7.1. Khỏi niệm
Mạng điện phải đƣợc thiết kế và vận hành một cỏch kinh tế nhất tức là cú chi phớ tớnh toỏn Z bộ nhất. Muốn đạt đƣợc điều đú thỡ một yếu tố quan trọng là phải tỡm mọi cỏch để giảm tổn thất cụng suất và tổn thất điện năng. Trong HTĐ tổn thất cụng suất cú thể đạt tới 15% hoặc lớn hơn và tƣơng ứng sẽ cú một lƣợng tổn thất điện năng lớn. Vỡ vậy vấn đề giảm tổn thất cụng suất và điện năng cú một ý nghĩa rất lớn vỡ: Giảm đƣợc tổn thất cụng suất thỡ giảm đƣợc vốn đầu tƣ xõy dựng nguồn điện (nhà mỏy điện) vỡ khụng phải tăng cụng suất của NMĐ để phỏt lƣợng cụng suất tổn thất đú. Giảm đƣợc tổn thất điện năng thỡ giảm đƣợc lƣợng nhiờn liệu tiờu hao, giảm đƣợc giỏ thành sản xuất điện năng.
Cỏc biện phỏp chủ yếu để giảm tổn thất cụng suất và điện năng thƣờng đƣợc ỏp dụng trong mạng điện là:
1/Nõng cao hệ số cụng suất cosφ của phụ tải.
2/Phõn phối cụng suất phản khỏng trong HTĐ một cỏch hợp lý nhất (bự kinh tế).
3/Nõng cao điện ỏp của mạng điện. 4/Vận hành kinh tế cỏc trạm biến ỏp.
5/Tối ƣu húa chế độ mạng điện khụng đồng nhất. 6/Lựa chọn sơ đồ nối dõy hợp lý.
7/Cỏc biện phỏp quản lý, tổ chức.
Sau đõy ta sẽ lần lƣợt xột một số biện phỏp chớnh.
7.2. Nõng cao hệ số cụng suất của phụ tải
Ta nhận thấy:
P= (S/U)2.R = (P/U. cosφ )2 .R
Vỡ vậy muốn giảm tổn thất cụng suất ta phải nõng cao hệ số cụng suất của phụ tải. Trong HTĐ cỏc phụ tải là cỏc động cơ khụng đồng bộ (KĐB) chiếm 1 tỷ lệ lớn. Hệ số cụng suất của động cơ KĐB phụ thuộc vào cụng suất, tốc độ và vào hệ sộ phụ tải của động cơ.
Cụng suất phản khỏng mà cỏc động cơ KĐB tiờu thụ cú thể xỏc định theo biểu thức:
Qt = Qkt+(Qđm - Qkt).(Kpt)2
Trong đú Kpt= P/Pđm là hệ số phụ tải của động cơ.
Vỡ ngay khi khụng tải Qkt đĩ chiếm tới (60-70)%Qđm nờn khi Kpt giảm thỡ Qt cũng giảm và ngƣợc lại. Vỡ vậy để giảm ta phải tỡm mọi cỏch nõng cao cosφ của phụ tải là:
a/Thay cỏc động cơ cú cụng suất lớn bằng cỏc động cơ cú cụng suất bộ hơn phự hợp với cụng suất thực tế của mỏy cụng tỏc vỡ nhƣ vậy tăng đƣợc hệ số phụ tải của động cơ. Thực nghiệm và tớnh toỏn thấy rằng khi Kpt<0,45 thỡ việc thay động cơ hồn tồn cú lợi, khi Kpt>0,7 thỡ khụng nờn cũn khi Kpt = 0,45-0,7 thỡ cần so sỏnh mới quyết định đƣợc.
b/Đổi cỏch đấu dõy quấn động cơ từ ∆ sang Y.
Ta biết cụng suất phản khỏng khụng tải Qkt của động cơ phụ thuộc vào bỡnh phƣơng điện ỏp vỡ vậy muốn giảm Qkt ta cú thể giảm điện ỏp đặt vào động cơ bằng cỏch đổi cỏch đấu dõy của động cơ từ ∆ sang Y. Khi đổi nhƣ vậy thỡ điện ỏp đặt vào mỗi cuộn
Trƣờng Đại học Thủ Dầu Một Trang 128 dõy của động cơ sẽ giảm √ lần vỡ vậy cần kiểm tra lại để khi chuyển đổi động cơ khụng bị quỏ tải. Thực tế cho thõy khi Kpt<0,4 thỡ việc chuyển đổi nhƣ vậy là cú lợi. c/Ngồi cỏc biện phỏp nờu trờn, để nõng cao cosφ ngƣời ta cũn cú thể sử dụng cỏc biện phỏp khỏc nữa nhƣ nõng cao chất lƣợng sữa chữa động cơ, thay thế động cơ điện khụng đồng bộ bằng cỏc động cơ điện đồng bộ...
7.3. Bự kinh tế cụng suất phản khỏng trong mạng điện
Để giảm tổn thất cụng suất và điện năng trong HTĐ ngƣời ta cú thể:
Phõn phối cụng suất tỏc dụng và cụng suất phản khỏng trong HTĐ một cỏch hợp lý nhất.
Giảm cụng suất phản khỏng truyền tải trờn đƣờng dõy bằng biện phỏp đặt cỏc thiết bị bự (bự kinh tế).
Trong phần này ta xột kỹ biện phỏp thứ hai là biện phỏp bự kinh tế.
7.3.1 Khỏi niệm
Nhận thấy rằng phần lớn phụ tải của mạng điện là cỏc động cơ KĐB và cỏc MBA cú tải thấp (tiờu thụ nhiều Q) nờn trờn cỏc đƣờng dõy của mạng điện phải chuyờn chở một lƣợng cụng suất phản khỏng Q lớn làm tăng cỏc tổn thất cụng suất và tổn thất điện năng (vỡ ) ~ Q b P R P+j(Q -Q )b Hỡnh 7-1
Nhƣ vậy muốn giảm ∆P, ∆A ta phải giảm lƣợng Q chuyờn chở trờn đƣờng dõy bằng cỏch đặt cỏc thiết bị phỏt cụng suất phản khỏng Q (gọi là thiết bị bự) ngay tại phụ tải (hỡnh 7.1)
Giả thiết trƣớc khi chƣa đặt thiết bị bự, lƣợng cụng suất phản khỏng truyền tải trờn đƣờng dõy là Q thỡ tổn thất cụng suất là:
Sau khi đặt thiết bị bự với dung lƣợng là Qb thỡ tổn thất giảm xuống chỉ cũn là:
Do đú giảm đƣợc tổn thất cụng suất và tổn thất điện năng.
Thụng thƣờng trong HTĐ cosφ phải đƣợc nõng lờn trị số 0,9-0,95 (tăng cosφ>0,95 cũng khụng nờn vỡ lỳc đú ∆P chủ yếu xỏc định do P chứ khụng phải do Q vỡ vậy nõng cao lờn nữa chỉ tốn Qb mà ớt giảm đƣợc ∆P, ∆A). Khi giảm đƣợc Q chuyờn chở trong mạng điện thỡ cosφ của mạng điện (đƣờng dõy) đƣợc nõng cao. Hiệu quả của việc nõng cao cosφ của mạng điện là:
Giảm đƣợc ∆P, ∆A nhƣ đĩ phõn tớch. Cú thể giảm đƣợc cụng suất tỏc dụng của cỏc MBA (vỡ giảm lƣợng cụng suất phản khỏng truyền qua MBA).
Trong HTĐ hai loại thiết bị bự đƣợc sử dụng phổ biến nhất là tụ điện tĩnh (TĐT) và mỏy bự đồng bộ (MBĐB) tuy nhiờn TĐT đƣợc sử dụng nhiều hơn vỡ nguyờn nhõn sau:
Trƣờng Đại học Thủ Dầu Một Trang 129 Tổn thất cụng suất tỏc dụng trong MBĐB lớn hơn nhiều so với TĐT: Ở MBĐB tổn thất cụng suất tỏc dụng trong một đơn vị bự là (1,3-5)% cũn ở TĐT chỉ khoảng 0,5%.
Sử dụng, vận hành TĐT dễ dàng, linh hoạt hơn nhiều so với MBĐB vỡ ở TĐT khụng cú bộ phận quay nhƣ ở MBĐB. Khi bị hƣ hỏng từng bộ phận, TĐT vẫn cú thể làm việc đƣợc trong khi nếu MBĐB bị hƣ hỏng thỡ sẽ mất hết dung lƣợng bự. Ngồi ra TĐT cú thể làm việc trong mạng điện với cấp điện ỏp bất kỳ cũn MBĐB chỉ làm việc với một số cấp điện ỏp nhất định. Cũng cần chỳ ý rằng giỏ 1kVAR của TĐT ớt phụ thuộc vào cụng suất đặt và cú thể coi là khụng đổi cũn giỏ 1 kVAR của MBĐB lại phụ thuộc nhiều vào dung lƣợng của nú (cụng suất càng lớn giỏ càng rẻ).
7.3.2 Xỏc định dung lƣợng bự tối ƣu (dung lƣợng bự kinh tế)
Khi đặt thiết bị bự để giảm Q ta sẽ giảm đƣợc ∆P do đú giảm đƣợc phớ tổn do tụn thất điện năng nhƣng mặt khỏc khi đặt thiết bị bự ta cũng phải tốn 1 khoản tiền để mua, lắp đặt, vận hành thiết bị bự đú. Việc đặt thiết bị bự sẽ cú lợi nếu nhƣ số tiền tiết kiệm đƣợc do giảm tổn thất điện năng khi đặt thiết bị bự lớn hơn số tiền chi phớ để đặt thiết bị bự hay núi cỏch khỏc dung lƣợng thiết bị bự (TĐT) lắp đặt hợp lý nhất về mặt kinh tế là dung lƣợng bảo đảm chi phớ tớnh toỏn hằng năm Z bộ nhất.
Gọi Z là chi phi tớnh toỏn tồn bộ trong một năm khi đặt bộ tu điện tĩnh cú dung lƣợng là Qb tại mạng điện cú một phụ tải S = P + jQ. Giả thiết rằng cụng suất TĐT khụng thay đổi trong suốt năm. Phớ tổn Z bao gồm 3 phần:
1/Phớ tổn do đặt tụ điện:
Z1 =(avh+atc)Kb = (avh+atc).K*b .Qb. Trong đú:
avh: Là hệ số vận hành của TĐT, thƣờng lấy avh=0,1
atc :Là hệ số tiờu chuẩn thu hồi vốn đầu tƣ (VĐT),atc =1/Ttc, Ttc thƣờng lấy 8 năm nờn atc =0,125.
K*b : Là giỏ tiền đầu tƣ cho một đơn vị dung lƣợng tụ điện (đ/kVAR). 2/Phớ tổn về tổn thất điện năng do bản thõn TĐT tiờu thụ.
Z2 =C0.Ab= C0.P*b.T = C0.P*
b .Qb.T Trong đú : C0 là giỏ tiền 1 kWh tổn thất điện năng. Trong đú : C0 là giỏ tiền 1 kWh tổn thất điện năng.
P*b : Là tổn thất cụng suất tỏc dụng trong một đơn vị dung lƣợng bự, với TĐT lấy P*
b = 0,005.
T : Là thời gian TĐT làm việc. Nếu đặt TĐT tại trạm biến ỏp khu vực thỡ T = 8760 giờ/năm, cũn nếu đặt tại cỏc xớ nghiệp thỡ T = 2500-7000 giờ/năm (2500 tƣơng ứng với chế độ làm việc 1 ca, 7000 giờ ứng với xớ nghiệp làm việc 3 ca).
3/Phớ tổn về tổn thất điện năng trong mạng điện sau khi cú đặt TĐT:
(Ở đõy ta khụng xột tới thành phần tổn thất điện năng do cụng suất tỏc dụng gõy nờn vỡ thành phần đú gần nhƣ khụng đổi với cỏc phƣơng ỏn bự khỏc nhau)
Trong đú:
Q : Là phụ tải phản khỏng cực đại.
R : Là điện trở của mạch tải điện (từ nguồn cung cấp đến vị trớ đặt TĐT) Τ : Là thời gian tổn thất cụng suất lớn nhất.
Trƣờng Đại học Thủ Dầu Một Trang 130
Để xỏc định đƣợc cụng suất TĐT ứng với phớ tổn tớnh toỏn bộ nhất ta lấy đạo hàm của Z tổng theo Qb và cho bằng khụng.
Từ đú:
Trong cụng thức này nếu Q tớnh bằng MVAR, bằng đồng/MVAR, bằng đồng/MWh, U bằng kV thỡ Qb sẽ bằng MVAR.
Chỳ ý: Việc tớnh toỏn bự kinh tế phải tiến hành cho từng nhỏnh độc lập. Nếu nhỏnh cú
nhiều phụ tải thỡ phƣơng phỏp tớnh toỏn cũng tƣơng tự. Trong trƣờng hợp này phớ tổn tớnh toỏn Z tổng sẽ là hàm số của cỏc tụ điện Qb1,Qb2....Qbn đặt ở cỏc hộ tiờu thụ khỏc nhau (hỡnh 7.2). Để xỏc định đƣợc dung lƣợng bự kinh tế ở từng hộ tiờu thụ ta phải lấy đạo hàm của Z tổng theo cỏc Qbi (i = 1- n) và cho mỗi đạo hàm bằng khụng. Số phƣơng trỡnh cần cú bằng cụng suất chƣa biết của bộ tụ điện. Với hệ phƣơng trỡnh đú ta tỡm đƣợc cỏc dung lƣợng cần bự Qbi. Nếu Qbk tại hộ k nào đú giải ra đƣợc giỏ trị õm chứng tỏ việc đặt tụ điện tại hộ k đú là khụng hợp lý về mặt kinh tế, vỡ vậy ta thay Qbk đú bằng khụng ở cỏc phƣơng trỡnh
= 0 và giải hệ phƣơng trỡnh một lần nữa.
A
1 2 n