Trong lưới điện tồn tại 2 loại công suất :

  • Công suất hữu dụng P (kW) là công suất sinh ra công có ích trong các phụ tải.
  • Công suất phản kháng Q (kVAr) là công suất vô ích, gây ra do tính cảm ứng của các loại phụ tải như : động cơ điện, máy biến áp, các bộ biến đổi điện áp…

 Để đánh giá ảnh hưởng của CSPK đối với hệ thống người ta sử dụng hệ số công suất  cos φ, trong đó : φ = arctg P/Q

Công suất phản kháng

CSPK Q không sinh công nhưng lại gây ra những ảnh hưởng xấu về kinh tế và kỹ thuật

  • Về kinh tế : chúng ta phải trả tiền cho lượng CSPK tiêu thụ
  • Về kỹ thuật : CSPK gây ra sụt áp trên đường dây và tổn thất công suất trên đường truyền

Vì vậy, ta cần có biện pháp bù CSPK Q để hạn chế ảnh hưởng của nó. Cũng tức là ta nâng cao hệ số cos φ.

Lợi ích khi nâng cao hệ số công suất cosφ

  • Giảm tổn thất công suất trên phần tử của hệ thống cung cấp điện ( máy biến áp, đường dây …)
  • Giảm tổn thất điện áp trên đường truyền tải
  • Tăng khả năng truyền tải điện của đường dây và máy biến áp

Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cos φ

Phương pháp nâng cao hệ số cos φ tự nhiên

Nâng cao cosφ tự nhiên có nghĩa là tìm các biện pháp để hộ tiêu thụ điện giảm bớt được lượng CSPK mà chúng cần có ở nguồn cung cấp

  • Thay đổi và cải tiến quá trình công nghệ để các thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất
  • Thay thế các động cơ làm việc non tải bằng những động cơ có công suất nhỏ hơn
  •  Hạn chế động cơ chạy không tải
  • Ở những nơi công nghệ cho phép thì dùng động cơ đồng bộ thay cho động cơ không đồng bộ
  • Thay biến áp làm việc non tải bằng máy biến áp có dung lượng nhỏ hơn

Phương pháp nâng cao hệ số  cos φ nhân tạo

Phương pháp này được thực hiện bằng cách đặt các thiết bị bù CSPK ở các hộ tiêu thụ điện. Các thiết bị bù CSPK bao gồm:

Máy bù đồng bộ

Chính là động cơ đồng bộ làm việc trong chế độ không tải.

  • Ưu điểm: máy bù đồng bộ vừa có khả năng sản xuất ra CSPK, đồng thời cũng có khả năng tiêu thụ CSPK của mạng điện
  • Nhược điểm: máy bù đồng bộ có phần quay nên lắp ráp, bảo dưỡng và vận hành phức tạp. máy bù đồng bộ thường để bù tập trung với dung lượng lớn

Tụ bù điện

Làm cho dòng điện sớm pha hơn so với điện áp do đó, có thể sinh ra CSPK cung cấp cho mạng điện

  • Ưu điểm: 
    • Công suất bé, không có phần quay nên dễ bảo dưỡng và vận hành
    • Có thể thay đổi dung lượng bộ tụ theo sự phát triển của tải
    • Giá thành thấp hơn so với máy bù đồng bộ
  • 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
    • Khi đóng tụ 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 nhân viên vận hành
    • sử dụng tụ điện ở các hộ tiêu thụ CSPK vừa và nhở ( dưới 5000 kVAr)

Tụ bù trong hệ thống cung cấp điện

Bản Vẽ mạch điều khiển Tụ Bù: Tải về

Tụ bù trong hệ thống cung cấp điện

Cấu tạo và cách thức lắp đặt của bộ tụ bù

Điện trở phóng điện

  • Các tụ điện thường lắp sẵn điện trở phóng điện để dập điện tích dư ở bên trong
  • Điện trở phóng điện của tụ thường được đấu song song với tụ. Khi cắt điện tụ, điện tích dư sẽ phóng điện qua các điện trở song song
  • Gây ra tổn thất điện năng của tụ điện
  • Phải lựa chọn điện trở phóng điện phù hợp để vừa phát huy tác dụng giải phóng điện tích thừa và hạn chế sự tổn hao công suất
  • Thông thường lựa chọn trở phóng điện theo nguyên tắc 1W / 1kVAR

Cách đấu nối tụ bù 

  • Các tụ điện cao thế thường được chế tạo 1 pha, khi đấu vào lưới phải đấu tụ theo sơ đồ tam giác. 
  • Các tụ điện hạ thế thường được chế tạo kiểu 3 pha được đấu sẵn theo sơ đồ tam giác chịu điện áp dây. 
  • Các tụ bù CSPK được đấu nối vào mạng điện theo sơ đồ hình tam giác.                                  
    Vì : QΔ = Ud2ω C = (√3. Uf)2 ωC = 3 QY 

Vị trí đặt tụ bù trong mạng điện phân phối

  • Đặt tù bù ở phía cao áp 
  • Đặt tụ bù tại thanh cái hạ áp của TBA 
  • Đặt tụ bù tại tủ động lực 
  • Đặt tụ bù tại cực của các động cơ 

Các phương thức bù CSPK bằng tụ bù

Có hai phương thức bù tụ chính là

Bù tĩnh ( bù nền)

Bố trí bù gồm một hoặc nhiều tụ tạo nên lượng bù không đổi. việc điều khiển có thể thực hiện bằng:

  • Bằng tay: dùng CB hoặc LBS ( load – break switch ) 
  • Bán tự động: dùng contactor 
  • Mắc trực tiếp vào tải đóng điện cho mạch bù đồng thời khi đóng tải

Ưu điểm: đơn giản và giá thành không cao
Nhược điểm: khi tải dao động có khả năng dẫn đến việc bù thừa.Việc này khá nguy hiểm đối với hệ thống sử dụng máy phát
=> Vì vậy, phương pháp này áp dụng đối với những tải ít thay đổi

Bù động ( sử dụng bộ tụ bù tự động)

Sử dụng các bộ tụ bù tự động, có khả năng thay đổi dung lượng tụ bù để đảm bảo hệ số công suất đạt được giá trị mong muốn

Ưu điểm: không gây ra hiện tượng bù thừa và đảm bảo được hệ số công suất mông muốn. 
Nhược điểm: chi phí lớn hơn so với bù tĩnh. 
=>  Vì vậy, phương pháp này áp dụng tại các vị trí mà công suất tác dụng và công suất phản kháng thay đổi trong phạm vi rất rộng

Tính toán công suất phản kháng và chọn tủ tụ bù

Phương pháp tính đơn giản

(để chọn tụ bù cho một tải nào đó thì ta cần biết công suất(P) và hệ số công suất (Cos φ) của tải đó): 

  • Giả sử ta có công suất của tải là P 
  • Hệ số công suất của tải là Cos φ1 → tg φ1 ( trước khi bù ) 
  • Hệ số công suất sau khi bù là Cos φ2 → tg φ2
  • Công suất phản kháng cần bù là Qb = P (tgφ1 – tgφ2 )
  • Từ công suất cần bù ta chọn tụ bù cho phù hợp trong bảng catalog của nhà cung cấp tụ bù

Phương pháp bù tối ưu dựa vào điều kiện không đóng tiền phạt

  • Xét hoá đơn tiền điện liên quan đến dung lượng kVArh đã tiêu thụ và ghi nhận số kVArh phải trả tiền sau đó, chọn hoá đơn tiền giá kVArh cao nhất phải trả (không xét đến trường hợp ngoại lệ). 
    Ví dụ: 15965 kVArh trong tháng giêng 
    Tính tổng thời gian hoạt động trong tháng đó, ví dụ : 220h số giờ xét để tính là những giờ mà hệ thống điện chịu tải lớn nhất và tải đạt giá trị đỉnh cao nhất. ngoài thời gian kể trên việc tiêu thụ công suất phản kháng là miễn phí. 
  • Giá trị công suất cần bù: 
    [kVAr] = = Qbù . kVAr : số kVAr phải trả tiền. 
    T : số giờ hoạt động 
  • Dung lượng bù thường được chọn cao hơn giá trị tính toán một chút. 
  • Một số hãng cung cấp qui tắc thước loga thiết kế đặt biệt cho việc tính toán này theo các khung giá riêng. Công cụ trên và các dữ liệu kèm theo giúp ta chọn lựa thiết bị bù và sơ đồ điều khiển thích hợp, đồng thời ràng buộc của các sóng hài điện áp trong hệ thống điện. các sóng hài này đòi hỏi sử dụng định mức tụ dư ( liên quan đến giải nhiệt, định mức áp và dòng điện ) và các cuộn kháng hoặc mạch để lọc sóng hài. 

Tủ tụ bù tự động (PFR)

Nguyên lý làm việc của bộ tụ bù tự động 

Nguyên lý làm việc của bộ tụ bù tự động

Tủ tụ bù tự động gồm các thành phần cơ bản sau

  • Bộ điều khiển (PFR) 
  • Các bộ tụ bù được nối với tải thông qua atomat và tiếp điểm của các contactor. 
  • Cảm biến dòng điện CT 

Nguyên lý hoạt động của PFR dựa theo sơ đồ trên

  • Tín hiệu dòng điện được đo thông qua biến dòng CT và tín hiệu điện áp được chuyển về bộ điều khiển PFR. 
  • Sau đó, vi điều khiển trong bộ điều khiển PFR sẽ tính toán sự sai lệch giữa dòng điện và điện áp
    => tính ra được hệ số công suất. Do sử dụng phương pháp số nên sẽ đo được chính xác hệ số công suất ngay cả khi có sóng hài. 
  • Bộ điều khiển được thiết kế tối ưu hóa việc điều khiển bù công suất phản kháng. Công suất bù được tính bằng cách đo liên tục công suất phản kháng của hệ thống và sau đó được bù bằng cách đóng ngắt các bộ tụ

Những ảnh hưởng không tốt của tụ bù tới hệ thống điện 

Hiện tượng bù thừa CSPK

Bù thừa CSPK Q –> dòng điện sẽ nhanh pha hơn so với điện áp.

Bù thừa CSPK Q
=> Hệ thống tải sẽ mang tính dung

Z = √(R + 1/ωC) = √(R + 1/ 2ΠƒC)

=> Tổng trở đối với thành phần dòng điện có tần số cao sẽ giảm. Do đó, làm tăng ảnh hưởng của các thành phần sóng hài bậc cao. 

Ảnh hưởng của tụ bù tới máy phát điện

  • Trong trường hợp bù chung và tụ bù nằm trên đường cung cấp ra tải của MPĐ. Khi mất điện lưới, máy phát sẽ hoạt động và cấp điện cho tải. Tuy nhiên ban đầu các phụ tải mô tơ được đóng điện nên phụ tải chính chỉ là bộ tụ điện và một vài phụ tải nhỏ khác 
    • Phụ tải MPĐ lúc này mang tính điện dung (tương tự như trường hợp bù quá mức nói trên)
    • Điện dung này kết hợp với điện cảm của stator MPĐ tạo nên một mạch dao động LC
    • Sinh ra các dao động điện áp với tần số cộng hưởng nào đó. Điều này sẽ gây ra một số ảnh hưởng nguy hiểm như sau
      • Điện áp ra của stator bị dao dộng hoặc bị méo sóng. Nên AVR không thể khắc phục hoàn toàn sự dao động này do nguồn nuôi AVR cũng chính là nguồn bị dao động. Vì vậy, đôi khi dẫn đến hiện tượng máy phát khó khởi động
      • Có thể gây ra hiện tượng quá áp trên tụ bù. Điều này có thể gây nổ các bộ tụ bù do tụ là phần tử rất nhạy cảm với điện áp
  • Với máy biến áp thì điện cảm của phần lưới vô cùng nhỏ (trừ trường hợp lưới điện vùng xa…) và công suất nguồn gần như vô hạn nên các dao động này không phát sinh và không tự khuyếch đại lên được

Quản lý và vận hành hệ thống tụ bù 

An toàn khi lắp đặt, vận hành và sửa chữa tụ điện

  • Các nhân viên vận hành, lắp đặt, bảo dưỡng tụ điện phải hiểu rõ các nguy hiểm có thể xảy ra khi vận hành bảo dưỡng sửa chữa
  • Không được vận hành khi thấy tụ điện có các hiện tượng bất thường
  • Khi tiến hành kiểm tra trong vận hành phải đứng cách xa tụ điện 1,5m

Các bước chuẩn bị trước khi đóng điện vào tụ điện

Trước khi đóng điện vào tụ điện phải kiểm tra các hạng mục sau: 

  • Kiểm tra độ chắc chắn của các đầu nối dây
  • Vệ sinh bề mặt các bình tụ của dàn tụ điện
  • Kiểm tra tủ bù đặt có chắc chắn không và được nối đất chưa
  • Kiểm tra sự ghép nối các bình tụ với khung giá đỡ có chắc chắn
  • Kiểm tra sự rỉ dầu của bình tụ
  • Kiểm tra khoảng cách an toàn giữa các phần mang điện giữa các pha với nhau và giữa các pha với đất
  • Đo điện dung của từng chuỗi tụ và nhiệt độ môi trường tại thời điểm đo

Điều kiện chọn các thiết bị đóng cắt cho giàn tụ

  • Các thiết bị đóng cắt cho giàn tụ phải có dòng danh định bằng hoặc lớn hơn 135% dòng danh định của giàn tụ 
  • Các thiết bị đóng cắt cho giàn tụ phải có khả năng đóng cắt giàn tụ khi điện áp hệ thống cực đại 

Vận hành hệ thống tụ bù

Trong vận hành tụ bù hạ áp cần 1 số chú ý

  • Không đóng tụ điện trở lại lưới khi điện áp trên điện cực của tụ điện lớn hơn 50V. Thời gian danh định là 60s
  • Khi cắt attomat tổng phải cắt tụ trước rồi mới cắt nguồn
  • Khi đóng thì phải đóng nguồn tổng trước rồi mới đóng tụ điện. Trường hợp có 2 hay nhiều bộ tụ phải đóng từng bộ tụ

Khi vận hành tụ điện cần đảm bảo 2 điều kiện sau

  • Điều kiện nhiệt độ: Phải giữ cho nhiệt độ không khí xung quanh tụ điện không quá +35oC. 
  • Điều kiện điện áp: Phải giữ cho điện áp trên cực của tụ không vượt quá 110% Uđm. Khi điện áp của mạng vượt quá giới hạn cho phép nói trên thì phải cắt tụ ra khỏi mạng. 
  • Trong vận hành nếu thấy tụ điện bị phình ra phải cắt tụ ngay ra khỏi mạng vì đó là hiện tượng của sự cố nguy hiểm, có thể nổ tụ. 
  • Nếu đặt tụ bù tại tủ phân phối chính EMDB của Tổng trạm thì khi chạy máy phát điện dự phòng cần cắt bộ tụ ra khỏi lưới để tránh sự giao động điện áp mà bộ AVR không đáp ứng được dẫn đến máy phát không hoạt động được.

Có thể bạn quan tâm: Vị trí lắp đặt tụ bù

Tổng Quan Về Tụ Bù Điện
5 (100%) 2 votes