CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN
3.5 BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Điện năng là năng lượng chủ yếu của nhà máy, các nhà máy này trong quá trình làm việc tiêu thụ từ mạng điện cả về công suất tác dụng lẫn công suất phản kháng. Các nguồn tiêu thụ công suất phản kháng là: động cơ điện không đồng bộ, máy biến áp, đường dây và các thiết bị khác.
Tuỳ thuộc vào đặc tính của thiết bị điện, nhà máy có thể tiêu thụ một lượng điện khoảng 70% tổng số điện năng được sản xuất ra. Vì thế việc thực hiện các biện pháp tiết kiệm điện nhà máy công nghiệp có ý nghĩa rất quan trọng, không những có lợi cho bản thân các nhà máy mà còn có lợi chung cho nền kinh tế quốc dân.
Truyền tải một lượng lớn công suất phản kháng qua dây dẫn và máy biến áp không có lợi vì những nguyên nhân chủ yếu sau:
- Làm tổn thất thêm công suất tác dụng và điện năng trên các phân tử của hệ thống cung cấp điện cho tải công suất phản kháng.
- Làm tổn thất thêm điện áp.
Với những nguyên nhân trên, để có lợi về kinh tế lẫn kỹ thuật, trong lưới điện cần đưa nguồn bù công suất phản kháng tới gần những nơi tiêu thụ đó và giảm lượng công suất phản kháng nhận từ hệ thống. Khi có bù công suất phản kháng thì hệ số công suất cosϕ được nâng cao.
Hệ số công suất cosϕ được nâng cao sẽ đưa đến những hiệu quả sau:
- Giảm được tổn thất công suất trong mạng điện.
Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây được tính như sau:
U R R Q U R P U
Q
P P 2
2 2
2 2
2
2 + = +
=
∆
(3.29)
) ( )
(P PQ
P P=∆ +∆
∆
(3.30) Trong đó:
R : điện trở của phần tử gây tổn thất
∆P : Tổn thất công suất tác dụng, KW.
P, Q : Công suất tác dụng, công suất phản kháng truyền qua R.
Giảm lượng Q truyền tải trên đường dây ta giảm được thành phần tổn thất công suất ∆P(Q) do Q gây ra.
Giảm được tổn thất điện áp trong mạng điện:
U X Q U
R R P U
X Q R
U P. . . .
+ + =
=
∆
(3.31)
) ( )
(P U Q
U U =∆ +∆
∆
(3.32)
Giảm lượng Q truyền tải trên đường dây ta giảm được thành phần ∆U(Q) do Q gây ra: Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp.
U Q I P
. 3
2 2 +
=
(3.33)
Với I = const, khi giảm Q thì khả năng truyền tải công suất tác dụng P tăng lên.
Giảm được chi phí kim loại màu, góp phần làm ổn định điện áp, tăng khả năng phát điện của nhà máy phát điện.
Các thiết bị bù công suất:
Bù trên lưới điện áp:
Trong mạng điện hạ áp, bù công suất được thực hiện bằng:
- Tụ bù với lượng bù cố định (bù nền)
- Thiết bị điều chỉnh bù tự động hoặc một bộ tụ cho phép điều chỉnh liên tục tùy theo yêu cầu khi thay đổi tải
Chú ý: Khi công suất phản kháng cần bù vượt quá 800kVAr và tải tiêu thụ có tính liên tục và ổn định, việc lắp đặt bộ tụ bù ở phía trung áp thường cho hiệu quả kinh tế tốt hơn.
Tụ bù nền
Bố trí bù gồm một hoặc nhiều tụ tạo nên lượng bù không đổi. Việc điều khiển có thể thực hiện :
- Dùng CB hoặc LBS ( load – break switch).
- Bán tự động: dùng công tắc tơ.
- Mắc trực tiếp vào tải và đóng điện cho mạch bù đồng thời khi đóng tải.
Các tủ điện được đặt:
- Tại vị trí ghép nối của thiết bị điện có tính cảm.
- Tại vị trí thanh góp cấp nguồn cho nhiều động cơ nhỏ và các phụ tải có tính cảm kháng; đối với chúng việc bù từng thiết bị nhỏ quá tốn kém.
- Trong các trường hợp khi tải không thay đổi.
Bộ bù điều khiển tự động:
Thiết bị này cho phép điều khiển đóng ngắt một cách tự động, giữ hệ số công suất trong một giới hạn cho phép chung quanh giá trị hệ số công suất được chọn.
Thiết bị này được lắp đặt tại các vị trí mà công suất tác dụng và công suất phản kháng thay đổi trong phạm vi rất rộng như thanh góp của các tủ phân phối chính, tại đầu nối của các cáp trục chịu tải lớn[6].
3.5.2 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cosϕ tự nhiên
- Thay đổi và cải tiến quy trình công nghệ để các thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất.
- Thay thế động cơ không đồng bộ làm việc non tải bằng những động cơ có công suất nhỏ hơn.
- Hạn chế động cơ chạy không tải.
- Dùng động cơ đồng bộ thay thế động cơ không đồng bộ.
- Nâng cao chất lượng sửa chữa động cơ.
- Thay thế những máy biến áp làm việc non tải bằng những máy biến áp có dung lượng nhỏ hơn.
3.5.3 Tính toán công suất bù Phương pháp tính đơn giản:
Thông thường một cách gần đúng có thể áp dụng cho hầu hết các trường hợp trong thực tế và có thể chọn lấy giá trị hệ số công suất bằng 0.8 trước khi cần bù để làm chuẩn. Để nâng cao hệ số công suất đến giá trị đủ để khỏi bị trả tiền phạt, đồng thời giảm bớt tổn hao và sụt áp trong mạng điện các giá trị tính toán cần được thiết kế cho trong bảng E1[Tl số 6]. Dựa vào hệ số công suất trước khi bù và sau khi bù ta có được lượng kVAr cần đặt cho mỗi kW để cải thiện hệ số công suất. Lấy giá trị tra bảng nhân với công suất tiêu thụ. Hoặc dung lượng bù được xác định theo công thức sau:
Qbù = P(tg φ1 - tg φ2) Trong đó: Qbù : Dung lượng cần bù (kVAr).
P : Công suất tác dụng tính toán của phụ tải (KW).
φ1 : Góc ứng với hệ số cosφ1trước khi bù.
φ2 : Góc ứng với hệ số cos φ2 muốn đạt được sau khi bù