Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh CHƯƠNG 11 NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT VÀ LỌC SÓNG HÀI 11.1 Khái niệm chung Trong trình truyền tải phân phối điện năng, có khoảng từ đến 10% lượng điện tổn thất lưới điện Do đó, việc giảm tổn thất thực tiết kiệm điện có ý nghóa quan trọng, đem lại lợi ích lớn cho ngành điện kinh tế quốc dân Hệ số công suất cos  tiêu đánh giá khả sử dụng điện hợp lý tiết kiệm hộ phụ tải Ở số nước, giá tiền điện tính theo giá trò cos  Ở nước ta, hệ số công suất cos  hộ phụ tải thấp, cần phấn đấu để nâng cao dần lên 0,9 Việc thực tiết kiệm điện việc nâng cao hệ số cos  biện pháp tạm thời đối phó với tình trạng thiếu điện, mà phải coi chủ trương lâu dài gắn liền với mục đích phát huy hiệu cao trình sản xuất, phân phối sử dụng điện 11.1.1 Đònh nghóa cos Hệ số công suất tỷ số công suất tác dụng P công suất biểu kiến Với giá trò S, cos  cao P lớn điều có lợi cos   P S (11.1) S Q  P Hình 11.1 Tam giác công suất Hệ số công suất tức thời Hệ số công suất tức thời hệ số công suất thời điểm đó, đo nhờ dụng cụ đo cos nhờ dụng cụ đo công suất, điện áp dòng điện P cos   3UI Do phụ tải luôn biến động nên cos tức thời biến đổi theo Vì thế, cos tức thời giá trò tính toán Hệ số công suất trung bình Hệ số công suất trung bình giá trò trung bình cos khoảng thời gian khảo sát (1 ca, ngày đêm, tháng…) cos  tb  H S ph m K thu t Tp HCM T cos t dt T 0 www.quyenhuyanh.com (11.2) 204 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh Hệ số costb dùng để đánh giá mức độ sử dụng điện tiết kiệm hợp lý xí nghiệp 11.1.2 Các tính chất cos  Tính tỷ lệ nghòch cos  theo công suất phản kháng Q cos   cos[arctg ] P (11.3) Từ biểu thức 11.3 nhận thấy với P không đổi, Q giảm cos tăng Điều có nghóa muốn nâng cao cos điểm phải giảm lượng công suất phản kháng Q qua Tính cục hệ số cos Xét mạng điện có hai nút phụ tải trình bày Hình 11.2 (P1 + P2) + j(Q1 + Q2 – Qb) P2 + jQ2 Qb P1 + jQ1 P2 + jQ2 Hình 11.2 Sơ đồ mạng điện với thiết bò bù bố trí nút Giá trò cos trước sau bù trình bày Bảng 11.1 Bảng 11.1 Giá trò cos trước sau bù TT Trước bù Sau bù Nhận xét   Q  Q   cos 1t  cos artg  P1  P2     Q  Q  Q b   cos 1s  cos arctg P1  P2    cos 1s  cos 1t   Q  cos 2t  cos arctg   P2     Q  cos s2  cos arctg   P1   cos s2  cos 1t Từ kết tính toán, nhận thấy rằng: bù điểm nghóa tất cos  điểm mạng điện nâng lên Đây tính cục cos 11.1.3 Ýù nghóa việc nâng cao hệ số cos Xét mạng điện trình bày Hình 11.3 R + jX U P +j(Q – Qb) Qb P + jQ Hình 11.3 Sơ đồ mạng điện với nút phụ tải Dòng điện, tổn thất công suất, tổn thất điện đoạn lưới 01 trước sau bù trình bày Bảng 11.2 H S ph m K thu t Tp HCM www.quyenhuyanh.com 205 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh Bảng 11.2 Kết tính U, I, P A TT Trước bù P2  Q2 t I  P t  PR  QX U U t  3U P2  Q2 R U2 A t  P t  Sau bù U s  PR  Q  Q b X U P  Q  Q b  Nhận xét U s  U t s I  3U Is  It P  Q  Q b  P  R U2 U s  U t A s  P s  A s  A t s Từ kết so sánh nêu trên, việc nâng cao cos  đem lại lợi ích sau: Lợi ích mặt kỹ thuật  Giảm tổn thất điện áp đường dây tức nâng cao chất lượng điện  Giảm dòng điện dây dẫn tức tăng khả mang tải đường dây trình vận hành hay giảm tiết diện dây dẫn giai đoạn thiết kế Lợi ích mặt kinh tế  Giảm P A mạng điện tức giảm chi phí vận hành hay nói khác nâng cao tiêu kinh tế  Giảm giá tiền điện: số nước, giá tiền điện tính theo giá trò cos Cos cao giá tiền điện thấp ngược lại Thường giá trò cos = 0,9 sử dụng làm sở đề sách giá tiền điện 11.2 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cos Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cos chia làm hướng chính:  Giảm lượng yêu cầu tiêu thụ công suất phản kháng hộ tiêu thụ Đây biện pháp bù tự nhiên  Phát lượng công suất phản kháng chỗ Đây biện pháp bù nhân tạo Biện pháp bù tự nhiên Các biện pháp bù tự nhiên bao gồm:  Thay đổi cải tiến quy trình công nghệ để thiết bò điện làm việc chế độ hợp lý  Thay động không đồng làm việc non tải động có công suất nhỏ Công suất phản kháng động không đồng làm việc non tải Q  Q  Q đm  Q K 2pt Ở đây: Q0, Qđm công suất phản kháng lúc động làm việc không tải đònh mức, Kpt hệ số phụ tải Hệ số công suất cos  động xác đònh theo biểu thức: H S ph m K thu t Tp HCM www.quyenhuyanh.com 206 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh cos   P  S  Q  Q đm  Q K 2pt 1   Pđm K pt      Từ biểu thức trên, động làm việc non tải cos động thấp Thường vào giá trò Kpt để có hướng sử lý thích hợp: Kpt < 0,45 nên thay động cơ, 0.45 < Kpt < 0.7 cần so sánh kinh tế - kỹ thuật, Kpt > 0,7 không nên thay động  Giảm điện áp động làm việc non tải Vì công suất phản kháng mà động không đồng tiêu thụ tỷ lệ với U2, nên giảm U Q giảm rõ rệt, cos nâng lên Để giảm điện áp đặt vào đầu cực động thực biện pháp như: đổi nối dây quấn stator từ  sang  hay thay đổi cách phân nhóm cuộn dây stator  Hạn chế động chạy không tải Ở máy công cụ thông thường thời gian chạy không tải chiếm (3565)% thời gian làm việc Cho nên, hạn chế động chạy non tải biện pháp tốt để nâng cao hệ số công suất  Thay động đồng thay động không đồng Động đồng có ưu điểm không yêu cầu nguồn cung cấp công suất phản kháng mà ngược lại phát công suất phản kháng vào mạng điện Tuy nhiên, nhược điểm động đồng cấu tạo phức tạp giá thành đắt  Nâng cao chất lượng sửa chữa động Nếu chất lượng động không tốt tổn thất động tăng lên cos giảm Vì thế, cần nâng cao chất lượng sửa chữa động  Thay máy biến áp làm việc non tải máy có dung lượng nhỏ Máy biến áp thường tiêu thụ lượng công suất phản kháng lớn Nếu hệ số phụ tải máy biến áp nhỏ 0,3 nên thay máy có công suất nhỏ Hoặc có nhiều máy vận hành thời gian non tải nên cắt bớt số lượng máy biến áp đưa vào vận hành Biện pháp có tác dụng lớn để nâng cao hệ số cos tự nhiên xí nghiệp Biện pháp bù nhân tạo Sau áp dụng biện pháp bù tự nhiên mà hệ số cos thấp thực biện pháp phải sử dụng thiết bò bù công suất phản kháng Hiện thiết bò bù chủ yếu là: tụ điện tónh, máy bù đồng thiết bò bù tónh (SVC) a Tụ bù Hiện nay, thường thân đơn vò tụ điện cấu tạo từ phần tử tụ điện mắc nối tiếp song song Điện môi tụ điện thường lớp màng polypropylene, ngăn cách nhôm điện cực mỏng, toàn phận bố trí chất lỏng điện môi Khác với với điện môi theo công nghệ cũ giấy kraft hay propylene-giấy kraft, có cố xảy ra, lớp màng điện môi không sinh hồ quang bò cháy mà hàn dính với nối tắt tụ điện bò hỏng Các tụ điện lại đơn vò tụ lại tiếp tục làm việc bình thường Do lớp màng điện môi mỏng, đồng nên tổn thất công suất tụ thấp khoảng 0,5w/kVar tần số 50Hz Bên tụ thường có bố trí điện trở phóng điện bên nhằm giảm thiểu điện áp dư hai đầu cực tụ xuống nhỏ 50V vòng phút Các đơn vò tụ thường chế tạo điện áp đònh mức từ 240V đến 24940V, dung lượng đònh mức thường từ H S ph m K thu t Tp HCM www.quyenhuyanh.com 207 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh 0,5  25kVAr tụ hạ áp từ 2,5  1000kVAr tụ cao trung áp, theo tiêu chuẩn IEEE Std 18-1992 Std 1036-1992 Tụ có vỏ thường hợp kim nhôm, có bulông đai ốc để cố đònh tụ nối vỏ với đất Tụ thiết kế theo kiểu tụ pha pha Thường giá thành 1kVAr tụ điện trung áp chiếm 30% so với giá thành 1kVAr tụ điện hạ áp, nên việc đặt tụ hạ áp lúc có lợi đặt tụ phía trung áp hay cao áp Tụ thường bảo vệ cầu chì đóng cắt công tắc tơ hay dao cắt tải Hình 11.4 Tụ bù hạ áp Hình 11.5 Tủ tụ bù Các thông số tụ điện là:  Dung lượng đònh mức (kVAr)  Điện áp đònh mức (V, kV)  Sai số điện dung (%)  Tổn thất điện môi (W/kVAr)  Dòng điện làm việc cực đại (A)  Điện áp thử nghiệm cực cực với vỏ (kV) Tụ bù có ưu điểm sau:  Giá thành thấp  Vận hành lắp đặt đơn giản  Tổn thất công suất tụ điện nhỏ, khoảng 0,5 W/kVAr  Có thể đặt nhiều nơi cấp điện áp Tụ bù có nhược điểm sau:  Công suất phản kháng phát phụ thuộc vào điện áp đặt vào tụ: Q  .C.U  Không có khả điều chỉnh trơn dung lượng bù (điều chỉnh theo cấp cố đònh) Tuổi thọ ngắn (8  10 năm) độ bền (dễ hư hỏng)   Có khả phát công suất phản kháng mà khả tiêu thụ công suất phản kháng b Máy bù đồng H S ph m K thu t Tp HCM www.quyenhuyanh.com 208 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh Máy bù đồng thực chất động đồng làm việc chế độ không tải Ở chế độ kích thích, máy bù phát công suất phản kháng cung cấp cho mạng, chế độ thiếu kích thích, máy bù tiêu thụ công suất phản kháng mạng Máy bù thiết bò tốt để điều chỉnh điện áp, thường đặt điểm cần điều chỉnh điện áp hệ thống điện Hiện nay, máy bù đồng thường chế tạo với công suất đònh mức từ vài trăm kVAr đến hàng MVAr Máy bù đồng có ưu điểm sau:  Công suất phản kháng phát không phụ thuộc điện áp mạng  Có thể điều chỉnh trơn công suất phản kháng cách thay đổi giá trò dòng kích từ  Độ bền cơ, nhiệt cao  Có thể phát hay thu công suất phản kháng Máy bù đồng có nhược điểm sau:  Tổn thất công suất máy bù lớn (15  35)W/kVAr  Chỉ đặt cấp trung áp máy bù thường chế tạo với cấp điện áp  Đắt vận hành phức tạp c Thiết bò bù tónh (SVC – Static Var Compensator) Ngày nay, với phát triển kỹ thuật bán dẫn công suất lớn, người ta đưa ứng dụng hệ thống điện hàng loạt thiết bò bù tónh với cấu trúc đa dạng, phát thu công suất phản kháng với tốc độ nhanh, đáp ứng việc điều khiển công suất phản kháng tức thời Cấu tạo thiết bò bù tónh gồm phần sau:  Các mạch lọc cộng hưởng (Harmonic Filter) LC tương ứng với sóng hài bậc cao dòng điện bậc 5, 7, 13; thành phần sóng hài bản, hệ thống mạch lọc cộng hưởng tác động tụ bù công suất phản kháng  Phần tử điều chỉnh công suất phản kháng TCR (Thyristor Controlled Reactor) bao gồm: máy biến áp giảm điện thế, cuộn kháng bù với biến đổi bán dẫn dùng SCR  Phần tử bù công suất điều chỉnh dạng nhảy cấp TSC (Thyristor Switched Capacitor)  Phần tử bù cố đònh (Fixed Capacitor) Hình 11.6 Phần tử điều chỉnh TSC Hình 11.7 Phần tử điều chỉnh TCR phần tử bù cố đònh Các thiết bò bù tónh có ưu điểm là:  Có khả phát, thu, điều chỉnh nhuyễn công suất phản kháng nút mà nối vào H S ph m K thu t Tp HCM www.quyenhuyanh.com 209 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh  Có khả điều chỉnh công suất khả riêng rẽ pha, nhờ SVC đáp ứng nhiều chức đối xứng hoá hệ thống chế độ tải không đối xứng, cản dòu trình dao động với tần số công nghiệp tần số cao  Giữ điện áp cố đònh nhờ phát thu Q lúc, thời điểm cần SVC tham gia hữu hiệu vào việc giải vấn đề giữ ổn đònh tónh, ổn đònh động vấn đề áp hệ thống Tuy nhiên sử dụng nguồn công suất tónh tồn nhiều vấn đề kỹ thuật cần nghiên cứu hoàn chỉnh 11.3 Phân phối dung lượng bù 11.3.1 Xác đònh dung lượng bù Dung lượng bù xác đònh theo biểu thức: Q b  P tg1  tg   P.K kVAr  Ở đây: P công suất tác dụng tính toán hộ tiêu thụ điện (kW); tg 1 , tg  tang góc pha trước sau bù; K hệ số bù tra Bảng 11.4 11.3.2 Vò trí lắp đặt thiết bò bù Sau xác đònh dung lượng bù chọn thiết bò bù cho đạt hiệu kinh tế nhất, cần xác đònh vò trí lắp đặt thiết bò bù Thiết bò bù đặt phía cao áp phía hạ áp theo nguyên tắc bố trí tụ bù cho đạt chi phí tính toán nhỏ Máy bù đồng có công suất lớn nên thường đặt tập trung điểm quan trọng hệ thống điện Ở xí nghiệp lớn, máy bù đồng thường đặt phía góp cao áp trạm biến áp Tụ bù cao áp Tụ bù cao áp đặt tập trung góp trạm biến áp trung gian, trạm phân phối Do đó, việc theo dõi vận hành tụ điện khả thực tự động hoá điều chỉnh dung lượng bù dễ dàng Bù tập trung mạng điện điện áp cao có ưu điểm tận dụng hết khả bù tụ điện, vận hành liên tục nên chúng phát công suất bù tối đa Nhược điểm phương pháp không bù công suất phản kháng mạng điện áp thấp Tụ bù hạ áp Tụ bù hạ áp phân phối theo ba cách: bù tập trung, bù nhóm bù riêng lẻ a Bù tập trung Bù tập trung bù góp hạ áp trạm biến áp Bù tập trung áp dụng tải ổn đònh liên tục Bù tập trung có ưu điểm là: giảm tiền phạt hệ số cos  thấp, giảm công suất biểu kiến yêu cầu, tăng khả mang tải cho máy biến áp Nhược điểm bù tập trung là:không cải thiện kích cỡ dây dẫn tổn thất công suất mạng hạ áp H S ph m K thu t Tp HCM www.quyenhuyanh.com 210 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh Q P C Hình 11.8 Sơ đồ bù tập trung b Bù nhóm Bù nhóm bù tủ phân phối điện Bù nhóm sử dụng mạng điện lớn chế độ tiêu thụ theo thời gian tủ phân phối thay đổi khác Bù nhóm có ưu điểm là: giảm tiền phạt cos  thấp, tăng khả mang tải máy biến áp, tăng khả mang tải cáp nối từ trạm biến áp đến tủ phân phối, giảm tổn thất công suất máy biến áp tuyến cáp Nhược điểm bù nhóm không giảm dòng điện phản kháng tiếp tục vào tất dây dẫn xuất phát từ tủ phân phối đến thiết bò c Bù riêng lẻ Bù riêng lẻ mắc tụ trực tiếp vào đầu dây nối thiết bò dùng điện có tính cảm (chủ yếu động cơ) Bù riêng xét đến công suất động đáng kể so với công suất mạng điện Ưu điểm bù riêng lẻ dòng điện phản kháng có giá trò lớn không tồn mạng điện Q P C C Hình 11.9 Sơ đồ bù nhóm Tuy nhiên, bù đầu cực động cần ý đến điểm sau:  Không bù đầu cực động đặc biệt như: động thường xuyên đảo chiều quay, động bước,…  Để tránh tượng áp tự kích thích, dung lượng bù đầu cực động không vượt giá trò Qbmax Q b max  0,9I U n H S ph m K thu t Tp HCM www.quyenhuyanh.com 211 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh Ở đây: Io dòng không tải động cơ, Un điện áp dây đònh mức động Do tụ bù thường mắc sau thiết bò đóng/cắt điều khiển động cơ, để đảm bảo hiệu bảo vệ thiết bò này, cần chỉnh đònh dòng bảo vệ tải theo biểu thức:  cos  t   I s  I t   cos s  Ở đây: It, Is dòng qua thiết bò bảo vệ trước sau bù; cos  t , cos  s cos  trước sau bù Q P C C C C Hình 11.10 Sơ đồ bù riêng lẻ 11.3.2 Phân phối tối ưu dung lượng bù Mạng hình tia Xét mạng hình tia có n nhánh, tổng dung lượng bù Qb, cần phân bố dung lượng bù nhánh cho tổn thất công suất tác dụng công suất phản kháng gây nhỏ nhất, nghóa hiệu bù đạt lớn Giả sử dung lượng bù phân phối nhánh Qb1, Qb2 … Qbn r1, r2 … rn điện trở nhánh (Hình 11.11) Q Qb r1 r2 rn Qn Qbn Q2 Qb2 Q1 Qb1 Hình 11.11 Phân phối dung lượng bù mạng hình tia Với điều kiện ràng buộc cân công suất bù, tổn thất công suất tác dụng công suất phản kháng gây là: P  Q1  Q b1 2 r  Q  Q b2 2 r   Q n  Q bn 2 r U2 U2 U2 Q b1 , Q b , , Q bn   Q b1  Q b   Q bn  Q b  H S ph m K thu t Tp HCM www.quyenhuyanh.com n 212 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh Để tìm cực tiểu hàm nhiều biến P = (Qb1, Qb2, …, Qbn), sử dụng phương pháp nhân tử Lagrange Chọn nhân tử  : 2L  U Với L số xác đònh sau Điều kiện để P có cực tiểu đạo hàm riêng hàm F không Với hàm F xác đònh biều thức: F = f(Qb1, Qb2,…, Qbn) +  (Qb1, Qb2,…, Qbn) 2L F 2(Q  Q b1 ) r1    Q b1 U U 2(Q  Q b ) F 2L  r2   Q b2 U U (11.1) -F 2(Q n  Q bn ) 2L  rn   Q bn U U Giải hệ phương trình (11.1), tìm được: L = [(Q1 + Q2 +… + Qn)–(Qb1 + Qb2 + … + Qbn)] ( 1    ) 1 r1 r2 rn Vậy viết: L = (Q – Qb) Rtđ Thay L vào hệ phương trình (11.1), tìm dung lượng bù tối ưu nhánh: (Q  Q b ) Qb1 = Q1 R tđ r1 Qb2 = Q2 - (Q  Q b ) R tđ r2 (Q  Q b ) Qbn = Qn R tđ rn Để thuận tiện vận hành giảm bớt thiết bò đóng cắt, đo lường cho nhóm tụ, thường quy đònh dung lượng bù tối ưu nhánh nhỏ 30kVar không nên đặt tụ điện nhánh mà nên phân phối sang nhánh lân cận Ví dụ: Một mạng hình tia có nhánh, điện áp 6kV Điện trở phụ tải phản khảng nhánh sau: r1  0,1 , Q1 = 400kVAr r2  0,05 , Q2 = 600kVAr r3  0,06 , Q3 = 500kVAr r4  0,2 , Q4 = 200kVAr Dung lượng bù Qb = 1200kVAr Hãy xác đònh dung lượng bù tối ưu nhánh Giải: H S ph m K thu t Tp HCM www.quyenhuyanh.com 213 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh Tổng phụ tải phản kháng mạng: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 400 + 600 + 500 + 200 = 1700kVAr Điện trở tương đương mạng: 1 1 1 1 1 1   R td              0,0194 r r r r , , 05 , 06 ,    4 Dung lượng bù tối ưu nhánh: Q b1  400  1700  1200  0,0194  303kVAr 0,1 Q b  600  1700  1200  0,0194  406 kVAr 0,05 Q b3  500  1700  1200  0,0194  338kVAr 0,05 Q b  200  1700  1200  0,0194  153kVAr 0,2 b Mạng phân nhánh Mạng phân nhánh (Hình 11.12) thực chất nhiều mạng hình tia ghép với Ví dụ, điểm có hai mạng hình tia có điện trở r3 (r34+ r4), điểm có hai nhánh hình tia có điện trở r2 [r23 + r3//(r34+ r4)] Dung lượng bù Qbnk nhánh thứ k tính theo biểu thức sau: Q k1k  Q bk .R tđk Q bnk  Q k  rk Ở đây: Qk phụ tải phản kháng nhánh thứ k; Qbk dung lượng bù đặt điểm k; Q(k-1)k phụ tải phản kháng chạy đoạn từ điểm (k-1) tới điểm k; Rtđk điện trở tương đương mạng kể từ điểm k trở sau Q Qb Q01 r01 r1 Q1 Q12 r12 Q23 r23 r3 r2 Q2 Q3 Q34 r34 r4 Q4 Hình 11.12 Phân phối dung lượng bù mạng phân nhánh 11.4 Điều chỉnh dung lượng bù 11.4.1.Bù Khi dung lượng bù nhỏ hay công suất phản kháng phụ tải biến động theo thời gian thường sử dụng giải pháp bù Trường hợp này, tụ bù đóng thường trực vào mạng điện 11.4.2 Bù ứng động Khi công suất phản kháng phụ tải biến động nhiều theo thời gian hay dung lượng bù lớn sử dụng giải pháp bù ứng động Trường hợp dung lượng bù điều chỉnh cho H S ph m K thu t Tp HCM www.quyenhuyanh.com 214 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh phù hợp với tải phản kháng để đạt giá trò cos  mong muốn thời khoảng Việc điều chỉnh dung lượng bù thường thực với trợ giúp cảm biến (hay rơ le), điều khiển lập trình phận chấp hành (Hình 11.13) TR QF FU1FU6 C1C6 KM1KM6 PLC S1, S2 0, 230 : Biến áp cao/hạ áp : Thiết bò đóng cắt : Các cầu chì bảo vệ tụ : Các tụ bù : Các cuộn dây công tắc tơ : Nguồn cấp cho cuộn dây công tắc tơ : Bộ điều khiển lập trình : Tín hiệu dòng cung cấp cho PLC : Tín hiệu áp cung cấp cho PLC Các kiểu điều khiển lập trình Lập trình 1:1:1 Trong trường hợp này, tất cấp dung lượng tổng dung lượng tủ chia cho cấp điều khiển tụ bù LẬP TRÌNH 1:2:2 Trong trường hợp này, tụ bù cấp thứ có dung lượng gấp đôi cấp thứ LẬP TRÌNH 1:2:4 Trong trường hợp này, tụ bù cấp thứ hai có dung lượng gấp đôi cấp thứ nhất, cấp thứ trở có dung lượng gấp lần cấp thứ Bộ điều khiển phân tích thông số tải để đóng cắt cấp tụ cách tối ưu PLC Hình 11.13 Điều khiển tụ bù điều khiển lập trình Điều chỉnh dung lượng bù theo nguyên tắc thời gian Phương pháp thực đồ thò phụ tải Q ngày biến đổi theo quy luật đònh người vận hành nắm vững đồ thò Dựa vào biến đổi phụ tải phản kháng ngày đêm mà người vận hành đònh chế độ đóng thêm ngắt bớt tụ điện theo thời khoảng đònh trước Điều khiển dung lượng bù theo nguyên tắc điện áp Căn vào giá trò điện áp nút khảo sát để tiến hành điều chỉnh tự động dung lượng bù với phần tử đo lường rơ le điện áp Nếu điện áp nút khảo sát giảm thấp tức mạng thiếu công suất phản kháng, cần đóng thêm tụ điện để làm việc Ngược lại, điện áp vượt giá trò đònh mức cần phải ngắt bớt tụ điện mạng thừa công suất phản kháng Phương pháp vừa giải nhu cầu bù công suất phản kháng, nâng cao hệ số công suất cos  vừa có tác dụng ổn đònh điện áp nên dùng phổ biến Điều chỉnh dung lượng bù theo nguyên tắc dòng điện Nguyên tắc dòng điện dùng phụ tải thường biến đổi đột ngột Khi dòng điện phụ tải tăng đóng thêm tụ vào làm việc, ngược lại dòng điện phụ tải giảm cắt bớt tụ điện H S ph m K thu t Tp HCM www.quyenhuyanh.com 215 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh Điều chỉnh dung lượng bù theo nguyên tắc công suất phản kháng Nguyên tắc thường sử dụng trường hợp trạm biến áp cuối đường dây xa nguồn Khi phụ tải cần công suất phản kháng nguồn, cần đóng thêm tụ điện vào làm việc, ngược lại phải cắt bớt tụ điện 11.5 Đònh mức dung lượng bù xét đến ảnh hưởng sóng hài Ngày nay, thiết bò điện từ công suất sử dụng rộng rãi công nghiệp để điều chỉnh điện áp, điều chỉnh tốc độ, thay đổi tần số biến đổi công suất, chúng có giá thành thấp, hiệu cao phải bảo dưỡng Tuy nhiên, thiết bò điện tử công suất lại nguồn gây sóng hài lưới điện Các tụ điện thường nhạy cảm với sóng hài dung kháng tụ điện giảm tần số tăng lên Trong trường hợp này, dòng điện qua tụ điện có giá trò cao làm nóng mức tụ điện khiến chất lượng điện môi giảm hệ kéo theo hỏng tụ Các biện pháp hạn chế tác động sóng hài bao gồm:  Khi thiết kế lấy từ dòng hiệu dụng tụ 1,3 lần dòng đònh mức tất thiết bò đóng cắt…cũng phải thiết kế khoảng từ 1,3 đến 1,5 lần dòng đònh mức  Tăng giá trò điện áp đònh mức tụ lên 10%  Sử dụng lọc sóng hài mắc shunt hay cuộn kháng hạn chế sóng hài mắc nối tiếp vào mạch Gọi GH (kVA) công suất tổng thiết bò gây nên sóng hài mắc vào vò trí có đấu tụ bù, Ssc (kVA) công suất ngắn mạch ba pha vò trí đấu tụ, Sn (kVA) công suất tổng tất máy biến áp cung cấp nguồn cho góp xét giải pháp thích ứng nhằm hạn chế ảnh hưởng sóng hài trình bày Bảng 11.3 Bảng 11.3 Chỉ dẫn giải pháp thích hợp ứng với trường hợp cụ thể Tụ mắc phía hạ áp máy biến áp Quy tắc chung áp dụng với công suất máy biến áp GH ≤SSC /120 Tụ chuẩn SSC/120 ≤ GH ≤ SSC/70 GH  SSC/70 Điện áp đònh mức tụ tăng lên Điện áp đònh mức tụ tăng lên 10% + cuộn kháng triệt sóng hài 10% (ngoại trừ loại 230V) Quy tắc đơn giản công suất máy biến áp Sn  MVA GH ≤ 0.15Sn Tụ chuẩn 0.15Sn  GH ≤ 0.25Sn 0.25Sn GH ≤ 0.60Sn Điện áp đònh mức tụ tăng thêm 10 % (Ngoại trừ loại 230 V) H S ph m K thu t Tp HCM Điện áp đònh mức tụ tăng lên 10 % + cuộn kháng triệt sóng hài www.quyenhuyanh.com GH > 0.60Sn Mạch lọc LC thấp qua 216 cos  Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh Bảng 11.4 Hệ số K tính công suất tụ bù cos1 0,80 0,86 0,90 0,91 0,92 0,93 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99 1,00 0,982 0,936 0,894 0,850 0,809 0,769 0,73 0,692 0,665 0,618 0,584 0,549 0,515 0,483 0,450 0,419 0,388 0,358 0,329 0,299 0,270 0,242 0,213 0,186 0,159 0,132 0,105 0,079 0,053 0,026 1,232 1,087 1,087 1,043 1,000 0,959 0,918 0,879 0,841 0,805 0,768 0,733 0,699 0,665 0,633 0,601 0,569 0,538 0,508 0,478 0,449 0,42 0,392 0,364 0,336 0,309 0,282 0,255 0,229 0,202 0,176 0,150 0,124 0,098 0,072 0,046 0,02 1,248 1,202 1,160 1,116 1,075 1,035 0,996 0,598 0,921 0,884 0,849 0,815 0,781 0,749 0,716 0,685 0,654 0,624 0,595 0,565 0,536 0,508 0,479 0,452 0,425 0,398 0,371 0,345 0,319 0,292 0,266 0,240 0,214 0,188 0,162 0,136 0,109 0,083 0,054 0,028 1,267 1,23 1,188 1,144 1,103 1,063 1,024 0,986 0,949 0,912 0,878 0,843 0,809 0,777 0,744 0,713 0,682 0,652 0,623 0,593 0,564 0,536 0,507 0,480 0,453 0,426 0,399 0,373 0,347 0,320 0,294 0,268 0,242 0,216 0,19 0,164 0,14 0,114 0,085 0,059 0,031 1,303 1,257 1,215 1,171 1,130 1,090 1,051 1,013 0,976 0,939 0,905 0,870 0,836 0,804 0,771 0,740 0,709 0,679 0,650 0,620 0,591 0,563 0,534 0,507 0,480 0,453 0,426 0,400 0,374 0,347 0,321 0,295 0,269 0,243 0,217 0,191 0,167 0,141 0,112 0,086 0,058 1,337 1,291 1,249 1,205 1,164 1,124 1,085 1,047 1,010 0,973 0,939 0,904 0,870 0,838 0,805 0,774 0,743 0,713 0,684 0,654 0,625 0,597 0,568 0,541 0,514 0,487 0,460 0,434 0,408 0,381 0,355 0,329 0,303 0,277 0,251 0,225 0,198 0,172 0,143 0,117 0,089 1,369 1,323 1,281 1,237 1,196 1,156 1,117 1,079 1,042 1,005 0,971 0,936 0,902 0,870 0,837 0,806 0,775 0,745 0,716 0,686 0,657 0,629 0,600 0,573 0,546 0,519 0,492 0,466 0,440 0,413 0,387 0,361 0,335 0,309 0,283 0,257 0,23 0,204 0,175 0,149 0,121 0,403 1,357 1,315 1,271 1,230 1,190 1,151 1,113 1,076 1,039 1,005 0,970 0,936 0,904 0,871 0,840 0,809 0,779 0,750 0,720 0,691 0,663 0,634 0,607 0,580 0,553 0,526 0,500 0,474 0,447 0,421 0,395 0,369 0,343 0,317 0,291 0,264 0,238 0,209 0,183 0,153 1,441 1,395 1,353 1,309 1,268 1,228 1,189 1,151 1,114 1,077 1,043 1,008 0,974 0,942 0,909 0,878 0,847 0,817 0,788 0,758 0,729 0,701 0,672 0,645 0,618 0,591 0,564 0,538 0,512 0,485 0,459 0,433 0,407 0,381 0,355 0,329 0,301 0,275 0,246 0,230 0,192 1,481 1,435 1,393 1,349 1,308 1,268 1,229 1,191 1,154 1,117 1,083 1,048 1,014 0,982 0,949 0,918 0,887 0,857 0,828 0,798 0,796 0,741 0,712 0,685 0,658 0,631 0,604 0,578 0,552 0,525 0,499 0,473 0,447 0,421 0,395 0,369 0,343 0,317 0,288 0,262 0,234 1,529 1,483 1,441 1,397 1,356 1,316 1,277 1,239 1,202 1,165 1,131 1,096 1,062 1,300 0,997 0,966 0,935 0,905 0,876 0,840 0,811 0,783 0,754 0,727 0,700 0,673 0,652 0,620 0,594 0,567 0,541 0,515 0,489 0,463 0,437 0,417 0,390 0,364 0,335 0,309 0,281 1,590 1,544 1,502 1,458 1,417 1,377 1,338 1,300 1,263 1,226 1,192 1,157 1,123 1,091 1,058 1,007 0,996 0,966 0,937 0,907 0,878 0,850 0,821 0,794 0,767 0,740 0,713 0,687 0,661 0,634 0,608 0,582 0,556 0,530 0,504 0,478 0,450 0,424 0,395 0,369 0,341 1,732 1,686 1,644 1,600 1,559 1,519 1,480 1,442 1,405 1,368 1,334 1,299 1,256 1,233 1,200 1,169 1,138 1,108 1,079 1,049 1,020 0,992 0,963 0,936 0,909 0,882 0,855 0,829 0,803 0,776 0,750 0,724 0,698 0,672 0,645 0,620 0,593 0,567 0,538 0,512 0,484 cos2 0,50 0,51 0,52 0,53 0,54 0,55 0,56 0,57 0,58 0,59 0,60 0,61 0,62 0,63 0,64 0,65 0,66 0,67 0,68 0,69 0,70 0,71 0,72 0,73 0,74 0,75 0,76 0,77 0,78 0,79 0,80 0,81 0,82 0,83 0,84 0,85 0,86 0,87 0,88 0,89 0,90 H S ph m K thu t Tp HCM www.quyenhuyanh.com 217 [...]... thì cắt bớt tụ điện H S ph m K thu t Tp HCM www.quyenhuyanh.com 215 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh 4 Điều chỉnh dung lượng bù theo nguyên tắc công suất phản kháng Nguyên tắc này thường được sử dụng trong trường hợp trạm biến áp ở cuối đường dây và xa nguồn Khi phụ tải cần công suất phản kháng của nguồn, cần đóng thêm tụ điện vào làm việc, nếu ngược lại phải cắt bớt tụ điện 11. 5 Đònh mức... MVA GH ≤ 0.15Sn Tụ chuẩn 0.15Sn  GH ≤ 0.25Sn 0.25Sn GH ≤ 0.60Sn Điện áp đònh mức của tụ tăng thêm 10 % (Ngoại trừ loại 230 V) H S ph m K thu t Tp HCM Điện áp đònh mức của tụ tăng lên 10 % + cuộn kháng triệt sóng hài www.quyenhuyanh.com GH > 0.60Sn Mạch lọc LC thấp qua 216 cos  2 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh Bảng 11. 4 Hệ số K tính công suất tụ bù cos1 0,80 0,86 0,90 0,91 0,92 0,93... hợp này, các bộ tụ bù được đóng thường trực vào mạng điện 11. 4.2 Bù ứng động Khi công suất phản kháng của phụ tải biến động nhiều theo thời gian hay dung lượng bù lớn thì có thể sử dụng giải pháp bù ứng động Trường hợp này dung lượng bù sẽ được điều chỉnh cho H S ph m K thu t Tp HCM www.quyenhuyanh.com 214 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh phù hợp với tải phản kháng để đạt được giá trò cos... chia đều cho các cấp của bộ điều khiển tụ bù LẬP TRÌNH 1:2:2 Trong trường hợp này, tụ bù ở cấp thứ 2 có dung lượng gấp đôi cấp thứ nhất LẬP TRÌNH 1:2:4 Trong trường hợp này, tụ bù cấp thứ hai có dung lượng gấp đôi cấp thứ nhất, và cấp thứ 3 trở đi có dung lượng gấp 4 lần cấp thứ nhất Bộ điều khiển sẽ phân tích các thông số của tải để đóng cắt từng cấp tụ một cách tối ưu nhất PLC Hình 11. 13 Điều khiển...Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh Tổng phụ tải phản kháng của mạng: Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 400 + 600 + 500 + 200 = 1700kVAr Điện trở tương đương của mạng: 1 1 1 1 1 1 1 1 1   1 R td              0,0194 r r r r 0 , 1 0 , 05 0 , 06 0 , 2    1 2 3 4 Dung lượng bù tối ưu của từng nhánh: Q b1  400  1700  1200  0,0194  303kVAr... phân nhánh Mạng phân nhánh (Hình 11. 12) thực chất là nhiều mạng hình tia ghép với nhau Ví dụ, tại điểm 3 có hai mạng hình tia có điện trở lần lượt là r3 và (r34+ r4), tại điểm 2 có hai nhánh hình tia có điện trở lần lượt là r2 và [r23 + r3//(r34+ r4)] Dung lượng bù Qbnk của nhánh thứ k được tính theo biểu thức sau: Q k1k  Q bk .R tđk Q bnk  Q k  rk Ở đây: Qk là phụ tải phản kháng của nhánh thứ... chấp hành (Hình 11. 13) TR QF FU1FU6 C1C6 KM1KM6 1 PLC S1, S2 0, 230 : Biến áp cao/hạ áp : Thiết bò đóng cắt : Các cầu chì bảo vệ tụ : Các bộ tụ bù : Các cuộn dây công tắc tơ : Nguồn cấp cho các cuộn dây công tắc tơ : Bộ điều khiển lập trình : Tín hiệu dòng cung cấp cho PLC : Tín hiệu áp cung cấp cho PLC Các kiểu điều khiển lập trình Lập trình 1:1:1 Trong trường hợp này, tất cả các cấp cùng dung lượng... đóng thêm hoặc ngắt bớt tụ điện theo các thời khoảng đònh trước 2 Điều khiển dung lượng bù theo nguyên tắc điện áp Căn cứ vào giá trò điện áp tại nút khảo sát để tiến hành điều chỉnh tự động dung lượng bù với phần tử đo lường là các rơ le điện áp Nếu điện áp của nút khảo sát giảm thấp tức là mạng thiếu công suất phản kháng, cần đóng thêm tụ điện để làm việc Ngược lại, khi điện áp vượt quá giá trò đònh... nay, các thiết bò điện từ công suất được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp để điều chỉnh điện áp, điều chỉnh tốc độ, thay đổi tần số và biến đổi công suất, do chúng có giá thành thấp, hiệu quả cao và ít phải bảo dưỡng Tuy nhiên, các thiết bò điện tử công suất này lại là các nguồn gây ra sóng hài trên lưới điện Các tụ điện thường rất nhạy cảm với các sóng hài do dung kháng của tụ điện giảm khi tần... máy biến áp cung cấp nguồn cho thanh góp đang xét thì các giải pháp thích ứng nhằm hạn chế ảnh hưởng của sóng hài được trình bày ở Bảng 11. 3 Bảng 11. 3 Chỉ dẫn các giải pháp thích hợp ứng với trường hợp cụ thể Tụ mắc phía hạ áp của máy biến áp Quy tắc chung áp dụng với công suất bất kỳ của máy biến áp GH ≤SSC /120 Tụ chuẩn SSC/120 ≤ GH ≤ SSC/70 GH  SSC/70 Điện áp đònh mức của tụ tăng lên Điện áp đònh