TỤ BÙ VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
1. Tại sao phải bù công suất phản kháng?
Công suất phản kháng 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 công suất phản kháng tiêu thụ.
– Về kỹ thuật: công suất phản kháng gây ra sụt áp trên đường dây và tổn thất công suất trên đường truyền.
Vì vậy, ta cần có biện pháp bù công suất phản kháng Q để hạn chế ảnh hưởng của nó. Cũng tức là ta nâng cao hệ số cosφ.
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.
Theo quy định của Bộ Công Thương: “Thông tư Quy định về mua, bán công suất phản kháng” có hiệu lực từ ngày 10/12/2014, người sử dụng điện sẽ bị phạt tiền nếu hệ số công suất cosφ dưới mức cho phép.
Để cải thiện hệ số công suất (hệ số cos phi) mạng điện, cần một bộ tụ điện làm nguồn phát công suất phản kháng. Giải pháp này gọi là bù công suất phản kháng.
Tải mang tính cảm có hệ số công suất thấp sẽ nhận thành phần dòng điện phản kháng từ máy phát đưa đến qua hệ thống truyền tải phân phối, do đó kéo theo tổn thất công suất và hiện thượng sụt áp.
Khi mắc các tụ song song với tải, dòng điện có tính dung của tụ sẽ có cùng đường đi như thành phần cảm kháng của dòng tải, vì vậy hai dòng điện này sẽ triệt tiêu lẫn nhau Ic = IL . Như vậy không còn tồn tại dòng phản kháng qua phần lưới phía trước vị trí đặt tụ.
Đặc biệt, ta nên tránh định mức động cơ quá lớn cũng như chế độ chạy không tải của động cơ vì lúc này hệ số công suất của động cơ rất nhỏ (0.17) do lượng công suất tác dụng tiêu thụ ở chế độ không tải nhỏ.
2. TỦ TỤ BÙ LÀ GÌ?
Tủ điện tụ bù công suất phản kháng hay còn gọi là TỦ TỤ BÙ thông thường bao gồm các Tụ bù điện mắc song song với tải, được điều khiển bằng một Bộ điều khiển tụ bù tự động thông qua thiết bị đóng cắt Contactor.
Tủ tụ bù 1200KVAr
TỦ TỤ BÙ có chức năng chính là nâng cao hệ số công suất cosφ (cos phi) qua đó giảm công suất phản kháng (công suất vô công) nhằm giảm tổn thất điện năng tiết kiệm chi phí. Người sử dụng sẽ giảm hoặc không phải đóng tiền phạt công suất phản kháng theo quy định của ngành Điện lực.
3. CẤU TẠO TỦ TỤ BÙ
Tủ tụ bù công suất phản kháng 3 pha thông thường được cấu tạo từ những thiết bị sau:
– Điện áp: 380 ÷ 440V
– Tần số: 50/60Hz
– Tự động tính toán dung lượng cần bù để đóng cắt tụ bù hợp lý đảm bảo hệ số công suất dao động gần ngưỡng cài đặt (cosφ = 0.95)
– Các cấp tụ bù được đóng cắt luân phiên nhằm nâng cao tuổi thọ của tụ bù và thiết bị đóng cắt
– Đèn báo pha Đỏ – Vàng – Xanh
– Đèn báo On-Off các cấp tụ
– Cầu chì bảo vệ
– MCCB,MCB,...
– Contactor
– Tủ 2 lớp cánh bằng thép sơn tĩnh điện, mặt kính, có chân đế, tủ trong nhà, đặt trên sàn / tủ ngoài trời, chống nước mưa.
Tùy chọn:
– Đồng hồ Volt, Ampe
– Chuyển mạch Volt, Ampe đo 3 pha
– Quạt làm mát
– Còi báo sự cố
– Cuộn kháng lọc sóng hài
sơ đồ nguyên lý tủ tụ bù
TỦ TỤ BÙ được dùng cho các hệ thống điện sử dụng các phụ tải có tính cảm kháng cao, sử dụng các Contactor để thay đổi số lượng tụ bù vào vận hành, quá trình thay đổi này có thể điều khiển bằng chế độ tự động hoặc bằng tay. Hiện nay, TỦ TỤ BÙ thường sử dụng 2 loại Tụ bù điện là tụ dầu và tụ khô.
Tủ tụ bù thường sử dụng 02 loại tụ bù phổ biến là tụ bù dầu và tụ bù khô, có nhiều dung lượng phân chia phù hợp với nhu cầu sử dụng từ 5Kvar – 50Kvar.
Ngoài thành phần chính là Tụ bù điện, TỦ TỤ BÙ còn có thể được lắp thêm Cuộn kháng lọc sóng hài để tăng tính ổn định của hệ thống điện và bảo vệ tụ điện. Các cuộn kháng lọc sóng hài được chế tạo phù hợp với tính chất sóng hài của mạng điện gồm các loại cuộn kháng 6%, 7%, 14%.
4. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG TỦ TỤ BÙ
Nguyên lý hoạt động của Tủ tụ bù là đo độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện nếu nó nhỏ hơn giá trị cài đặt (thường là 0.95) để tự động đóng cắt tụ bù cho đến khi đạt được trị số như yêu cầu và giữ hệ số công suất quanh giá trị cài đặt.
Nếu độ lệch pha của dòng điện và điện áp nhỏ hơn giá trị cài đặt (hệ số cài đặt thông thường là 0.95) thì bộ điều khiển sẽ tự động đóng cắt tụ bù cho đến khi đạt được giá trị gần nhất so với hệ số cài đặt, và giữ ở trị số đó. Bộ điều khiển tụ bù được lập trình để tối ưu quá trình đóng cắt phù hợp với nhu cầu cụ thể của hệ thống.
Khi vận hành tủ bù điện ở chế độ tự động, bộ điều khiển tủ bù sẽ tự động tính toán được lượng công suất cần thiết để đưa ra các chỉ lệnh đóng cắt contactor hợp lý để đảm bảo hệ số cos phi ổn định theo quy định ngành điện. Mỗi cấp của bộ điều khiển sẽ được gán với 1 contactor để thực hiện nhiệm vụ đóng cắt.
TỦ TỤ BÙ thường có khoảng từ 4 ÷ 20 cấp, mỗi cấp sẽ ghép với 01 thiết bị đóng cắt Contactor.
Nhằm đảm bảo tụ bù điện vận hành trơn tru và hiệu quả, ổn định và lâu bền, các kỹ sư điện hay sử dụng cuộn kháng lọc sóng hài để tụ bù điện hoạt động tốt nhất. Các cuộn kháng lọc sóng hài có các loại như 6%, 7%, 14% tùy vào mạng điện.
Có các phương thức và phương pháp bù như: bù nền, bù ứng động, bù tập trung, bù theo nhóm, bù riêng…
5. Ứng dụng TỦ TỤ BÙ:
TỦ TỤ BÙ công suất phản kháng được sử dụng trong các mạng điện hạ thế, ứng dụng cho các hệ thống điện sử dụng các phụ tải có tính cảm kháng cao là thành phần gây ra công suất phản kháng. TỦ TỤ BÙ có thể đặt trong nhà hoặc ngoài trời, có thể hoạt động kết hợp với tủ phân phối tổng MSB hay lắp đặt độc lập, TỦ TỤ BÙ lắp đặt tại phòng kỹ thuật hay tại khu vực trạm máy biến áp của các công trình công nghiệp và dân dụng như nhà máy, xưởng công nghiệp, trung tâm thương mại, cao ốc văn phòng, chung cư, bệnh viện,..
6. TÍNH TOÁN DUNG LƯỢNG TỤ TỦ BÙ
Cách tính Toán dung lượng tụ bù
Công thức tính dung lượng tụ bù
Để chọn tụ bù cho một tải nào đó thì ta cần biết công suất (P) của tải đó và hệ số công suất (Cosφ) của tải đó :
Giả sử ta có công suất của tải là P
Hệ số công suất của tải là Cosφ1 → φ1 → tgφ1 ( trước khi bù, cosφ1 nhỏ còn tgφ1 lớn )
Hệ số công suất sau khi bù là Cosφ2 → φ2 → tgφ2 ( sau khi bù, cosφ2 lớn còn tgφ2 nhỏ)
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.
Giả sử ta có công suất tải là P = 100 (KW).
Hệ số công suất trước khi bù là cosφ1 = 0.75 → tgφ1 = 0.88
Hệ số công suất sau khi bù là Cosφ2 = 0.95 → tgφ2 = 0.33
Vậy công suất phản kháng cần bù là Qbù = P ( tgφ1 – tgφ2 )
Qbù = 100( 0.88 – 0.33 ) = 55 (KVAr)
Từ số liệu này ta chọn tụ bù trong bảng catalogue của nhà sản xuất giả sử ta có tụ 10KVAr. Để bù đủ cho tải thì ta cần bù 6 tụ 10 KVAr tổng công suất phản kháng là 6×10=60(KVAr).
