5. Kết cấu của ựề tài:
3.1.2. Giải pháp TKđN cụ thể cho công ty
3.1.2.1. Giải pháp ựiều chỉnh hệ số công suất
Hệ số công suất là một trong các chỉ tiêu ựể ựánh giá sử dụng năng lượng hiệu quả trong các xắ nghiệp công nghiệp nói riêng và hộ tiêu thụ ựiện nói chung. Nó phản ánh tình hình sản xuất và sử dụng năng lượng ựiện của hộ tiêu thụ ựiện. Vấn ựề ựặt ra là ựiều chỉnh như thế nào ựể tiết kiệm ựiện năng, nâng cao hiệu quả quá trình sản xuất, giảm giá thành trên một ựơn vị sản phẩm, tăng sức cạnh tranh.
a. Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất
Nâng cao hệ số công suất ựem lại hiệu quả sau:
- Giảm ựược tổn thất công suất trong máy biếnáp
- Giảm ựược tổn thất công suất trong mạng ựiện do truyền tải - Giảm ựược tổn thất ựiện áp trong mạng ựiện
- Tăng khả năng truyền tải trên ựường dây và trạm biến áp:
Ngoài ra nâng cao hệ số công suất còn ựem lại hiệu quả kinh tế là giảm chi phắ kim loại màu, góp phần ổn ựịnh ựiện áp, tăng khả năng phát của máy phát ựiện...
b. Các biện pháp nâng cao hệ số công suất
Biện pháp nâng cao hệ số công suất cosφ ựược chia làm hai dạng: dạng thứ nhất là nâng cao hệ số cosφ tự nhiên (không dùng thiết bị bù) và dạng thứ hai nâng cao hệ số cosφ nhân tạo (dùng thiết bị bù).
* Nâng cao hệ số cosφ tự nhiên:
đây là biện pháp các hộ tiêu thụ ựiện tìm mọi cách ựể giảm bớt lượng công suất phản kháng Q tiêu thụ. Sau ựây là một số giải pháp:
1) Thay ựổi và cải tiến qui trình công nghệ ựể các thiết bị ựiện làm việc ở chế ựộ hợp lý nhất.
đây là biện pháp mà mỗi hộ dùng ựiện căn cứ vào ựiều kiện sản xuất cụ thể sắp xếp qui trình công nghệ một cách hợp lý nhất. Giảm bớt những ựộng
pham thi manh (NOP THU VIEN)TrỷTT
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 63 tác thừa, nguyên công thừa và áp dụng phương pháp gia công sản xuất tiến tiến, ựể tiết kiệm ựiện, giảm bớt suất tiêu hao ựiện năng trên một đVSP.
2) Thay thế ựộng cơ không ựồng bộ làm việc non tải bằng ựộng cơ có công suất nhỏ hơn.
Khi làm việc ựộng cơ tiêu thụ công suất phản kháng là : 2
0
( )
o dm pt
Q=Q + Q −Q k (kVAr) (3.1)
Trong ựó : + Q0 là công suất phản kháng lúc ựộng cơ làm việc không tải. + Qựm là công suất phản kháng lúc ựộng cơ làm việc ựịnh mức. + kpt là hệ số phụ tải.
Công suất phản kháng lúc không tải Q0 thường chiếm khoảng 60-70% Qựm
Hệ số công suất ựược xác ựịnh theo công thức sau :
(3. 2)
Từ (3.2) ta nhận thấy rằng cosφ phụ thuộc vào kpt, nếu ựộng cơ làm việc non tải (kpt thấp) thì cosφ sẽ thấp. Việc thay thế ựộng cơ không ựồng bộ làm việc non tải bằng ựộng cơ có công suất nhỏ hơn phù hợp sẽ làm cho kpt
tăng, do ựó sẽ nâng cao hệ số cosφ của ựộng cơ. Thay thế ựộng cơ phải ựảm bảo hai ựiều kiện kinh tế và kỹ thuật:
- điều kiện kinh tế là thay thế ựộng cơ phải giảm ựược tổn thất công suất trong mạng và ựộng cơ, bởi vì có như vậy mới ựem lại hiệu quả kinh tế.
- điều kiện kỹ thuật cho phép thay thế ựộng cơ là: việc thay thế ựộng cơ phải ựảm bảo nhiệt ựộ của ựộng cơ nhỏ hơn nhiệt ựộ cho phép ựảm bảo ựiều kiện mở máy và làm việc ổn ựịnh.
Thực tế từ các cách tắnh toán cho thấy:
- Nếu kpt < 0,45 thì việc thay thế bao giờ cũng có lợi không cần xét ựiều kiện kỹ thuật.
pham thi manh (NOP THU VIEN)TrỷTT
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 64 - Nếu 0,45 < kpt < 0,78 thì phải xét cả hai ựiều kiện kinh tế và kỹ thuật từ ựó so sánh mới ựưa ra quyết ựịnh thay thế có lợi hay không.
3) Giảm ựiện áp những ựộng cơ làm việc non tải
Công suất phản kháng ựộng cơ không ựồng bộ tiêu thụ ựược tắnh như sau:[3] 2
U Q k fV
ộ
= (kVAr) (3. 3)
Trong ựó :+ k là hệ số tỉ lệ và U là ựiện áp trên cực ựộng cơ. + là hệ số từ dẫn và V thể tắch mạch từ.
Từ (3.3) ta nhận thấy rằng Q tỉ lệ với bình phương ựiện áp U do vậy nếu giảm U thì Q giảm ựi rõ rệt và cosφ ựược tăng lên.
Thực tế người ta thường dùng các biện pháp sau ựể giảm ựiện áp ựặt vào ựộng cơ khi ựộng cơ không ựồng bộ làm việc non tải:
- đổi nối dây quấn sato ựộng cơ từ tam giác sang sao
Khi ựổi nối dây quấn stato ựộng cơ từ tam giác sang sao (∆ → ϒ) thì ựiện áp ựặt lên một pha của ựộng cơ giảm ựi lần, do ựó cosϕ và hiệu suất ựược nâng lên. Tuy nhiên mô men giảm ựi 3 lần so với trước, do vậy phải kiểm tra lại ựiều kiện mở máy làm việc ổn ựịnh của ựộng cơ. Biện pháp này ựược sử dụng cho ựộng cơ có ựiện áp làm việc U < 1000V và hệ số phụ tải trong khoảng (0,35 ọ 0,4).
- Thay ựổi cách phân nhóm của dây quấn stato
Biện pháp thay ựổi cách phân nhóm của dây quấn stato thường ựược sử dụng với những ựộng cơ có công suất lớn và có nhiều mạch nhánh song song trong một pha, biện pháp này thắch hợp cho các ựộng cơ chuyên dùng có nhiều ựầu dây ra.
- Thay ựổi ựầu phần áp của máy biến áp ựể hạ thấp ựiện áp của mạng phân xưởng.
Biện pháp thay ựổi ựầu phần áp của máy biến áp ựể hạ thấp ựiện áp của mạng phần xưởng chỉ ựược phép khi tất cả ựộng cơ trong phân xưởng ựều làm
pham thi manh (NOP THU VIEN)TrỷTT
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 65 việc non tải và không có các thiết bị yêu cầu cao về mức ựiện áp. Thực tế biện pháp này ắt khi sử dụng.
4) Hạn chế ựộng cơ chạy không tải
Các máy công cụ, trong quá trình gia công nhiều lúc phải chạy không tải, chẳng hạn khi chuyển từ ựộng tác gia công này sang ựộng tác gia công khác, khi chạy lùi dao hay rà máy ...Cũng có thể do thao tác của công nhân không hợp lý mà nhiều lúc phải chạy không tải. Khi ựộng cơ chạy không tải thì hệ số cosφ của ựộng cơ thấp. Do vậy hạn chế ựộng cơ chạy không tải là một trong các biện pháp ựể nâng cao hệ số công suất cosφ.
Hạn chế ựộng cơ chạy không tải theo hai hướng:
- Hướng dẫn và vận ựộng công nhân hợp lý hóa các thao tác, hạn chế ựến mức thấp nhất thời gian máy chạy không tải.
- đặt thiết bị hạn chế chạy không tải kết nối với sơ ựồ khống chế ựộng cơ. Nếu ựộng cơ chạy quá tải trong thời gian cài ựặt chỉnh ựịnh thì thiết bị cắt ựiện loại ựộng cơ ra khỏi mạng ựiện.
5) Dùng ựộng cơ ựồng bộ thay thế ựộng cơ không ựồng bộ
Với những ựộng cơ có công suất tuơng ựối lớn và không yêu cầu về ựiều chỉnh tốc ựộ như máy bơm, quạt, máy nén khắ ta nên dùng ựộng cơ ựồng bộ vì ựộng cơ ựồng bộ:
- Hệ số công suất cao khi cần có thể làm việc quá kắch từ cấp công suất phản kháng cho cho mạng.
- Mô men quay tỉ lệ bậc nhất với ựiện áp nên ắt phụ thuộc vào dao ựộng ựiện áp. Khi tần số của nguồn không thay ựổi thì tốc ựộ của ựộng cơ không phụ thuộc vào tải, do ựó năng suất của ựộng cơ làm việc khá cao.
- Nhược ựiểm của ựộng cơ là giá thành cao, bảo dưỡng khó khăn hơn ựộng cơ không ựồng bộ. Chắnh vì vậy ựộng cơ ựộng cơ ựồng bộ chỉ chiếm 20% tổng số ựộng cơ trong công nghiệp.
pham thi manh (NOP THU VIEN)TrỷTT
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 66
6) Thay thế những máy biến áp làm việc non tải bằng máy biến áp có dung lượng nhỏ hơn hợp lý.
Máy biến áp là một trong những thiết bị ựiện tiêu thụ công suất phản kháng (sau ựộng cơ không ựồng bộ) nếu trong tương lai dài mà hệ số phụ tải của máy biến áp không vượt quá 0,3 thì nên thay máy biến áp có công suất nhỏ hơn phù hợp. đứng về mặt vận hành trong thời gian phụ tải thấp (như ca ba) nên cắt bớt máy biến áp máy non tải, biện pháp này có tác dụng lớn ựể nâng cao hệ số cosϕ tự nhiên.
* Nâng cao hệ số cosφ nhân tạo (dùng thiết bị bù).
Biện pháp này ta dùng thiết bị bù ựể bù công suất phản kháng cấp cho cung cấp cho mạng và xắ nghiệp. Bù công suất phản kháng sẽ làm giảm lượng công suất truyền tải trên ựường dây do ựó nâng cao ựược hệ số công suất của mạng. Biện pháp này không làm giảm lượng công suất phản kháng nơi tiêu thụ. Bù công suất phản kháng ựem lai hiệu quả kinh tế, nhưng tốn kém thêm mua sắm thiết bị bù và chi phắ vận hành.
Thiết bị bù có 2 loại chắnh ựó là tụ ựiện và máy bù ựồng bộ: 1.Tụ ựiện
Tụ ựiện là thiết bị ựiện tĩnh làm việc vượt trước ựiện áp, nó phát ra công suất phản kháng Q cung cấp cho mạng.Tụ ựiện ựược dùng ựể bù cho các xắ nghiệp trung bình và nhỏ ựòi hỏi dung lượng bù không lớn (Q < 5000 kVAr). Tụ ựiện có ưu nhược ựiểm sau:
- Ưu ựiểm: Tổn thất công suất nhỏ, không có phần quay và ựược chế tạo thành những ựơn vị nhỏ dễ dàng bảo quản, tùy sự phát triển của phụ tải trong sản xuất ta có thể ghép dần tụ ựiện vào mạng, làm cho hiệu suất sử dụng cao, không cần chi phắ ựầu tư ngay một lúc.
- Nhược ựiểm: Tụ ựiện nhạy cảm với sự biến ựộng của ựiện áp (Q tụ sinh ra tỉ lệ với bình phương ựiện áp U). Cấu tạo của tụ kém chắc chắn dễ bị phá hỏng bởi ựiện áp ngắn mạch hoặc ựiện áp vượt quá giá trị ựịnh mức (khi
pham thi manh (NOP THU VIEN)TrỷTT
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 67 ựiện vượt quá 110 % Uựm của tụ dễ dị ựánh thủng. Hơn nữa khi ựóng tụ ựiện vào mạng làm việc sẽ có dòng ựiện xung và khi cắt tụ ra khỏi mạng trên cực tụ ựiện vẫn còn ựiện áp dư có thể gây nguy hiểm cho công nhân vận hành.
2. Máy bù
Máy bù ựồng bộ là ựồng bộ thực chất là ựộng cơ ựồng bộ làm việc ở chế ựộ không tải. Ở chế ựộ quá kắch từ máy phát ra công suất phản kháng cung cấp cho mạng, còn chế ựộ thiếu kắch từ thì tiêu thụ công suất phản kháng. Máy bù ựồng bộ có ưu nhược ựiểm sau:
- Ưu ựiểm: Cấu tạo gọn nhẹ hơn ựộng cơ ựồng bộ cùng công suất, ngoài việc bù công suất phản kháng còn tác dụng ựiều chỉnh áp trong mạng ựiện.
- Nhược ựiểm: Do có phần quay nên lắp ráp vận hành cấu tạo phức tạp, giá thành cao, chỉ thắch hợp với những nơi bù ựòi hỏi dung lượng bù lớn.
Với những thiết bị bù khác nhau thì sẽ có một suất tổn hao công suất tác dụng (kbù) tương ứng khác nhau, ựược trình bày trong (bảng 3. 1), [5]
Bảng 3.1- Suất tổn hao công suất tác dụng của thiết bị bù kbù
TT Loại thiết bị bù kbù (W/kVAr)
1 Tụ ựiện 0,003 ọ0,005
2 Máy bù ựồng bộ S= 5000ọ30000 kVAr 0,002 ọ0,027 3 Máy bù ựồng bộ S < 5000 kVAr 0,030 ọ0,050 4 động cơ dây quấn ựược ựồng bộ hóa 0,020 ọ0,080 5 Máy phát ựồng bộ làm máy bù 0,100ọ0,150
c. Tắnh toán dung lượng bù
- đương lượng kinh tế của công suất phản kháng kkt là lượng công suất tác dụng (kW) tiết kiệm ựược khi bù (kVAr) công suất phản kháng.
Như vậy nếu ta biết kkt và Qbù thì ta xác ựịnh lượng công suất tác dụng tiết kiệm ựược do bù là:
.
tk kt bu P k Q
pham thi manh (NOP THU VIEN)TrỷTT
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 68 - Tổn thất công suất tác dụng trên ựường dây ựược xác ựịnh:
2 2 2 2 2 2 2 P Q P Q P R R R U U U + ∆ = = + (3. 5)
Sau khi bù lượng công tổn thất trên ựường dây giảm nên công suất tác dụng trên ựường dây cũng giảm, tuy nhiên lượng thay ựổi nay không ựáng kể ta có thể bỏ qua, nên ta chỉ xét ựến thành phần tổn thất tác dụng do công suất phản kháng gây ra: Q22.R
U .
Trước khi bù thành phần tổn thất tác dụng do công suất phản kháng gây ra: 2 1 2 Q P R U ∆ = (3. 6)
Sau khi bù thành phần tổn thất tác dụng do công suất phản kháng gây ra:
( ) 2 2 bu Q Q P R U − ∆ = (3. 7)
Vậy lượng công suất tác dụng tiết kiệm ựược là : ( )2 2 1 2 2 2 bu tk Q Q Q P P P R R U U − ∆ = ∆ − ∆ = − (kW) (3. 8) Từ ựó ta có: 2 (2 ) tk bu kt bu P QR Q k Q U Q ∆ = = − (kWh/kVAr) (3. 9)
Thực tế Qbù nhỏ hơn nhiều so với Q nên có thể coi (Qbù /Q)≈ 0 và ựương lượng kinh tế của công suất phản kháng ựược xác ựịnh theo công thức ựơn giản sau :
2 2 kt QR k U = (3. 10)
Như vậy Q càng lớn thì kkt càng lớn, tức là phụ tải càng ở xa nguồn bù công suất phản kháng càng hiệu quả kinh tế.
Giá trị kkt nằm trong khoảng 0,02 ọ 0,12 (kW/kVAr), tùy thuộc vào từng loại hộ tiêu thụ ựiện có thể lấy các giá trị như sau [5] :
pham thi manh (NOP THU VIEN)TrỷTT
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 69
Bảng 3. 2 đương lượng kinh tế
TT Loại hộ tiêu thụ ựiện kkt
(kW/kVAr)
1 Hộ dùng ựiện do máy phát cung cấp 0,02 ọ 0,04 2 Hộ dùng ựiện qua một lần máy biến
áp 0,04 ọ 0,06
3 Hộ dùng ựiện qua hai lần máy biến
áp 0,05 ọ 0,07
4 Hộ dùng ựiện qua ba lần máy biến
áp 0,08 ọ 0,12
- Xác ựịnh dung lượng bù:
Dung lượng bù trên ựường dây bù ựược xác ựịnh theo công thức: Qbù = Ptt (tgφ1 Ờtgφ2)α (3. 11)
Trong ựó :
+ là phụ tải tắnh toán.
+φ1 là góc ứng với hệ số công suất trung bình cosφ1. +φ2 là góc ứng với hệ số công suất trung bình cosφ2.
+ α = 0,9 Ờ 1 là hệ số xét tới khả năng nâng cao cosφ bằng biện pháp không ựặt thiết bị bù
Hệ số công suất cosφ2 thường lấy bằng hệ số công suất do cơ quan quản lý hệ thống ựiện qui ựịnh cho mỗi hộ tiêu thụ phải ựạt ựược, thường
cosφ2 = 0,85ọ0,95.
Xét về mặt tổn thất công suất tác dụng của hộ dùng ựiện thì dung lượng bù ựược xác ựịnh như sau:
- Bù có thể tiết kiệm một lượng công suất tác dụng là:
pham thi manh (NOP THU VIEN)TrỷTT
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ẦẦẦẦẦẦẦẦẦẦ.. 70
Trong ựó :+ kkt chọn theo (bảng 3.2) . +kbù chọn theo (bảng 3.1) .
Như vậy ∆Ptk= f(Qbù) từ ựó tìm ựược dung lượng bù tương ứng với dung lượng bù tương ứng ∆Ptk cực ựại là :
Qbù kinh tế = Q - 2 2 U R kbù (kVAr) (3. 13) Từ (3.10) ta rút ra 2 2 U R và thay vào (3.13) ta có : Qbù kinh tế = (1 bu) kt k Q k − (kVAr) (3. 14)
Qbù kinh tế có thể khác Qbù nếu tắnh theo (3.14), tuy nhiên xét về mặt nội bộ hộ tiêu thụ ựiện thì Qbù kinh tế là kinh tế nhất. Song vì lợi ắch toàn bộ hệ thống ựiện nhà nước qui ựịnh hệ số công suất chuẩn mà các hộ tiêu thụ phải ựạt ựược, nên thực tế thường tắnh Qbù
* Hiệu quả kinh tế khi dùng giải pháp bù công suất phản kháng
Ở phần trên tác giả ựã ựịnh hướng cụ thể về giải pháp ựiều chỉnh hệ số công suất bằng cách lắp thêm tụ bù cho các ựộng cơ công suất lớn. Sở dĩ tác giả ựưa ra giải pháp này áp dụng cho ựộng cơ công suất lớn bởi lắ do sau ựây: theo công thức (3.13) thì việc bù có hiệu quả kinh tế khi Q và R lớn, ựối với