Nâng cao hệ số và bù công suất phản kháng

Nâng cao hệ số và bù công suất phản kháng

TC DCN 08A Bài Tập Lớn CCĐÐ

CHƯƠNG 7

NÂNG CAO HỆ SỐ VÀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

A- PHẦN LÝ THUYẾT:

Điện năng là năng lượng chủ yếu của các xí nghiệp công nghiệp, các

xí nghiệp này tiêu thụ khoảng trên 70 % tổng số điện năng sản xuất ra vì thế vấn

đề sử dụng hợp lý và tiết kiệm điện năng ở đây có ý nghĩa rất lớn, về mặt sản xuất điện năng vấn đề đặt ra là phải tận dụng hết khả năng của các nhà máy phát

điện để sản xuất ra được nhiều nhất đồng thời về mặt dùng điện phải hết sức tiết

kiệm điện giảm tổn thất điện năng đến mức nhỏ nhất phấn đấu một KWh điện

ngày càng làm ra nhiều sản phẩm

Tinh chung trong toàn bộ hệ thống điện thường có 10 — 15 % năng

lượng được phát ra bị mất mát trong quá trình truyền tải và phân phối điện năng

Mạng có điện áp Tổn thất điện năng ( % ) của

Từ bản trên ta thấy tổn thất điện năng trong mạng điện có U = 0,1 —

10 kv ( tức mạng điện trong xí nghiệp ) chiếm tới 64,4 % tổng số điện năng bị tổn thất, sở dĩ như vậy bởi vì mạng phụ tải gây ra tổn thất điện năng lớn,

GVHD : Ths Lê Phong Phú

vì thế tiết kiệm điện năng trong xí nghiệp có ý nghĩa rất quan trọng trong xí nghiệp

và nền kinh tế quốc dân

Hệ số công suất cosọ là một chỉ tiêu để đánh giá, hệ sỐ cosọ của các

xí nghiệp nước ta hiện nay vào khoảng 0,6 — 0,7 chúng ta cần phấn đấu nâng cao

dần lên đến 0,9, ngoài mục tiêu tiết kiệm điện năng nó còn đem lại hiệu quả khác

như:

Phần lớn các thiết bị dùng điện đều tiêu thụ công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q những thiết bị tiêu thụ nhiều công suất phản kháng là:

+ động cơ không đồng bộ tiêu thụ khoảng 60 -65 % Q của mạng

+ máy biến áp tiêu thụ khoảng 20 — 25 %

+ đường dây trên không điện kháng và các thiết bị điện khác tiêu thụ khoảng 10%

Như vậy động cơ không đồng bộ là 2 loại máy tiêu thụ nhiều Q nhất Q không sinh công như P nhưng nó là công suất từ hóa trong các máy điện xoay chiều, quá trình trao đổi Q giữa máy phát điện và hộ dùng điện là một quá trình dao động , mỗi chu

kỳ của dòng điện Q đổi chiều 4 lần, giá trị trung bình của Q trong nửa chu kỳ điện bằng 0, cho nên việc tạo ra công suất phản kháng không đòi hỏi tiêu tốn năng lượng của động cơ sơ cấp quay máy phát điện Mặt khác Q cung cấp cho hộ dùng điện không nhất thiết phải lấy từ nguồn

Vì vậy người ta đặt gần các hộ tiêu thụ các máy sinh ra Q khi có bù Q thì góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch sẽ nhỏ di

Q

= arctg~

Nhờ có bù ta giảm được Qphảï truyền tải trên đường dây và nếu P

không đổi thì góc ọ sẽ giảm xuống tức coso tăng lên đưa đến những hiệu quả sau:

TC DCN 08A Bài Tập L6n CCD

1) Giảm được tổn thất công suất trong mang điện, chúng ta đã biết tổn thất

công suất trên đường dây được tính như sau:

- P+Q? Pe ẹ

=

Khi giảm Q truyền tải trên đường dây ta giảm được thành phần tổn thất công suất

AP do Q gay ra

2)_ Giảm được tổn thất trong mạng, tổn thất điện áp tính như sau:

_ P.R+QX aPR,QX

Khi giảm Q truyền tải trên đường dây ta giảm được thanh phan AUg do Q gây ra 3) Tang kha năng truyền tải của đường dây và MBA, khả năng truyền tải của đường dây và MBA phụ thuộc vào điều kiện phát nóng tức phụ thuộc vào dòng điện cho phép của chúng, dòng điện chạy trên dây dẫn và MBA được

tính như sau:

\P?+Q?

3U

Biểu thức này chứng tỏ rằng cùng một tình trạng phát nóng nhất định của đường

T=

dây và MBA chúng ta có thể tăng khả năng truyền tải P của chúng

bằng cách giảm Q mà chúng phải tải đi, vì thế khi giỮ nguyên đường dây và MBA, nếu cosọ của mạng được nâng cao thì khả năng truyền tải sẽ tăng lên

GVHD : Ths Lê Phong Phú

Bài Tập Lớn CCĐÐ

TC DCN 08A

CAC BIEN PHAP NANG CAO HE SO COSo

>

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

công suất:

Khi động cơ không đồng bộ làm việc tiêu thụ lượng công suất phản kháng bằng

Q=@+(Qá— Qo) K?x

Trong đó:

Q¿ : công suất phản kháng lúc làm việc non tải

Qàn : công suất phản kháng lúc làm việc định mức

K,„ : hệ sỐ phụ tải

HỆ số công suất được tính:

i ip:

89 = = oor

ied Qo + (Qin = Qo) K pe

Từ công thức trên chúng ta thấy nếu động cơ làm việc non tải tức K„„ bé thì cosọ thấp

2- giảm điện áp của các động cơ làm việc non tải:

Công suất phản kháng mà động cơ không đồng bộ tiêu thụ được tính như sau:

2

Q=kK.U.fy

u

TC ĐCN 08A Bài Tập L6n CCD

Trong đó:

K: là hằng số

M: là hệ số dẫn từ

f : là tần số dòng điện

v : là thể tích mạch từ

Do đó nếu ta giảm U thì Q giảm đi rõ rệt do đó cosọ giảm trong thực tế người ta

dùng phương pháp sau đây để giảm điện áp khi động cơ làm việc non tải

+ đổi nối dây quấn stato tỪ tam giác sang sao

+ thay đổi cách đấu dây

+ giảm điện áp bằng MBA

Ngoài ra người ta còn thực hiện các biện pháp sau đây để nâng cao hệ số công suất:

+ thay đổi và cải tiến quy trình công nghệ để các thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất

+ hạn chế động cơ chạy không tải

+ dùng động cơ đồng bỘ thay thế động cơ không đồng bộ

+ nâng cao chất lượng sửa chửa động cơ

+ thay thế những MBA làm việc non tải bằng những MBA có dung lượng

nhỏ hơn

> PHƯƠNG PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐỂ NÂNG CAO HỆ SỐ

COSo:

1- đương lượng kinh tế của công suất phản kháng:

Đại lượng kinh tế của công suất phản kháng là K„ là lượng công suất tác dụng ( kw ) tiết kiệm được khi bù Q ( KVAr ) công suất tác dụng tiết kiệm được bù

là

GVHD : Ths Lê Phong Phú

TC DCN 08A Bai Tap Lén CCD

Pu = Ku Qui

Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây:

P?+q?

ỤT RE

Sau khi bù do lượng tổn thất AP giảm nên P truyền tải trên đường dây củng giảm

Trước khi bù thành phần tổn thất P do Q gây ra là AP:, sau khi bù Q,› thành phần

tổn thất P do Q gây ra là

2

Vậy lượng P tiết kiệm đượclà

AP =AP¡— AP;

Theo định nghĩa:

7 Qu, U”

k,=22 282-9

Q

Từ công thức trên ta nhận xét:

Nếu dung lượng Q,› < Q thi Kx được tính như sau:

TC DCN 08A Bài Tập Lớn CCĐÐ

Nếu Q và R càng lớn thì K¿ càng lớn, nghĩa là nếu phụ tải phản kháng càng lớn và càng xa nguồn thì việc bù càng có hiệu quả kinh tế, giá trị của K„ nằm trong

khoảng 0,02 - 0,12 kw / KVAr, trong tính toán có thé lấy các giá trị sau:

+ hộ dùng điện cho nhà máy cung cấp: Kạ = 0,02 — 0,04

+ hộ dùng điện qua một lần biến áp: Kạ = 0,04 — 0,06

+ hộ dùng điện qua hai lần biến áp: Ky = 0,05 — 0,07

+ hộ dùng điện qua ba lần biến dp: Ky = 0,08 — 0,12

2- xác định dung lượng bù:

Dung lượng bù được xác định theo công thức sau:

Qua = Pu ( tage — tag ) 00

Trong do:

P, : 1a phy tải tính toán của hộ tiêu thụ

@¡.là góc ứng với hệ số công suất trung bình cosọ: trước khi bù

ø›.là góc Ứng với hệ sỐ công suất cos ọ; muốn đạt được sau khi bù

COs @2 = 0,8 — 0,95 do điện lực quy định

œ =0,9 -1 là hệ số xét tới khả năng nâng cao cos bằng các phương pháp

không đòi hỏi thiết bị bù

Đối với hộ dùng điện thì dung lượng bù có thể xác định theo quan điễm tối ưu

sau: do bù có thể tiết kiệm được một lượng công suất tác dụng là

AP = Kụ Quà - Koi» Qua (Kit - Koi )

GVHD : Ths Lê Phong Phú

Trong đó:

Kụ› : suất tổn thất công suất tác dụng trong thiết bị bù ( kw / KVAr)

K¿ : đương lượng kinh tế của công suất phản kháng (kw / KVAr )

2

Như vậy ta có Quøiwu= Q- SK

3- chọn thiết bị bù:

Thiết bị bù được lựa chọn trên cơ sở tính toán so sánh kinh tế kỹ thuật bảng sau

đây trình bày các loại thiết bị bù thường dùng và suất tổn thất công suất của

chúng:

TC DCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ

Suất tổn thất công suất Kui

Máy bù đồng bộ S < 5000 -3000 KVAr 0,002 — 0,027

Máy bù đồng bộ S < 5000 KVAr 0,03 — 0,05

Động cơ không đồng bộ cuộn dây được 0,02 — 0,08

đồng hóa

Máy phát đồng bộ dùng làm máy bù 0,1—0,15

Máy phát đồng bộ dùng làm máy bù, khong 0,15 — 0,3

tháo động cơ sơ cấp

GVHD : Ths Lê Phong Phú

-Tụ điện:

-Là loại thiết bị điện tĩnh làm việc với dòng điện vượt trước điện áp do đò

nó có thể sinh ra Q cung cấp cho mạng, tụ điện có các ưu điễm sau: suất tổn thất

bé, không có phần quay nên lắp ráp bảo quản dễ dàng Tùy theo sự phát triển của

phụ tải trong quá trình sản xuất ta có thể ghép dần các tụ điện vào mạng, khiến hiệu suất sử dụng cao và không bỏ vốn nhiều một lúc, tuy vậy tụ cũng có những

nhược điễm sau:

+ nhạy cảm với những biến động điện áp đặt lên cực tụ điện

+ kém chắc chắn đặc biệt là dễ bị phá hỏng khi ngắn mạch

-Máy bù đồng bộ:

-Là loại động cơ đồng bộ làm việc ở chế đỘ không tải do không có phụ tải trên trục máy nên nó được chế tạo gọn nhẹ và rẻ hơn so với động cơ đồng bộ

cùng công suất là ưu điễm, nhược điễm là có phần quay nên lắp ráp bảo quản và

vận hành khó khăn do đó máy này thường được dùng ở những nơi cần bù tập trung

có dung lượng lớn

- Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn được đồng bộ hóa:

-Khi cho dòng một chiều chạy vào rôto của động cơ thì nó sẽ làm việc như một động cơ đồng bộ với dòng điện vượt trước điện áp vì thế nó có khả năng sinh

ra Q cung cấp cho mạng, nhưng động cơ này tổn thất công suất khá lớn khả năng quá tải kém, vì vậy động cơ này cho phép làm việc không quá 75 % công suất định mức, chính những lý do trên mà động cơ này được coi là thiết bị bù kém nhất nên

nó ít được sử dụng

4- phân phối dung lượng bù trong mạng điện:

a- vị trí đặt thiết bị bù:

TC DCN 08A Bai Tap Lén CCD

Máy bù đồng bộ thường được đặt tập trung ở những điễm quan trọng của hệ

thống điện

Tụ điện thường được đặt ở mạng điện cao áp hoặc mạng áp thấp, tụ điện điện

áp cao (6 — 10 kv ) được đặt tập trung ở thanh cái TBA trung gian hoặc TBA phan

phối, tụ điện áp thấp (0,4 kv ) được đặt theo ba cách:

+ đặt tập trung ở thanh cái phía điện áp thấp của trạm biến áp phân xưởng + đặt thành nhóm ở tụ phân phối động lực

+ đặt phân tán ở từng thiết bị dùng điện

- phân phối dung lượng bù trong mạng hình tia:

Que

Q Q Qu

Nhóm Thực Hiện:

GVHD : Ths Lê Phong Phú

TC DCN 08A Bai Tap Lén CCD

Tổn thất công suất tác dụng do công suất phản kháng gây ra:

(Q, =Qu) „

Với điều kiện ràng buộc về cân bằng công suất bù là:

Ø(Q,¿,Q,„; Q,u,) = Quy + Quu¿ + + Quụ, = 0

Theo phương pháp toán tỬ lagrangce ta tìm được dung lượng bù tối ưu của các

nhánh:

Qui = @ — 2° Oy Ry

4

Q,„; = Q; — —=

1

Nhóm Thực Hiện:

Nhất Nguyên- Đình Nghị

-12-TC DCN 08A Bai Tap Lén CCD

*phân phối dung lượng bù trong mạch phân nhánh:

Dung lượng bù tại nhánh thứ n được xác định theo công thức:

Nhóm Thực Hiện:

GVHD : Ths Lê Phong Phú

TC DCN 08A Bai Tap Lén CCD

B-— PHAN TINH TOAN BU CONG SUAT CHO DAY NHÀ E

Taco:

Sdm=25(kva) Cos@=0,72 Suy ra:

Tgo1=0,96

Mà Cosọ cần nâng cao lên là 0,95

Vay tgp2=0,328

Taco:

Qbù=P(tg01-tgg2)

=58582(0,96-0,328)

=36438 (var)

Vậy Qbù= 36,4 (kvar) ;

Ta chon ty dién bi do Lién X6 ché tao kc2-0,66-40-3Y

C6 U= 220(v),40(kvar)

C6 C=292(yF)

Dung lượng bù tại tầng trệt :

Q=15188(0,96-0,328)

=10054(var)