Nâng cao hệ số cơng suất cosϕlà một trong những biện pháp quan trọng để tiết kiệm điện năng. Hiệu quả do việc nâng cao hệ số cơng suất đem lại.
Phần lớn các thiết bị dùng điện đều tiêu thụ cơng suất tác dụng P và cơng suất phản kháng Q. Những thiết bị tiêu thụ nhiều cơng suất phản kháng là:
- Động cơ khơng đồng bộ tiêu thụ khoảng 60 – 65% tổng cơng suất phản kháng của mạng:
- Máy biến áp tiêu thụ khoảng 20 – 25%
- Đường dây trên khơng, điện kháng và các thiết bị điện khác tiêu thụ khoảng 10%
Như vậy động cơ khơng đồng bộ và máy biến áp là hai loại máy điện tiêu thụ nhiều cơng suất phản kháng nhất. Cơng suất tác dụng P là cơng suất được biến thành cơ năng hoặc nhiệt năng trong các máy dùng điện, cịn cơng suất phản kháng Q là cơng suất từ hĩa trong các máy điện xoay chiều, nĩ khơng sinh cơng. Cơng suất phản kháng cung cấp cho hộ dùng điện khơng nhất thiết phải lấy từ nguồn (máy phát điện). Vì vậy để tránh truyền tải một lượng Q khá lớn trên đường dây, người ta đặt gần các hộ dùng điện các máy sinh ra Q (tụ điện, máy bù đồng bộ) để cung cấp trực tiếp cho phụ tải, làm như vậy được gọi là bù cơng suất phản kháng. Khi cĩ bù cơng suất phản kháng thì gĩc lệch pha giữa dịng điện và điện áp trong
mạch sẽ nhỏ đi, do đĩ hệ số cơng suất cosϕcủa mạng được nâng cao, giữa P, Q và gĩc ϕ cĩ quan hệ sau: P Q arctg = ϕ
Khi lượng P khơng đổi, nhờ cĩ bù cơng suất phản kháng, lượng Q truyền tải trên đường dây giảm xuống, do đĩ gĩc ϕ giảm, kết quả là cosϕ tăng lên.
Hệ số cơng suất cosϕ được nâng lên sẽ đưa đến những hiệu quả sau đây: 1. Giảm được tổn thất cơng suất trong mạng điện.
2. Giảm được tổn thất điện áp trong mạng điện.
3. Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp.
Ngồi ra việc nâng cao hệ số cơng suất cosϕ cịn đưa đến hiệu quả là giảm được chi phí kim loại màu, gĩp phần làm ổn định điện áp, tăng khả năng phát điện của máy phát điện v.v…
Vì những lý do trên mà việc nâng cao hệ số cơng suất cosϕ, bù cơng suất phản kháng đã trở thành vấn đề quan trọng, cần phải được quan tâm đúng mức trong khi thiết kế cũng như vận hành hệ thống cung cấp điện.
II. CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO HỆ SỐ CƠNG SÚÂT COSϕ:
1. Các định nghĩa về hệ số cơng suất cosϕ:
1.1 Hệ số cơng suất tức thời là hệ số cơng suất tại một thời điểm nào đĩ, đo được nhờ dụng cụ đo cosϕ hoặc nhờ các dụng cụ đo cơng suất, điện áp và dịng điện:
UI 3
P cosϕ=
Do phụ tải luơn luơn biến động nên cosϕ tức thời cũng luơn luơn biến đổi theo, vì thế cosϕ tức thời khơng cĩ giá trị trong tính tốn.
1.2. Hệ số cơng suất trung bình là cosϕ trung bình trong một quãng thời gian nào đĩ (1 ca, 1 ngày đêm, 1 tháng v.v…):
tb tb tb P Q arctg cos cosϕ =
Hệ số cosϕtb được dùng để đánh giá mức độ sử dụng điện tiết kiệm và hợp lý của xí nghiệp.
1.3. Hệ số cơng suất tự nhiên là hệ số cosϕ trung bình tính cho cả năm khi khơng cĩ thiết bị bù. Hệ số cosϕ tự nhiên được dùng làm căn cứ để tính tốn nâng cao hệ số cơng suất và bù cơng suất phản kháng.
Thiết kế cung cấp điện nhà máy gạch men Thanh Thanh CHƯƠNG III
2. Các biện pháp nâng cao hệ số cơng suất cosϕ:
Các biện pháp nâng cao hệ số cơng suất cosϕ được chia làm hai nhĩm chính: nhĩm các biện pháp nâng cao hệ số cosϕ tự nhiên (khơng dùng thiết bị bù) và nhĩm các biện pháp nâng cao hệ số cosϕ bằng cách bù cơng suất phản kháng.
2.1. Nâng cao hệ số cơng suất cosϕ tự nhiên. N âng cao hệ số cơng suất cosϕ
tự nhiên là tìm các biện pháp để các hộ dùng điện giảm bớt được lượng cơng suất phản kháng Q tiêu thụ như: áp dụng các quá trình cơng nghệ tiên tiến, sử dụng hợp lý các thiết bị điện v.v…
Như vậy nâng cao hệ số cosϕ tự nhiên rất cĩ lợi vì đưa lại hiệu quả kinh tế mà khơng phải đặt thêm thiết bị bù. Vì thế khi xét đến vấn đế nâng cao hệ số cơng suất cosϕ bao giờ cũng phải xét tới các biện pháp nâng cao hệ số cosϕ tự nhiên trước tiên, sau đĩ mới xét tới biện pháp bù cơng suất phản kháng.
2.2. Nâng cao hệ số cơng suất cosϕ bằng phương pháp bù. Bằng cách đặt các thiết bị bù ở gần các các hộ dùng điện để cung cấp cơng suất phản kháng cho chúng, ta giảm được cơng suất phản kháng phải truyền tải trên đường dâ do đĩnâng cao được hệ số cosϕ của mạng. Biện pháp bù khơng giảm được lượng cơng suất phản kháng tiêu thụ của các hộ dùng điện mà chỉ giảm được lượng cơng suất phản kháng phải truyền tải trên đường dây. Nĩi chung hệ số cosϕ tự nhiên của các xí nghiệp cao nhất cũng khơng đạt tới 0,9 (thường vào khoảng 0,7 – 0,8) vì thế ở các xí nghiệp hiện đại bao giờ cũng phải đặt thêm thiết bị bù. Cần chú ý rằng bù cơng suất phản kháng Q ngồi mục đích chính là nâng cao hệ số cơng suất cosϕ để tiết kiệm điện cịn cĩ tác dụng khơng kém phần quan trọng là điều chỉnh và ổn định điện áp của mạng cung cấp.
3. Các biện pháp nâng cao hệ số cơng suất cosϕ tự nhiên:
- Thay đổi và cải tiến quy trình cơng nghệ để các thiết bị điện làm việc ở chế độhợp lý nhất.
- Thay thế động cơ khơng đồng bộ làm việc non tải bằng động cơ cĩ cơng suất nhỏ hơn.
- Hạn chế động cơ chạy khơng tải
- Dùng động cơ đồng bộ thay thế động cơ khơng đồng bộ - Nâng cao chất lượng sửa chữa động cơ
- Thay thế những máy biến áp làm việc non tải bằng những máy biến áp cĩ dung lượng nhỏ hơn.
* Xác định dung lượng bù:
Dung lượng bù xác định theo cơng thức sau: Qbù = P(tgϕ1 - tgϕ2), kVar
P – phụ tải tính tốn của hộ tiêu thụ điện, kW
ϕ1 – gĩc ứng với hệ số cơng suất trung bình (cosϕ1) trước khi bù
ϕ2 - gĩc ứng với hệ số cơng suất (cosϕ2) sau khi bù
III.TÍNH TỐN DUNG LƯỢNGBÙ:
+ Ta tính dung lượng tụ bù tại thanh gĩp của tù phân phối chính cùa mạng điện. Phương pháp tính này là phương pháp tính đơn giản.
+ Dung lượng tụ bù được tính theo cơng thức: QBù =P(tgϕ1-tgϕ2).
+ Trong đĩ :
- ϕ1, ϕ2 :là gĩc pha ứng với hệ số cơng suất cosϕ1 ,cosϕ2 trước và sau khi bù.
- Hệ số cơng suất cosϕ2 thường lấy theo giá trị do cơ quan quản lý hệ thống điện qui định , giá trị nằm trong khoảng 0.85 ÷ 0.95 . Ở đây lấy giá trị cosϕ2=0.9 để bù. + Tính giá trị cosϕtb của nhà máy:
-Ap dụng cơng thức: ∑ ∑ = = × = n i đmi n i đmi i tb P P 1 1 cos cos ϕ ϕ
Ta tính được giá trị cosϕ trước khi bù của nhà máy trong bảng giá trị sau
Tủđộng lực Stt(KVA) cosϕ Stt×cosϕ (KW) cosϕTổng
ĐL1 95.504 0.688 65.706 0.66 ĐL2 95.1 0.66 62.77 ĐL3 50.023 0.67 33.52 ĐL4 108.972 0.648 70.61 ĐL5 33.984 0.7 23.79 ĐL6 177.147 0.7 107.98 ĐL7 174.216 0.656 114.28 ĐL8 161.28 0.67 108.05 ĐL9 112.08 0.623 69.82 ĐL10 65.22 0.67 43.69 ĐL11 106.73 0.629 67.133 ĐLKN 10.206 0.7 7.14 ĐLCĐ 5.152 0.64 3.302 TCS1 130.66 0.637 83.23 TCS2 26.49 0.821 21.75
Thiết kế cung cấp điện nhà máy gạch men Thanh Thanh CHƯƠNG III TCS3 17.4 0.71 12.35
TCS4 178.6 0.629 112.34 TCS5 13.095 0.65 8.5 TCS6 26.16 0.6 15.69 - cosϕ1 = 0.66 ⇒ tgϕ1= 1.138 (trước khi bù).
- cosϕ2 =0.9 ⇒tgϕ2 = 0.484 (sau khi bù ). P= Stt×cosϕ1=963.68×0.66= 636.029(KW).
QBù= P(tgϕ1- tgϕ2) = 636.029(1.138-0.484) = 415.963(KVAR). Qsau khi bù =Qtrước khi bù –QBù =723.723- 415.963 = 307.76(KVAR). Với Qtrước khi bù = Stt ×sinϕ1=963.68×0.751= 723.723(KVAR). Bảng kết quả cơng suất trước khi bù và sau khi bù của nhà máy :
Thời điểm Stt (KVA) cosϕ Ptt (KW) Qtt (KVAR)
Trước khi bù 963.68 0.66 636.029 723.723
Sau khi bù 706.687 0.9 636.029 307.76
+ Chọn bộ tụ sau cho dung lượng phải lớn hơn QBù : -Chọn 9 tụ do Liên Xơ chế tạo :
•8 tụ loại KC2 –0.38-50-3Y3. Cơng suất : 50 (KVAR). C =1102μF
Cao 725mm, nặng 60kg.
• 1bộ tụ loại KC1 – 0.38 – 20 - Y1. Cơng suất :20 (KVAR) C = 442μF
Cao 472mm, nặng 30kg.
D.CHỌN MÁY BIẾN ÁP VÀ MÁY PHÁT :