CHƯƠNG 7 BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 3.1 TỔNG QUAN VỀ GIÁ TRỊ HỆ SỐ CÔNG SUẤT VÀ BÙ CÔNG SUẤT: Hệ số công suất cosφ (hoặc P F ) là tỉ số giữa công suất tác dụng P(KW) và công suất biểu kiến S(KVA). Hệ số công suất lớn nhất bằng 1 và hệ số công suất càng lớn càng có lợi cho ngành điện lẫn khách hàng; vì khi đó P = S, toàn bộ công suất điện phát ra sẽ được tiêu thụ bởi phụ tải điện mà không có bất kỳ tổn thất nào. Cos φ= )( )( KVAS KWP = P F (3.1) Hệ thống điện xoay chiều cung cấp hai dạng năng lượng: - Năng lượng tác dụng đo theo đơn vò kilowatt.giờ(kw.h). Năng lượng này được chuyển sang công cơ học, nhiệt, ánh sáng,… - Năng lượng phản kháng. Dạng năng lượng này được chia làm hai loại: + Năng lượng yêu cầu bởi mạch có tính cảm (máy biến áp, động cơ điện,…) + Năng lượng yêu cầu bởi mạch có tính dung (điện dung dây cáp, tụ công suất,…). Theo thống kê ta có các số liệu sau[3]: - Động cơ không đồng bộ, chúng tiêu thụ khoảng 60 – 65% tổng công suất phản kháng của mạng. - Máy biến áp tiêu thụ khoảng 20 – 25%. - Đường dây trên không, điện kháng và các thiết bò điện khác tiêu thụ khoảng 10%. Như vậy động cơ không đồng bộ và máy biến áp là hai loại máy điện tiêu thụ nhiều công suất phản kháng nhất. Công suất tác dụng P là công suất được biến thành cơ năng hoặc nhiệt năng trong các máy dùng điện; còn công suất phản kháng Q là công suất từ hóa trong các máy điện xoay chiều, nó không sinh ra công. Vì vậy để tránh truyền tải một lượng Q khá lớn trên đường dây, người ta đặt gần các hộ dùng điện các máy sinh ra Q (tụ điện, máy bù đồng bộ) để cung cấp trực tiếp cho phụ tải, làm như vậy được gọi là bù công suất phản kháng . Khi bù công suất phản kháng thì góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch sẽ nhỏ đi, dođó hệ số công suất cos φ của mạng được nâng cao, giữa P và Q và góc φ có quan hệ sau: φ= arctg Q P (3.2) Khi lượng P không đổi, nhờ có bù công suất phản kháng, lượng Q truyền tải trên đường dây giảm xuống, dođó góc φ giảm, kết quả là cosφ tăng lên. Hệ số công suất cos φ được nâng lên sẽ đưa đến những hiệu quả sau đây: 1/ Giảm được tổn thất công suất trong mạng điện. 2/ Giảm được tổn thất điện áp trong mạng điện. 3/ Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp. 3.2 CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT COSφ: 3.3 VỊ TRÍ ĐẶT THIẾT BỊ BÙ: Việc tính toán đònh mức bù tối ưu cho một mạng đã tồn tại có thể thực hiện theo những lưu ý sau: - Tiền điện trước khi đặt tụ bù. - Tiền điện sau khi đặt tụ bù. - Các chi phí bao gồm: + Mua tụ bù và mạch điều khiển ( contactor, relay, tủ hợp bộ). + Lắp đặt và bảo trì. + Tổn thất trong tụ và tổn thất trên dây cáp, máy biến áp sau khi lắp đặt tụ bù. Từ những phân tích trên tác giả chọn phương án bù công suất phản kháng cho công trình. 3.4 TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG: Hệ số công suất của công trình trước khi bù: cosφ 1 =0.74. Tổng công suất tác dụng tính toán của công trình : P tt =1218.446 KW. Công suất biểu kiến của công trình trước khi bù: S 1 =1646.54 KVA. Hệ số công suất của công trình sau khi bù: cos φ 2 =0.87. Công suất phản kháng cần phải bù để đạt được cos φ 2 =0.87 là: Q bù = P tt .(tgφ 1 -tgφ 2 ) = 1218.446 x [tg(arcos0.74) – tg(arcos0.87)]= 420 KVAr. Vậy Q bù = 420 KVAr. Công suất biểu kiến của công trình sau khi bù: Ta có công suất phản kháng trước khi bù: Q 1 = P tt .tgφ 1 =1218.446 x tg(arcos0.74) = 1107.48 KVAr. Công suất phản kháng sau khi bù: Q 2 = Q 1 – Q bù = 1107.48 – 420 = 687.48 KVAr. Công suất biểu kiến của công trình sau khi bù: S 2 = 140048.687446.1218 22 2 22 QP tt KVA. Chọn thiết bò bù là tụ điện bù do Liên Xô (cũ) chế tạo: 8 bộ x 50 KVAr + 1 bộ 20 KVAr Loại 3: Loại tụ điện Điện áp đònh mức U cđm (KV) Công suất đònh mức P đm (KVAr) Điện dung C (μF) Kiểu chế tạo Chiều cao H (mm) Khối lượng (kg) KC2-0.38- 50-3Y3 0.38 50 1102 Ba pha 725 60 KC1-0.38- 20-Y1 0.38 20 442 Ba pha 472 30 Như vậy sau khi tính toán được lượng công suất phản kháng cần bù cho tòa nhà, ta có bảng tổng kết sau: Hệ số công suất của toàn bộ tòa nhà: Cos φ=0.74. Tổng công suất tác dụng tính toán P tt = 1038.446 KW. Tổng công suất của tòa nhà: S ∑ = 1403.3 KVA. Tổng công suất dự phòng: S dp =240 KVA (P=180 KW, cosφ=0.74). Tổng công suất tính toán của toàn bộ công trình: P ∑tt = 1218.446 KW. Tổng công suất toàn bộ công trình: S ∑ =1646.54 KVA. Bù hệ số công suất lên Cos φ= 0.87 . Q bù =420 KVAR. Công suất toàn bộ công trình sau khi bù: S saubù = 1400 KVA. . kháng trước khi bù: Q 1 = P tt .tgφ 1 =1218.446 x tg(arcos0 .74 ) = 11 07. 48 KVAr. Công suất phản kháng sau khi bù: Q 2 = Q 1 – Q bù = 11 07. 48 – 420 = 6 87. 48. φ 2 =0. 87. Công suất phản kháng cần phải bù để đạt được cos φ 2 =0. 87 là: Q bù = P tt .(tgφ 1 -tgφ 2 ) = 1218.446 x [tg(arcos0 .74 ) – tg(arcos0. 87) ]= 420