4 Tính toán bù , nâng cao hệ số công suất
4.2 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất
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.
4.2.2 Bù công suất phản kháng
Chúng ta sẽ đặt các thiết bị bù ở gần các hộ tiêu dùng điện để cung cấp công suất phản kháng theo yêu cầu của phụ tải, nhờ vậy sẽ giảm được lượng công suất phản kháng phải truyền tải trên đường dây theo yêu cầu của phụ tải.Sau đây là 1 số các thiết bị bù
4.2.2.1 Tụ tĩnh điện 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.
L
ATEX
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.
4.2.2.2 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.
• 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.
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.
L
ATEX
4.3 Tính toán bù công suất phản kháng4.3.1 Xác định dung lượng bù 4.3.1 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 làcosϕtbpx = 0,65. Theo thiết kế của phân xưởng ta phải bù công suất phản kháng để nâng cao hệ sốcosϕtbpxlên đến 0,9.
4.3.1.1 Chọn vị trí đặt tụ 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 (đồng/kVAR) thiết bị bù hạ áp lớn không đáng kể so với giá tiền đơn vị (đồng/kVA) tổn thất điện năng qua máy biến áp.
4.3.1.2 Phân phối dung lượng bù
Dung lượng bù tổng của toàn phân xưởng
Dung lượng bù cần thiết cho phân xưởng được xác định theo công thức sau:
Qb =Ptt.(tanϕ1−tanϕ2) (4.1)
Trong đó :
- Ptt: công suất tác dụng tính toán.
- tanϕ1: chỉ số tan của góc ứng với hệ số công suất trước khi bù.
- tanϕ2: chỉ số tan của góc ứng với hệ số công suất sau khi bù.
Áp dụng với phân xưởng ta có:
L
ATEX
Vớicosϕ2 = 0,9nêntanϕ2 = 0,484
Vậy dung lượng bù cần thiết của phân xưởng là:
QbùP= 208,12.(1,17−0,484) = 142,77(kV ar)
Dung lượng bù cho các tủ động lực
Công thức tính toán lượng bù cho các tủ động lực:
Qbi =Qi− Qttpx−Qbù
P
Ri .Rtđ (4.2)
Trong đóQbi: dung lượng bù của nhánh i.
Qi: Công suất phản kháng của nhóm i.
Qttpx:Công suất phản kháng tính toán toàn phân xưởng.
Ri:Điện trở của nhánh i.
Rtđ: Điện trở tương đương toàn phân xưởng. +) Tính toán điện trở tương đương của các nhánh -) Xét nhánh từ TPP-TĐL1-thiết bị Rn1 =RT P P−T DL1+ ( 1 RT1−1 + 1 RT1−3+R3−2 + 1 RT1−17 + 1 R18 + 1 RT1−19 )−1 = 27,21 + ( 1 46,25 + 1 11,6 + 1,4+ 1 1,5 + 1 18,41+ 1 1,38) −1 = 27,86(mΩ)
Tương tự với các nhóm còn lại ta có bảng sau:
Nhóm Điện trở tương đương(mΩ)
1 27,86
2 10,68
3 10,10
4 13,10
5 11,43
L
ATEX
+) Điện trở tương đương của mạng hạ áp:
Rtđ = ( 1 Rtđ1 + 1 Rtđ2 + 1 Rtđ3 + 1 Rtđ4 + 1 Rtđ5 )−1 = ( 1 27,86+ 1 10,68+ 1 10,10+ 1 13,10 + 1 11,43) −1 = 2,55(mΩ)
Xác định dung lượng bù tối ưu cho nhánh 1
Qb1 =Q1− Qttpx−Qbù
P
Rtđ1 .Rtđ = 40,51− 233,84−142,77
27,86 .2,55 = 32,17(kV ar)
Xác định dung lượng bù tối ưu cho nhánh 2
Qb2 =Q2− Qttpx−Qbù
P
Rtđ2 .Rtđ = 37,93− 233,84−142,77
10,68 .2,55 = 16,18(kV ar)
Xác định dung lượng bù tối ưu cho nhánh 3
Qb3 =Q3− Qttpx−Qbù
P
Rtđ3 .Rtđ = 53,88− 233,84−142,77
10,10 .2,55 = 30,88(kV ar)
Xác định dung lượng bù tối ưu cho nhánh 4
Qb4 =Q4− Qttpx−Qbù
P
Rtđ4 .Rtđ = 49,31− 233,84−142,77
13,10 .2,55 = 31,58(kV ar)
Xác định dung lượng bù tối ưu cho nhánh 5
Qb5 =Q5− Qttpx−Qbù
P
Rtđ5 .Rtđ = 59,34− 233,84−142,77
11,43 .2,55 = 39,02(kV ar)
Từ số liệu trên ta chọn được các tụ bù cho 5 nhánh với thông số cho trong bảng sau
Vị trí đặt tụ Loại tụ Số lượng Uđm Dung lượng Giá (V) (kVar) (106đ) TĐL1 DAE YEONG 1 380 30 1,476 TĐL2 DAE YEONG 1 380 20 0,984 TĐL3 DAE YEONG 1 380 30 1,476 TĐL4 DAE YEONG 1 380 30 1,476 TĐL5 DAE YEONG 1 380 40 1,968 Bảng 4.2: Bảng thông số tụ được chọn
L
ATEX
4.3.2 Đánh giá hiệu quả về mặt kinh tế của bù công suất phản kháng 4.3.2.1 Tính toán cho nhóm 1
+) Công suất biểu kiến của Nhóm 1 sau khi bù là:
SN1 =PN1+jQN1 = 35,59 +j10,51(kV A)
+) Tổn thất điện năng trên đoạn TPP – TĐL1 là:
∆AT P P−T DL1 = 35,59 2+ 10,512 0,382 .23,66.1,15 2 .2886,2.10 −6 = 374,46(kW h)
+) Tổn thất điện năng trước khi bù là:
∆ATPP-TDL1.trước = 790,67(kW h)
+) Lượng tổn thất điện năng tiết kiệm được do bù công suất phản kháng là:
∆A= 790,67−374,46 = 416,21(kW h)
+) Số tiền tiết kiệm được trong 1 năm là:
∆C = ∆A.c∆= 416,21.1500 = 624315(đồng/năm)
+) Vốn đầu tư tụ bù là :
VtụN1=v0tụ.Qb = 49200.30 = 1,476.106(đồng)
+)Chi phí quy đổi :
ZbN1 = (atc+avh).VtụN1 = (0,125 + 0,02).1,476.106 = 214020(đồng/năm)
4.3.2.2 Tính toán cho các nhóm còn lại
Ta có bảng kết quả tính toán sau
Nhánh Ptt Qbù Qsaubù L r0 ∆Atrước ∆Asau ∆A ∆C.103 Vtụ Zb
(kW) (kVAR) (kVAR) (m) (Ω/km) (kWh) (kWh) (kWh) (đ/năm) (.106đ) (.106đ)
TPP-TĐL2 33.33 20.00 17.93 8.7 1.15 254.93 143.22 111.71 167.57 0.98 0.14 TPP-TĐL3 44.88 30.00 23.88 13.25 0.73 475.33 249.83 225.5 338.25 1.48 0.21 TPP-TĐL4 42.18 30.00 19.31 19.7 0.524 434.38 222.01 212.37 318.55 1.48 0.21 TPP-TĐL5 52.14 40.00 19.34 28.5 0.39 693.12 343.53 349.59 524.39 1.97 0.29
Tổng 958.59 899.17 1348.76 5.90 0.86
L
ATEX
Ta có sơ đồ nguyên lí phân bố dung lượng bù như sau
Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lí phân bố dung lượng bù
4.3.2.3 Tính toán cho đoạn TBA-TPP
Công suất phản kháng của phân xưởng sau khi bù
Qpxtt= 208,12.0,484 = 100,73(kV ar)
+) Công suất biểu kiến của phân xưởng sau khi bù là:
Spxtt =Ppxtt+jQpxtt= 208,12 +j100,73(kV A)
+) Tổn thất điện năng trên đoạn TPP – TĐL1 là:
AT P P−T DL1 = 208,12 2+ 100,732 0,382 .0,193.1,12 2 .2886,2.10 −6 = 115,49(kW h)
+) Tổn thất điện năng trước khi bù là:
∆ATPP-TDL1.trước = 214(kW h)
+) Lượng tổn thất điện năng tiết kiệm được do bù công suất phản kháng là:
∆A= 214−115,49 = 98,51(kW h)
+) Số tiền tiết kiệm được trong 1 năm là:
L
ATEX
4.3.2.4 Tính toán cho đoạn từ Nguồn - TBA
Bỏ qua tổn thất công suất trong MBA
+) Tổn thất điện năng trên đoạn Nguồn - TBA là:
AN−T BA= 208,12
2+ 100,732
222 .0,524.150
2 .2886,2.10
−6 = 12,53(kW h)
+) Tổn thất điện năng trước khi bù là:
∆AN-TBA.trước = 23,22(kW h)
+) Lượng tổn thất điện năng tiết kiệm được do bù công suất phản kháng là:
∆A= 23,22−12,53 = 10,69(kW h)
+) Số tiền tiết kiệm được trong 1 năm là:
∆C= ∆A.c∆ = 10,69.1500 = 16035(đồng/năm)
Tổng số tiền tiết kiệm được do đặt tụ bù hàng năm là :
T K =P
∆C−P
Zbù
= (16035 + 147765 + 1348.76.103+ 624315)−(0,86.106+ 214020)
= 1062855(đồng/năm)
L
ATEX
Sơ đồ chi tiết cung cấp điện cho phân xưởng Sơ đồ phía cao áp
L
ATEX
L
ATEX
L
ATEX
L
ATEX
L
ATEX
L
ATEX
L
ATEX
[1] Giáo trình cung cấp điện
Tác giả : TS. Ngô Hồng Quang-Nhà xuất bản giáo dục [2] Hệ thống cung cấp điện
Tác giả : TS.Trần Quang Khánh -NXB Khoa học và kỹ thuật,2005 [3] Bảng giá máy biến áp THIBIDI
L