2- Đường dây truyền tải điện
1.2 TRUYỀN TẢI CÔNG SUẤT
1.2.3 Điều khiển công suất phản kháng, [1-6] 24
Trong một hệ thống điện xoay chiều lí tưởng điện áp và tần số tại tất cả các điểm là hằng số, và hệ số công suất là không đổi. Đặc biệt các thông số này sẽ độc lập về độ lớn và tính chất của tải. Trong một hệ thống lý tưởng, mỗi tải có thể được thiết kế cho hiệu suất tối ưu ở một cấp điện áp cho trước, hơn là hiệu suất chỉ đủ trên một phạm vi khơng thể đốn trước của điện áp. Hơn nữa, có thể sẽ khơng có sự liên quan giữa tải khác nhau như là kết quả của sự thay đổi dòng điện ở mỗi tải (Miller, 1982).
Trong các hệ thống ba pha, dòng điện pha và điện áp cũng phải được cân bằng. Sự ổn định của hệ thống chống lại sự dao động và sự cố cũng phải được đảm bảo. Tất cả các tiêu chí này tạo nên một khái niệm về chất lượng điện năng. Một định nghĩa chính tắc cho chất lượng điện năng khơng tồn tại, nhưng nó là hữu ích để sử dụng với số lượng như những biến động tối đa trong cung cấp điện áp hiệu dụng trung bình qua một thời gian nhất định của thời gian, hoặc độ méo sóng hài (THD), hoặc tính khả dụng (tức là tỷ lệ phần trăm của thời gian bị gián đoạn cung cấo điện xét trong một khoảng thời gian trung bình nào đó, ví dụ một năm)
Việc duy trì tần số liên tục địi hỏi một sự cân bằng chính xác giữa tổng năng lượng được cung cấp bởi máy phát điện và tổng năng lượng tiêu thụ trên tải mà không phụ thuộc vào điện áp. Tuy nhiên, điện áp đóng một vai trị quan trọng trong việc duy trì sự ổn định của truyền tải điện, như chúng ta sẽ thấy. Giá trị điện áp là rất nhạy cảm với các dịng cơng suất phản kháng và do đó sự kiểm sốt của cơng suất phản kháng là quan trọng. Đây là chủ đề của bù công suất. Bù tại các tải riêng lẻ được gọi là bù tải, bù kết hợp với điều chỉnh công suất phản kháng trên hệ thống truyền tải cao áp đường dài là bù tập trung.
Bù tải là quản lý công suất phản kháng để nâng cao chất lượng nguồn cung cấp tại một tải riêng biệt hoặc nhóm tải. Thiết bị bù chẳng hạn như thiết bị hiệu chỉnh hệ số công suất thường được cài đặt ở gần cơ sở tiêu thụ. Trong bù tải có ba mục tiêu chính:
- Chỉnh hệ số công suất, - Điều chỉnh điện áp, - Cân bằng tải.
Hiệu chỉnh hệ số công suất và cân bằng tải là mong muốn, ngay cả khi điện áp cung cấp là khó điều chỉnh, ngay cả khi khơng có nhu cầu nâng cao điều chỉnh điện áp. Điều lý tưởng là các yêu cầu công suất phản kháng của một tải cần được cung cấp tại địa phương, chứ không phải của một trạm điện từ xa. Hầu hết các tải cơng nghiệp có hệ số công suất chậm pha; nghĩa là chúng tạo ra công suất phản kháng. Do đó dịng trên tải có xu hướng lớn hơn so với dịng cơng suất tác dụng. Trong khi đó chỉ có cơng suất tác dụng là hữu ích trong việc chuyển đổi năng lượng và các dòng quá tải hiện nay đại diện cho một sự lãng phí đối với người tiêu dùng, những người đã phải trả chi phí cho những năng lượng không được sử dụng.
Khi các hệ số công suất tải thấp, máy phát điện và mạng lưới phân phối không thể được sử dụng với hiệu suất cao nhất có thể, và sự kiểm sốt của điện áp trên tồn mạng có thể trở nên khó khăn hơn. Nhà nước sẽ phạt nặng cho các đơn vị cơng nghiệp sử dụng thiết bị có hệ số cơng suất thấp và khuyến khích các đơn vị sử dụng thiết bị có hiệu chỉnh hệ số cơng suất.
Trong điều chỉnh điện áp cung cấp cho các thiết bị sử dụng điện thường bị ràng buộc bởi quy chế để duy trì điện áp trong giới hạn xác định, thông thường các sai số ± 5% ở điện áp thấp, trung bình trong khoảng thời gian một vài phút hoặc vài giờ. Những hạn chế nghiêm ngặt hơn được áp đặt nơi có phụ tải lớn, mức độ quan trọng khác nhau có thể nhanh chóng gây ra điện áp nguy hại đến sự vận hành của thiết bị bảo vệ, hoặc nhấp nháy gây khó chịu cho mắt.
Cách dễ nhất để cải thiện điều chỉnh điện áp sẽ là để 'tăng cường' hệ thống điện bằng cách tăng độ lớn và số lượng các máy phát điện đơn vị và bằng cách liên kết các mạng với nhau. Cách này là khá tốn kém và bị hạn chế bởi các yếu tố quy hoạch về mơi trường. Nó cũng làm tăng mức độ sự cố và đòi hỏi thiết bị chuyển mạch cần thiết. Nó sẽ tốt hơn để tăng độ lớn của hệ thống truyền tải và cung cấp theo nhu cầu tối đa của công suất thực và tính an tồn của nguồn, và để quản lý công suất phản kháng bằng phương pháp bù với các thiết bị khác có thể được triển khai linh hoạt hơn so với các tổ máy phát điện tạo ra, mà không làm tăng sự cố. Xem xét tương tự áp dụng trong cân bằng tải. Hầu hết các hệ thống điện xoay chiều là ba pha, và được thiết kế cho chế độ làm việc cân bằng. Hoạt động không cân bằng làm phát sinh các thành phần của dòng điện trong sai thứ tự pha (thứ tự
ngược và thứ tự khơng). Thứ tự này có thể gây ảnh hưởng không mong muốn, bao gồm cả tổn thất thêm trong động cơ và các tổ máy phát điện, mô-men xoắn dao động trong máy xoay chiều, tăng gợn trong chỉnh lưu, sự cố của một số loại thiết bị, độ bão hòa lõi thép của máy biến áp, phát sinh sóng hài q mức và dịng điện trung tính.
Các vấn đề của sóng hài trong các dạng sóng điện áp cung cấp là một đơn vị quan trọng trong chất lượng của nguồn cung cấp. Sóng hài trên tần số điện cơ bản thường được loại bỏ bằng bộ lọc. Tuy nhiên, vấn đề về sóng hài thường phát sinh cùng với vấn đề bù và một số loại bù thậm chí tạo ra sóng hài mà phải bị triệt tiêu nội bộ hoặc lọc.
Việc bù lý tưởng sẽ:
- Cung cấp các yêu cầu công suất phản kháng chính xác của tải, - Thiết lập một đặc tính điện áp khơng đổi ở thiết bị đầu cuối của nó, - Có khả năng hoạt động độc lập trong ba pha.
Trong thực tế, một trong những yếu tố quan trọng nhất trong việc lựa chọn thiết bị bù là tỷ lệ cơ bản của sự thay đổi trong dịng tải, hệ số cơng suất, hoặc trở kháng. Ví dụ, với một động cơ cảm ứng chạy 24 giờ/ngày với một tải không đổi (chẳng hạn như một máy bơm), nó thường sẽ đủ để có một tụ điều chỉnh hệ số cơng suất không đổi. Mặt khác, một ổ đĩa như một Palăng I có một tải liên tục mà sẽ thay đổi tùy theo các gánh nặng và hướng của xe, nhưng sẽ không thay đổi trong thời gian một hoặc hai phút trong du lịch. Trong một trường hợp như vậy, hệ số cơng suất tụ có thể được đưa vào và cắt ra khi cần thiết. Một ví dụ của một tải với sự thay đổi cực kỳ nhanh chóng là một lị điện hồ quang, nơi các u cầu cơng suất phản kháng thay đổi thậm chí trong một chu kỳ, và trong một thời gian ngắn khi mồi hồ quang, nó rất thất thường và khơng cân bằng. Trong trường hợp này là nguồn bù thay đổi được là cần thiết, chẳng hạn như một TCR hoặc bù bão hòa cuộn kháng, để cung cấp một phản hồi kịp thời.
Thiết bị điều chỉnh hệ số công suất trạng thái ổn định nên được triển khai theo các yếu tố kinh tế bao gồm cả giá bán, kích thước của tải và hệ số cơng suất không được đền bù. Đối với tải gây biến động trong việc cung cấp điện áp, mức độ biến động được đánh giá là những "điểm kết nối" (PCC), mà thường là các điểm trong
mạng, nơi gặp nhau của hồi đáp khách hàng và nhà cung cấp: đây có thể là ví dụ của điện áp cao cung cấp cho một nhà máy cụ thể.
Tải yêu cầu bồi thường thiệt hại bao gồm cả lò hồ quang, lò cảm ứng, hàn hồ quang, hàn cảm ứng, luyện cán thép, máy cán, động cơ lớn ( đặc biệt là những máy mà tần suất tắt bật là lớn ), máy xúc, và một số nhà máy khác. Tải phi tuyến như chỉnh lưu cũng tạo ra sóng hài và có thể yêu cầu các bộ lọc sóng hài, phổ biến nhất cho các sóng hài bậc 5 và bậc 7 nhưng đôi khi bậc cao cũng tốt. Sóng hài bậc 3 thường không được lọc nhưng loại bỏ bằng cách cân bằng tải và bằng cách giữ chúng trong các cuộn dây biến áp nối tam giác .
Cả hệ số cơng suất và điều chỉnh điện áp có thể được cải thiện nếu một số các truyền động quay trong một nhà máy là động cơ đồng bộ thay vì động cơ cảm ứng, vì các động cơ đồng bộ có thể được điều khiển để cung cấp hoặc hấp thụ một lượng cơng suất phản kháng vì thế chúng được sử dụng như một nguồn bù cho các lõm điện áp gây ra bởi:
- Yêu cầu công suất phản kháng và liên tục trong thời gian ngắn. - Mức điện áp và giới hạn của biến đổi điện áp.
- Độ chính xác của điều chỉnh điện áp. - Thời gian đáp ứng của bù cho một sự cố. - Méo sóng hài tối đa với các thiết bị bù.
- Hiệu suất với điện áp cung cấp không cân bằng hoặc với tải không cân bằng. - Yếu tố mơi trường: độ ồn; trong nhà / ngồi trời lắp đặt; nhiệt độ, độ ẩm, ơ nhiễm, gió và các yếu tố địa chấn; rị rỉ từ máy biến áp, tụ điện, hệ thống làm mát.
- Các yêu cầu và cách bố trí của cáp.
- Sắp xếp bảo vệ cho các bù và phối hợp với các hệ thống bảo vệ khác, bao gồm cả giới hạn công suất phản kháng nếu cần thiết.
- Thao tác và biện pháp bảo vệ khi phóng điện.
Động cơ khởi động cũng có thể tránh được bằng cách sử dụng một "khởi động mềm", đó là một q trình chuyển đổi thyristor điều khiển cho động cơ tăng dần điện áp khởi động cho động cơ thay vì kết nối đột ngột ở điện áp đầy đủ.