6.4.1 Xác định dung lượng và chọn thiết bị bù.
a) Xác định dung lượng bù.
Được xác định theo công thức sau.
Qbù =P (tg1 +tg2 ) (kVAr). Trong đó : P - phụ tải tính toán của hộ tiêu thụ (kW)
1 - Góc ứng với hệ số công suất trung bình trước khi bù. 2 - Góc ứng với hệ số công suất muốn đạt được sau khi bù. = 0,9 1 ,hệ số xét đến khả năng nâng cao Cos.
Hệ số công suất Cos2 nói ở trên thường lấy bằng hệ số công suất do cơ quan
quản lý hệ thống điện quy định cho một hộ tiêu thụ phải đạt được, thường nằm
trong khoảng Cos = 0,8- 0,95.
Chý ý: Đứng về mặt tổn thất công suất tác dụmg của hộ dùng điện, thì dung lượng bù có thể xác định theo quan điểm tối ưu sau đây:
Do bù có thể tiết kiệm được một lượng công suất tác dụng là : P tk =kkt Qbù - kbù Qbù =Qbù(kkt - kbù).
Trong đó :kkt – Dương lương kinh tế của công suất phản kháng (kW/kVAr)
kbù – Suất tổn thất công suất tác dụng trong thiết bị bù (kW/kVAr)
Như vậy P tk =f(Qbù), từ đó chúng ta có thể tìm được dung lượng bù tối ưu ứng
với Ptk đạt cực đại là :
Qbù.t ,ưu =Q – U2kbù/2R.
Nhận xét : Qbù.t ,ưu không nhất thiết trùng với Qbù. Đứng trên phương diện của hộ
tiêu thụ thì nên bù một lượng bằng Qbù.t,ưu là kinh tế hơn cả. b)Chọn thiết bị bù.
Thiết bị bù phải được chọn trên cơ sở tính toán so sánh về kinh tế - kĩ thuật. Bảng sau trình bày các thiết bị bù và suất tổn thất công suất tác dụng của chúng .
Loại thiết bị bù kbù, kW/kVWAr
Tụ điện 0,003- 0,005
Máy bù đồng bộ S =5000 – 30.000 kVA 0,002 - 0,027
Máy bù đồng bộ S < 5000 kVA 0,03 - 0,05
Động cơ dây quấn được đồng bộ hoá 0,02- 0,08
Máy phát đồng bộ dùng làm máy bù 0,1 - 0,15
Máy phát đồng bộ dùng làm máy bù, không tháo động cơ sơ cấp.
0,15 - 0,3
- Tụ điện : Là loại thiết bị điện tĩnh, làm việc với dòng điện vượt trước điện áp do đó nó có thể sinh ra công suất phản kháng Q cung cấp cho mạng. *. Ưu điểm:
+ Suất tổn thất công suất tác dụng bé, không có phần quay nên lắp giáp bảo quản dễ dàng.
39 + Việc chế tạo thành từng đơn vị nhỏ, vì thế mà chúng ta ghép dần tụ điện vào mạng tuỳ theo sự phát triển của của phụ tải. Nhằm tăng hiệu suất sử dụng và không phải bỏ qua nhiều vốn đầu tư ngay một lúc.
*. Nhược điểm:
+ Nhạy cảm với sự biến động của điện áp đặt lên cực tụ điện. Vì Q do tụ điện sinh ra tỷ lệ với bình phương của điện áp.
+ Tụ điện cấu tạo kém chắc chắn, dễ bị phá hỏng khi xảy ra ngắn mạch
khi điện áp tăng đến 110% Uđm thì tụ điện dễ bị chọc thủng .
+ Khi cắt tụ điện ra khỏi mạng, trên tụ vẫn tồn tại điện áp dư có thể gây nguy hiểm cho người vận hành.
- Máy bù đồng bộ : Là một động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ không tải do không có phụ tải trên trục nên máy bù đồng bộ được chế tạo gọn nhẹ và rẻ hơn so với động cơ đồng bộ cùng công suất, ở chế quá kích thích máy bù sản suất ra cộng suất phản kháng cung cấp cho mạng, còn ở chế độ thiếu kích thích máp bù tiêu thụ công suất phản kháng của mạng. Ngoài công dụng bù công suất phản kháng máy bù còn là thiết bị rất tốt để để điều chỉnh điện áp.
*. Nhược điểm: của máy bù là có phần quay lên lắp giáp, bảo quản, vận hành
khó khăn. Để cho kinh tế máy bù thường được chế tạo với công suất lớn máy bù đồng bộ thường được dùng ở những nơi cần bù tập trung với dung lượng lớn.
- Động cơ không đồng bộ dây quấn được đồng bộ hoá khi cho dòng điện một
chiều vào rô to của động cơ không đồng bộ dây quấn, động cơ sẽ làm viẹc như một động cơ đồng bộ với dòng điện vượt trước điện áp. Do đó nó có khả năng sinh ra công suất phản kháng cung cấp cho mạng.
*. Nhược điểm: Của loại động cơ này tổn thất công suất khá lớn, khả năng quá
tải kém .Vì vậy thường động cơ chỉ được làm việc với 75% công suất định mức.Với lý
do trên, động cơ không đồng đồng bộ rô to dây quấn được đồng bộ hoá được coi là loại thiết bị bù kém nhất, nó chỉ được dùng khi không có sẵn các thiết bị bù khác.
*. Nhận xét: Ngoài các thiết bị kể trên, còn có thể dùng động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ quá kích từ hoặc dùng máy phát điện làm việc ở chế độ bù để làm máy bù. Như ở các xí nghiệp có nhiều tổ máy Diezen-máy phát làm nguồn dự phòng, khi chưa dùng đến có thể làm máy bù đồng bộ.
6.4.2 Phân phối dung lượng bù trong mạng điện.
1. Vị trí đặt thiết bị bù.
Sau khi tính dung lượng bù và chọn thiết bị bù thì vấn đề quan trọng là bố trí thiết bị bù vào trong mạng sao cho đạt hiệu quả kinh tế nhất. Thiết bị bù có thể được đặt ở phía điện áp cao (lớn hơn 1000V) hoặc ở phía điện áp thấp ( nhỏ hơn 1000V).
a) Tụ điện diện áp cao (6-15 kV) được đặt thanh cái của trạm biến áp trung gian hoặc trạm phân phối.
*. Ưu điểm:
- Nhờ được đặt tập trung nên việc theo dõi vận hành các tụ điện dễ dàng và có khả năng thực hiện việc tự động hoáđiều chỉnh dung lượngbù.
- Tận dụng được hết khả năng của tụ điện, nói chung các tụ điện vận hành liên tục nên chúng phát ra công suất bù tối đa.
40 *. Nhược điểm:
- Không bù được công suất phản kháng ở mạng điện áp thấp, do đó không có tác dụng giảm tổn thất điện áp và công suất ở mạng điện áp thấp.
b) Tụ điện điện áp thấp (0,4 kV) được đặt theo ba cách:
- Đặt tập trung ở thanh cái phía điện áp thấp của trạm biến áp phân xưởng. Được dùng trong trường hợp dung lượng bù khá lớn hoặc khi có yêu cầu tự động điều chỉnh dung lượng bù để ổn điện áp của mạng.
*. Nhược điểm: Không giảm được tổn thất trong mạng phân xưởng.
- Đặt thành nhóm ở tủ phân phối động lực .Vì các tụ được đặt thành từng nhóm nên chúng không chiếm diện tích lớn, có thể đạt trong những tủ phân phối động lực, hoặc trên xà nhà các nhà phân xưởng.
*. Nhược điểm: Do các tụ điện bố trí phân tán khiến việc theo dõi chúng trong khi vận hành không thuận tiện và khó thực hiện việc tự động điều chỉnh dung lượng bù.
- Đặt phân tán ở từng thiết bị dùng điện. Đứng về mặt giảm tổn thất điện năng mà xét thì việc đặt phân tán các tụ bù ở từng thiết bị có lợi hơn cả.
*. Nhược điểm: Với cách đặt này khi thiết bị điện nghỉ thì tụ cũng nghỉ theo, do đó hiệu suất sử dụng không cao. Phương án này chỉ được dùng để bù cho những động cơ không đồng bộ có công suất lớn.
Lưu ý: Trong thực tế tuỳ tình hình cụ thể mà chúng ta phân phối cả ba phương án đặt tụ điện kể trên.
2) Phân phối dung lượng bù trong mạng hình tia.
Giả sử trong mạng hình tia có n nhánh, tổng dung lượng bù là Qbù, hãy phân phối dung lượng bù trên các nhánh sao cho tổn thất công suất tác dụng do công suất phản kháng gây ra là nhỏ nhất để hiệu quả bù là lớn nhất.
Gọi dung lượng bù được phân phối trên các nhánh là Qbù 1 , Qbù 2 … Qbù n . Phụ tải phản kháng và điện trở của các nhánh lần lượt là Q1 ,Q2 … Qn và r1 , r2 …rn. Tổn thất công suất tác dụng do công suất phản kháng gây ra được tính theo biểu thức sau:
( Q1 - Qbù 1 )2 ( Q2 - Qbù 2 )2 ( Qn - Qbù n )2 P = r1 + r2 + …+
U2 U2 U2 = f(Qbù 1 ,Qbù 2 …Qbù n)
Với điều kiện rằng buộc về cân bằng công suất bù là .
(Qbù 1 ,Qbù 2 …Qbù n) =Qbù 1 +Qbù 2 …+Qbù n= 0
Để thuận tiện trong vận hành và giảm bớt các thiết bị đóng cắt, đo lường cho các nhómm tụ, người ta qui định rằng nếu dung lượng bù tối ưu của một nhánh nào đó nhỏ hơn 30kVAr thì không đặt tụ điện ở nhánh đó mà nên phân phối dung lượng bù đó sang các nhánh lân cận.
3) Phân phối dung lượng bù trong mạch phân nhánh. Giả sử một mạng phân nhánh do nhiều mạng hình tia ghép lại. Dung lượng bù của nhánh thứ n được tính theo công thức sau:
(Q(n -1) .n - Qbù đặt n) .Rtdn Qbù n = Qn -
rn
41 Trong đó: Qn - Phụ tải phản kháng thứ n.
Q(n -1) .n - Phụ tải phản kháng chạy trên đoạn từ điểm(n-1) tới điểm n.
Qbù đặt n - Dung lượng bù đặt tại điểm n.
Rtdn - Điện trở tương đương của mạng kể từ điểm n trở về sau. 4) Phân phối dung lượng bù phía sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp phân xưởng.
Khi đã biết dung lượng bù của một nhánh lào đó, cần xác định xem nên phân phối dung lượng bù đó về phía sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp phân xưởng như thế là nào để đạt được hiệu quả lớn nhất.Việc đặt tụ điện phía điện áp thấp lại giảm được tổn thất công suất nhiều hơn so với việc đặt tụ điện phía cao áp.
Gọi Qbù thấp là dung lượng bù phía điện áp thấp. Chênh lệch vốn đầu tư khi đặt
Qbù thấp ở phía điện áp thắp so với khi đặt một dung lượng bù như vậy ở phía điện áp cao.
V = (athấp – acao) Qbù ,thấp
Trong đó : athấp ,acao – giá thành 1kVAr tụ điện áp thấp và cao.
Số tiền tiết kiệm được mỗi năm do đặt tụ điện ở phía điện áp thấp là. [Q2–(Q - Qbù,thấp)2] (RB +Rtd)kt
V =
U2 .103
Trong đó :Q - Phụ tải phản khág của máy biến áp phân xưởng (bao gồm cảQ
trong máy biến áp ).
Qbù,thấp- Dung lượng bù phía điện áp thấp.
RB- Điện trở của máy biến áp được qui đổi về phía điện áp thấp. Rtd- Điện trở tương đương của mạng điện áp thấp.
K - Hệ số xét đến ca làm việc trong ngày (1ca, k =0,3;2ca, k =0,55 ; 3ca, k =0,75)
- Giá trị kWh điện năng. t - Số giờ làm việc trong năm .
U - Điện áp định mức của mạng điện áp thấp (kV).
6.4.3 Chọn tụ điện và điều chỉnh dung lượng bù.
a) Chọn tụ điện.
Tụ điện chủ yếu được chọn theo điện áp định mức. Số lượng tụ điện phụ thuộc vào dung lượng bù. Dung lượng tụ sinh ra được tính theo biểu thức.
Qtd = 2fU2C = 0,314U2C Trong đó : U - điện áp đặt nên cực tụ điện (kV)
C - điện dung của tụ điện (F)
Vì công suất phản kháng do tụ sinh ra tỷ lệ với bình phương điện áp đặt lên cực của nó nên chúng ta cần cho tụ làm việc đúng điện áp định mức của nó.
Tụ điện áp thấp thường được chế tạo thành tụ ba pha, ba phần tử của nó được nối thành hình tam giác. Tụ điện áp cao thường được chế tạo thành tụ một pha chúng được ghép lại thành hình tam giác, có cầu chì bảo vệ cho từng pha.
42 b) Điều chỉnh dung lượng bù.
Điều chỉnh dung lượng bù của tụ điện cho phù hợp với phụ tải phản kháng để đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất.
Việc điều chỉnh dung lượng bù có thể được thực hiện bằng tay hay tự động. Việc điều chỉnh tự động dung lượng bù của tụ điện thường được đặt ra trong trường hợp bù tập chung với dung lượng lớn.
Có bốn cách điều chỉnh dung lượng bù theo nguyên tắc điện áp, theo thời gian theo dòng điện phụ tải và theo hướng đi của công suất phản kháng. Điều chỉnh dung lượng bù theo điện áp và thời gian hay được dùng.
- Điều chỉnh dung lượng bù theo điện áp: Nếu điện áp của mạng sụt dưới điện áp định mức, có nghĩa là mạng thiếu công suất phản kháng, thì cần phải đóng thêm tụ điện vào làm việc và ngược lại. Phương pháp này vừa giải quyết được yêu cầu bù công suất phản kháng, nâng cao hệ số công suất Cos, vừa có tác dụng ổn định điện áp.
- Điều chỉnh dung lượng bù theo nguyên tắc thời gian: Căn cứ vào sự biến đổi của phụ tải phản kháng trong một ngày đêm người ta đóng hoặc cắt bớt tụ điện. Phương pháp này được dùng khi đồ thị phụ tải phản kháng hàng ngày biến đổi theo qui luật tương đối ổn định.
- Điều chỉnh tự động dung lượng bù theo dòng điện phụ tải được dùng trong trường hợp phụ tải thường biến đổi đột ngột.
Khi dòng điện phụ tải tăng cần đóng thêm tụ điện vào làm việc, khi dòng điện phụ tải giảm cần cắt tụ điện ra.
- Điều chỉnh dung lượng bù theo hướng đi của công suất phản kháng thường được dùng khi trạm biến áp ổ cuối đường dây và xa nguồn. Nếu công suất phản kháng chạy từ nguồn đến phụ tải cần công suất nguồn.
6.4.4 Vận hành tụ điện .
Tụ điện phải được đặt ở nơi cao giáo, ít bụi bậm, không dễ nổ, dễ cháy và không có khí ăn mòn.
Tụ điện điện áp cao phải được đặt trong phòng riêng, có biện pháp chống cháy và nổ. Phòng phải có cửa ra vào thuận tiện để tránh khi xảy ra sự cố tụ điện nổ, người vận hành có đường sơ tán nhanh khỏi nơi nguy hiểm.
Khi vận hành tụ điện đảm bảo hai điều kiện:
- Điều kiện t0: Phải giữ cho nhiệt độ không khí xung quanh tụ điện không vượt
quá +350C.
-Điều kiện U: Phải giữ cho điện áp trên cực của tụ điện không vượt quá
110%Uđm. Khi điện áp mạng vượt quá giới hạn cho phép nói trên thì phải cắt tụ
điện ra khỏi mạng.
Cần chú ý : Để tránh ảnh hưởng của dao động điện áp, một số tụ điện được chế tạo với điện áp định mức cao hơn điện áp định nức của mạng là 5%.
Trong lúc vận hành nếu thấy tụ điện bị phình ra thì phải cắt ngay ra khỏi mạng, vì đó là hiện tượng của sự cố nguy hiểm, tụ điện có thể bị nổ.
43
Bài kiểm tra sau mỗi học trình.
Học trình 1. (thời gian 45 phút)
Câu 1: Thế nào là hộ tiêu thụ điện và có mấy loại?
Câu 2: Hãy xác định phụ tải tính toán theo phương pháp hệ số cực đại và công suất trung bình.
S TT Tên máy Pđm (kW) Số lượng Cos
1 Cầu trục ( 36%) 14 1 0,6
2 Biến áp hàn( 49%) 12 1 0,6
3 Máy mài thô 10 2 0,6
4 Máy mài tinh 7 2 0,6
5 Máy tiện 5,5 3 0,6
6 Máy khoan 4,5 3 0,6
7 Quạt gió 1,7 1 0,6
Học trình 2. (thời gian 45 phút)
Câu 1: Hãy nêu những yêu cầu cơ bản của mạng điện xí nghiệp?
Câu 2: Hãy xác định vị trí đặt của trạm biến áp trung gian, biết các thông tin về vị trí vàphụ tải của các điểm tải như sau.
Điểm tải Công suất
kVA Toạ độ ,km x Toạ độ, km y 1 46 7,4 1,2 2 52,5 33 5 3 35 2 23 4 56,3 21 20 5 38 19 12 6 42,7 36 9 7 37 22 35 Học trình 3.(thời gian 45 phút)
Câu 1: Hãy nêu ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất cos?
Câu 2:Thiết kế chiếu sáng cho một phòng nhỏ có diện tích 100 m2, p0 =30W
bằng phương pháp chiếu sáng trên một đơn vị sản suất .
44
Bài thi hết học phần.
Thời gian : 120 phút
Đề số 1.
Câu1: Em hãy nêu ý nghĩa của việc nâng cao hệ số cos?
Câu2 : Xác định phụ tải động lực có các tham số cho trong bảng sau theo 2 phương pháp: Hệ số nhu cầu và hệ số cực đại, đánh giá sai số giữa 2 phương pháp và cho nhận xét.
Pn ,kW 3 4,5 5,6 6,3 8 10 12 14
ksd 0,64 0,54 0,48 0,48 0,62 0,67 0,43 0,53
Câu 3: Thiết kế chiếu sáng cho một nhà xưởng có kích thước ab*H = 18 * 8,5
*4m với trần màu trắng, tường màu vàng và sàn trải plastic.
Khidùng đèn huỳnh quang.
Đề số 2.
Câu 1: Em hãy nếu các biện pháp nâng cao hệ số cos?