• Đối với đường dây truyền tải:
Theo cơng thức (3.3), khi truyền tải cơng suất trên đường dây 3 pha có điện áp ud, nếu. tăng hệ số cơng suất cosọ thì dịng điện Idtrên đường dây sẽ giảm, làm giảm tổn hao công suất và điện áp rơi trên đường dây. Mặt khác đường dây có khả năng truyền tải cơng suất tác dụng lớn hơn.
c) Bù hệ so công suất coscp
Bù hệ số công suất cosọ là thực hiện biện pháp làm giảm góc lệch pha (p, giảm công suất phản kháng Q truyền tải trên đường dây và tăng hệ số công suất tới trị số coscp > 0,85 tại điểm đặt thiết bị đo đếm điện. Phụ tải thường có tính chất điện cảm, vì vậy để bù cosọ người ta đặt tụ điện hoặc máy bù đồng bộ gần phụ tải. Hình 3.15 giới thiệu sơ đồ một pha, sử dụng tụ điện c nối song song với tải để nâng cao hệ số cơng suất cosọ:
Hình 3.15 Bù hệ số cơng suất cosọ bàng tụ điện
■ Khi chưa có tụ điện dịng điện trên đường dây bằng dòng điện qua tải:
I = I|. (3.5)
Khi có bù ( đóng tụ điện C), dịng điện trên đường dây cung cấp cho tải bằng tống dòng điện tải và dòng điện qua tụ điện:
ỹ = 7i+Ã (3.6)
Gọi p và Q1 là công suất tác dụng và công suất phản kháng của phụ tải. Sau khi nối thêm tụ điện, công suất phản kháng truyền tải trên đường dây bàng Q2 = Qi - Qc, ta có:
ổ! =
Q1=Q\-Qc = -Qc = Pts<p Qc=P(tg<pt -tgọ)
(3.7)
Cơng thức 3.7 cho phép tính trị số cơng suất phản kháng Qc của tụ điện để nâng cao hệ số công suất của tải từ giá trị COS(P1 lên giá trị cosọ. Trường họp cần tính điện dung tụ điện chúng ta dung cơng thức:
Ũ)U (ơU (3.8)
• Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp:
Như trên đã phân tích một hệ thống điện gồm MBA và đường dây nếu cấp điện cho phụ tải có hệ số cơng suất cosọ cao thì MBA và đường dây có khả năng
GIÁO TRÌNH GIÁO DỤC sứ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIÉT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ
truyền tải công suất tác dụng p lớn hơn; nói cách khác nếu truyền tải cùng một cơng suất p, nếu phụ tải có hệ số cơng suất cosọ cao sẽ giảm được chi phí xây dựng đường dây.
• Giảm tổn thất điện áp:
Từ cơng thức tính độ giảm điện áp AU trên đường dây:
AU = PRj + QX‘' = = AU(P) +AU(Ọ) (3.9)
u ƯU ' ’ .
Dễ dàng nhận thấy, bù hệ số công suất cosọ, giảm được công suất phản kháng Q(VAr) truyền tải trên đường dây, có tác dụng giảm thành phần tổn thất điện áp AU(Q) trên đường dây.
Tóm lại, nâng cao hệ số công suất cosọ của phụ tải làm giảm tổn thất điện năng, tăng khá năng truyền tải của đường dây và MBA, tăng khả năng phát công suất tác dụng của nguồn và giảm tổn thất điện áp trên đường dây.
3.5.3 Bộ bù động
Đây là bộ bù tự động ứng dụng cho các tải phi tuyến. Bộ bù động cho phép tiết kiệm năng lượng và nâng cao chất lượng điện áp. Để làm ví dụ ta xét hệ thống bù cho nhà máy chế tạo chi tiết ô tô. Nhà máy được trang bị một MBA 2000 kVA, 27,6/0,6 kV, un = 5,23%. Nhà máy sử dụng nhiều máy hàn, khi máy hàn làm việc điện áp lưới dao động và hệ số công suất coscp thấp. Những vấn đề gặp phải là:
• Khi mảy hàn làm việc điện áp lưới dao động làm cho quang thông các đèn chiếu sáng thay đồi gây mỏi mắt cho người lao động.
• Khi hàn phát sinh tiếng ồn, rung ảnh hưởng đến chất lượng hàn. • Không cho phép bổ sung thiết bị nếu không tăng cơng suất MBA. • Hàng năm bị phạt do hệ số cơng suất thấp cosọ < 0,75
• Phế phẩm nhiều do khuyết tật máy hàn uốn ống, công suất máy hàn không đủ do điện áp giảm thấp.
Giải pháp: Vấn đề nhà máy gặp phải là sự dao động điện áp. Việc bù công suất
phản kháng bằng tụ điện đóng cắt bằng cơng tắc tơ cơ điện khơng đạt u cầu về thời gian, vì thế cần bù nhanh biến thiên công suất phản kháng điều khiển qua phần tử điện tử công suất theo sơ đồ, như Hình 3.16. Ta nhận thấy dịng điện đỉnh đã giảm từ 2000A xuống 1250A, công suất phản kháng từ 600-1200 kVAr xuống 0-300 kVAr cho phép nhận thêm tải mà không cần tăng công suất MBA. Nhà máy không phải mua thêm cơng suất phản kháng vì cosq» 0,92. Kết quả các thông số trước và sau khi bù được cho trong Bảng 3.2.
ưu UỤIIU Hhllli L,UỌHl> ilLl K1Ẹ1V1 VA H1ẸU ỤUÁ
Hình 3.16 Bộ bù động
Bảng 3.2 So sánh chất lượng điện năng khi bù động và không bù
Các thông số Trước khi bù Sau khi bù
Điện áp (V) 584 599
Độ sụt điện áp % 5,8 3,2
Thời gian (chu kỳ) 20-25 10-15
Dịng điện trung bình (A) 1000 550
Dịng điện đinh (A) 2000 . 1250
Hệ số công suất 0.75 >0,92
Độ méo điều hòa 5-12 4-12
3.5.4 Bộ lọc điều hòa bậc ba
Do ảnh hưởng của các tải phi tuyến như lò hồ quang, đèn phóng điện chất khí, các thiết bị điện tử công sũất làm việc theo nguyên lý cắt, băm dạng sóng điện áp, dịng điện nên điện áp ra của thiết bị này có dạng khơng hình sin. Thành phần có tan số bằng tần số sóng khơng sin có biên độ lớn nhất là thành phần sóng cơ bản cịn các thành phần sóng hài khác có biên độ giảm dần. Trong số các điều hòa bậc cao điều hịa bậc ba có tần số bằng 3x50=150Hz có biên độ lớn nhất.
Bây giờ chúng ta xét ảnh hưởng của điều hòa bậc ba đối với hệ thống điện. Khi hệ thống đối xứng tổng giá trị tức thời của các dịng điện ln bàng khơng và dịng điện trong dây trung tính bằng khơng. Ta nhận thấy các dịng điện bậc ba trong các pha ln trùng pha nên tổng của chúng sẽ gấp 3 lần. Vì dịng điện trong dây trung tính bang tổng dịng điện của cả ba pha nên sẽ bàng 3 lần dòng điện bậc ba cùa các pha.
N - trung tính; PE - bảo vệ nối đất; PEN - bảo vệ nối đất và nối trung tính
GIÁO TRÌNH GIÁO DỤC sử DỤNG NÀNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUÀ Hình 3.17 Bộ lọc điều hịa bậc ba THF của ABB
Dây trung tính thường có tiết diện bàng '/4 dây pha, do đó dịng điều hịa bậc ba gây quá tải toàn bộ hệ thống. Để khắc phục hiện tượng này ta có thể sử dụng bộ lọc điều hòa bậc ba THF (Third Harmonic Filter). Bộ lọc điều hịa bậc ba như Hình 3.17 thực chất là mạch RLC song song có trở kháng băng vơ cùng lớn đối với điều hòa bậc ba và bàng khơng đối với điều hịa cơ bản. Khi nối vào trung tính chúng ngăn cản và triệt tiêu điều hịa bậc ba. Vì được nối vào trung tính bộ lọc điều hịa bậc ba khơng gây cộng hưởng đối với dịng điện các pha, có mức ồn thấp nhờ có điện cảm L bộ lọc có thê chịu được các xung điện áp. Bộ lọc điều hòa bậc ba cịn có tác dụng giảm 50% từ trường xung quanh thiết bị điện. Bộ lọc thành phần bậc ba không chỉ nâng cao tuổi thọ các thiết bị điện mà còn tiết kiệm điện đáng kể. Thực tế vận hành cho thấy bộ lọc điều hòa bậc ba tiết kiệm từ 4-5% điện năng tiêu thụ.
3.5.5 Bộ bù tĩnh có điều khiển
Để điều chỉnh cơng suất phản kháng của máy phát điện cần điều chỉnh kích từ của máy phát hoặc sử dụng các bộ bù tĩnh. Bộ bù tĩnh ra đời thay thê cho máy bù đồng bộ và cuộn kháng bão hòa ở hầu hết ứng dụng.
Phần chủ yếu của bộ bù tĩnh đóng vai trò chuyển mạch các tụ điện và cuộn kháng là các van tiristo nối song song ngược.
Trên Hình 3.18 là sơ đồ điện kháng nổi tiếp được chuyển mạch bàng tiristo TSSR (Thyristor Switched Series Reactor) và điện kháng nối tiếp được điều khiển bàng tiristo TCSR (Thyristor Controlled Series Reactor), tụ điện nối tiếp được điều khiển bàng tiristo TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor), tụ điện nối tiếp được chuyển mạch bàng tiristo TSSC (Thyristor Swiched Series Capacitor). Các tiristo công suất được mác nối tiếp với số lượng phụ thuộc vào điện áp lưới. Chế độ đóng cắt các tiristo sẽ điều chỉnh công suất phản kháng của tụ điện và kháng điện, do đó có thể:
• Điều chinh cơng suất phản kháng; • Điều chỉnh điện áp;
• Hạn chế quá điện áp khi tải thay đối; • Cản dịu dịng cơng suất trong lưới.
Hình 3.18 Bộ bù tinh có điều khiển