5.1 Đặt vấn đề:
Vấn đề sử dụng hợp lý và tiết kiệm điện năng trong cỏc xớ nghiệp cụng nghiệp cú ý nghĩa rất lớn đối với nền kinh tế vỡ cỏc xớ nghiệp này tiờu thụ khoảng 70% tổng số điện năng được sản xuất ra.
Tớnh chung trong toàn hệ thống điện thường cú 10 – 15 % năng lượng được phỏt ra bị mất mỏt trong quỏ trỡnh truyền tải và phõn phối. Mạng điện xớ nghiệp thường dựng điện ỏp tương đối thấp, đường dõy lại dài phõn tỏn đến từng phụ tải nờn gõy ra tổn thất điện năng lớn. Vỡ thế việc thực hiện cỏc biện phỏp tiết kiệm điện trong xớ nghiệp cú ý nghĩa rất quan trọng, khụng những cú lợi cho bản thõn cỏc xớ nghiệp, mà cũn cú lợi chung cho nền kinh tế quốc dõn.
Hệ số cụng suất cosϕ là một trong cỏc chỉ tiờu để đỏnh giỏ xớ nghiệp dựng điện cú hợp lý và tiết kiệm hay khụng. Nõng cao hệ số cụng suất cosϕ là một chủ trương lõu dài gắn liền với mục đớch phỏt huy hiệu quả cao nhất quỏ trỡnh sản xuất, phõn phối và sử dụng điện năng.
5.1.1. ý nghĩa của việc nõng cao hệ số cụng suất cosϕ.
Phần lớn cỏc thiết bị tiờu dựng điện đều tiờu thụ cụng suất tỏc dụng P và cụng suất phản khỏng Q. Cụng suất tỏc dụng là cụng suất được biến thành cơ năng hoặc nhiệt năng trong cỏc thiết bị dựng điện, cũn cụng suất phản khỏng Q là cụng suất từ hoỏ trong cỏc mỏy điện xoay chiều, nú khụng sinh ra cụng. Quỏ trỡnh trao đổi cụng suất phản khỏng giữa mỏy phỏt và hộ tiờu dựng điện là một quỏ trỡnh dao động. Mỗi chu kỳ của dũng điện, Q đổi chiều bốn lần, giỏ trị trung bỡnh của Q trong 1/2 chu kỳ của dũng điện bằng khụng. Việc tạo ra cụng suất phản khỏng khụng đũi hỏi tiờu tốn năng lượng của động cơ sơ cấp quay mỏy phỏt điện. Mặt khỏc cụng suất phản khỏng cung cấp cho hộ tiờu dựng điện khụng nhất thiết phải lấy từ nguồn. Vỡ vậy để trỏnh truyền tải một lượng Q khỏ lớn trờn đường dõy, người ta đặt gần cỏc hộ tiờu dựng điện cỏc mỏy sinh ra Q (tụ điện, mỏy bự đồng bộ,... ) để cung cấp trực tiếp cho phụ tải, làm như vậy được gọi là bự cụng suất
phản khỏng. Khi bự cụng suất phản khỏng thỡ gúc lệch pha giữa dũng điện và điện ỏp trong mạch sẽ nhỏ đi, do đú hệ số cụng suất cosϕ của mạng được nõng cao, giữa P, Q và gúc ϕ cú quan hệ sau: ϕ = arc tg P
Q
Khi lượng P khụng đổi, nhờ cú bự cụng suất phản khỏng, lượng Q truyền tải trờn đường dõy giảm xuống, do đú gúc ϕ giảm, kết quả là cosϕ tăng lờn.
Hệ số cụng suất cosϕ được nõng cao lờn sẽ đưa đến những hiệu quả sau:
Giảm được tổn thất cụng suất và tổn thất điện năng và tổn thất điện ỏp trong mạng điện.
+ Chỳng ta đó biết tổn thất cụng suất trờn đường dõy được tớnh như sau:
2 2 2 2 (P) (Q) 2 2 2 P Q P Q P R R R P P U U U +
∆ = = + = ∆ + ∆ , khi giảm Q truyền tải trờn đường dõy, ta giảm được thành phần tổn thất cụng suất ∆P(Q) do gõy ra.
→ Giảm tổn thất điện năng trong mạng điện vỡ ∆ = ∆A P.t.
+ Giảm tổn thất điện ỏp trong mạng điện:
(P) (Q)P.R Q.X PR QX P.R Q.X PR QX U U U U U U + ∆ = = + = ∆ + ∆
Giảm lượng Q truyền tải trờn đường dõy, ta giảm được thành phần ∆U(Q) do Q gõy
ra.
Tăng khả năng truyền tải của đường dõy và mỏy biến ỏp.
Khả năng truyền tải của đường dõy và mỏy biến ỏp phụ thuộc vào điều kiện phỏt núng, tức là phụ thuộc dũng điện cho phộp của chỳng. Dũng điện chạy trờn dõy dẫn và mỏy biến ỏp được tớnh như sau:
I = P2 Q2
3.U
+ ,
khi giảm Q thỡ khả năng truyền tải được tăng lờn.
Ngoài ra việc nõng cao hệ số cụng suất cosϕ cũn đưa đến hiệu quả là giảm được chi phớ kim loại màu, gúp phần làm ổn định điện ỏp, tăng khả năng phỏt điện của mỏy phỏt điện v.v… Vỡ những lý do trờn mà việc nõng cao hệ số cụng suất cosϕ ,
bự cụng suất phản khỏng trở thành vấn đề quan trọng, cần được quan tõm đỳng mức.
5.1.2. Biện phỏp nõng cao hệ số cụng suất cosϕ
* Nõng cao hệ số cụng suất cosϕ tự nhiờn: là tỡm cỏc biện phỏp để cỏc hộ tiờu thụ điện giảm bớt được lượng cụng suất phản khỏng tiờu thụ như: hợp lý hoỏ cỏc quỏ trỡnh sản xuất, giảm thời gian chạy khụng tải của cỏc động cơ, thay thế cỏc động cơ thường xuyờn làm việc non tải bằng cỏc động cơ cú cụng suất hợp lý hơn, ... Nõng cao hệ số cụng suất cosϕ tự nhiờn rất cú lợi vỡ đưa lại hiệu quả kinh tế lõu dài mà khụng phải đặt thờm thiết bị bự.
* Nõng cao hệ số cụng suất cosϕ bằng biện phỏp bự cụng suất phản khỏng. Thực chất là đặt cỏc thiết bị bự ở gần cỏc hộ tiờu dựng điện để cung cấp cụng suất phản khỏng theo yờu cầu của chỳng, nhờ vậy sẽ giảm được lượng cụng suất phản khỏng phải truyền tải trờn đường dõy theo yờu cầu của chỳng.
5.2.1. Chọn thiết bị bự cụng suất:
Để bự cụng suất phản khỏng cho hệ thống cung cấp điện cú thể sử dụng tụ điện tĩnh, mỏy bự đồng bộ, động cơ khụng đồng bộ làm việc ở chế độ quỏ kớch thớch … ở đõy ta lựa chọn cỏc bộ tụ tĩnh để làm thiết bị bự cho nhà mỏy. Sử dụng cỏc bộ tụ điện cú ưu điểm là tiờu hao ớt cụng suất tỏc dụng, khụng cú phần quay như mỏy bự đồng bộ nờn lắp rỏp, bảo quản và vận hành dễ dàng. Tụ điện được chế tạo thành từng đơn vị nhỏ, vỡ thế cú thể tuỳ theo sự phỏt triển của cỏc phụ tải trong quỏ trỡnh sản xuất mà chỳng ta ghộp dần tụ điện vào mạng khiến hiệu suất sử dụng cao và khụng phải bỏ vốn đầu tư ngay một lỳc. Tuy nhiờn, tụ điện cũng cú một số nhược điểm nhất định. Trong thực tế với cỏc nhà mỏy, xớ nghiệp cú cụng suất khụng thật lớn thường dựng tụ điện tĩnh để bự cụng suất phản khỏng nhằm mục đớch nõng cao hệ số cụng suõt.
Vị trớ đặt cỏc thiết bị bự ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu quả bự. Cỏc bộ tụ điện bự cú thể đặt ở TPPTT, thanh cỏi cao ỏp, hạ ỏp của TBAPX, tại cỏc tủ phõn phối, tủ động lực hoặc tại đầu cực cỏc phụ tải lớn. Để xỏc định chớnh xỏc vị trớ và dung lượng đặt cỏc thiết bị bự cần phải tớnh toỏn so sỏnh kinh tế kỹ thuật cho từng
phương ỏn đặt bự cho một hệ thống cung cấp điện cụ thể. Song theo kinh nghiệm thực tế, trong trường hợp cụng suất và dung lượng bự cụng suất phản khỏng của cỏc nhà mỏy, thiết bị khụng thật lớn cú thể phõn bố dung lượng bự cần thiết đặt tại thanh cỏi hạ ỏp của TBAPX để giảm nhẹ vốn đầu tư và thuận lợi cho cụng tỏc quản lý, vận hành.
5.2.2. Phõn bố dung lượng bự cho cỏc trạm biến ỏp phõn xưởng:
Với nhà mỏy cú cụng suất như vậy nờn ta cú thể tớnh bự cho xớ nghiệp bằng cỏch đặt cỏc bộ tụ tại thanh cỏi hạ ỏp cỏc trạm biến ỏp phõn xưởng.
Từ trạm phõn phối trung tõm về cỏc mỏy biến ỏp phõn xưởng là mạng hỡnh tia gồm 2 nhỏnh cú sơ đồ nguyờn lý và sơ đồ thay thế tớnh toỏn như hỡnh 5.1 và 5.2.
Hỡnh 5.1 - Sơ đồ phõn bố dung lượng bự.
Qbi = ( bu) i td i Q Q Q .R R − − (5 - 1) Trong đú:
Qbi - cụng suất phản khỏng cần bự đặt tại phụ tải thứ i [kVAr], Qi - cụng suất tớnh toỏn phản khỏng ứng với phụ tải thứ i [kVAr], QΣ = 5 i i 1 Q =
∑ - phụ tải tớnh toỏn phản khỏng tổng của nhà mỏy, QΣ = 256,97 [kVAr].
Ri - điện trở của nhỏnh thứ i [Ω], Ri = RB +RC
* RB: điện trở mỏy biến ỏp (Ω) RB = 2 3 N dmBA 2 dmBA P .U .10 n.S ∆ [Ω] , (5 - 2)
với n là số mỏy biến ỏp trong trạm. Udm - điện ỏp định mức của mỏy biến ỏp, kV
Sdm – cụng suất định mức của mỏy biến ỏp, kVA
N
P
∆ - tổn thất cụng suất ngắn mạch của mỏy biến ỏp, kW
* RC: điện trở của đường cỏp (Ω) RC = r .l0 n [Ω] , (5 - 3) với n là số đường cỏp Rtd = 1 1 2 n 1 1 1 ... R R R − + + + ữ
- điện trở tương đương của mạng, [Ω]. (5 - 4)
Dung lượng bự cần thiết cho nhà mỏy được xỏc định theo cụng thức sau: QbựΣ = Pttnm. ( tgϕ1 - tgϕ2 ). α (5 - 5)
Trong đú:
Pttnm - phụ tải tỏc dụng tớnh toỏn của nhà mỏy (kW). ϕ1 - gúc ứng với hệ số cụng suất trung bỡnh trước khi bự, cosϕ1 = 0,6 → tgϕ = 1,33
ϕ2 - gúc ứng với hệ số cụng suất bắt buộc sau khi bự, cosϕ2 = 0,95 → tgϕ = 0,33
α - hệ số xột tới khả năng nõng cao cosϕ bằng những biện phỏp khụng đũi hỏi đặt thiết bị bự, α = 0,9 ữ 1.