Hệ thống tụ bù tiết kiệm năng lượng  

 Tủ Tụ Bù Điện 

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 công suất phản kháng đối với hệ thống người ta sử dụng hệ số  công suất cosφ, trong đó: φ=arctg P/Q.

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.

 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cosφ:

- Phương pháp nâng cao hệ số cosφ tự nhiên: nâng cao cosφ tự nhiên có nghĩa là tìm các biện pháp để hộ tiêu thụ điện giảm bớt được lượng công suất phản kháng 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 cosφ nhân tạo: phương pháp này được  thực hiện bằng cách đặt các thiết bị bù công suất phản kháng ởcác hộ tiêu thụ điện. Các thiết bị bù công suất phản kháng 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 công suất phản kháng, đồng thời cũng có khả năng tiêu thụ công suất phản kháng 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 công suất phản kháng 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. Tuổi thọ tụ có giới hạn, sẽ bị hư sau nhiều năm làm việc.

                - 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 công suất phản kháng vừa và nhỏ (dưới 5000 kVAr).

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.

- 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 mong 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 (Cosφ) 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. 

- Tủ tụ bù tự động (PFR) :

       - 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: 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, bộ 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. 

       - Các tham số quan trọng của PFR :

               + Hệ số công suất đặt (Set cosφ) : thường nằm trong khoảng 0,92 – 0,95 

              + Độ nhạy : Thông số này thiết lập tốc độ đóng cắt. Độ nhạy lớn tốc độ đóng sẽ chậm và ngược lại độ nhạy nhỏ tốc độ cắt sẽ nhanh. Độ nhạy này hiệu ứng cho cả thời gian đóng và cắt tụ. Độ nhạy = 60s/ bước 

             + Thời gian đóng lặp lại : Đây là khoảng thời gian an toàn để ngăn chặn việc đóng lại tụ của cùng một cấp khi tụ này chưa xả điện hoàn toàn. Thông số này thường đặt lớn hơn thời gian xả của tụ lớn nhất đang sử dụng. 

            + Cấp định mức : là bước tụ nhỏ nhất sử dụng. 

            + Độ méo dạng tổng do sóng hài :

- Hiện tượng bù thừa CSPK: bù thừa công suất phản kháng Q: dòng điện sẽ nhanh pha hơn so với điện áp. Hệ thống tải sẽ mang tính dung. 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. 

   Chúng tôi tư vấn, cung cấp cho các bạn giải pháp tính toán hệ thống tụ bù phù hợp với nhu cầu sử dụng của khách hàng, với giải pháp tối ưu nhất, chi phí tiết kiệm nhất: