Sự truyền tải công suất phản kháng trong mạng điện đòi hỏi những chi phí gia tăng do đó là tăng giá thành điện năng.
Ch.6. CCĐCN 201
Sau đây chúng ta sẽ phân tích một cách chi tiết một số ảnh hưởng lớn của sự truyền tải công suất phản kháng đối với các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của mạng điện.
6.6.4. Phương pháp nâng cao hệ số cos
Tất cả các giải pháp nâng cao hệ số công suất có thể phân thành các nhóm sau:
6.6.4.1. Các giải pháp tổ chức-kỹ thuật
*Sắp xếp hợp lý các quy trình công nghệ: Việc Sắp xếp hợp lý các quy trình công nghệ sản xuất nhằm cải thiện chế độ sử dụng năng lượng của các thiết bị, như hạn chế đến mức tối đa công đoạn chạy không tải.
* Thiết lập chế độ làm việc bình thường cho các động cơ không đồng bộ bằng cách thay các động cơ thường xuyên làm việc non tải bằng các động cơ công suất thấp hơn. Khi kmt< 0,45 thì việc thay thế bao giờ cũng có lợi, còn khi
0,45<kmt<0,7 thì việc thay thế phải so sánh kinh tế kỹ thuật mới xác định được hiệu quả kinh tế khi thay. Mối quan hệ hệ giữa hệ số mang tải kmt với hiệu suất và hệ số công suất cos là phi tuyến, nếu động cơ được chọn với gam công suất thích hợp thì không những đạt hiệu suất làm việc cao mà còn có tác dụng nâng
cao cos của lưới.
* Thiết lập chế độ điện áp tối ưu: Ta dễ dàng nhận thấy công suất tiêu thụ Q tỷ lệ với bình phương của U, nếu giảm điện áp U thì Q sẽ giảm đi rõ rệt. Vì vậy có thể nâng cao hệ số cos bằng cách giảm điện áp ở những động cơ làm việc non tải, thường ta đổi tổ nối dây của động cơ từ tam giác ra đấu sao.
* Thiết lập chế độ làm việc kinh tế của trạm biến áp
Đối với các trạm biến áp có nhiều máy cần xây dựng biểu đồ làm việc hợp lý. Khi máy biến áp làm việc với phụ tải 30% công suất định mức thì nên tạm thời chuyển phụ tải sang các máy khác và cắt khỏi mạng trong khoảng thời gian nhất định. Lựa chọn các đầu phân áp tối ưu.
* Dùng động cơ đồng bộ thay thế động cơ không đồng bộ
Các động cơ đồng bộ tuy có giá thành đắt hơn so với động cơ không đồng bộ nhưng có hệ số cos cao, hơn nữa việc điều chỉnh dòng điện kích từ có thể
Ch.6. CCĐCN 202
cho phép động cơ thay đổi chế độ làm việc dễ dàng vì đặc điểm của máy bù đồng bộ là có thể tiêu thụ hoặc phát công suất phản kháng tuỳ thuộc vào chế độ kích từ.
* Dùng các thiết bị chỉnh lưu với hệ số công suất vượt trước
Đối với một số mạng điện cần có sự có mặt của dòng một chiều nên áp dụng các thiết bị chỉnh lưu có hệ số công suất vượt trước, điều đó cho phép cải thiện hệ số cos chung của toàn mạng điện. Tất cả các giải pháp trên gọi là biên pháp nâng cao hệ số cos tự nhiên. Các biện pháp này không đòi hỏi chi phí thiết bị và vật tư, hoặc chi phí không đáng kể, nên thường cho hiệu quả kinh tế cao, tuy nhiên phạm vi điều chỉnh hệ số cos chỉ có hạn, do đó không phải bao giờ cũng có thể áp dụng được.
6.6.4.2. Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cos tự nhiện:
- Thay đổi và cải tiến qui trình công nghệ để các thiết bị điện hợp lý nhất. Việc giảm bớt các tác động, những nguyên công thừa và áp dụng các phương pháp gia công tiên tiến...đều đưa đến hiệu quả tiết kiệm điện năng, giảm bớt điện năng tiêu thụ cho một đơn vị sản phẩm.
- Thay thế động cơ không đồng bộ làm việc non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn.
- Hạn chế động cơ chạy không tải. Biện pháp này được thực hiện theo hai hướng:
1. Vận dụng công nhân hợp lý hoá các thao tác dể hạn chế tới mức thấp nhất thời gian chạy không tải.
2. Đặt bộ hạn chế chạy không tải quá thời gian t0 nào đó (khoảng 10 giây) thì động cơ bị cắt ra khỏi mạng.
- Dùng động cơ đồng bộ thay thế cho động cơ không đồng bộ. ở những máy sản xuất có công xuất tương đối lớn và không yêu cầu điều chỉnh tốc độ như máy bơm, máy quạt, máy nén khí,..., ta nên dùng động cơ đồng bộ.
- Nâng cao chất lượng sửa chữa động cơ. Nếu chất lượng sửa chữa động cơ không tốt thì sau khi sửa chữa các tính năng của động cơ thường kém trước
Ch.6. CCĐCN 203
như: tổn thất trong động cơ tăng lên, cos giảm,... Vì vậy cần chú trọng đến việc sủa chữa động cơ.
- Thay thế máy biến áp làm việc non tải bằng những máy có dung lượng nhỏ hơn. Đứng về phía vận hành mà xét thì trong thời gian phụ tải nhỏ (ca ba) nên cắt bớt các máy biến áp non tải.
6.6.4.3. Các giải pháp kỹ thuật
Các giải pháp kỹ thuật thường được áp dụng để nâng cao hệ số cos là áp
dụng các cơ cấu bù (còn gọi là điều hoà) công suất phản kháng. Do phụ tải trong thực tế chủ yếu mang tính điện cảm nên vec tơ dòng điện chậm hơn so với vec tơ điện áp, nếu bù được toàn bộ lượng công suất phản kháng thì chỉ còn lại thành phần tác dụng nên vec tơ dong và áp sẽ trung nhau. Có thể dùng tụ bù hoặc máy bù đồng bộ. Biện pháp này được gọi chung là bù cos.
Biểu đồ vec tơ công suất trước và sau khi đặt thiết bị bù cos biểu thị trên hình 6.25. Phân tích biểu đồ vec tơ công suất ta thấy công suất biểu kiến sau
khi bù S2 có giá trị nhỏ hơn công suất trước khi bù S1, điều đó cho phép giảm dòng điện chạy trong mạch và từ đó có thể giảm được chi phí đầu tư cho đường dây, giảm tổn thất điện năng, cuối cùng là giảm giá thành điện năng.
Tuy nhiên việc đặt các cơ cấu bù công suất phản kháng đòi hỏi những chi phí nhất định, vì vậy cần phải tính toán lựa chọn dung lượng bù cũng như vị trí đặt hợp lý. Theo tính toán thì khi hệ số cos > 0,95 hiệu quả kinh tế của việc đặt bù hầu như không đáng kể. Để tìm lời giải cho câu hỏi nếu xẩy ra hiện tượng quá bù chúng ta phân tích biểu thức xác định tổn thất tổn thất công suất và điện áp khi đặt bù :
RU U Q Q P P 2 b 2 2 ) ( (6.56) 1 2 S1 S2 Q Qb Q-Qb P S=P+jQ QC ~
Ch.6. CCĐCN 204 x r b U U U X Q Q U PR U . . . ( ) ; (6.57)
Nếu chọn dung lượng bù Qb bằng giá trị phụ tải phản kháng Q thì có thể loại trừ được hoàn toàn thành phần tổn thất do công suất phản kháng gây nên và như vậy sẽ cải thiện được các tham số chế độ của mạng điện. Việc bù công suất phản kháng đồng thời nâng cao hệ số công suất của mạng điện và tạo nên sự dự trữ công suất phản kháng cho quá trình điều chỉnh điện áp.
Từ biểu thức (6.56) ta dễ dàng thấy rằng tổn thất công suất sẽ có giá trị nhỏ nhất khi công suất phản kháng của phụ tải bằng công suất của các cụm bù, tức
Q= Qb và nó sẽ tăng trong cả hai trường hợp Q > Qb và Q < Qb. Như vậy nếu như hiện tượng quá bù xẩy ra thì vẫn có dòng công suất phản kháng chạy trên đường dây (theo chiều ngược lại) và vẫn có sự tổn thất điện năng.
Thế còn đối với đại lượng tổn thất điện áp thì sao? Xét biểu thức (6.57) ta thấy nếu Q < Qb thì thành phần Ux sẽ mang dấu (-), có nghĩa là sự có mặt của các thiết bị bù sẽ sinh ra một suất điện động (sđđ) mà có thể gây quá áp khi phụ tải cực tiểu. Như vậy, nếu dung lượng bù lớn hơn công suất phản kháng của phụ tải thì, như con dao hai lưỡi, các cụm bù này sẽ gây tổn thất cho mạng điện cả về kinh tế và kỹ thuật.
Từ những phân tích trên chúng ta thấy các tính năng ưu việt của bù vô công chỉ có thể có được khi chúng được sử dụng hợp lý. Nếu chọn dung lượng và vị trí bù không hợp lý thì không những không cải thiện được các tham số mạng điện mà ngược lại có thể làm tăng tổn thất và giảm chất lượng điện, gây
Hình 6.25. Sơ đồ bù công suất phản kháng