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 bu kt n kt P Q Q I F j 3.U .J (2.9)
Mức độ giảm nhiều hay ít là do trị số Qbu lớn hay nhỏ, công suất toàn phần giảm tới mức nào đó thì có thể chọn dây có tiết diện nhỏ hơn.
Tiết diện dây dẫn đƣợc chọn trong tính toán thiết kế để truyền tải một lƣợng công suất tác dụng cho trƣớc giảm xuống rất có lợi về việc giảm vốn đầu tƣ, cụ thể nhƣ sau:
1) Tiết kiệm khối lượng kim loại màu:
Dây dẫn sử dụng trên lƣới trung áp chủ yếu là dây nhôm có lõi thép, dây dẫn sử dụng trên lƣới hạ áp chủ yếu là dây nhôm, dây đồng đều là những kim loại rất đắt tiền, việc giảm đƣợc khối lƣợng dây dẫn trong thiết kế dẫn đến giảm đƣợc đáng kể tổng mức đầu tƣ trong xây dựng.
2) Giảm được các thông số kết cẩu của đường dây:
a) Cột điên:
Dây dẫn và dây chống sét chịu những tải trọng cơ giới chủ yếu sau đây: - Tải trọng do trọng lƣợng bản thân dây
- Tải trọng do gió thối lên dây trong khoảng cột - Tải trọng do dãn nở nhiệt
Trong tính toán cơ lý đƣờng dây, thƣờng dùng khái niệm tỷ tải. Tỷ tải là phụ tải cơ giới tác động lên độ dài một mét dây dẫn có tiết diện 1mm2, đơn vị của tỷ tải là N/ mm2 .Với các dây dẫn có tiết diện khác nhau thì tỷ tải sẽ khác nhau tùy theo tiết diện dây dẫn (xét trong cùng một điều kiện về nhiệt độ, vận tốc gió...)
Trong tính toán thiết kế, phải lựa chọn đúng loại cột (chủng loại, kiểu dáng, độ cao, độ bền) cho từng tuyến đƣờng dây và cho từng vị trí cột trên tuyến.
- Với cột trung gian cần tính toán kiểm tra trong trƣờng hợp làm việc bình thƣờng (dây không đứt) trong điều kiện bão lớn.
- Với cột góc cần kiểm tra tính toán trong trƣờng hợp làm việc bình thƣờng, cột bị kéo về một phía do sức kéo của dây dẫn hai nửa khoảng cột, mục đích kiểm tra xem cột có cần đặt dây néo hay phải dùng cột kép hay không.
- Với cột cuối kiểm tra hai trƣờng hợp:
+ Trƣờng hợp làm việc bình thƣờng: Kiểm tra khả năng chịu uốn của cột khi bị các dây kéo về một phía.
+ Trƣờng hợp bị đứt một dây ngoài cùng, dây ngoài cùng còn lại sẽ gây ra mô men xoắn lớn nhất cho tiết diện đặt xà.
Việc bù CSPK đến một mức nào đó, đem lại kết quả có thể giảm tiết diện dây dẫn, dẫn đến việc chọn các thông số cột giảm xuống, dẫn đến giảm giá thành.
b) Móng cột:
Móng cột trong hệ thống cấp điện từ 35kV trở xuống thƣờng dùng hai loại: móng chống lật (cho tất cả các vị trí cột) và móng chống nhổ (cho dây néo).
Cùng một công dụng cột (đỡ thẳng, néo góc, néo vƣợt, néo cuối) nếu dây dẫn nhỏ hơn đến một mức nào đó thì cũng có thể chọn đƣợc loại móng có kích thƣớc bé hơn qua những tính toán cụ thể. Điều đó cũng ảnh hƣởng đến thông số thiết kế và giảm giá thành.
c) Phụ kiện:
Với việc sử dụng dây dẫn nhỏ hơn, có thể việc chọn các phụ kiện nhƣ vòng treo sứ, kẹp nối, kẹp hãm dây..., với khả năng chịu lực cho phép ít đi, dẫn tới giảm giá thành.
Để dễ hình dung hiệu quả kinh tế của việc giảm tiết diện dây dẫn, ta có thể ví dụ cụ thể sau:
Bảng 2.1. Giá thành đƣờng dây trên không 1 mạch điện áp 110kV (106
đ/km) Dây dẫn AC-70 AC-95 AC-120 AC-150 AC-185 AC-240
Cột
BTLT 168 224 280 336 392 444
Khi nâng cao hệ số công suất cosφ, sự giảm bớt tiết diện dây dẫn kèm theo đồng thời với việc giảm tổn thất điện năng. Tổn thất công suất tác dụng:
2 2 2 2 2 2 P P l P .R . U (cos ) U (cos ) F (2.10)
Nếu tiết diện dây dẫn đƣợc chọn theo mật độ dòng điện kinh tế thì:
kt n kt I P F j 3.U .cos .j (2.11)
Thay trị số của F vào biểu thức trên ta có: kt n 3P. .l.j P U .cos (2.12)
Nhƣ vậy khi giảm bớt tiết diện F mà không giảm jkt, ΔP tỷ lệ nghịch với cosφ chứ không phải với (cosφ)2
nhƣ lúc F vẫn giữ nguyên.
2.1.2.3. Giảm công suất của máy biến áp
Sau khi đặt thiết bị bù công suất toàn phần truyền tải qua MBA giảm xuống, khi giảm xuống đến một trị số nào đó thì ta có thể chọn đƣợc MBA có công suất nhỏ hơn, tiết diện đƣợc vốn đầu tƣ, nhƣ vậy rất có ý nghĩa khi tính toán về kinh tế. Góp phần giảm tổng mức đầu tƣ xây dựng.
Việc chọn công suất định mức của MBA nhỏ đi cũng ảnh huởng tới các thông số thiết kế khác nhƣ:
- Tính toán chọn máy cắt
- Tính chọn cầu chì cho máy cắt
- Thay đổi thông số chọn các BU & BI
- Thay đổi các thông số tính toán mạch bảo vệ rơle, đo luờng - Thay đổi tiết diện các thanh cái
- Thay đổi trị số danh định của tủ điện ....
2.1.2.4. Tăng cường khả năng tải của mạng
Do sản xuất ngày càng phát triển lên phụ tải của các hộ tiêu thụ ngày càng tăng, công suất truyền tải trong mạng ngày càng tăng lên. Đƣờng dây và trạm biến áp vận hành với chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật thấp. Nếu đặt thiết bị bù thì sẽ giảm đƣợc CSPK Q đồng thời có thể tăng đƣợc CSTD P truyền tải trên đƣờng dây, tức là đáp ứng đƣợc
nhu cầu ngày càng tăng công suất tác dụng của các hộ tiêu thụ điện. Vậy việc bổ sung thiết bị bù sẽ làm tăng khả năng truyền tải của mạng.
2.2. Ảnh hƣởng của thiết bị bù đến tổn thất công suất và tổn thất điện năng
2.2.1. Lưới phân phối có một phụ tải
Xét lƣới phân phối theo hình 2.2 dƣới đây:
Hình 2.2. Phân tính các dung lƣợng bù
Chú thích:
+ Công suất phản kháng đi đến tải
+ Công suất phản kháng đi về phia nguồn
CSPK yêu cầu là Qmax, công suất bù là Qb đồ thị kéo dài của CSPK yêu cầu là q(t), đồ thị kéo dài của CSPK sau khi bù là: qb(t) = q(t) - Qb
Trên hình 2.2b: qb1(t) ứng với Qb = Qmin Trên hình 2.2c: qb2(t) ứng với Qb = Qtb Trên hình 2.2d: qb3(t) ứng với Qb = Qmax
Từ các đồ thị kéo dài CSPK ta thấy: khi đặt bù đồ thị kéo dài CSPK mới có thể nằm trên, nằm dƣới hoặc cắt trục hoành tùy thuộc vào độ lớn của công suất bù. CSPK dƣơng có nghĩa là nó đi từ nguồn đến phụ tải còn âm có nghĩa là đi nguợc từ phụ tải về nguồn. Dù đi theo huớng nào thì CSPK đều gây ra tổn thất, CSTD nhƣ nhau nếu độ lớn nhƣ nhau.
Trong trƣờng hợp Qb = Qmin (hình 2.2b) thì trong các chế độ trừ chế độ min, phụ tải phải nhận công suất từ nguồn, còn trong chế độ max chỉ giảm đƣợc lƣợng CSPK ΔQ = Qmax - Qbu = Qmax - Qmin.
Trong trƣờng hợp Qbu = Qmax (hình 2.2d) thì trong các chế độ trừ chế độ max,