Phần lớn các thiết bị tiêu dùng điện đều tiêu thụ công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q. Công suất tác dụng là công suất được biến thành cơ năng hoặc nhiệt năng trong các thiết bị dùng điện, còn công suất phản kháng Q là công suất từ hoá trong các máy điện xoay chiều, nó không sinh ra công. Việc tạo ra công suất phản kháng không đòi hỏi tiêu tốn năng lượng của động cơ sơ cấp quay máy phát điện. Mặt khác công suất phản kháng cung cấp cho hộ tiêu dùng điện không nhất thiết phải lấy từ nguồn. Vì vậy để tránh truyền tải một lượng Q khá lớn trên đường dây, người ta đặt gần các hộ tiêu dùng điện các máy sinh ra Q (tụ điện, máy bù đồng bộ,... ) để cung cấp trực tiếp cho phụ tải, làm như vậy được gọi là bù công suất phản kháng. Khi bù công suất phản kháng thì góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch sẽ nhỏ đi, do đó hệ số công suất cosϕ của
mạng được nâng cao, giữa P, Q và góc ϕ có quan hệ sau: ϕ = Q arctg P
Khi lượng P không đổi, nhờ có bù công suất phản kháng, lượng Q truyền tải trên đường dây giảm xuống, do đó góc ϕ giảm, kết quả là cosϕ tăng lên.
Hệ số công suất cosϕ được nâng cao lên sẽ đưa đến những hiệu quả sau:
* Giảm được tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện.
* Giảm được tổn thất điện áp trong mạng điện.
* Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp.
* Tăng khả năng phát của các máy phát điện.
5.1. Xác định dung lượng bù cần thiết
Tiến hành bù để nâng hệ số công suất:
(tgϕ1 tgϕ2)
P
Qb = ttxn −
Pttxn - Phụ tải tác dụng tính toán toàn nhà máy, [kW]
tgϕ1 - Tương ứng với hệ số cosϕ1 trước khi bù (theo chương 1)
tgϕ2 - Tương ứng với hệ số cosϕ2 sau khi cần bù để đạt giá trị quy định (ở đây ta lấy cosϕ2 = 0,95)
Vậy dung lượng bù cần thiết là:
(kVAr)
5.2. Tính toán và lựa chọn loại tụ bù
Ta có thể chọn các loại thiết bị bù sau:tụ điện tĩnh;máy bù đồng bộ;động cơ không đồng bộ rôto dây quấn được đồng bộ hóa….
* Máy bù đồng bộ: Là loại động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ không tải.
- Ưu điểm của máy bù đồng bộ: Đây là thiết bị rất tốt để điều chỉnh điện áp, thường để điều chỉnh điện áp trong hệ thống
- Nhược điểm : Là lắp đặt, vận hành khó khăn.
* Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn được đồng bộ hóa:
- Ưu điểm : Là có khả năng sinh công lớn.
- Nhược điểm : Là tổn thất công suất lớn và khả năng quá tải kém.
* Tụ bù tĩnh :
Đây là thiết bị làm việc với dòng vượt mức điện áp do đó có thể tạo ra được công suất phản kháng. Các bộ tụ điện bù có thể đặt ở TPPTT, thanh cái cao áp, hạ áp của TBAPP , tại các tủ phân phối, tủ động lực hoặc tại đầu cực các phụ tải lớn
- Ưu điểm : Tiêu hao ít công suất tác dụng,việc tháo lắp dễ dàng. Hiệu suất sử dụng cao,vốn đầu tư ít.
Nhược điểm : Là nhạy cảm với sự biến động của điện áp đặt lên cực của tụ điện, cơ cấu kém chắc chắn, dễ bị phá hỏng khi có sự cố ngắn mạch. Khi đóng tụ vào mạng,trong mạng sẽ có dòng xung;khi ngắt ra khỏi mạng trên cực tụ điện vẫn còn điện áp dư có thể gây nguy hiểm cho người vận hành. Mặt khác việc bố trí lắp đặt tụ bù cũng ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả bù.
Kết luận: Như đã phân tích ở trên và từ các đặc điểm trên ta có thể lựa chọn thiết bị bù là các tụ điện tĩnh . Nó có ưu điểm là giá đầu tư 1 đơn vị công suất bù không phụ thuộc vào dung lượng tụ bù nên thuận tiện cho việc chia nhỏ thành nhóm và đặt gần các phụ tải.
Mặt khác tụ điện tĩnh tiêu thụ rất ít công suất tác dụng từ 0,003 ÷ 0,005 kW và vận hành đơn giản, ít sự cố .
5.3.Phân phối dung lượng cho các trạm biến áp phân xưởng
Từ trạm biến áp trung tâm về các máy biến áp phân xưởng là các mạng hình tia gồm 9 nhánh có sơ đồ thay thế như hình sau:
Hình 5.1. Sơ đồ thay thế mạng cao áp xí nghiệp dùng để tính toán công suất bù tại thanh cái hạ áp các TBA phân xưởng
Công thức phân phối dung lượng bù cho một nhánh hình tia .
Qbi = Qi -
−
i b xn
R Q Q
.Rtđ Trong đó:
Qbi - Là công suất bù cần đặt ở thanh cái hạ áp trạm biến áp thứ i [kVAr]
Qi - Là công suất phản kháng lớn của phụ tải TBA thứ i [kVAr]
Qxn - Là công suất phản kháng toàn xí nghiệp [kVAr]
Rtđ - Điện trở tương đương toàn mạng.
Ri - Điện trở nhánh thứ i ,với Ri = RCi+RBi
RCi - Điện trở của đường dây thứ i.
RBi - Điện trở của trạm biến áp áp thứ i.
...
R 1 R R 1
1
2 1 td
−
+ +
=
Với trạm đặt hai máy biên áp : RBi =
Ω , 10 S .
.U P .Δ 2
1 3
2dm 2 dm N
- Xét nhánh 1: dung lượng bù tối ưu của nhánh 1 là:
Qb1 =502,35-(3041,36-1151,9).=264,58 kVAr
Vì trạm biến áp 1 có 2 máy biến áp nên ta đặt 2 tủ bù cho trạm, trên mỗi thanh cái đặt 1 tủ. Như vậy ta chọn 10 tụ loại KM2-0,38-25Y có Qb=25 kVAr, mỗi tủ bù có 5 bộ tụ.
Áp dụng công thức tính trên ta có bảng kết quả bù sau:
Bảng 5.1. Chọn tụ bù Trạm biến
áp
RB Rc Ri 1/r Q Qb Loại tụ Số
lượng Công suất B1 0,23 0,09 0,32 3,15 502,35 264,58 KM2-0,38-25Y 10
25 B2 0,33 0,01 0,34 2,94 272,44 50,28 KM2-0,38-25Y 2
25
B3 0,33 0,04 0,37 2,70 419,99 215,90 KM2-0,38-25Y 8 25 B4 0,40 0,01 0,40 2,48 275,03 87,57 KM2-0,38-25Y 4
25 B5 0,33 0,06 0,39 2,56 485,88 292,73 KM2-0,38-25Y 12
25 B6 0,40 0,09 0,49 2,05 493,87 338,68 KM2-0,38-25Y 14
25 B7 0,40 0,03 0,42 2,37 387,01 207,71 KM2-0,38-25Y 8
25 B8 0,72 0,05 0,77 1,30 324,13 225,65 KM2-0,38-25Y 8
25 B9 0,33 0,04 0,37 2,67 444,15 242,21 KM2-0,38-25Y 10
25 Sơ đồ ghép nối tụ bù trong trạm biến áp B1
tủ bù tủ a tổng tủ phân phối
cho các px
tủ a phân
đoạn tủ phân phối
cho các px tủ a tổng tủ bù
Hình 5.2. Sơ đồ ghép nối tụ bù trong trạm biến áp Các trạm còn lại lắp tụ bù tương tự.
5.4.Đánh giá hiệu quả bù
Hiệu quả bù công suất phản kháng có thể đánh giá trên cơ sở so sánh lượng điện năng tiết kiệm được do việc lắp đặt các thiết bị bù
Thành phần tổn thất công suất tác dụng do dòng điện phản kháng gây ra:
- Trước khi bù:
2. .10 3,
P Q R kW
U
−
∆ = ÷
- Sau khi bù:
' Q Qb 2. .10 ,3
P R kW
U
− −
∆ = ÷÷
Lượng công suất tiết kiệm được do bù là:
P P P' δ = ∆ − ∆ Giá trị công suất tiết kiệm được trên 1 đơn vị công suất bù là:
( / )
k P kW kVAr dl Q
b
=δ
Áp dụng các công thức trên ta có bảng tổng kết sau:
Bảng 5.2. Đánh giá kết quả bù.
TBA Qi Qbi ΔP ΔP’ δP
B1 502,35 264,58 0,17 0,04 0,13
B2 272,44 50,28 0,05 0,03 0,02
B3 419,99 215,90 0,13 0,03 0,10
B4 275,03 87,57 0,06 0,03 0,03
B5 485,88 292,73 0,19 0,03 0,16
B6 493,87 338,68 0,25 0,02 0,22
B7 387,01 207,71 0,13 0,03 0,10
B8 324,13 225,65 0,17 0,02 0,15
B9 444,15 242,21 0,15 0,03 0,12
Như vậy, việc đặt bù ngang lại mang hiệu quả kinh tế cao, không những giúp giảm tổn thất mà còn góp phần tiết kiệm chi phí cho xí nghiệp