng với Q > phụ tải tiêu thụ Q Phụ tải dung kháng với Q < nguồn phát công suất Q CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Trong mạng xí nghiệp công suất phản kháng phân bổ sau: 60 ÷ 65 % động không đồng 20 ÷ 25 % máy biến áp 10 ÷ 20 % thiết bị khác Phụ tải công nghiệp mang tính chất điện cảm (tức tiêu thụ công suất phản kháng) Có thể tạo công suất phản kháng mạng điện (phụ tải) mà không tiêu tốn lượng động sơ cấp, quay máy phát CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Tránh phải truyền tải lượng Q lớn dường dây → đặt gần hộ tiêu thụ thiết bị sinh Q (tụ máy bù đồng bộ) hay bù công suất phản kháng, ví dụ sơ đồ cấp điện có đặt thiết bị bù: CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Phụ tải đại lượng biến đổi liên tục theo thời gian nên trị số cosφ biến động theo thời gian Trong tính toán thường dùng trị số trung bình cosφ t   t Q(t )dt  Qtb    cos tb  cos arctg t  cos arctg  Ptb    P ( t ) dt   t   2 Trong : Qtb ; Ptb xác định đồng hồ đo điện A AR Ptb  ; Qtb  t2  t1 t2  t1 CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 5.2 Phân phối dung lượng bù mạch cấp điện áp Khi tìm dung lượng bù hợp lý cho cao, hạ áp → cần phân phối dung lượng cho địa điểm cần thiết mạng (cùng cấp điện áp) Thiết lập hàm Z(Qb1; Qb2 ….) với ràng buộc Qbù = ΣQbi Bài toán phân phối có đặc điểm: thành phần Z1 Z2 (chi phí liên quan đến vốn đầu tư tổn thất bên tụ) bỏ qua phân phối với lượng Q tổng cố định Trong cấp điện áp nêu có xét đến Z2 không đổi trường hợp CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG a) Mạng hình tia Xét mạng điện: Giả thiết cần phân phối lượng Qbù hộ 1; ; biết trước kết cấu lưới (hình tia) phụ tải Q1 ; Q2 Q3 Hàm chi phí tính toán:  CT 2 Z  Q1  Q b1  R  Q  Q b  R  Q3  Q b  Q b1  Q b  R U Ta lấy đạo hàm theo Qb1 Qb2 cho không  CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Z CT  2Q1  Qb1 R1  2Q3  Qb  Qb1  Qb R3   Qb1 U Z CT  2Q2  Qb R2  2Q3  Qb  Qb1  Qb R3   Qb U Từ hai phương trình: Q1  Qb1 R1  Q2  Qb R2  Q3  Qb3 R3  H  const Dung lượng bù hộ xác định theo: Q1  Qb1  H H H ; Q2  Qb  ; Q3  Qb  R1 R2 R3 H H H Qb1  Q1  ; Qb1  Q2  ; Qb  Q3  R1 R2 R3 CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Z CT  2Q1  Qb1 R1  2Q3  Qb  Qb1  Qb R3   Qb1 U Z CT  2Q2  Qb R2  2Q3  Qb  Qb1  Qb R3   Qb U Từ hai phương trình: Q1  Qb1 R1  Q2  Qb R2  Q3  Qb3 R3  H  const Dung lượng bù hộ xác định theo: Q1  Qb1  H H H ; Q2  Qb  ; Q3  Qb  R1 R2 R3 1 1 Q1  Q2  Q3   Qb3  Qb  Qb1   H      R1 R2 R3  Q  Qb Rtđ  H CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Dạng tổng quát: Qi  Qb.i Ri  Q  Qb Rtđ Dung lượng bù nhánh mạng tia Rtđ Qb.i  Qi  Q  Qb  Ri Dung lượng bù hộ xác định theo: CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG b) Mạng liên thông Xét mạng liên thông Hàm chi phí:   CT 2         Q  Q R  R  Q  Q R  Q  Q  Q  Q R12  b 3 23 b 2 b b U CT 2  Q3  Qb  Qb1  Qb  R1  Q  Qb  RN U Z   CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Lần lượt lấy đạo hàm Z theo Qbi cho không, nhận công thức tổng quát: Qb.m Trong đó: n  n R  Qm    Qi   Qb.i  tđ m i m  i m  Rm Qbm - dung lượng bù đặt vị trí Qm n  Qi i m tổng công suất phản kháng kể từ phụ tải Qm → Qn n  Qb.i i m tổng dung lượng cần bù từ phụ tải Qm → Qn Rm - điện trở nhánh m Rtđm - điện trở tương đương nhánh m phần mạng lại (từ nút m đến n) CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Ví dụ: Hãy phân phối dung lượng bù QbΣ = 300 kVAr cho mạng điện hạ áp với R1 = R2 = 0,04 Ω; R12 = 0,02 Ω; Q1 = 200 kVAr; Q2 = 100 kVAr; Q3 = 200 kVAr Các điện trở tương đương: Rtđ2 = R2 song song R3 → R tđ 0,04.0,04   0,02 0,04  0,04 CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Các điện trở tương đương: Rtđ1 mạch R1 với R12+Rtđ2 → R tđ1  R (R 12  R tđ ) 0,04(0,02  0,02)   0,02 R  R 12  R tđ 0,04  0,02  0,02 CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Rtđ Áp dụng công thức: Qb1  Q1  Q1  Q2  Q3   Qb  R1  200  (500  300) 0,02  100 (kVAr) 0,04 CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Rtđ Áp dụng công thức: Qb  Q2  Q2  Q3   Qb  Qb1  R2  100  (300  (300  100)) 0,02  50 (kVAr) 0,04 CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Áp dụng công thức: Qb  Q3  Q2  Q3   Qb  Qb1   200  (300  (300  100)) Qb3 = QbΣ - (Qb1 + Qb2) Qb3 = 300 – (100 + 50) = 150 kVAr Rtđ R3 0,02  150 (kVAr) 0,04 CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Ví dụ: Hãy phân phối dung lượng bù QbΣ = 300 kVAr cho mạng điện hạ áp U = 380V Điện trở nhánh cho hình, phụ tải hộ cho kVAr CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Điện trở tương đương nhánh Rtđ  1 1    R1 R2 R3 R4 1 Rtđ   1 1 30    0,2 0,1 0,2 0,1 Q  200  150  150  100  600 Áp dụng công thức cho mạng tia: Qb1  Q1  Q  Qb  Rtđ  200  (600  300)  100kVAr R1 30.0,1 CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG Áp dụng công thức cho mạng tia: Rtđ Qb  Q2  Q  Qb   150  (600  300)  100kVAr R2 30.0,2 R Qb  Q3  Q  Qb  tđ  150  (600  300)  50kVAr R3 30.0,1 Rtđ Qb  Q4  Q  Qb   100  (600  300)  50kVAr R1 30.0,2