Điện năng là năng lợng chủ yếu của các xí nghiệp công nghiệp. Các xí nghiệp này tiêu thụ khoảng 70% tổng số điện năng sản xuất ra, vì vậy vấn đề sử dụng hợp lý và tiết kiệm điện năng trong các xí nghiệp có ý nghĩa rất to lớn. Điện năng bị tổn thất lớn trong quá trình truyền tải đặc biệt là tập trung chủ yếu ở mạng điện xí nghiệp bởi vì mạng điện xí nghiệp thờng dùng điện áp thấp, đờng dây lại dài và phân tán tới từng phụ tải. Chính vì vậy mà việc thực hiện các biện pháp tiết kiệm điện năng trong xí nghiệp công nghiệp có ý nghĩa rất quan trọng không những có lợi cho chính bản thân xí nghiệp mà còn có lợi chung cho nền kinh tế đất nớc.
Hệ số công suất cosϕ là một chỉ tiêu để đánh giá xí nghiệp dùng điện có hợp lý và tiết kiệm hay không. Hệ số cosϕNM càng cao thì giảm giá thành sản phẩm và sản
phẩm đợc sản xuất ra nhiều hơn, có lợi cho nền kinh tế quốc dân. Vì vậy xí nghiệp cần phấn đấu nâng cao hệ số cosϕ.
Biện pháp nâng cao hệ số cosϕ.
• Nâng cao hệ số công suất cosϕ tự nhiên.
• Nâng cao hệ số công suất cosϕ bằng phơng pháp bù công suất phản kháng.
I. Nâng cao hệ số công suất cosϕ tự nhiên.
Nâng cao hệ số công suất cosϕ tự nhiên bằng cách để xí nghiệp giảm bớt đợc l- ợng công suất phản kháng Q tiêu thụ.
Các biện pháp cụ thể:
• Thay đổi và cải tiến quy trình công nghệ để các thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất.
• Thay thế động cơ không đồng bộ làm việc non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn.
• Hạn chế động cơ chạy không tải.
• Dùng động cơ đồng bộ thay thế động cơ không đồng bộ. • Nâng cao chất lợng sửa chữa động cơ.
• Thay thế những máy biến áp làm việc non tải bằng các máy biến áp có dung l- ợng nhỏ hơn.
II. Nâng cao hệ số công suất cosϕ Bằng phơng pháp bù côngsuất phản kháng. suất phản kháng.
Bằng cách đặt các thiết bị bù ở gần các hộ dùng điện để cung cấp công suất phản kháng cho chúng, ta giảm đợc lợng công suất phản kháng phải truyền tải trên đờng dây do đó nâng cao đợc hệ số cosϕ của mạng.
Biện pháp bù không giảm đợc lợng công suất phản kháng tiêu thụ của các hộ mà chỉ giảm đợc lợng công suất phản kháng truyền tải trên đờng dây. Vì vậy chỉ sau khi thực hiện các biện pháp nâng cao hệ số cosϕ tự nhiên mà vẫn không đạt yêu cầu thì ta mới chỉ xét tới phơng pháp bù.
Bù công suất phản kháng không những nâng cao hệ số công suất cosϕ để tiết kiệm điện năng mà còn có tác dụng quan trọng khác là điều chỉnh và ổn định điện áp cho mạng cung cấp điện.
Bù công suất phản kháng đem lại hiệu quả kinh tế nhng phải tốn kém thêm về mua sắm thiết bị bù và chi phí vận hành chúng. Vì vậy, quyết định phơng án bù phải dựa trên cơ sở tính toán và so sánh kinh tế - kỹ thuật.
1. Chọn thiết bị bù.
Để đảm bảo tối u thì các thiết bị bù phải đợc chọn trên cơ sở tính toán so sánh về kinh tế - kỹ thuật.
1.1 Tụ điện.
Là thiết bị tĩnh, làm việc với dòng điện vợt trớc điện áp nên có thể sinh ra công suất phản kháng Q cung cấp cho mạng điện.
• u điểm của tụ.
+ Suất tổn thất công suất tác dụng nhỏ.
+ Tụ không có phần quay nên lắp ráp, bảo quản dể dàng.
+ Tụ điện đợc chế tạo với từng đơn vị nhỏ nên có thể tuỳ theo sự phát triển của phụ tải trong quá trình sản xuất mà chúng ta ghép dần tụ vào mạng để nâng cao hiệu quả mà không phải bỏ nhiều vốn đầu t.
• Nhợc điểm của tụ.
+ Tụ điện nhạy cảm với sự biến động của điện áp đặt lên cực tụ điện.
+ Tụ điện cấu tạo kém chắc chắn, dể bị phá hỏng khi ngắn mạch, khi điện áp tăng lên đến 110%Uđm thì tụ dễ bị chọc thủng do đó không đợc phép vận hành.
+ Khi tụ điện đóng vào mạng, trong mạng sẽ có dòng điện xung, khi cắt tụ ra khỏi mạng thì trên cực của tụ vẫn còn tồn tại điện áp d có thể gây nguy hiểm cho ngời
Với các u, nhợc điểm trên thì tụ điện đợc sử dụng nhiều cho các nhà máy, xí nghiệp có công suất vừa và nhỏ cần công suất bù không lớn lắm.
1.2. Máy bù đồng bộ.
Máy bù đồng bộ là một loại động cơ đồng bộ làm việc không tải. • u điểm của máy bù đồng bộ.
+ Do không có phụ tải trên trục của động cơ nên máy bù đồng bộ đợc chế tạo gọn nhẹ và rẻ hơn so với động cơ đồng bộ có cùng công suất.
+ Ngoài công dụng cung cấp công suất phản kháng máy bù đồng bộ còn có khả năng tiêu thụ công suất phản kháng của mạng trong chế độ thiếu kích thích góp phần vào việc điều chỉnh điện áp trong mạng.
• Nhợc điểm của máy bù đồng bộ.
Máy bù đồng bộ có phần quay nên lắp ráp, bảo quản và vận hành khó khăn hơn so với tụ điện.
Với các u, nhợc điểm trên và để cho kinh tế thì máy bù đồng bộ thờng đợc sử dụng ở những nơi cần bù tập trung với dung lợng lớn.
1.3. Động cơ không đồng bộ Rôto dây quấn đợc đồng bộ hoá.
Khi cho dòng điện một chiều vào Rôto của động cơ không đồng bộ dây quấn, động cơ sẽ làm việc nh động cơ đồng bộ với dòng điện vợt trớc điện áp. Do đó, động cơ có khả năng sinh ra công suất phản kháng cung cấp cho mạng. Loại máy bù này đợc coi là kém hiệu quả nhất nên ít đợc sử dụng trừ khi không có tụ hoặc máy bù đồng bộ.
Ngoài các thiết bị trên còn có thể dùng động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ quá kích từ hoặc máy phát điện làm việc ở chế độ bù.
2. Vị trí và phân phối thiết bị bù trong mạng hình tia.
2.1. Vị trí đặt bù.
Thiết bị bù có thể đặt ở mạng cao áp hoặc mạng hạ áp với nguyên tắc bố trí thiết bị bù sao cho đạt đợc chi phí tính toán nhỏ nhất.
Máy bù đồng bộ do có công suất lớn nên thờng đặt tập trung ở những điểm quan trọng của hệ thống điện.
Tụ điện áp cao đợc đặt tập trung ở thanh cái của trạm biến áp trung gian hoặc trạm phân phối. Nhờ đặt tập trung nên việc theo dõi vận hành các tụ điện dể dàng và có khả năng thực hiện việc tự động hoá điều chỉnh dung lợng bù. Bù tập trung ở thanh cái điện áp cao còn có u điểm nữa là tận dụng hết khả năng bù của tụ vì ở vị trí này tụ làm việc liên tục nên chúng phát phát công suất bù tối đa. Nhợc điểm chính của phơng án này là không bù đợc công suất phản kháng ở mạng điện áp thấp, do đó không có tác dụng giảm tổn thất công suất và điện áp ở mạng điện áp thấp.
Tụ điện điện áp thấp đợc đặt theo 3 cách:
+ Đặt tập trung ở phía thanh cái điện áp thấp của trạm BAPX. + Đặt thành nhóm ở tủ phân phối động lực.
+ Đặt phân tán ở từng thiết bị dùng điện.
Trong 3 cách trên thì cách đặt tụ thành nhóm ở tủ phân phối động lực thờng đợc sử dụng nhiều nhất vì cách này có hiệu suất sử dụng cao, giảm đợc tổn thất trong cả mạng điện áp cao lẫn mạng điện áp thấp.
2.2. Phân phối dung lợng bù trong mạng hình tia.
Bài toán đặt ra trong mạng điện hình tia có n nhánh, tổng số dung lợng bù là Qbù. Phân phối dung lợng bù trên các nhánh sao cho tổn thất công suất tác dụng do công suất phản kháng gây ra là nhỏ nhất để hiệu quả bù đạt đợc lớn nhất.
Giả sử dung lợng bù đợc phân phối trên các nhánh lần lợt là: Qbù1, Qbù 2,..., Qbùn. Phụ tải phản kháng và điện trở các nhánh lần lợt là Q1, Q2,..., Qn và R1, R2,..., Rn. Ta có công thức sau: Qbù 1 = Q1 - ( ) 1 bù R Q Q− .Rtd Qbù 2 = Q2 - ( ) 2 bù R Q Q− .Rtd Qbù n = Qn - ( ) n bù R Q Q− .Rtd Trong đó:
Q: tổng công suất phản kháng của phụ tải trớc khi bù, kVAr. Rtđ: tổng trở tơng đơng của n nhánh.
Rtđ = 1 n 2 1 R 1 ... R 1 R 1 − + + +