Tính toán, thiết kế bù công suất phản kháng

Các máy phát chỉđảm đương 1 phần nhu cầu công suất phản kháng của phụ tải, phần còn lại do thiết bị bù đảm tráchmáy bù đồng bộ,tụ điện Trong hệ thống phải tính đến 1 nguồn công suất phản

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hưng yên,ngày….tháng….năm2010

Giáo viên

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước đang diễn ra rất mạnh mẽ ở nước ta,muốnthực hiện tốt mục tiêu đó chúng ta phải thúc đẩy và phát triển một số ngành công nghiệpmũi nhọn như: Cơ khí, Điện, Điện tử, Công nghệ thông tin… Trong đó ngành Điện đóng

1 vai trò hết sức quan trọng trong nền kinh tế quốc dân Nó đảm nhiệm công việc cungcấp điện cho hầu hết các ngành trong mọi lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân, ngoài ra nócung cấp điện cho các địa phương thúc đẩy sự phát triển của địa phương đó để dẫn cânbằng về đời sống giữa nông thôn và thành thị

Trong thời gian học tập chúng em được giao nhiệm vụ thực hiện đề tài : Tính toán,

thiết kế bù công suất phản kháng.

Với những kiến thức đã được trang bị trong quá trình học tập cũng như ngoài thực tế,

đồng thời với sự hướng dẫn tận tình của thầy Trần Quang Phúchúng em đã hoàn thànhyêu cầu của đề tài

Mặc dù đã hoàn thành song do kiến thức cũng như kinh nghiệm còn nhiều hạn chếnên không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình thực hiện.Rất mong nhận sựgóp ý của thầy cô giáo để đề tài của nhím chúng em được hoàn thiện hơn

Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Điện –Điện

tử và đặc biệt là thầy Trần Quang Phúđã tạo điều kiện và giúp đỡ chúng em hoàn thành

đề tài này

Hưng Yên, tháng 12 năm 2010.

1.1 Khái niệm về công suất phản kháng

Để cho việc bù công suất đạt hiệu quả , trước hết chúng ta cần tìm hiểu ý nghĩavật lý của đại lượng này và biểu diễn dưới dạng công thức toán học

Giả sử dòng điện hình sin trong mạch được biểu diễn bằng một hàm điều hòa:

i(t) = I msin(ωt + φ) (1.1)Trong đó : Im – trị số cực đại của dòng điều hòa

ωt + φ - góc pha , kết hợp hai đại lượng đặc trưng là tần số góc ω,

và góc pha đầu φ( khi t = 0)Với dòng chu kỳ i(t) đã cho có thể tìm được trị số dòng không đổi I tương đương

A = R× I2 T = (1.2)Trị số dòng không đổi I tương đương về mặt tiêu tán với dòng chu kỳ i(t) được gọi

là giá trị hiệu dụng của dòng chu kỳ Như vậy có thể viết :

i(t) = Isin(ωt + φ) (1.3)

Từ (1.2) ta xét mạch của các phần tử R, L, C Kỹ thuật điện đã chứng minh làphản ứng một nhánh nối tiếp R-L-C đối với kích thích điều hòa ở chế độ xác lập :

U= Usin(ωt + φ)

= I.Rsin(ωt + φ) + ωLIsin(ωt + π/2) + sin(ωt - π/2)

U = Ur sinωt + UL sin(ωt + π/2) + UC sin(ωt – π/2) (1.4)

Công thức (1.4) nói lên quan hệ giữa u và i

Xét theo quan hệ hiệu dụng giữa U và I ta có :

Hình 1.1 mạch R,L,C nối tiếp và đồ thị điện ápPhân tích các công thức(1.5),(1.6),(1.7)ta có thể biểu diễn quan hệ giữa Z,R,X quamột tam giác vuông gọi là tam giác tổng trở.

Hình 1.2 tam giác tông trở

Từ hình 1.2 ta có các quan hệ:

R = Zcosφ ; X = Zsinφ (1.10)Chúng ta xem xét sự tiêu thụ năng lượng xảy ra như thế nào trong mạch điện cótải là điện trở và điện kháng

Mạch điện được cung cấp bởi điện áp :

u = Um sinωtdòng điện i lệch pha với u một góc φ:

i = Imsin(ωt - φ)hay : i = Im(sinωt.cosφ – sinφ.cosωt)

i = i’ + i’’

với : i’ = Imcosφ.sinωt

i’’ = Imsinφ.cosωt

Như vậy dòng điện i là tổng của hai thành phần :

i’ – có biên độ Imcosφ cùng pha với điện áp

i’’ – có biên độ Imsinφ chậm pha với điện áp một góc π/2

Công suất ứng với hai thành phần i’ và i’’ là:

P = U Imcosφ gọi là công suất tác dụng

Q = U Imsinφ gọi là công suất phản kháng

Từ (1.6) ta có thể viết :

P = U Imcosφ = Z.I(Icosφ) = Z.I2.R/Z = R.I2 (1.12)

Vậy, công suất tác dụng là công suất có hiệu lực biens năng lượng điện thành cácdạng năng lượng khác và sinh ra công

Q = U Isinφ = Z.I(Isinφ) = Z.I2.X/Z = X.I2 (1.13)

Vậy , công suất phản kháng Q của một nhánh nói lên cường độ của quá trình dao động năng lượng.

Ta có thể biểu diễn quan hệ P,Q như hình 1.3

Hình 1.3 quan hệ giữa công suất P và QTrong mạng điện có các thành phần mang tính điện kháng hay điện dung sẽ sử dụngcông suất đặc biệt được gọinlaf công suất phản kháng,

Ngược với công suất tác dụng, công suất phản kháng có thể được phục hồi sau khi đãđược hấp thụ

1.2 Sự tiêu thụ của công suất phản kháng.

Công suất phản kháng được tiêu thụ ở : động cơ không đồng bộ, máy biến áp, trênđường dây tải đienj và mọi nơ có từ trường Yêu cầu sông suất phản kháng chỉ có thểgiảm đến tối thiểu chứ không thể triệt tiêu được vì nó cần thiết để tạo ra từ trườngyếu tố trung gian cần thiết trong quá trình chuyển hóa điện năng

Sự tiêu thụ công suất phản khang trên lưới điện có thể phân chia một cách gầnđúng như sau:

- Động cơ không đồng bộ tiêu thụ khoảng 60 đến 65%

- Máy biến áp tiêu thụ khoảng 22 đến 25 %

- Đường dây truyền tải và các phụ tải khác khỏng 10%

Như vậy ,động cơ không đồng bộ và máy biến áp là hai loại máy tiêu thụ nhiềucông suất phản kháng nhất công suất tác dụng P là công suất được biến thành cônhnhư cơ năng hay nhiệt năng trong các máy dùng điện, còn công suất phản kháng Q làcông suất từ hóa trong máy điện xoay chiều , nó không sinh ra công Trong quá trìnhtrao đổi công suất phản kháng giữa máy phát điện và phụ tải là một quá trình daođộng Như đã đề cập ở phần trên , trong mỗi chu kỳ của dòng điện Q đổi chiều bốnlần ,giá trị trung bình của Q trong ½ chu kỳ dòng điện bằng 0 Cho nên việc tạo racông suất phản kháng cung cấp cho phụ tải không nhất thiết phải lấy từ nguồn mà cóthể cung cấp trực tiếp cho phụ tải (tụ điện , máy bù đồng bộ)

Nhu cầu công suất phản kháng chủ yếu là ở các xí nghiệp công nghiêp, cosφ củachúng giao động từ 0,5 đến 0,8 nghĩa là cứ 1 kW công suất tác dụng thì chúng yêucầu 0,75 đến 1,7 kVAr công suất phản kháng

Trong xí nghiệp công nghiệp,các động cơ không đồng bộ tiêu thụ khoảng 65 đến75% ,máy biến áp 15 đến 22% , các phụ tải khác 5 đến 10% tổng dung lượng côngsuất phản kháng yêu cầu Do vậy muốn giảm công suất phản kháng phải chú ý đếncác động cơ không đồng bộ

Nhu cầu công suất phản kháng ở các hộ phụ tải sinh ra,dân dụng không nhiều vìcosφ của chúng thường lớn hơn 0,9

Nhu cầu công suất phản kháng ở các máy biến áp công suất nhỏ là 10% công suấtđịnh mức của chúng,ở máy biến áp lớn hơn là 3% Còn ở các máy biến áp siêu cao áp

có thể từ 8 đến 10% để hạn chế dòng ngắn mạch

Đặc điểm của công suất phản kháng là biến thiên theo thời gian cũng như côngsuất tác dụng

1.3 Các nguồn phát công suất phản kháng

Khả năng phát công suất phản kháng của các nhà máy điện rất hạn chế do cosφđm củamáy phát từ 0,8 đến 0,85 và cao hơn nữa Vì lý do kinh tếngười ta không chế tạo cácmáy phát có khả năng phát nhiều công suất phản kháng cho phụ tải Các máy phát chỉđảm đương 1 phần nhu cầu công suất phản kháng của phụ tải, phần còn lại do thiết bị

bù đảm trách(máy bù đồng bộ,tụ điện)

Trong hệ thống phải tính đến 1 nguồn công suất phản kháng nữa đó là các đườngdây,nhất là các đường dây siêu cao áp ở đây chúng ta chỉ xét lưới phân phối do vậychỉ lưu ý dây dẫn các đường dây 35KV dài và các đường cáp ngầm

• Các ưu nhược điểm của các nguồn công suất phản kháng

 Ưu điểm của tụ điện

 Chi phí tính theo 1 Var của tụ điện rẻ hơn máy bù dồng bộ, ưu điểm nàycàng nổi bật khi dung lượng càng tăng

 Tổn thất công suất tác dụng trong tụ điện rất nhỏ, khoảng 0,05 đến 0,1W/kVAr, trong khi đó máy bù đồng bộ tương đối lớn hơn, khoảng 15 đến32W/kVAr tùy theo công suất dịnh mức của máy

 Tụ điện vận hành đơn giản, độ tin cậy cao hơn máy bù đồng bộ

 Tụ điện lắp đặt đơn giản,có thể phân ra nhiều cụm để lắp rải trên lưới phânphối, hiệu quả là cải thiện tốt hơn đường cong phân bố điện áp Không cầnngười trông nom vận hành Việc bảo dưỡng,sửa chữa đơn giản

 Tụ điện có một số nhược điểm so với máy bù đồng bộ

 Máy bù đồng bộ có thể điều chỉnh trơn còn tụ điện điều chỉnh theo từng cấp

 Máy bù có thể phát ra hay tiêu thụ công suất phản kháng,tụ điện chỉ phát racông suất phản kháng

 Công suất phản kháng do tụ điện phát ra phụ thuộc vào điện áp vạn hành.Thờ gian vận hành, tuổi thọ ngắn, dễ hư hỏng(khi bị ngắn mạch quá áp)

 Các nhược điểm trên của tụ điện ngày nay đã được khắc phục

 Để điều chỉnh trơn tụ điện người ta dùng bù công suất phản kháng có điềukhiển SVC(Static Var Compensator)

 Để có thể phát hay nhận công suất phản kháng người ta dùng SVC gồm tổhợp TCR và TSC

 Để bảo vệ quá áp và kết hợp điều chỉnh tụ bù theo điện áp, người ta lắp đặtcác bộ điều khiển để đóng cắt tụ theo điện áp

 Với các ưu điểm vượt trộ so với máy bù đồng bộ, ngày nay người ta thường dùng

tụ điện tĩnh để bù công suất phản kháng

1.4.Khái niệm và phân loại

1.4.1.Khái niệm

Công suất tác dụng P là công suất được biến thành cơ năng hoặc nhiệt năng trongcác máy dùng điện; còn công suất phản kháng Q là công suất từ hóa trong các máy điệnxoay chiều,nó không sinh ra công.Để tránh truyền tải một lượng Q khá lớn trên đườngdây, người ta đặt gần các hộ dùng điện các máy sinh ra Q(tụ điện, máy bù đồng bộ) để

cung cấp trực tiếp cho phụ tải, làm như vậy được gọi là bù công suất phản kháng.Khi có

bù công suất phản kháng thì góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạng sẽ nhỏ

đi, do đó hệ số công suất cos của mạng được nâng cao,giữa P và Q có quan hệ sau

= acrtg Khi lượng P không đổi,nhờ có bù công suất phản kháng, lượng Q truyền tải trênđường dây giảm xuống, do đó góc giảm, kết quả là costăng lên

1.4.2.Phân loại

Trong hệ thống điện, bù công suất phản kháng phân ra làm hai loại:

- Bù cưỡng bức hay bù kỹ thuật một lượng cống suất phản kháng nhất định để

đảm bảo cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống điện Công suất này phải đượcđiều chỉnh để có thể thích ứng với các chế độ vận hành khác nhau của hệ thống điện

Công suất phản kháng của các nhà máy điện và các thiết bị bù (máy bù đồng bộ,

tụ điện) phải dư thừa so với yêu cầu của phụ tải ở chế độ max để dự phòng cho sự cố

Một phần công suất bù, thường là phần cố định có thể được phân tán xuống lướichuyển tải để giảm tổn thất trong lưới Tuy nhiên cần phải cân nhắc vì như vậy độ tincậy của công suất bù này sẽ bị giảm và để an toàn trong hệ thống điện phải tăng dự trữcông suất phản kháng lên

Ngoài ra, công suất phản kháng còn có thể thiếu cục bộ, do vậy cần phải bù trựctiếp và hơn nữa khi bù cưỡng bức, một lượng công suất phản kháng đáng kể vẫn phảilưu thông trong lưới phân phối và gây ra tổn thất công suất và tổn thất điện năng khá

lớn Để khắc phục các vấn đề này người ta thực hiện bù kinh tế.

Trong những năm gần đây, người ta lại càng quan tâm đến việc tăng cường sựhoạt động của hệ thống điện như giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và tìm cách sử dụng tốthơn cá thiết bị sẵn có trên lưới để hạn chế mua thiết bị mới

Khi thực hiện bù kinh tế người ta tính toán để đạt được các lợi ích, nếu lợi ích thuđược do việc lắp đặt thiết bị bù lớn hơn chi phí lắp đặt thì việc bù kinh tế sẽ được thựchiện

- Giảm được tổn thất điện năng

- Cải thiện chất lượng điện áp cung cấp cho các phụ tải

- Cải thiện hệ số công suất

- Cân bằng tải.

Các yếu tố khác có liên quan là sự lạm phát, thiếu nhiên liệu và trượt giá, lãi suấtvủa vốn vay để đầu tư nâng cấp lưới điện… Để giải quyết vấn đề này, cần phải quản lýcông suất phản kháng

Quản lý công suất phản kháng có thể được thực hiện như sau: Điều khiển điện ápmáy phát, điều chỉnh nấc phân áp của các máy biến áp có điện áp dưới tải, chọn nấcphân áp cho các biến áp phụ tải, bù công suất phản kháng, và đóng cắt các cuộn kháng,

tụ điện bù ngang cũng như lắp đặt thêm các tụ kháng sao cho giảm được tổn thất côngsuất và tổn thất điện năng trên hệ thống và hoặc điều khiển điện áp một cách tốt nhất

Việc quản lý công suất phản kháng của các công ty điện lực trong điều kiện hệthống động và chế độ xác lập có thể chia ra thành nhiều phần sau:

1 Lập kế hoạch về nhu cầu công suất phản kháng

2 Lập kế hoạch về các hoạt động của hệ thống

3 Điều phối công suất phản kháng

Lập kế hoạch về nhu cầu công suất phản kháng có liên quan đến việc đóng hoặccắt thiết bị bù công suất phản kháng trong hệ thống điện Công việc này thực hiện nhằmxác định tình trạng vận hành trong các tháng, các năm tiếp sau

Lập kế hoạch về các hoạt động của hệ thống có liên quan đến việc cải thiện tìnhtrạng vận hành của hệ thống điện bằng cách sử dụng các thiết bị bù công suất phảnkháng sẵn có Công việc này nhằm xác định phương thức, tình trạng vận hành của hệthống nhu cầu phụ tải trong ngày hoặc một năm trong tương lai

Điều phối và giám sát công suất phản kháng là quyết định hoạt động thực tế củathiết bị bù Việc phân tích, đánh giá được thực hiện trong vài giây đến vài giờ trước khithực hiện

1.5 Mục tiêu khi bù phụ tải và bụ tự nhiên.

1.5.1 Các mục tiêu khi bù phụ tải.

Bù phụ tải là giảm áp chuyển tải trên công suất tuyến và để củng cố chất lượngnguồn điện trong các hệ thống điện xoay chiều Thuật ngữ “bù phụ tải” được sử dụngtrong việc quản lý công suất phản kháng cho một tải duy nhất (hay một nhóm phụ tải)

2 Điều áp là một vấn đề quan trọng và đặc biệt cần thiết nếu trong lưới điện cócác phụ tải có nhu cầu công suất phản kháng luôn thay đổi trong mọi trường hợp sự biếnthiên về nhu cầu công suất phản kháng sẽ gây ra sự biến thiên điện áp tại điểm cung cáplàm ảnh hưởng đến hoạt động của các phụ tải đấu nối vào điểm đó và làm tăng khả năngnhiễu loạn giữa các phụ tải ở gần Để ngăn ngừa việc này, các công ty điện lực phải cốgắng duy trì điện áp trong giới hạn quy định Ở các nước, người ta quy định giới hạnthay đổi điện áp trong khoảng 5% trong khoảng thời gian vài phút hoặc vài giờ, đến cácgiới hạn khắc nghiệt hơn đối với các tải lớn biến thiên nhanh gây ra các độ dốc điện áplớn, có hại cho việc vận hành các thiết bị bảo vệ và hiện tượng chớp nháy gây khó chịucho mắt người Trong trường hợp này thiết bị bù đóng vai trò quan trọng trong việc duytrì điện áp trong giới hạn quy định

3 Việc cân bằng phụ tải: Đa số các hệ thống điện xoay chiều là ba pha và đượcthiết kế để vận hành ở chế độ cân bằng Hoạt động không cân bằng làm tăng các thànhphần thứ tự nghịch và thứ tự không của dòng điện Các thành phần này dễ gây tác động

xấu như làm tăng các loại tổn thất trong động cơ và các máy phát, gây dao độngmoomen quay ở các máy điện xoay chiều, gia tăng độ gợn sóng trong các bộ chỉnh lưu,làm cho các thiết bị điện hoạt động không đúng chức năng, làm tăng bão hòa từ cho cácmáy biến áp và dòng trung tính vượt quá mức cho phép Một số thiết bị (bao gồm nhiềuloại thiết bị bù) làm việc phụ thuộc vào việc vận hành cân bằng để hạn chế các sóng hài.

Số lượng sóng hài trong sóng điện áp là thông số quan trọng của chất lượng nguồn điệnđược đặc trưng bởi phổ của các dao động hoàn toàn trên phổ tần số công nghiệp cơ bản.Các sóng hài thường được hạn chế bằng các bộ lọc, bộ lọc này có nguyên tắc thiết kếkhác với thiết bị bù Tuy nhiên vấn đề sóng hài thường nảy sinh cùng với vấn đề phụ tải,

do vậy vấn đề bù và lọc sóng hài phải cùng được quan tâm

1.5.2 Bù tự nhiên cho phụ tải

Như phần trên đã nêu, mục tiêu của việc bù công suất phản kháng là để điều chỉnh

hệ số công suất, cải thiện điện áp và cân bằng phụ tải Tiêu thụ công suất phản khángkhông hợp lý làm cho hệ số công suất giảm thấp Cấu trúc lới và phương thức vận hành

hệ thống không hợp lý cũng làm cho điện áp xấu đi Phụ tải các pha không đối xứngcũng làm tăng tổn thất và tiêu thụ công suất phản kháng lớn hơn thực tế Chính vì vậykhi nghiên cứu bù nhân tạp (dùng các thiết bị bù) chúng ta cần nghiên cứu bù tự nhiên

để khắc phục các thiếu sót trong quản lý, vận hành, phân phối, tiêu thụ điện, hạn chếviệc tiêu thụ công suất phản kháng qua mức sau đó mới nghiên cứu bù nhân tạo

1 Bù tự nhiên trong hệ thống điện bao gồm các vấn đề sau:

- Nghiên cứu và thực hiện các biện pháp điều hòa phụ tải, nâng cao hệ số tải trong thờigian thấp điểm và hệ số điện kín phụ tải đảm bảo cho các đường dây và tạm biến ápkhông bị non tải, không tải hay quá tải

- Nghiên cứu các phương thức vận hành tối ưu

2 Bù tự nhiên trong các xí nghiệp tiêu thụ điện

Bù tự nhiên trong các xí nghiệp tiêu thụ điện là nghiên cứu xắp xếp, điều chỉnh việc sảnxuất trong xí nghiệp để đảm bảo cho các thiết bị tiêu thụ điện (động cơ, máy biến áp,máy hàn…)không bị thường xuyên không tải hoặc non tải

C- HỆ SỐ CÔNG SUẤT VÀ SỰ ĐIỀU CHỈNH1.6.Đặt vấn đề

Điện năng là năng lượng chủ yếu của các xí nghiệp công nghiệp.Các xí nghiệpnày tiêu thụ khoảng trên 70% tổng số điện năng được sản xuất ra,vì thế vấn dề sử dụnghợp lý và tiết kiệm điện năng trong các xí nghiệp công nghiệp có ý nghĩa rất lớn.Về mặtsản xuất điện năng vấn đề đặt ra là phải tận dụng hết khả năng của các nhà máy phátđiện để sản xuất ra được nhiều điện nhất;đồng thời về mặt dùng điện phải hết sức tiếtkiệm điện,giảm tổn thất điện năng đến mức nhỏ nhất,phấn đấu để một kWh điện ngàycàng làm ra nhiều sản phẩm ngày càng giảm

Tính chung cho toàn hệ thống điện thường có 10-15% năng lượng phát ra bị mất máttrong quá trình truyền tải và phân phối.Việc thực hiện các biện pháp tiết kiệm điện trong

xí nghiệp có ý nghĩa hết sức quan trọng,không những có lợi cho bản thân các xínghiệp,mà còn có lợi chung cho nền kinh tế quốc dân

Phân tích tổn thất điện năng trong hệ thống điện

Mạng có điện Tổn thất điện năng (%) của

12,43,016,632,0

25,79,964,4100

Hệ số công suất cos là một chỉ tiêu để đánh giá xí nghiệp dùng điện có hợp lý vàtiết kiệm hay không.Do đó nhà nước đã ban hành các chính sách để khuyến khích các xínghiệp phấn đấu để nâng cao hệ số công suất cos.Hệ số công suất cos của các xí nghiệpnước ta hiện nay đang còn thấp(khoảng 0,6-0,7), chúng ta cần phấn đấu để nâng cao dầnlên (đến 0,9)

Cần thấy rằng việc tiết kiệm điện và nâng cao hệ số công suất cos không phải lànhững biện pháp tạm thời đối phó với tình trạng thiếu điện,mà phải coi đó là một chủtrương lâu dài gắn liền với mục đích phát huy hiệu quả cao nhất quá trình sản xuất,phânphối và sử dụng điện năng.Mặt khác cũng không vì thấy chi phí về điện năng chỉ chiếmphần rất nhỏ trong giá thành sản phẩm ( khoảng 2% trừ các sản phẩm được sản xuấtbằng phương pháp điện phân ) mà coi thường vấn đề tiết kiệm điện.Ý nghĩa của việc tiếtkiệm điện không chỉ ở việc giảm giá thành sản phẩm,có lợi cho bản thân xí nghiệp,màcòn ở chỗ có thêm điện để sản xuất ngày càng nhiều,có lợi cho nền kinh tế quốc dân.Tấtnhiên trong lúc thực hiện các biện pháp tiết kiệm điện và nâng cao hệ số công suất coschúng ta cần chú ý không gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng và số lượng sản phẩm hoặclàm xấu điều kiện làm việc bình thường của công nhân

1.7.Hệ số công suất

1.7.1.Các định nghĩa về hệ số công suất cos

 Hệ số công suất tức thời

Là hệ số công suất tại một thời điểm nào đó,đo được nhờ dụng cụ đo cos hợc nhờ cácdụng cụ đo công suất,điện áp và dòng điện

cos =

do phụ tải luôn luôn biến động nên cos tức thời cũng luôn luôn biến đổi theo.Vì thế costức thời không có giá trị trong tính toán

 Hệ số công suất trung bình

Là cos trung bình trong một quãng thời gian nào đó (1 ca,1 ngày đêm,1 tháng v.v…)cos = cosarctg

Hệ số cos được dùng để đánh giá mức độ sử du gj điện tiết kiêmj và hợp lý của xínghiệp

 Hệ số công suất tự nhiên

Là hệ số cos trung bình tính cho cả năm khi không có thiết bị bù.Hệ số cos tự nhiênđược dùng làm căn cứ để tính toán nâng cao hệ số công suất và bù công suất phản kháng

1.7.2.Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất cos

Nâng cao hệ số công suất coslà một trong những biện pháp quan trọng để tiết kiệm điệnnăng.Phần lớn các thiết bị dùng điện đều tiêu thụ công suất tác dụng P và công suất phảnkháng Q.Những thiết bị tiêu thụ công suất nhiều nhất là:

 Động cơ không đồng bộ,chúng tiêu thụ khoảng 60-65% tổng công suất phảnkhang của mạng

 Máy biến áp tiêu thụ khoảng 20-25%

 Đường dây trên không,Điện kháng và các thiết bị điện khác tiêu thụ khonảg 10%Hiệu quả của việc nâng cao hệ số công suất cos đem lại được thể hiện cụ thể như sau:

 Giảm được tổn thất công súât trong mạng điện

P = R = R + R = Khi giảm Q truyền tải trên đường dây, ta giảm được than phần tổn thất côgn suất do Qgây ra

 Giảm được tổn thất điện áp trong mạng điện

Tổn thất điện áp được tính như sau :

Giảm lượng Q truyền tải trên đường dây,ta giảm được thành phần do Q gây ra

 Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp.Khản năng truyền tải củađường dây và máy biến áp phụ thuộc vào điều kiện phát nóng,tức phụ thuộc vàodòng điện cho phép của chúng.Dòng điện chạy trên dây dẫn và máy biến áp đượctính như sau :

I =

Biểu thức này chứng tỏ rằng với cùng một tình trạng phát nóng nhất định củađường dây và máy biến áp (tức I = const) chúng ta có thể tăng khă ngăng truyền tải côngsuất tác dụng P của chúng bằng cách giảm công suất phản kháng Q mà chúng ta phải tảiđi.Vì thế khi vẫn giữ nguyên đường dây và máy biến áp,nếu cos của mạng được nângcao(tức giảm lượng Q phải truyền tải) thì khả năng truyền tải của chúng sẽ được nânglên

Ngoài việc nâng cao hệ số công suất cos còn đưa đến hiệu quả là giảm được chi phíkim loại màu, góp phần làm ổn định điện áp,tăng khả năng phát điện của máy phátđiệnv.v…

Vì những lý do trên mà việc nâng cao hệ số công suất cos,bù công suất phản kháng đãtrơt thành vấn đề quan trọng,cần phải được quan tâm đúng mức trong khi thiết kế cũngnhư trong khi vận hành hệ thống cung cấp điện

1.8 Điều chỉnh hệ số cos.

1.8.1 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cos.

Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cos được chia làm hai nhóm chính: nhómcác biện pháp nâng cao hệ số công suất cos tự nhiên (không dùng thiết bị bù) và nhómcác biện pháp nâng cao hệ số công suất cos bằng cách bù công suất phản kháng

1 Nâng cao hệ số công suất cos tự nhiên

Nâng cao hệ số công suất cos tự nhiên là tìm các biện pháp để các hộ dùng điệngiảm bớt được lượng công suất phản kháng Q tiêu thụ như: áp dụng các quá trình côngnghệ tiên tiến, sử dụng hợp lý các thiết bị.

Như vậy nâng cao hệ số công suất cos tự nhiên rât có lợi vì đưa lại hiệu quả kinh tế màkhông phải đặt thêm thiết bị bù Vì thế khi xét đến vấn đề nâng cao hệ số công suất cosbao giờ cũng phải xét tới các biện pháp nâng cao hệ số công suất cos tự nhiên trước tiên,sau đó mới xét tới biện pháp bù công suất phản kháng

2 Nâng cao hệ số công suất cos bằng phương pháp bù

Bằng cách đặt các thiết bị bù ở gần các hộ tiêu thụ điện để cung cấp công suấtphản kháng cho chúng, ta giảm được lượng công suất phản kháng phải truyền tải trênđường dây do đó nâng cao được hệ số cos của mạng Biện pháp bù không giảm đượclượng công suất phản kháng tiêu thụ của các hộ dùng điện mà chỉ giảm được lượng côngsuất phản kháng truyền tải trên đường dây mà thôi Vì thế chỉ sau khi thực hiện các biệnpháp nâng cao cos tự nhiên mà vẫn không đạt yêu cầu thì chúng ta mới xét đến phươngpháp bù Nói chung hệ số cos tự nhiên của các xí nghiệp cao nhất cũng không đạt tới 0.9(thường vào khoảng 0.7-0.8) vì thế ở các xí nghiệp hiện đại bao giờ cũng phải đặt thêmthiết bị bù

Cần chú ý rằng bù công suất phản kháng Q ngoài mục đích chính là nâng cao hệ số côngsuất cos để tiết kiệm điện còn có tác dụng không kém phần quan trọng là điều chỉnh và

ổn định điện áp của mạng cung cấp

Bù công suất phản kháng đem lại hiệu quả kinh tế như trên đã phân tích nhưng phải tốnkém thêm về mua sắm thiết bị bù và chi phí vận hành chúng Vì vậy quyết định phương

án bù phải dựa trên cơ sở tính toán và so sánh kinh tế - kỹ thuật

1.8.2 Dùng phương pháp bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất cos.

1 Đương lượng kinh tế của công suất phản kháng.

Việc bù công suất phản kháng sẽ đưa lại hiệu quả là nâng cao được hệ số cos vàgiảm được tổn thất công suất tác dụng trong mạng Để đánh giá hiệu quả của việc giảmtổn thất công suất tác dụng chúng ta đưa ra một chỉ tiêu gọi là đương lượng kinh tế củacông suất phản kháng

Đương lượng kinh tế của công suất phản kháng là lượng công suất tác dụng (KW)tiết kiệm được khi bù KVAR công suất phản kháng

Như vậy nếu biết được kkt và lượng công suất bù Qkt thì chúng ta tính được côngsuất tác dụng tiết kiệm được do bù là:

Ptiết kiệm = kkt Qbù

Sau đây chúng ta sẽ phân tích xem đương lượng kinh tế của công suất phản kháng phụthuộc vào những yếu tố nào

Chúng ta biết rằng tổn thất trên đường dây được tính theo công thức sau:

P = R = .R + RSau khi bù, do lượng tổn thất ∆P giảm nên lượng công suất tác dụng trên đườngdây cũng giảm, do đó lượng tổn thất .R giảm Song lượng thay đổi này không đáng kểnên ta có thể bỏ qua, mà chỉ quan tâm đến thành phần tổn thất công suất tác dụng docông suất phản kháng gây ra: R mà thôi

Trước khi bù, thành phần tổn thất công suất tác dụng do công suất phản kháng gây ra là:

P1 = RSau khi bù một lượng Qbù, thành phần tổn thất công suất do công suất phản kháng gây ralà:

P2 = Vậy lượng công suất tác dụng tiết kiệm được là:

P = P1 - P2 = R - Theo định nghĩa:

Kkt = = (2 - ) (KW/KVAR)

Từ công thức trên chúng ta nhận xét rằng:

- Nếu dùng lượng Qbù nhỏ hơn nhiều so với công suất phản kháng truyền tải trên đườngdây Q, tức là có thể coi, lúc này đương lượng kinh tế của công suất phản kháng đượctính theo công thức đơn giản sau:

Kkt = 2

- Nếu Q và R càng lớn thì kkt càng lớn, nghĩa là nếu phụ tải phản kháng càng lớn và càng

ở xa nguồn thì việc bù càng có hiệu quả kinh tế

Giá trị của kkt, thường nằm trong khoảng 0.02-0.12 KW/KVAR Trong tính toán có thểlấy các giá trị như sau đối với các hộ dùng điện

- Hộ dùng điện do máy phát điện cung cấp