1.5.2.1. Sơ đồ nối dây của tụ điện điện áp cao
Sơ đồ nối dây của tụ điện điện áp cao đƣợc trình bày trên hình 1.6. Vì tụ điện điện áp cao là loại một pha nên chúng đƣợc nối lại với nhau thành hình tam giác, mỗi pha có cầu chì bảo vệ riêng, khi cầu chì một pha nào đó bị đứt, tụ điện ở hai pha còn
lại vẫn tiếp tục làm việc.
Hình 1.6 Sơ đồ nối dây của tụ điện điện áp cao
Hình 1.7 Sơ đồ đấu dây của tụ điện điện áp cao bù riêng cho động cơ
Thiết bị đóng cắt cho nhóm tụ điện có thể là máy cắt (hình 1.6a) hoặc máy cắt phụ tải có kèm theo cầu chì (hình 1.6b). Để đo lƣờng và bảo vệ ngƣời ta đặt các máy biến dòng BI và máy biến điện áp BU. Máy biến điện áp BU ngoài nhiệm vụ đo lƣờng và bảo vệ nói trên còn đƣợc dùng làm điện trở phóng điện cho tụ điện khi nó đƣợc cắt ra khỏi mạng. Vì vậy BU phải đƣợc nối vào phía dƣới các thiết bị đóng cắt và ở ngay đầu cực của nhóm tụ điện.
Trong trƣờng hợp tụ điện bù riêng cho động cơ hoặc máy biến áp thì không phải dùng BU để làm điện trở phóng điện, mà có thể dùng ngay cuộn dây stato của động cơ hoặc cuộn sơ cấp của máy biến áp để làm điện trở phóng điện (hình 1.7a,b).
1.5.2.2. Sơ đồ nối dây của tụ điện điện áp thấp
Sơ đồ nối dây của tụ điện điện áp thấp đƣợc trình bày trên hình 1.8.
Thiết bị đóng cắt và bảo vệ có thể là cầu dao và cầu chì, áptômát hoặc công tắc tơ và cầu chì. Tụ điện điện áp thấp là loại tụ điện ba pha, các phần tử đã nối sẵn thành hình tam giác ở phía trong.
Đối với tụ điện điện áp thấp, ngƣời ta thƣờng dùng bóng đèn dây tóc công suất khoảng 15 – 40W để làm điện trở phóng điện cho tụ điện.
Dùng bóng đèn có ƣu điểm ở chỗ: Khi điện áp dƣ của tụ điện phóng hết thì đèn tắt, do đó dễ theo dõi, nhƣng cần chú ý kiểm tra, tránh trƣờng hợp đèn hỏng không chỉ thị đƣợc.
Hình 1.8 Sơ đồ nối dây tụ điện điện áp thấp Điện trở phóng điện của tụ điện phải thoả mãn các yêu cầu sau đây:
- Giảm nhanh điện áp dƣ trên tụ điện để đảm bảo an toàn cho ngƣời vận hành, ngƣời ta quy định sau 30 phút điện áp trên tụ điện phải giảm xuống dƣới 65V.
- Ở trạng thái làm việc bình thƣờng tổn thất CSTD trên điện trở phóng điện so với dung lƣợng của tụ điện không vƣợt quá trị số 1 W/kVAr.
- Dòng phóng điện không đƣợc lớn quá.
Điện trở phóng điện đƣợc tính theo công thức sau đây:
2 pha 6 pt U R 15.10 . Q (Ω) (1.19)
Trong đó: Q - dung lƣợng của tụ điện kVAr Upha - điện áp pha của mạng kV
Để có thể sẵn sàng làm việc ngay sau khi tụ điện đƣợc cắt ra khỏi mạng, điện trở phóng điện phải đƣợc nối phía dƣới các thiết bị đóng cắt và ở ngay đầu cực của nhóm tụ điện. Các bóng đèn làm điện trở phóng điện có thể đƣợc nối theo hình sao hoặc tam giác. Cách nối tam giác có ƣu điểm hơn vì khi một pha của điện trở phóng điện bị đứt thì ba pha của tụ điện vẫn có thể phóng điện qua hai pha còn lại của điện trở.
Dòng điện định mức của dây chảy bảo vệ cho tụ điện không vƣợt quá 110% dòng điện định mức của nhóm tụ điện. Thiết bị bảo vệ quá dòng điện không đƣợc chỉnh định quá 120% dòng điện định mức của nhóm tụ điện.
1.5.2.3. Bù riêng
Bù riêng nên đƣợc xét đến khi công suất động cơ lớn đáng kể so với mạng điện. Bộ tụ mắc trực tiếp vào đầu dây nối của thiết bị dùng điện có tính cảm ( chủ yếu là các động cơ ).
Bộ tụ định mức ( kVAr) đến khoảng 25% giá trị công suất động cơ. Bù bổ sung tại đầu nguồn điện cũng có thể mang lại hiệu quả tốt.
Ƣu điểm : Làm giảm tiền phạt do tiêu thụ công suất phản kháng (kVAr) Giảm công suất biểu kiến yêu cầu.
Giảm kích thƣớc và tổn hao dây dẫn đối với tất cả dây dẫn.
Nhận xét : Các dòng điện phản kháng có giá trị lớn sẽ không còn tồn tại trong mạng điện.
1.5.2.4. Bù nhóm
Bù nhóm nên sử dụng khi mạng điện quá lớn và khi chế độ tải tiêu thụ theo thời gian của các phân đoạn thay đổi khác nhau.
Bộ tụ đƣợc đấu vào tủ phân phối khu vực. Hiệu quả do bù nhóm mang lại cho dây dẫn xuất phát từ tủ phân phối chính đến các tủ khu vực có đặt tụ đƣợc thể hiện rõ nhất.
Ƣu điểm:
- Làm giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng. - Làm giảm công suất biểu kiến yêu cầu.
- Kích thƣớc dây cáp đi đến các tủ phân phối khu vực sẽ giảm đi hoặc với cùng dây cáp trên có thể tăng thêm phụ tải cho tủ phân phối khu vực.
Nhận xét:
- Dòng điện phản kháng tiếp tục đi vào tất cả dây dẫn xuất phát từ tủ phân phối khu vực.
- Vì lý do này mà kích thƣớc và công suất tổn hao trong dây dẫn nói trên không đƣợc cải thiện với chế độ bù nhóm.
- Khi có sự thay đổi đáng kể của tải, luôn luôn tồn tại nguy cơ bù dƣ và kèm theo hiện tƣợng quá điện áp.
- Tụ bù đƣợc nối vào thanh góp cung cấp của lƣới điện phân phối, ví dụ có một số lớn động cơ nhỏ làm việc liên tục hoặc gián đoạn (hình 1.9).
Hình 1.9 Bù nhóm
1.5.2.5. Bù tập trung
Đƣợc áp dụng cho tải ổn định và liên tục.
Bộ tụ đấu vào thanh góp hạ áp của tủ phân phối chính và đƣợc đóng trong thời gian tải hoạt động.
Trong các TBA tƣơng đối lớn, nhiều phụ tải công suất nhỏ và trung bình (nhƣ các động cơ...) thƣờng không làm việc đồng thời, thì các tụ
bù đƣợc nối tập trung ở thanh góp chính (hình 1.10) Bảo vệ ngắn mạch bao gồm cầu chì cho mỗi tụ điện nếu cần. Các máy biến điện áp cần nối hình V để phóng điện sau khi cắt tụ.
Bù tập trung có thể áp dụng cho mọi cấp điện áp
Hình 1.10 Bù tập trung Ƣu điểm:
- Làm giảm công suất biểu kiến.
- Làm nhẹ tải cho máy biến áp và do đó nó có khả năng phát triển thêm các phụ tải cần thiết.
Nhận xét:
- Dòng điện phản kháng tiếp tục đi vào tất cả lộ ra tủ phân phối chính của mạng hạ thế.
- Vì lý do này kích cỡ dây dẫn, công suất tổn hao không đƣợc cải thiện ở chế độ bù tập trung.
1.5.3. Nguyên lý điều khiển các thiết bị bù sử dụng tụ điện tĩnh 1.5.3.1. Cơ sở điều khiển 1.5.3.1. Cơ sở điều khiển
Quá trình đóng cắt các tụ điện có thể thực hiện bằng cách điều khiển bằng tay hay tự động bằng cách sử dụng một số kiểu điều khiển thông minh.
- Điều khiển bằng tay (tại vị trí lắp đặt hay điều khiển từ xa) có thể áp dụng cho các trạm biến áp phân phối.
Hình 1.11 Sự phân bố CSPK theo thời gian - Điều khiển thông minh đƣợc sử dụng trong các kiểu điều khiển tự động bao gồm: Đóng cắt theo thời gian, điện áp, dòng điện, điện áp - thời gian, điện áp - dòng điện, nhiệt độ.
Các loại điều khiển tự động phổ thông nhất là: Điều khiển theo thời gian, điện áp, điện áp - dòng. Điều khiển đóng cắt theo thời gian là loại ít tốn kém nhất, một số tổ hợp của các điều khiển này cũng đƣợc dùng để phân bố một cách gần đúng biểu đồ của công suất phản kháng nhƣ hình 1.11.
1.5.3.2. Điều chỉnh dung lượng bù
Ứng với mỗi trị số phụ tải Q có một dung lƣợng bù tối ƣu. Vì vậy cần phải điều chỉnh dung lƣợng bù của tụ điện cho phù hợp với phụ tải phản kháng để đạt đƣợc hiệu quả kinh tế cao nhất. Song vì phụ tải luôn luôn biến đổi và các tụ điện đã đƣợc chế tạo sẵn thành các phần tử có dung lƣợng nhất định nên việc điều chỉnh liên tục dung lƣợng
bù là điều khó thực hiện đƣợc. Trong thực tế, ngƣời ta chia tụ điện thành nhiều nhóm nhỏ và tùy theo sự biến đổi của phụ tải mà cho nhiều hay ít nhóm làm việc.
Vi dụ. Có đồ thị phủ tải phản kháng hàng ngày nhƣ ở hình 1.12. Đồ thị đó đại thể có thể chia làm hai phần: phần phụ tải lớn (trong quãng thời gian t1) và phần phụ tải bé (quãng thời gian còn lại)
Hình 1.12 Điều chỉnh dung lƣợng bù.
Vì vậy chúng ta chia tụ điện thành hai nhóm, mỗi nhóm có dung lƣợng Qbù/2. Ta cho một nhóm làm việc suốt 24 giờ, gọi là nhóm tụ bù nền. Nhóm còn lại chỉ làm việc trong quãng thời gian t1 có phụ tải lớn mà thôi
Việc điều chỉnh dung lƣợng bù nhảy cấp nhƣ vậy có khuyết điểm là sẽ có những vùng bù thừa (phần gạch ngang trên hình vẽ) và những vùng bù thiếu (phần gạch dọc trên hình vẽ). Muốn giảm phần bù thừa, bù thiếu ta phải phân tụ điện ra thành nhiều nhóm nhỏ, song nhƣ vậy sẽ tổn nhiều thiết bị đóng cắt, đo lƣờng, bảo vệ và việc điều chỉnh dung lƣợng bù phức tạp lên. Vì vậy việc phân nhóm tụ điện phải căn cứ vào tình hình cụ thể của phụ tải và dựa trên cơ sở các tính toán so sánh kinh tế kỹ thuật.
Ngƣời ta quy định rằng: nếu dùng máy cắt dầu để đóng cắt và bảo vệ một nhóm tụ điện thì dung lƣợng của nhóm không nên nhỏ hơn 400kVAr. Ở mạng điện áp cao nếu dung lƣợng bù của một nhánh nhỏ hơn 100 kVAr, ở mạng điện áp thấp nếu dung lƣợng bù của một nhánh nhỏ hơn 30 kVAr thì không nên đặt tụ điện ở nhánh đó, mà nên chuyển sang các nhánh lân cận.
Việc điều chỉnh dung lƣợng bù của tụ điện có thể đƣợc thực hiện bằng tay hoặc tự động.
Việc điều chỉnh tự động dung lƣợng bù của tụ điện thuờng chỉ đƣợc đặt ra trong trƣờng hợp bù tập trung với dung lƣợng lớn. Có bốn cách tự động điều chỉnh dung lƣợng bù: điều chỉnh dung lƣợng bù theo nguyên tắc điện áp, theo thời gian, theo dòng
điện phụ tải và theo huớng đi của CSPK. Điều chỉnh dung lƣợng bù theo điện áp và thời gian hay đƣợc dùng hơn cả.
a) Điều chỉnh dung lượng bù của tụ điện theo điện áp
Căn cứ vào điện áp trên thanh cái của trạm biến áp đế tiến hành điều chỉnh tự động dung lƣợng bù. Nếu điện áp của mạng sụt xuống dƣới định mức, có nghĩa là mạng thiếu công suất phản kháng, thì cần phải đóng thêm tụ điện vào làm việc. Nguợc lại khi điện áp quá giá trị định mức thì cần cắt bớt tụ điện, vì lúc này mạng thừa công suất phản kháng. Phƣơng pháp điều chỉnh tự động dung lƣợng bù theo điện áp vừa giải quyết đƣợc yêu cầu bù CSPK, nâng cao hệ số công suất cosφ vừa có tác dụng ổn định điện áp nên đƣợc dùng phổ biến.
b) Điều chỉnh tự động dung lượng bù theo nguyên tắc thời gian
Căn cứ vào sự biến đổi của phụ tải phản kháng trong một ngày đêm mà ngƣời ta đóng hoặc cắt bớt tụ điện. Phƣơng pháp này đƣợc dùng khi đồ thị phụ tải phản kháng hàng ngày biến đổi theo một quy luật tƣơng đối ổn định và ngƣời vận hành nắm vững đồ thị đó.
Kết luận
Qua quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và phân tích chúng ta thấy đƣợc rằng:
CSPK là một phần không thể thiếu của máy biến áp, các thiết bị điện nhƣ động cơ điện, đèn huỳnh quang... Tuy nhiên do truyền tải trên đƣờng dây lại gây ảnh hƣởng đến tổn thất điện năng, tổn thất điện áp, làm tăng công suất truyền tải dẫn đến tăng chi phí xây lắp..., vì vậy phải có những biện pháp để giảm lƣợng công suất này. Một trong những biện pháp đơn giản và hiệu quả nhất đó là bù CSPK, sau khi bù sẽ làm cải thiện đƣợc các nhƣợc điểm trên.
Việc bù CSPK có thể đƣợc thực hiện bằng các nguồn bù khác nhau, tuy nhiên qua phân tích và với sự ứng dụng của khoa học kỹ thuật thì việc sử dụng tụ bù tĩnh là hiệu quả hơn, vì vậy mà nó đƣợc ứng dụng rộng rãi.
Khi tiến hành bù CSPK có thể phân chia thành 2 chỉ tiêu bù: bù theo kỹ thuật tức là nhằm nâng cao điện áp nằm trong giới hạn cho phép. Và bù kinh tế nhằm giảm tổn thất điện năng trên đƣờng dây từ đó sẽ đƣa đến lợi ích kinh tế. Tuy nhiên trong quá trình thực hiện bù, không thể tách bạch 2 phƣơng pháp này mà nó hỗ trợ lẫn nhau.
CHƢƠNG 2 - ẢNH HƢỞNG CỦA THIẾT BỊ BÙ, CÁC PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN BÙ TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
2.1. Ảnh huởng của thiết bị bù đến thông số thiết kế
2.1.1. Đặt vấn đề
Nhƣ ta đã biết hầu hết các thiết bị sử dụng điện điều tiêu thụ công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q.
Hệ số công suất cosφ của phụ tải thấp, nhƣ vậy đƣờng dây của mạng điện phải truyền tải một lƣợng CSPK Q khá lớn, tạo nên những tổn thất đáng kể về công suất tác dụng và phản kháng.
Ví dụ, mạng điện (hình 2.1), với phụ tải là P + jQ thì tổn thất trong mạng sẽ là:
2 2 2 P Q P .R U (2.1) 2 2 2 P Q Q .X U (2.2)
Nếu bây giờ ngay tại phụ tải đó ta đặt tụ điện tĩnh hay máy bù đồng bộ để phát ra một trị số CSPK là Qbu cung cấp ngay cho phụ tải đó (hình 2.1b). khi đó hệ số công suất cosφ sẽ tăng lên:
2 2 bu P P cos S P (Q Q ) (2.3)
Lƣợng CSPK cần truyền tải trên đƣờng dây sẽ giảm bằng (Q - Qbu ) và do đó ΔP và ΔQ cũng giảm xuống. bu 2 2 2 P Q Q P .R U (2.4) 2 2 bu 2 P Q Q Q .X U (2.5)
Hình 2.1. Sơ đồ mạch tải điện
a) Khi chƣa đặt thiết bị bù b) Khi có bù bằng tụ điện tĩnh tại phụ tải Sau khi có bù tại phụ tải thì cosφ của đƣờng dây (chứ không phải cosφ của phụ tải) đã đƣợc nâng cao, nhìn trên hình vẽ ta thấy nếu đặt tụ bù ngay tại nguồn cung cấp thì tác dụng làm giảm tổn thất điện năng không còn nữa. Thƣờng trong hệ thống nên đƣa cosφ của mạng khoảng (0,92 ÷ 0,95). Cũng không nên đƣa cosφ lên quá 0,95 vì khi đó tổn thất công suất chủ yếu là công suất tác dụng P chứ không phải công suất phản kháng Q, nếu nâng cosφ lên nữa không kinh tế do ΔP và ΔA giảm đƣợc ít, mặt khác khi phụ tải dao động làm P và Q giảm có thể gây ra hiện tƣợng quá bù.
Trong thực tế, đế giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng trên lƣới, ngƣời ta thƣờng áp dụng một phƣơng pháp rẻ tiền nhƣng rất hiệu quả là đặt các thiết bị bù CSPK tại các phụ tải. Tức là làm tăng hệ số cosφ của đƣờng dây lên, khi đó lƣợng CSPK Q cần phải truyền tải trên đƣờng dây sẽ đƣợc giảm xuống. Điều này có những ảnh hƣởng rất quan trọng đến các thông số thiết kế của lƣới điện.
2.1.2. Các ảnh hưởng của thiết bị bù đến thông số thiết kế của mạng điện
Sau khi đặt thiết bị bù, hệ số công suất của mạng đƣợc nâng cao mang lại những ƣu điểm sau:
2.1.2.1.Giảm ΔP và ΔATa có Ta có 2 2 2 2 2 S P P .R .R U U (cos ) (2.6)
Vậy ΔP tỷ lệ với (cosφ)2 khi cosφ tăng lên thì ΔP giảm đi rõ rệt.
2.1.2.2.Giảm tiết diện của dây dẫn trong mạng điện
Công suất toàn phần truyền tải trên đƣờng dây là:
2 2
Sau khi có đặt thiết bị bù công suất truyền tải trên đƣờng dây đó sẽ bằng: 2 2 bu S' P Q Q (2.8) Khi đó: 2 2