Chương 21:Tính toán bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất cho nhà máy Vấn đề sử dụng hợp lý và tiết kiệm điện năng trong các xí nghiệp công nghiệp có ý nghĩa rất lớn đối
Trang 1Chương 21:
Tính toán bù công suất phản
kháng
để nâng cao hệ số công suất cho
nhà máy
Vấn đề sử dụng hợp lý và tiết kiệm điện năng trong các xí nghiệp công nghiệp có ý nghĩa rất lớn đối với nền kinh tế vì các xí nghiệp này tiêu thụ khoảng 55 tổng số điện năng đ-ợc sản xuất
ra Hệ số công suất cos là một trong các chỉ tiêu để đánh giá xí nghiệp dùng điện có hợp lý và tiết kiệm hay không Nâng cao hệ số công suất cos là một chủ tr-ơng lâu dài gắn liền với mục đích phát huy hiệu quả cao nhất quá trình sản xuất, phân phối và sử dụng điện năng
Phần lớn các thiết bị tiêu dùng điện đều tiêu thụ công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q Công suất tác dụng là công suất đ-ợc biến thành cơ năng hoặc nhiệt năng trong các thiết bị dùng điện, còn công suất phản kháng Q là công suất từ hoá trong các máy điện xoay chiều, nó không sinh ra công Quá trình trao đổi công suất phản kháng giữa náy phát và hộ tiêu dùng điện là một qúa trình dao động Mỗi chu kỳ của dòng điện, Q đổi chiều bốn
Trang 2lần, giá trị trung bình của Q trong 1/2 chu kỳ của dòng điện bằng không Việc tạo ra công suất phản kháng không đòi hỏi tiêu tốn năng l-ợng của động cơ sơ cấp quay máy phát điện Mặt khác công suất phản kháng cung cấp cho hộ tiêu dùng điện không nhất thiết phải lấy từ nguồn Vì vậy để tránh truyền tải một l-ợng Q khá lớn trên đ-ờng dây, ng-ời ta đặt gần các hộ tiêu dùng điện các máy sinh ra ra Q (tụ điện, máy bù đồng bộ, ) để cung cấp trực tiếp cho phụ tải, làm nh- vậy đ-ợc gọi là bù công suất phản kháng Khi bù công suất phản kháng thì góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch sẽ nhỏ đi, do đó hệ số công suất cos của mạng đ-ợc nâng cao, giữa P, Q và góc có quan hệ sau:
=
Q
P arctg
Khi l-ợng P không đổi, nhờ có bù công suất phản kháng, l-ợng Q truyền tải trên đ-ờng dây giảm xuống, do đó góc giảm, kết quả là cos tăng lên
Hệ số công suất cos đ-ợc nâng cao lên sẽ đ-a đến những hiệu quả sau:
* Giảm đ-ợc tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện
* Giảm đ-ợc tổn thất điện áp trong mạng điện
* Tăng khả năng truyền tải của đ-ờng dây và máy biến áp
* Tăng khả năng phát của các máy phát điện
Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cos
Trang 3* Nâng cao hệ số công suất cos tự nhiên: là tìm các biện pháp
để các hộ tiêu thụ điện giảm bớt đ-ợc l-ợng công suất phản kháng tiêu thụ nh-: hợp lý hoá các quá trình sản xuất, giảm thời gian chạy không tải của các động cơ, thay thế các động cơ th-ờng xuyên làm việc non tải bằng các động cơ có công suất hợp lý hơn, Nâng cao
hệ số công suất cos tự nhiên rất có lợi vì đ-a lại hiệu quả kinh tế lâu dài mà không phải đặt thêm thiết bị bù
* Nâng cao hệ số công suất cos bằng biện pháp bù công suất phản kháng Thực chất là đặt các thiết bị bù ở gần các hộ tiêu dùng
điện để cung cấp công suất phản kháng theo yêu cầu của chúng, nhờ vậy sẽ giảm đ-ợc l-ợng CSPK phải truyền tải trên đ-ờng dây theo yêu cầu của chúng
Để bù công suất phản kháng cho các hệ thống cung cấp điện
có thể sử dụng tụ điện tĩnh, máy bù đồng bộ, động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ quá kích thích, ở đây ta lựa chọn các bộ tụ điện tĩnh
để làm thiết bị bù cho nhà máy Sử dụng các bộ tụ điện có -u điểm
là tiêu hao ít công suất tác dụng, không có phần quay nh- máy bù
đồng bộ nên lắp rắp, vận hành và bảo quản dễ dàng Tụ điện đ-ợc chế tạo thành từng đơn vị nhỏ, vì thế có thể tuỳ theo sự phát triển của các phụ tải trong quá trình sản xuất mà chúng ta ghép dần tụ
điện vào mạng khiến hiệu suất sử dụng cao và không phải bỏ vốn
đầu t- ngay một lúc Tuy nhiên, tụ điện cũng có một số nh-ợc
điểm nhất định Trong thực tế với các nhà máy, xí nghiệp có công
Trang 4suất không thật lớn th-ờng dùng tụ điện tĩnh để bù công suất phản kháng nhằm mục đích nâng cao hệ số công suất
Vị trí đặt các thiết bị bù ảnh h-ởng rất nhiều đến hiệu quả bù Các bộ tụ điện bù có thể đặt ở TPPTT, thanh cái cao áp, hạ áp của TBAPP , tại các tủ phân phối, tủ động lực hoặc tại đầu cực các phụ tải lớn Để xác định chính xác vị trí và dung l-ợng đặt các thiết bị
bù cần phải tính toán so sánh kinh tế kỹ thuật cho từng ph-ơng án
đặt bù cho một hệ thống cung cấp điện cụ thể Song theo kinh nghiệm thực tế, trong tr-ờng hợp công suất và dung l-ợng bù công suất phản kháng của các nhà máy, thiết bị không thật lớn có thể phân bố dung l-ợng bù cần thiết đặt tại thanh cái hạ áp của các TBAPX để giảm nhẹ vốn đầu t- và thuận lợi cho công tác quản lý, vận hành
I.3.1 Xác định dung l-ợng bù:
Dung l-ợng bù cần thiết cho nhà máy đ-ợc xác định theo công thức sau:
Qbù = Pttnm ( tg1 - tg2 )
Trong đó:
Pttnm - phụ tải tác dụng tính toán của nhà máy (kW)
1 - góc ứng với hệ số công suất trung bình tr-ớc khi bù, cos1
= 0,77
2 - góc ứng với hệ số công suất bắt buộc sau khi bù, cos2 = 0,95
Trang 5 - hệ số xét tới khả năng nâng cao cos bằng những biện pháp không đòi hỏi đặt thiết bị bù, = 0,9 1
Với nhà máy đang thiết kế ta tìm đ-ợc dung l-ợng bù cần thiết:
Qbù = Pttnm ( tg1 - tg2 )
= 5792,16 ( 0,8 - 0,33 ).1 = 2722,3kVAr
I.3.2 .Phân bố dung l-ợng bù cho các trạm biến áp phân x-ởng:
Từ trạm phân phối trung tâm về các máy biến áp phân x-ởng
là mạng hình tia gồm 5 nhánh có sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế tính toán nh- sau:
Hình 5.2 - Sơ đồ thay thế mạng cao áp để phân bố dung
l-ợng bù.
Công thức tính dung l-ợng bù tối -u cho các nhánh của mạng hình tia:
Qbi = Qi - td
i
R
Q Q
) (
Q5
Q4
Q3
Q2
Q1
TPPTT
RC5
RB5
RB4
RC4
RB3
RC3
RB2
RC2
RB1
RC1
Qb5
Qb4
Qb3
Qb2
Qb1
Trang 6Trong đó:
Qbi - công suất phản kháng cần bù đặt tại phụ tải thứ i [kVAr],
Qi - công suất tính toán phản kháng ứng với phụ tải thứ i
[kVAr],
Q =
5
1
i
i
Q - phụ tải tính toán phản kháng tổng của nhà máy,
Q = 5742,74 kVAr
Rtđ =Rb+ Rc
Ri - điện trở của nhánh thứ i [],
Rc =
1
2 1
1
1
n
R R
R - điện trở t-ơng đ-ơng của cáp, []
Rb= 22
.
1000
dm
dm N
S n
U P
Trong đó:
RB:Điện trở các máy biến áp
Uđm: Điện áp định mức của máy biến áp
Sđm: Công suất định mức của máy biến áp
Với máy biến áp B1 ta có :
1000 2
22 22 6 , 12
T-ơng tự ta có bảng:
Rtđ =Rb+ Rc
Tính toán các thông số ta có :
Trang 7TT Đ-ờng dây L,m F,mm2 Loại
dây
R0,Ω/km R, Ω
đồng
1,47 3,101
đồng
1,47 3,071
đồng
1,47 3,071
đồng
1,47 3,071
đồng
1,47 3,101 Thay số vào ta có:
1
2 1
1
1
n
R R
R
Rc
101 , 3
1 071 , 3
1 071 , 3
1 071 , 3
1 101 , 3
= 0,617
Xác định dung l-ợng bù tối -u cho từng nhánh
Qb1 = 1125 - (5742,74 –2722,3)
101 , 3
617 ,
0 = 524 kVAr
Qb2 = 990 - (5590,64 -3465,7)
071 , 3
617 ,
0 = 381,16 kVAr
Qb3 = 1331,8 - (5590,64 -3465,7)
071 , 3
617 ,
0 = 722,24 kVAr
Qb4 =1019,14 - (5590,64 -3465,7)
071 , 3
617 ,
0 = 408,3 kVAr
Qb5 = 1463 - (5590,64 -3465,7)
101 , 3
617 ,
0 = 854,6 kVAr
Trang 8Kết quả phân bố dung l-ợng bù cho từng nhánh đ-ợc ghi trong bảng 5.4
Bảng 5.4 - Kết quả phân bố dung l-ợng bù trong nhà máy.
T
(kVAr)
(kVAr
)
Số l-ợn g
1
TPPTT-B1 0,062 1125 524 KC2-0,38-50-3Y3 50 11
2
TPPTT-B2 0,074 765 381,16 KC2-0,38-50-3Y3 50 8
3
TPPTT-B3
0,06 6
1331,8 722,24
KC2-0,38-50-3Y3
4
TPPTT-B4
0,02 6
1019,1
4
408,3
KC2-0,38-50-3Y3
5
TPPTT-B5
0,07 0
1463 854,6
KC2-0,38-50-3Y1
Kiểm tra lại cos sau khi bù :
b
Q
=2722,3 kVAr
Qbù = Pttnm ( tg1 - tg2 )
= 5792,16.( 0,8 - 0,33 ).1 = 2722,3kVAr
b
Q
=Q bù =2722,3 kVAr
tg2 =0,33; cos2 =0,95 thỏa mãn điều kiện
Hình 5.3 - Sơ đồ lắp rắp tụ bù cos cho trạm 2 máy biến áp
Trang 9Tñ bï cos
Tñ ¸pt«m¸t
tæng
Tñ ph©n
phèi cho
c¸c PX
Tñ ph©n phèi cho c¸c px
Tñ ¸pt«m¸t ph©n ®o¹n Tñ bï cos Tñ ¸pt«m¸t tæng
