CHƯƠNG VIII: BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

I=



P2 + Q2

3U



.



Sau khi bù:

I'=



P 2 + (Q − Qb ) 2



.



3U

Ta thấy: I’ < I => giảm được dòng điện chạy trên dây dẫn.

Biểu thức này nói lên với cùng một trạng thái phát nóng nhất định của đường

dây và máy biến áp chúng ta có thể tăng khả năng truyền tải công suất tác dụng P bằng

cách giảm công suất phản kháng Q trong vận hành và giảm dung lượng máy biến áp,

tiết điện dây trong thiết kế. Vì thế khi vẫn giữ nguyên đường dây và máy biến áp, nếu

cos ϕ của mạng được nâng cao (tức giảm Q truyền tải) thì khả năng truyền tải của

chúng tăng lên.

2. Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cos ϕ :

Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cos ϕ được chia làm hai nhóm chính:

- Nhóm các phương pháp nâng cao hệ số cos ϕ tự nhiên (không dùng thiết bị

bù).

- Nhóm các biện pháp nâng cao hệ số cos ϕ bằng cách bù công suất phản

kháng.

a.Nâng cao hệ số công suất cos ϕ tự nhiên:

Nâng cao hệ số công suất cos ϕ tự nhiên là tìm các biện pháp để các hộ dùng

điện giảm bớt được lượng công suất phản kháng Q tiêu thụ như: Aùp dụng các quá

trình công nghệ tiên tiến, sử dụng hợp lý các thiết bị điện, …. Sau đây các biện pháp

nâng cao hệ số công suất cos ϕ tự nhiên:

- Thay đổi và cải tiến quy trình công nghệ để các thiết bị làm việc ở chế độ hợp

lý nhất.

- Thay thế động cơ không đồng bộ làm việc non tải bằng động cơ có công suất

nhỏ hơn.

- Giảm điện áp của những động cơ chạy non tải.

- Hạn chế động cơ chạy không tải .

- Dùng động cơ đồng bộ thay thế động cơ không đồng bộ.

- Nâng cao chất lượng sữa chữa động cơ.

- Thay thế những máy biến áp làm việc non tải bằng những máy biến áp có

dung lượng nhỏ hơn.

b.Nâng cao hệ số công suất cos ϕ bằng phương pháp bù:

Bằng cách đặt các thiết bị bù ở gần các hộ tiêu dùng điện để cung cấp công suất

phản kháng cho chúng, ta giảm được lượng công suất phản kháng phải truyền tải trên

đường dây do đó nâng cao được hệ số cos ϕ của mạng.

Biện pháp bù không giảm được lượng công suất phản kháng tiêu thụ của các

hộ dùng điện mà chỉ giảm được công suất phản kháng phải truyền tải trên đường dây

mà thôi. Vì thế chỉ sau khi thức hiện các biện pháp nâng cao cos ϕ tự nhiên mà vẫn

không đạt yêu cầu thì chúng ta mới xét đến phương pháp bù. Để việc bù công suất

phản kháng có hiệu quả cao nhất thì ta phải xác định được dung lượng bù hợp lý, dựa

trên có sở tính toán và so sánh kinh tế kỹ thuật.

3. Thiết bị bù công suất phản kháng:

Thiết bị bù phải chọn trên cơ sở tính toán so sánh về kinh tế kỹ thuật. Để bù

công suất phản kháng tiêu thụ tại các xí nghiệp, chúng ta có thể dùng: Tụ điện, máy bù

đồng bộ, động cơ không đồng bộ rôto dây quấn, SVC.

Giáo viên biên soạn: Võ Quốc Dũng



85



a. Tụ điện:

Là loại thiết bị điện tĩnh, làm việc với dòng điện vượt trước điện áp, do đó nó

có thể sinh ra công suất phản kháng Q cung cấp cho mạng điện. Tụ điện thường được

chế tạo với điện áp định mức: 220V, 0.4KV, 3KV, 6KV, 10KV.

Khi dùng tụ điện có những ưu và nhượt điểm sau:

 Ưu điểm:

+ Tổn thất công suất tác dụng bé, khoảng 0.003 → 0.005KW/KVR.

+Vận hành đơn giản, có thể đặt ở cấp điện áp bất kỳ.

+ Giá thành rẻ, lắp ráp bảo quản dễ dàng.

+ Có thể sử dụng ở nơi khô ráo bất kỳ để đặt bộ tu.

 Nhượt điểm:

+ Công suất phản kháng phát ra phụ thuộc vào điện áp đặt vào tụ

Q = ω . C . U2, nhạy cảm với sự biến động của điện áp đặt lên cực tụ điện.

+ Tuổi thọ ngắn (8 ÷ 10 năm) và độ bền kém, cấu tạo kém chắc chắn nên dễ bị

phá hỏng khi xẩy ra ngắn mạch.

+ Chỉ đặt được bởi cấp điện áp 6-10KV.

+ Có khả năng phát ra công suất phản kháng mà không có khả năng tiêu thụ

công suất phản kháng.

+ Không có khả năng điều chỉnh trơn dung lượng bù (điều chỉnh theo từng cấp

cố định).

b. Máy bù đồng bộ:

Máy bù đồng bộ thực chất là động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ không tải. Ở

chế đôï quá kích thích, máy bù sẽ phát ra công suất phản kháng cung cấp cho mạng,

còn ở chế độ thiếu kích thích, máy bù tiêu thụ công suất phản kháng của mạng điện.

Máy bù đồng bộ là thiết bị rất tốt để điều chỉnh điện áp, nó thường được đặt ở những

điểm cần điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện.

Hiện nay, máy bù đồng bộ thường được chế tạo với công suất định mức từ vài

trăm Kvar đến hàng Mvar.

Máy bù đồng bộ có những ưu và nhượt điểm sau:

 Ưu điểm:

+ Công suất phản kháng phát ra không phụ thuộc vào điện áp của mạng điện.

+ Có thể điều chỉnh trơn công suất phản kháng bằng cách thay đổi giá trị dòng

kích từ.

+ Có độ bền cơ, nhiệt cao.

+ Có thể phát và thu công suất phản kháng.

 Nhượt điểm:

+ Tổn thất trong máy bù đồng bộ lớn (15 ÷ 35) W/Kvar.

+ Chỉ đặt ở phía trung áp vì máy bù thường chế tạo với cấp điện áp này.

+ Giá thành cao.

+ Vận hành phức tạp.

c. Thiết bị bù SVC:

Thiết bị mang tính dung thì phát công suất phản kháng.

Thiết bị mang tính cảm thì thu công suất phản kháng.

Có thể điều chỉnh được dung lượng bù.

4. Vị trí đặt tụ bù:

+ Bù tập trung: Đặt tập trung ở thanh cái phía điện áp thấp của trạm biến áp.

Áp dụng khi tải ổn định và liên tục, bộ tụ được đấu vào thanh góp của tụ phân

phối chính.

Giáo viên biên soạn: Võ Quốc Dũng

M



86

M



M



M



Hình 1:Bù tập trung.

Dây dẫn.

Dòng công suất tác dụng.

Dòng công suất phản kháng.

+ Bù nhóm(từng phân đoạn): Đặt thành nhóm ở tụ điện phân phối lực.

Được sử dụng khi mạng điện quá lớn và khi chế độ tải thay đổi theo thời gian

liên tục, các phân đoạn phụ tải khác nhau, bộ tụ được đấu vào tủ phân phối khu vực.



M



M



M



M



Hình 2: Bù nhóm.

Dây dẫn.

Dòng công suất tác dụng.

Dòng công suất phản kháng.

+ Bù riêng: Đặt phân tán ở từng thiết bị dùng điện:

Được xét đến khi trong mạng điện có động cơ công suất lớn đáng kể so với

công suất mạng điện. Bộ tụ được mắc trực tiếp vào đầu dây nối của thiết bị dùng điện.



Giáo viên biên soạn: Võ Quốc Dũng

M



87

M



M



M



Hình 2: Bù riêng.

Dây dẫn.

Dòng công suất tác dụng.

Dòng công suất phản kháng.

+ Trường hợp các hộ tiêu thụ ở cuối đường dây:

Hộ tiêu thụ phân bố điều trên đường dây, kết quả tính toán cho vị trí thích hợp

1

2

để giảm tối thiểu mức tổn thất điện áp là đặt tụ bù trong khoảng → chiều dài

2

3

đường dây tính từ đầu phát của đường dây.

5. Vận hành tụ bù:

Tụ bù được vận hành theo hai hình thức:

+Loại cố định(bù nền): Được đóng thường xuyên vào đường dây.

+Loại ứng động: Giàn tụ điện tự động đóng cắt theo nhu cầu công suất phản

kháng của hệ thống, đóng vào giờ cao điểm, mở ra trong giờ thấp điểm của đồ thị phụ

tải.

8.2 Cách xác định dung lượng bù:

Khi ta nâng hệ số công suất cos ϕ1 thì có hệ số công suất cos ϕ 2

P1 = 3UI1 . cos ϕ1 (1)

P2 = 3UI 2 . cos ϕ 2

(2)

Với P1 = P2 = const

Do đó: I 2 = I 1 ⋅



cos ϕ1

(3)

cos ϕ 2



Công suất phản kháng:

Q1 = 3UI 1 Sinϕ1 (4)

Q2 = 3UI 2 .Sinϕ 2 (5)



Cosϕ1

.Sinϕ 2 (6)

Cosϕ 2

Dùng dung lượng bù để nâng cao từ Cosϕ1 đến cos ϕ 2 là Qbù :

cos ϕ1

sin ϕ1 sin ϕ 2

Qbu = 3UI 1 Sinϕ1 − 3UI

sin ϕ 2 = 4.U.I.cosφ1(

−

)

cos ϕ 2

cos ϕ1 cos ϕ 2

= P (tgϕ1 − tgϕ 2 ) KVAR.

,

Từ (3) và (5) ta có: Q2 = 3UI1



Qbù



Ở đây:

- P: Phụ tải tính toán của phân xưởng hay nhóm (KW)

- ϕ1 : Góc ứng với hệ số công suất trung bình ( cos ϕ1 ),trước khi bù.

- ϕ 2 : Góc ứng với hệ số công suất trung bình ( cos ϕ 2 ), sau khi bù.

Giáo viên biên soạn: Võ Quốc Dũng



88



 Hệ số công suất cos ϕ 2 ở trên thường lấy bằng hệ số công suất do cơ quan

quản lý hệ thống điện quy định cho mỗi hộ tiêu thụ phải đạt được, thường nằm trong

khoảng 0,85 → 0,95.

Ở đây ta chọn hệ số công suất sau khi bù cho khu dân cư là Cosϕ = 0,9 hay tg

ϕ 2 = 0,48

Ví dụ

Một trạm biến áp 180 kVA 22/0,4kV cấp điện cho 2 phụ tải: tải 1: P 1 = 70 kW

cos φ = 0,75; tải 2: P1 = 50 kW cos φ = 0,8. Tính trị số điện dung của tụ để nâng hệ

số công suất của trạm là 0,96

Giải :

70 * 0.75 + 50 * 0.8

= 0.77

Hệ số công suất trung bình của trạm : cos φ tb =

120

-Xác định trị số điện dung.

U= 0,4 kV , P = 120 kW

Cos ϕ 1 = 0,77. => tg ϕ 1 = 0.82; Cos ϕ 2 = 0,96. => tg ϕ 2 = 0.29

- Dung lượng cần bù:

Qb = P(tg ϕ 1 - tg ϕ 2) = 120 (0.82 -0.29) = 63.6 (kVAr)



Qb

63.6.10 3

=

10 6 = 1265μF

- Trị số điện dung của tụ: C =

2

2

2 πfU

2.3,14.50.400



MỤC LỤC

Trang

Giáo viên biên soạn: Võ Quốc Dũng



89



BÀI GIẢNG CUNG CẤP ĐIỆN................................................................................1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN..........................2

1.1 Các đặc điểm của quá trình sản xuất và phân phối điện......................2

1.2 Các thành phần chính của hệ thống lưới điện.........................................4

1.3 Cấu trúc cơ bản về hệ thống lưới điện.....................................................5

1.4 Các thành phần chính của hệ thống điện ................................................5

1.5 Những chỉ tiêu đối với phương án cung cấp điện....................................6

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN PHỤ TẢI ĐIỆN............................................................8

2.1 Khái niệm chung...........................................................................................8

2.2 Đồ thị phụ tải................................................................................................8

2.3 Các đại lượng và hệ số tính toán..............................................................9

2.4 Các phương pháp xác định phụ tải điện..................................................13

2.5 Bài tập ứng dụng........................................................................................14

3.6 Xác định phụ tải tính toán cho các phụ tải đặc biệt.............................21

3.7 Xác định tâm phụ tải.................................................................................22

CHƯƠNG III: TRẠM BIẾN ÁP.............................................................................23

3.1 Khái quát trạm biến áp:..............................................................................23

3.2 Các thông số đặc trưng của máy biến áp:...............................................24

3.3 Khái niệm chung về trạm biến áp trung/hạ áp........................................25

3.4 Sơ đồ nối dây trạm biến áp trung/hạ áp .................................................26

3.5 Đo lường và kiểm tra trạm biến áp trung áp...........................................33

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN ĐIỆN.......................................................................36

4.1 Khái quát......................................................................................................36

4.2 Sơ đồ thay thế lưới cung cấp điện...........................................................36

4.3 Tính toán tổn thất trên đường dây tải điện............................................38

4.4 Tổn thất công suất trên đường dây.........................................................41

4.5 Tổn thất công suất trong máy biến áp......................................................43

4.6 Tổn thất điện năng....................................................................................43

4.7 Các giải pháp nhằm giảm tổn thất điện năng .....................................45

4.8 Tính Toán Ngắn Mạch ..............................................................................45

CHƯƠNGV : LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ CUNG CẤP ĐIỆN............................50

5.1 Điều kiện chung để lựa chọn thiết bị:.....................................................50

5.2 Lựa chọn thiết bị cao áp ............................................................................52

5.2.1- Lựa chọn máy cắt ..............................................................................52

Điều kiện lựa chọn. .....................................................................................53

Điều kiện lựa chọn. .....................................................................................53

- Công dụng ...................................................................................................53

- Điều kiện lựa chọn cầu chì. ....................................................................53

5.3 Lựa chọn cáp và dây trong mạng cao áp:.................................................54

5.4 Lựa chọn thiết bị hạ áp..............................................................................57

5.4.3 Bài tập. ................................................................................................59

CHƯƠNGVI: BẢO VỆ AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN.........................................62

6.1 Bảo vệ chống sét ........................................................................................62

6.2 Hệ thống nối đất........................................................................................68

CHƯƠNG 7: TÍNH TOÁN CHIẾU SÁNG.............................................................73

7.1 Nguồn sáng:.................................................................................................73

7.2 Các loại nguồn sáng:..................................................................................73

Giáo viên biên soạn: Võ Quốc Dũng



90



7.3 Giới thiệu các phương pháp tính toán chiếu sáng:.................................76

7.4 Ví dụ tính toán chiếu sáng:......................................................................79

CHƯƠNG VIII: BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG...............................................84

8.1 Ý nghĩa và biện pháp nâng cao hệ số cosφ:...............................................84

8.2 Cách xác định dung lượng bù:...................................................................88



Giáo viên biên soạn: Võ Quốc Dũng



91