8. Bố cục của đề tài
3.3.1. Thu thập số liệu
Trạm biến áp (TBA) Mỏ đá Lủng Tráng, TBA Mỏ đá Lũng Ráo đều có dung lượng máy biến áp 560 (KVA), đây là đối tượng được chọn để bù công suất phản kháng cho luận văn này. Vì cả hai TBA làm việc theo ca, nên thời
điểm công suất cực đại vào lúc 11h và lúc phụ tải cực tiểu là vào 0h. Tiến hành đo giá trị điện áp tại thanh cái hạ áp của TBA trong 7 ngày bất kỳ.
Số liệu đo đếm được được cho trong bảng 3.1.
Bảng 3.1: Số liệu đo đếm tại thanh cái hạ áp của trạm 560kVA-35/0,4kV ứng với thời điểm cực đại và cực tiểu
Ngày 1 2 3 4 5 6 7 Trung bình ( 2 ) P [Kw] Phụ tải cực đại 280 285 305 298 250 275 265 279,71 I [A] 600 620 625 615 600 612 621 613,29 ( 2 ) U [V] 210 200 200 205 195 195 215 202,86 ( 1 ) P [Kw] Phụ tải cực tiểu 150 150 160 160 175 170 160 160,71 I [A] 280 315 290 325 315 320 307 307,43 ( 1 ) U [V] 230 230 236 240 230 235 236 233,86
3.3.2. Đánh gía chất lượng điện áp
Đánh giá chất lượng điện theo phương pháp độ lệch giới hạn của điện áp: Xác định độ lệch điện áp cho phép: ΔUcp 5%;
cp
ΔU 5%. Đo các giá trị điện áp tại thanh cái hạ áp của trạm biến áp 560kVA-35/0,4kV vào 11h(thời điểm phụ tải cực đại) và vào 0h(lúc phụ tải cực tiểu) trong 7 ngày bất kỳ (bảng 3.1)
Lúc phụ tải cực đại ứng với U = 202,86 [V], lúc phụ tải cực tiểu ứng với
U = 233,86 [V], Uđm=220 [V].
Vậy độ lệch điện áp thực tế tại thời điểm cực đại là:
2 2 đm đm U U 202,86 220 ΔU .100% .100% 7,79% U 220
1 1 đm đm U U 233,86 220 ΔU .100% .100% 6,3% U 220
Vậy độ lệch điện áp lúc phụ tải cực đại ΔU( 2 )) và lúc phụ tải cực tiểu ΔU( 1 )
không nằm trong giới hạn cho phép nên chất lượng không được đảm bảo. Khi điện áp đo được tại nguồn:
Bảng 3.2: Số liệu đo đếm điện áp tại nguồn của trạm 560kVA-35/0,4kV ứng với thời điểm cực đại và cực tiểu
Ngày 1 2 3 4 5 6 7 Utb, V Chế độ tải cực đại 218 213 210 215 196 198 217 209,57 Chế độ tải cực tiểu 233 232 238 243 234 238 236 236,29
Vậy độ lệch điện áp thực tế tại thời điểm cực đại là:
ng ( 2 ) 2 đm đm U U 209,57 220 ΔU .100% .100% 4,74% U 220
Độ lệch điện áp thực tế tại thời điểm cực tiểu là:
ng ( 1 ) 1 đm đm U U 236 ,29 220 ΔU .100% .100% 7,4% U 220
Do đoạn cáp từ máy biến áp sang tủ phân phối tổng sử dụng là cáp đồng hạ áp 4 lõi do LENS chế tạo có các thông số:
r0 x0, Ω/𝑘𝑚 L, km
0,0991 0,08 0,005
Δ 3 2 2 2 c c đm 279,71.0,0991 247,10.0,08 0,005.10 P R Q X U 1,079V U 220
Hao tổn điện áp trên đoạn cáp ở chế độ tải cực tiểu:
Δ 3 1 1 1 c c đm 160,71.0,0991 146 ,82.0,08 0,005.10 P R Q X U 0,629V U 220
Độ lệch điện áp tại thời điểm phụ tải cực đại:
Δ 2 m 2 n ng i j i 1 j 1 2 U ΔV ΔU E 4,74 1,079 5, %82
Độ lệch điện áp tại thời điểm phụ tải cực tiểu:
1 1 m 1 n
ng i j
i 1 j 1
ΔU ΔU ΔU E 7,4 0,629 6,77%
Vậy độ lệch điện áp nằm ngoài khoảng độ lệch điện áp cho phép, chất lượng điện áp không đảm bảo.
3.4. Thiết kế chi tiết hệ thống điều khiển cho hệ thống bù
3.4.1. Tính toán, lựa chọn các thiết bị trong tủ bùcos𝝋
- Lựa chọn thiết bị cho tủ bù
+ Lựa chọn tụ bù:
Người ta chế tạo tụ điện bù cosφ với nhiều kích cỡ, chủng loại với công suất bù từ vài [kVAr] đến vài trăm [kVAr], với điện áp từ 0,22[kV] tới [24kV], một pha và ba pha. Có loại tụ điện rời, có loại lắp đặt sẵn thành tủ.
Ở đây ta lựa chọn tụ điện rời, loại có điện áp 0,4[kV] được lắp tại thanh cái 0,4[kV ] của trạm 35/0,4[kV], tụ là loại 3 pha.
Từ trên ta tính được công suất của tủ tụ bù là Qbù= 240kVAr.
Tra sổ tay tra cứu thiết bị điện chọn tụ điện bù cosφ điện áp 400[V], do DAE YEONG chế tạo có các thông số:
Bảng 3.3: Tụ điện bù cos𝛗 điện áp 400[V] do DAE YEONG chế tạo
400 40 796,1 DLE -
4J40K5T 57,7
Do dung lượng của mỗi một tụ là 40[kVAr], mà công suất của tủ tụ bù là 240[kVAr] nên, số lượng của tụ trong tủ là 6 tụ.
+ Lựa chọn Aptomat
Bảng 3.4: Chọn và kiểm tra Aptomat
Đại lượng chọn và kiểm tra Công thức
Điện áp định mức áptomát UđmA, kV UđmA ≥ UđmL
Dòng điện định mức áptomát IđmA, A IđmA ≥ Itt
Dòng điện ổn định lực điện động cho phép của áptomát, iôđđA, kA
IôđđA ≥ ixktt
Dòng điện ổn định nhiệt cho phép của áptomát, Iôđnh, Ka
Dòn điện cắt định mức cho phép của áptomát, IcắtđmA, kA
IcắtđmA ≥ I’’
Do tụ mắc song song nên mỗi một cấp tụ có Qbù= 40[kVAr], có Iđm=57,7[A/tụ]
Tra bảng chọn áptomat hạ áp cho tụ bù do LG chế tạo, có các thông số sau:
Bảng 3.5: Aptomat hạ áp, dãy L do LG chế tạo
Loại Kiểu Số cực Uđm, V Iđm, A INmax, Ka
100AF ABL103a 3 600 100 35
+ Lựa chọn contactor: có Iđm = 85[A]. + Lựa chọn máy biến dòng:
Mã Dòng sơ cấp, A Dòng thứ cấp, A Số vòng dây sơ cấp Dung lượng, VA Cấp chính xác BD9/1 400 5 1 10 0,5
Tính toán ngắn mạch để kiểm tra các thiết bị đã chọn: Dòng ngắn mạch là: 3 N S U 0,4.10 I = = = 13 kA 3 Z 3*17,38
Vậy các thiết bị đã chọn đảm bảo.
- Lựa chọn bộ điều khiển tụ bù, bộ tự động điều khiển tụ bù + Giới thiệu về bộ điều khiển tụ bù Mikro
Bộ điều khiển tụ bù Mikro là một trong các bộ điều khiển công suất phản kháng rất thông dụng được các công ty thi công tủ điện lựa chọn.
Bộ điều khiển tụ bù (Power Factor Regulator) Mikro gồm các model sau đây:
* PFR140: Bộ điều khiển tụ bù Mikro 14 cấp; * PFR120: Bộ điều khiển tụ bù Mikro 12 cấp;
* PFR80: Bộ điều khiển tụ bù Mikro 8 cấp;
* PFR60: Bộ điều khiển tụ bù Mikro 6 cấp;
* PFR96: Bộ điều khiển tụ bù Mikro 6 cấp.
+ Đặc tính kỹ thuật chính của bộ điều khiển tụ bù Mikro:
* Sử dụng bộ xử lý thông minh để điều khiển đóng cắt; * Tự động điều chỉnh hệ số C/K và số cấp định mức; * Tự động đổi cực tính của biến dòng;
* Hiển thị thông số: Hệ số công suất cosφ, dòng điện và tổng sóng hài (THD) của dòng điện;
* Cấp cuối cùng có thể lập trình báo động, điều khiển quạt; * Giao diện sử dụng thân thiện;
* Tương thích tiêu chuẩn IEC61000-6-2.
+ Sơ đồ và vị trí các phím của bộ điều khiển
Như trên hình 3.1
a : 3 led 7 đoạn hiển thị các giá trị
b : 2 đèn hiển thị IND (Cảm kháng) hay CAP (Dung kháng) c : Các đèn led hiển thị số cấp
d : Nút Up : dùng để điều chỉnh tăng giá trị, chuyển đổi menu... e : Nút Mode / Scrol dùng để đổi menu
f : Nút Down dùng để điều chỉnh giảm giá trị, chuyển đổi menu... g : Nút Program dùng để cài đặt các thông số
h : Đèn báo chế độ bù Manual (Thủ công) hay Auto (Tự động) i : Các đèn báo hiển thị các thông số đang được theo dõi hay cài đặt
+ Thông số kỹ thuật bộ PFR * Điện áp
Điện áp: 346 ÷ 415 VAC
Chênh lệch: -15% +10%
Công suất tiêu thụ: 10VA max Tần số: 50Hz hoặc 60Hz
* Dòng điện
Dòng định mức Idm: 5A
Giới hạn vận hành: 0.05A - 6.5A
Tần số định mức: 50Hz hoặc 60Hz * Số lượng tiếp điểm
Số tiếp điểm đầu ra: 6 (PFR 60)
Tiếp điểm: Kiểu thường mở (NO) Dòng định mức: 5A 250VAC (cosφ = 1)
Dòng điện lớn nhất tại tiếp điểm : 12A liên tục
* Phạm vi điều chỉnh
Cài đặt hệ số công suất: 0.8 cảm - 0.8 dung Cài đặt hệ số C/K : 0.03 - 1.20 / Tự động Độ nhạy: 5-600 s/bước
Thời gian đóng lặp lại cho cùng một bước : 5 ÷ 240s
Giới hạn THD: 0.20 - 3.00 (20% - 300%) / OFF
Chương trình đóng ngắt: Automatic/Automatic Rotate/Manual/Four- quadrant
Hệ số bước định mức: 0/1/2/3/4/5/6/7/8/12/16
* Cơ khí
Vị trí lắp đặt : Mặt tủ
Trọng lượng: 1kg
3.4.2. Hướng dẫn sử dụng
- Mô tả chung:
+ Bộ PFR thông minh thân thiện với người sử dụng
Nó sử dụng kỹ thuật số trong việc tính toán sự sai lệch dòng điện và điện áp giữa các pha, do đó công suất đo được chính xác ngay cả khi có sóng hài.
+ Bộ PFR được thiết kế tối ưu hóa việc điều khiển bù công suất phản kháng Công suất bù được tính bằng cách đo liên tục công suất phản kháng của hệ thống và sau đó được bù bằng cách đóng ngắt các cấp tụ. Việc cài đặt độ nhạy liên quan tới tốc độ đóng ngắt các cấp tụ. Với chương trình được xây dựng trên cơ sở đóng cắt thông minh, bộ PFR cải tiến được khả năng đóng cắt nhờ giảm thiểu được số lần đóng ngắt nhưng vẫn đảm bảo hệ số công suất mong muốn.
+ Quá trình đóng ngắt các bộ tụ được phân bổ hoàn hảo nhờ thuật toán đóng ngắt thông minh
Hình thức này nâng cao tuổi thọ của contactor và hệ thống tụ bù, cũng như đảm bảo được sự già hóa cách điện của tụ và contactor là như nhau.
+ Vận hành theo chế độ four - quadrant, cho phép PFR tác động chính xác ngay trong trong trường hợp công suất cung cấp trở lại lưới điện ở nơi thiếu công suất.
+ Dòng hài trong hệ thống có thể làm ảnh hưởng đến tụ bù
PFR có thể đo được độ méo dạng tổng do sóng hài (TDH) trong hệ thống và PFR sẽ báo tín hiệu khi giá trị TDH đo được trong hệ thống cao hơn giá trị cài đặt. Ngoài ra PFR còn báo tín hiệu khi quá áp-thấp áp, quá dòng-thấp dòng và khi hệ số công suất trên hoặc dưới giá trị cài đặt.
Cực tính của biến dòng tín hiệu (CT) là rất quan trọng trong việc xác định đúng góc lệch pha của điện áp và dòng điện, bộ PFR sẽ tự động xác định đúng cực tính của biến dòng tín hiệu thậm chí trong trường hợp cực tính bị sai.
- Trạng thái đèn hiển thị:
Bộ PFR hiển thị 3 giá trị số và nhiều đèn chức năng, tùy thuộc vào từng chức năng có thể phân thành 3 nhóm chính.
+ Chức năng đo lường: đo hệ số công suất, dòng điện và độ méo dạng TDH
+ Chức năng cài đặt và điều chỉnh thông số: hệ số công suất, C/K, độ nhạy, thời gian đóng lặp lại, số cấp, lập trình đóng ngắt và giới hạn TDH.
+ Chức năng cảnh báo:
Để truy cập các chức năng trên, ấn phím “MODE/SCROLL” đến khi đèn báo chức năng mà ta mong muốn sáng. Màn hình 3 số sẽ hiển thị giá trị chức năng muốn chọn. Nếu muốn thay đổi giá trị của chức năng đó ta ấn phím
“PROGRAM”, đèn chức năng đó nhấp nháy lúc đó ta mới thay đổi được giá trị bằng cách ấn phím UP hay DOWN để thay đổi giá trị hay truy cập vào chức năng con như các chức năng “rate step” & “alarm messages”.
Hình 3.2: Hoạt động của bộ PFR
- Chức năng đo lường: + Hệ số công suất:
Khi có nguồn điện, màn hình sẽ hiển thị hệ số công suất đo được của hệ thống, Nếu đèn “IND” sáng lên có nghĩa là hệ thống có hệ số công suất mang tính cảm.
Nếu đèn “CAP” sáng lên có nghĩa là hệ thống có hệ số công suất mang tính dung.
Nếu đèn PFR phát hiện thấy có sự phát công suất trở về lưới thì hệ số công suất hiển thị sẽ mang dấu âm. Khi dòng điện tải (quy đổi về nhị thứ) thấp hơn ngưỡng hoạt động của PFR thì lúc đó hệ số công suất không thể đo được chính xác, màn hình sẽ hiển thị “…”.
Nếu PFR đang ở chế độ cài đặt một chức năng hiển thị khác thì PFR sẽ tự động trở về chức năng hiển thị hệ số công suất nếu sau hơn 3 phút không có phím nào được ấn.
+ Dòng điện:
Chức năng này ở chế độ hoạt động thì đèn “CURRENT” sáng lên. Màn hình sẽ hiển thị giá trị dòng thứ cấp đo được bởi biến dòng -/5A.
Ví dụ: Khi dùng CT 1000/5A, nếu màn hình hiển thị “2.50” thì giá trị dòng sơ là “500A”.
+ Độ méo dạng tổng do sóng hài (TDH):
Chức năng này ở chế độ hoạt động khi đèn “THD” sáng lên.
Bộ PFR chỉ có thể đo được THD khi tổng tải phải lớn hơn 10% tổng tải định mức. Nếu THD không thể hiển thị được thì màn hình sẽ hiện “…”.
3.4.3. Các thông số cài đặt
- Hệ số công suất đặt (SET COSφ)
Cài đặt hệ số công suất yêu cầu, PFR sẽ tự động đóng hay ngắt tụ để đạt được hệ số công suất đặt.
Nhấn nút MODE/SCROLL cho đến khi đèn Set Cos φ sáng. Nhấn nút
PROGRAMS để cho phép chỉnh hệ số Cos φ. Nhấn nút UP hoặc DOWN để chọn được hệ số Cos φ mong muốn. Thông số này thường được đặt từ 0.90 ÷ 0.99 cảm
(Đèn IND trong hiển thị b sáng). Hệ số Cos φ mặc định của BĐK là 0.95.
Chú ý: khi hệ thống tải hoạt động ổn định (đầy tải) nhưng hệ thống tủ bù cứ liên tục đóng cắt lần lượt các cấp còn lại của hệ thống tủ thì ta phải giảm giá
trị số cosφ cài đặt sao cho đạt được giá trị cho phép của ngành điện ( >0.9) và thấp hơn giá trị cosφ thực tế của mạng trước khi đóng cấp cuối (VD: Trước khi Bộ điều khiển (BĐK) đóng thêm 1 cấp tụ thì trị số cosφ thực tế của mạng là 0.92 giá trị giới hạn của bộ điều khiển là 0.95 thì BĐK sẽ phát tín hiệu đóng cấp tụ tiếp theo, sau khi cấp tụ tiếp theo được đóng thì cosφ là - 0.12( dư bù) thì ta hiệu chỉnh trị số giới hạn đóng của BĐK là 0.91 ( thỏa tiêu chí > 0.9 của ngành điện)).
- Hệ số C/K
Hệ số C/K được tính theo công thức:
Q.5 2,88.Q C / K U .I 3.U .I Trong đó: Q: Cấp tụ nhỏ nhất, [Var]
U: Điện áp hệ thống sơ cấp danh định, [V] I: Dòng điện sơ cấp định mức của CT [A]
Ví dụ:
Q = 15 [Kvar] ; U = 415[V]; I = 800[A]
C/K= ( 2.88 x 15.000 ) / ( 415 x 800 ) = 0.13
Bảng 3.7: Bảng tra hệ số C/K gần đúng
C/K-value for 415V Smallest Cappasitor in (Kvar)
C.T 2.5 5 10 15 20 25 30 40 50 60 100 150 50:5 0.35 0.70
60:5 0.29 0.58 1.16 75:5 0.23 0.46 0.93
100:5 0.17 0.35 0.70 1.04 150:5 0.23 0.23 0.46 0.70 0.93 1.16 200:5 0.12 0.18 0.35 0.52 0.70 0.87 1.04 250:5 0.14 0.14 0.28 0.42 0.56 0.70 0.83 1.11 300:5 0.07 0.12 0.23 0.35 0.46 0.58 0.70 0.93 1.16 400:5 0.04 0.09 0.17 0.26 0.35 0.43 0.52 0.70 0.87 1.04 500:5 0.03 0.07 0.14 0.21 0.28 0.35 0.42 0.56 0.70 0.83 600:5 0.06 0.12 0.17 0.23 0.29 0.35 0.46 0.58 0.70 1.16 800:5 0.04 0.09 0.13 0.17 0.22 0.26 0.35 0.43 0.52 0.87 1000:5 0.03 0.07 0.10 0.14 0.17 0.21 0.28 0.35 0.42 0.70 1.04 1500:5 0.05 0.07 0.09 0.12 0.14 0.19 0.23 0.28 0.46 0.70 2000:5 0.03 0.05 0.07 0.09 0.10 0.14 0.17 0.21 0.35 0.52
VD: Biến dòng tín hiệu là 200A/5[A], cấp tụ bù nhỏ nhất là
10[kvar]/440[V] thì hệ số C/K tra theo bảng là 0.35. - Độ nhạy (Sensivity)
Thông số này thiết lập tốc độ đóng cắt, độ nhạy lớn tốc độ đóng sẽ chậm và ngược lại độ nhạy nhỏ tốc độ cắt sẽ nhanh. Độ nhanh này hiệu ứng cho cả