a) Trực tiếp từ trạm biến áp chính; b) Qua trạm biến áp di động dẫn sâu; c) Với trạm biến áp dẫn sâu gắn ngay trên máy đào.
8.5.3. Hệ số công suất
Phần lớn các thiết bị động lực ở khu vực hầm mỏ thường có hệ số công suất thấp, vì vậy nguồn công suất phản kháng cần được bổ sung bằng cách lắp đặt các cụm tụ bù. Phương pháp xác định dung lượng thiết bị bù
Mặc dù công suất phản kháng tiêu thụ bởi các động cơ là Q1 (hình 8.13), nhưng công suất truyền tải trên đường dây chỉ là Q2 < Q1, phần còn lại được cung cấp bởi thiết bị bù:
Q1=Q2+Qc
Do phụ tải phản kháng thay Q1 đổi, nên vào thời điểm cực tiểu, nếu giá trị Qc là cố định, thì có thể dẫn đến hiện tượng thừa công suất phản kháng, gây ảnh hưởng sấu đến chất lượng điện năng và làm tăng tổn thất. Vì vậy để nâng cao hiệu quả bù công suất phản kháng cần phải lắp đặt cơ cấu tự động điều chỉnh dung lượng bù, phụ thuộc vào phụ tải phản kháng của hầm mỏ.
Giá trị công suất bù được xác định theo biểu thức (6.58) (xem mục 6.6.4 chương 6). Hệ số cos2 cần đạt được thường nằm trong giới hạn 0,900,94. Việc bù công suất phản kháng để nâng hệ số cos2 lên quá cao là không cần thiết, vì khi đó hiệu quả bù sẽ giảm nhiều.
Sự có mặt của các thiết bị bù công suất phản kháng có thể gây ra hiện tượng công hưởng. Các tụ điện là thiết bị bù mang tính dung tuyến tính, do đó chúng không tạo nên sóng hài, tuy nhiên, việc lắp đặt các tụ điện vào trong hệ thống điện (với tổng trở mang tính cảm) có thể gây nên hiện tượng cộng hưởng hoàn toàn hoặc cộng hưởng riêng với một trong số các sóng hài. Bậc của sóng hài HO(HO –Harmonic Order) của cộng hưởng tần số tự nhiên giữa cảm kháng hệ thống điện và bộ tụ là: nc k Q S O H (8.26) Trong đó:
Sk – công suất ngắn mạch của hệ thống tại vị trí đặt tụ, tính bằng kVA; Qnc - công suất định mức của tụ, kVAR;
HO – bậc của sóng hài tần số riêng (fo).
Ví dụ: khi HO=2,93 nghĩa là tần số riêng của bộ tụ điện – cảm kháng hệ thống điện gần bằng tần số hài bậc 3 của hệ thống điện. Do HO = fo/50, suy ra: fo = 50.HO = 50.2,93=146,5Hz. Tần số riêng càng gần tới tần số của một sóng hài nào đó của hệ thống thì ảnh hưởng bất lợi càng lớn. Trong ví dụ vừa nêu trên, điều kiện cộng hưởng với thành phần sóng hài bậc 3 của một sóng biến dạng chắc chắn xảy ra. Trong những trường hợp như vậy cần tiến hành những biện pháp để thay đổi tần số riêng đến một giá trị mà nó không thể cộng hưởng với bất cứ thành phần sóng hài nào hiện diện trong hệ thống. Điều này được thực hiện bằng cách thêm vào cuộn cảm triệt sóng hài nối tiếp với các bộ tụ điện. Đối với hệ thống điện tần số 50Hz, các cuộn kháng nêu trên được điều chỉnh sao cho tần số cộng hưởng của hệ thống tụ điện – cuộn dây dịch chuyển đến 190Hz. Đối với hệ thống 60Hz tần số cộng hưởng cần chỉnh đến 228Hz. Các tần số này tương ứng với giá trị của bậc sóng hài HO
bằng 3,8 đối với hệ thống lưới 50Hz tức là nằm khoảng giữa các sóng hài bậc 3 và bậc 5 của lưới. Với kiểu bố trí này sự có mặt của cuộn kháng sẽ làm tăng dòng điện tần số cơ bản lên một lượng nhỏ từ 7 8% và do đó điện áp đặt trên tụ cũng theo tỉ lệ tương ứng. Tính chất này được xem xét, ví dụ, khi sử dụng tụ thiết kế ở điện áp 440V cho hệ thống lưới 400V.
Khi tiến hành bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số cos bằng thiết bị tụ mà có sự hiện diện của các thành phần sóng hài bậc cao của điện áp và dòng điện, thì sẽ có nguy cơ gây quá tải cho tụ bởi các dòng điện cao tần do hiện tượng công hưởng gây ra. Ngoài ra các thành phần sóng hài cũng gây ảnh hưởng đến chế độ làm việc của các thiết bị tự động điều chỉnh công suất tụ.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy mức độ không sin của điện áp trong mạng điện khá cao. Quá trình vận hành thiết bị bù cho thấy các cụm tụ thường bị cắt do sự quá nhiệt bởi dòng điện. Nguyên nhân quá tải của tụ là do
sự xuất hiện chế độ cộng hưởng ứng với tỷ lệ giữa điện trở cảm kháng máy biến áp và điện trở dung kháng của tụ.
Kết quả nghiên cứu chế độ làm việc của các cụm tụ bù trong điều kiện điện áp không sin cho thấy cần phải đánh giá sự giảm hiệu quả bù của tụ do sự gia tăng độ méo của điện áp và dòng điện. Sự giảm hiệu quả bù của các bộ tụ khi tăng hệ số công suất của phụ tải từ giá trị cos1 đến cos2 dẫn đến sự cần thiết phải tăng thêm công suất của các thiết bị bù một lượng Qky, phụ thuộc vào hệ số =THD, biểu thị mức độ không sin của điện áp và dòng điện phụ tải: I U I U pt . . 1. 1 , (8.27) Trong đó:
U1, I1pt– giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện phụ tải tần số cơ bản; U, I - giá trị hiệu dụng của điện áp và dòng điện phụ tải có tính đến các thành phần sóng hài bậc cao. n h h U U 1 2 ; n h h I I 1 2 (8.28)
Nếu biểu thị Qky là công suất bù cần thiết để nâng giá trị của hệ số công suất từ cos1lên cos2, thì khi xét đến sự không sin của điện áp và dòng điện phụ tải tỷ lệ kmtQ sẽ là: 2 1 1 1)] cos . [arccos( tg tg tg tg Q Q k kY kY mtQ (8.29)
Đây là hệ số biểu thị sự giảm hiệu quả bù của các tụ điện trong điều kiện không sin của điện áp và dòng điện.