Chương 2. TỔNG QUAN VỀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
2.1.4. Các vị trí lắp đặt tụ bù
Không có các quy tắc chung nào áp dụng cho mỗi kiểu lắp đặt. Theo lý thuyết thì tụ bù có thể được lắp đặt tại bất kỳ vị trí nào trên lưới điện. Tuy nhiên, cần phải đánh giá đến tính khả thi liên quan giữa thực tế và kinh tế. Thông thường, tụ bù được mắc ngay phía trước phụ tải của các hộ tiêu thụ điện, trên thanh cái của các trạm biến áp hoặc tại các điểm nút của mạng điện để tránh phải truyền tải công suất phản kháng trên các phần tử khác của mạng điện [9].
Hình 2.7. Sơ đồ vị trí lắp đặt tụ bù trong lưới điện phân phối.
Trong đó: A, B, C, D lần lượt là bù trực tiếp, bù theo nhóm, bù tập trung ở cấp điện hạ áp và bù tập trung ở cấp điện cao áp.
Theo các phương thức bù thì bù công suất phản kháng có các dạng sau đây:
2.1.4.1. Bù phân tán (còn gọi là bù trực tiếp)
Tụ điện có dung lượng phù hợp được đấu nối trực tiếp với thiết bị đầu cuối của tải có yêu cầu công suất phản kháng. Cách lắp đặt này khá đơn giản và ít tốn kém. Tụ điện và phụ tải sử dụng chung một thiết bị bảo vệ quá dòng, đóng cắt cùng lúc. Kiểu lắp đặt này phù hợp cho các thiết bị lớn có công suất và phụ tải không thay đổi, thời gian kết nối dài (thường sử dụng cho động cơ và các tải phi tuyến như đèn huỳnh quang).
a) b) c) Hình 2.8. Sơ đồ lắp tụ bù trực tiếp
Nhược điểm của kiểu bù trực tiếp tại hình 2.7 (sơ đồ a và b) là có nguy cơ xảy ra rủi ro trong quá trình vận hành. Khi ngắt kết nối ra khỏi nguồn điện, do quán tính, động cơ sẽ tiếp tục quay và tự kích thích với năng lượng phản kháng phát ra từ tụ điện.
Khi đó động cơ có thể sẽ trở thành máy phát không đồng bộ. Trong trường hợp này, điện áp phía tải của thiết bị điều khiển và đóng cắt vẫn được duy trì với nguy cơ quá áp nguy hiểm (dangerous overvoltages) có giá trị lên đến hai lần điện áp định mức.
Đối với kiểu đấu nối tại hình 2.7 (sơ đồ c) thì tụ bù chỉ được kết nối sau khi động cơ đã được khởi động, và tụ sẽ ngắt kết nối trước khi ngắt nguồn động cơ. Với kiểu đấu này, mạng điện về phía nguồn của phụ tải sẽ vận hành với hệ số công suất cao.
2.1.4.2. Bù theo nhóm
Đối với đường dây trung thế, về lý thuyết thì khi cần tính toán bù công suất phản kháng cho một phát tuyến, cần phải xem xét phát tuyến đó có bao nhiêu nhánh lớn cần phải bù. Trường hợp phát tuyến không có nhánh rẽ thì chỉ cần tính toán bù trên phát tuyến. Trường hợp phát tuyến có nhiều nhánh rẽ lớn thì cần phải tính toán bù trên mỗi nhánh để đảm bảo các hàm mục tiêu đã đặt ra.
Thông thường trên thực tế người ta thường xác định vị trí đặt tụ bù tối ưu theo phương pháp sau:
* Đối với trường hợp chỉ đặt tụ bù tại một vị trí trên phát tuyến:
Xét phương trình giảm tổn thất công suất:
P3.c..x1. 2x1.x1c (2.15) Đạo hàm ∆P theo x1 và cho bằng không:
P/x13.c. 2x1x1.c(1)0 (2.16)
Suy ra:
1 2
2
1
x c (2.17) Để đơn giản trong tính toán, áp dụng công thức tỷ số bù tối ưu ở trường hợp tổng quát:
1 2
2
c n (2.18) Khi đặt một tụ bù trên phát tuyến, tỷ số bù tối ưu sẽ là: c = 2/3
Đối với phụ tải phân bố đều, dòng phản kháng ở cuối đường dây sẽ bằng không:
I2 = 0, 0, 1.
Vậy vị trí đặt tụ bù tối ưu là:
3 2
1
x chiều dài phát tuyến.
* Đối với trường hợp đặt tụ bù tại hai vị trí trên phát tuyến:
Xét phương trình giảm tổn thất công suất khi đặt hai tụ bù trên phát tuyến:
P3.c..x1.{ 2x1.x13cx2 2x2x2.c} (2.19)
Đạo hàm ∆P theo x1 và x2 và cho bằng không:
0 1 .
2 . . 3
0 1 .
3 . 2
. . 3
2 2
2 2
1 1
1 1
x c x x
x c P
x c x x x c
P
(2.20)
Suy ra:
1 2
2 1 2
3 2
2 1
x c x c
(2.21)
Khi đặt hai tụ bù trên phát tuyến thì tỷ số bù tối ưu sẽ là: c = 2/5.
Đối với phụ tải phân bố đều, dòng phản kháng ở cuối đường dây sẽ bằng không:
I2 = 0, 0, 1.
Vậy vị trí đặt tụ bù tối ưu là:
5 2
1 x và
5 4
2
x chiều dài phát tuyến. [10]
* Ưu điểm của tụ bù:
- Công suất nhỏ, không có phần quay nên dễ bảo dưỡng và vận hành.
- Có thể thay đổi dung lượng bộ tụ bù theo sự phát triển của tải.
- Giá thành thấp hơn so với máy bù đồng bộ.
- Tiêu thụ ít công suất tác dụng.
- Làm việc êm dịu.
* Nhược điểm:
- Nhạy cảm với sự biến động của điện áp và kém chắc chắn, đặc biệt dễ bị phá hỏng khi ngắn mạch hoặc điện áp vượt quá định mức. Tuổi thọ tụ bù có giới hạn, sẽ bị hư hỏng sau nhiều năm làm việc.
- Khi đóng tụ bù vào mạng điện sẽ có dòng điện xung, còn lúc cắt tụ điện khỏi mạng trên cực của tụ vẫn còn điện áp dư có thể gây nguy hiểm cho người vận hành.
- Sử dụng tụ bù điện ở các hộ tiêu thụ công suất phản kháng vừa và nhỏ (dưới 5000 kVAr).