CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP
II. CẢI THIỆN HỆ SỐ CÔNG SUẤT CHO HỆ THỐNG
Việc nâng cao hệ số công suất đem lại những ưu điểm về mặt kỹ thuật và kinh tế, nhất là giảm tiền điện.
Tối ưu hóa kinh tế - kỹ thuật: giảm kích cỡ của dây dẫn, giảm sụt áp, sự gia tăng khả năng mang tải.
2. Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất
Nâng cao hệ số công suất cos là một trong những biện pháp quan trọng để tiết kiệm điện năng. Phần lớn các thiết bị dùng điện đều tiêu thụ công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q. Để tránh truyền tải một lượng Q khá lớn trên đường dây, 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 mạch sẽ nhỏ đi, do đó hệ số công suất cos của mạch được nâng cao, giữa P, Q và góc có quan hệ như sau:
arctg (0)
Khi hệ số cos được nâng cao thì đưa đến những hiệu quả sau:
o Giảm được tổn thất công suất trong mạng điện.
o Giảm được tổn thất điện áp trong mạng điện.
o Tăng khả năng truyền tải của dây và MBA.
3. Chọn thiết bị bù : 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. Tụ điện có nhiều ưu điểm như suất tổn thất công suất tác dụng bé, không có phần quay nên lắp ráp bảo quản dễ dàng. Tụ điện được chế tạo thành từng đơn vị nhỏ, vì thế có thể tùy theo sự phát triển của 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 nhiều vốn đầu tư ngay một lúc.
- Nhược điểm của tụ điện là nhạy cảm với sự biến động của điện áp đặt lên cực tụ (Q do tụ điện sinh ra tỷ lệ với bình phương của điện áp). Tụ điện cấu tạo kém chắc chắn, dễ bị hư hỏng khi xảy ra ngắn mạch, khi điện áp tăng đến 10% Uđm thì tụ điện dễ bị chọc thủng.
- Tụ điện được dùng rất rộng rãi nhất ở các xí nghiệp trung bình, cao ốc.
Dung lượng bù đòi hỏi không lớn lắm. Thông thường nếu dung lượng bù nhỏ hơn 5.000kVAr thì ta dung tụ điện, còn nếu lớn hơn thì ta so sánh giữa tụ điện và máy bù đồng bộ.
- Tụ bụ nền: gồm một hoặc nhiều tụ tạo nên lượng bù không đổi. Việc điều khiển được thực hiện bằng tay, bán tự động hay mắc trực tiếp vào tải đóng điện cho mạch bù đồng thời khi đóng tải. Các tụ này được đặt tại vị trí đấu nối của các thiết bị tiêu thụ nhiều động cơ nhỏ và các phụ tải có tính cảm kháng.
- Bộ tụ bù điều khiển tự đọng (bù ứng động): Cho phép điều khiển bù công suất một cách tự động, giữa hệ số công suất trong một giới hạn cho phép quanh giá trị hệ số công suất được chọn. Thiết bị này được lắp đặt tại các vị trí mà công suất tác dụng và công suất phản kháng thay đổi trong một phạm vi rất rộng như tại thanh góp của tủ phân phối chính hay tại đầu nối của các cáp trục chịu tải lớn.
b. Máy bù đồng bộ:
- Là một loại động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ không tải. Do không có phụ tải trên trục nên máy bù đông bộ được chế tạo gọn nhẹ và rẻ hơn với động cơ đồng bộ cùng công suất. Ở chế độ quá khích thích máy bù sàn xuất 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. Vì vậy ngoài công dụng bù công suất phản kháng máy bù còn 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.
- Nhược điểm của máy bù là có phần quay nên lắp ráp, bảo quản và vận hành khó khăn. Để cho kinh tế máy bù thường để chế tạo với công suất lớn, do đó máy bù đồng bộ thường ở những nơi cần bù tập trung với dung lượng lớn.
c. Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn được đồng bộ hóa :
- Khi cho dòng một chiều vào rôto của động cơ không đồng bộ rôto dây quấn, động cơ sẽ làm việc như một động cơ đồng bộ với dòng điện vượt trước điện áp. Do đó nó có khả năng sinh ra công suất phản kháng cung cấp cho mạng.
- Nhược điểm của loại động cơ này là tổn thất công suất khá lớn , khe năng quá tỉa kém, vì vậy thường động cơ chỉ được phép làm việc với 75% công suất định mức.
- Ngoài các thiết bị bù trên, còn có thể dung động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ quá kích từ hoặc dung máy phát điện làm việc ở chế độ bù để làm máy bù.
a. Bù tập trung: áp dụng khi tải liên tục và ổn định.
Nguyên lý:
- Bộ tụ được đấu vào thanh góp hạ áp của phân phối chính và được đóng trong thời gian tải hoạt động.
Ưu điểm:
- Làm giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng.
- Làm giảm công suất biểu kiến yêu cầu.
- Làm nhẹ tải cho máy biến áp ⇒ có khả năng phát triển tải khi cần.
Nhận xét:
- Dòng điện phản kháng tiếp tục đi vào tất cả các lộ ra tủ phân phối chính của mạng hạ thế.
- Vì lý do trên nên kích cỡ của dây dẫn và tổn hao công suất trong dây không được cải thiện với chế độ bù tập trung.
b. Bù nhóm: áp dụng khi mạng điện quá lớn và khi chế độ tải tiêu thụ theo thời gian của các phân đoạn thay đổi khác nhau.
Nguyên lý:
- Bộ tụ được đấu vào tủ phân phối khu vực. Hiệu quả do bù nhóm mang lại cho các dây dẫn xuất phát từ tủ phân phối chính đến các tủ phân phối khu vực có đặt tủ được thể hiện rõ nhất.
Ưu điểm:
- Làm giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng.
- Làm giảm công suất biểu kiến yêu cầu.
- Kích thước dây cáp đi đến các tủ phân phối khu vực sẽ giảm đi hoặc với cùng loại dây như đã chọn ta có thể tăng thêm tải nếu có.
Nhận xét:
Dòng điện phản kháng tiếp tục đi vào tất cả các dây dẫn xuất phát từ tủ phân phối khu vực.
- Vì lý do trên nên kích cỡ của dây dẫn và tổn hao công suất trong dây không được cải thiện với chế độ bù nhóm.
c. Bù riêng: áp dụng khi công suất của động cơ đáng kể so với công suất của mạng điện.
Nguyên lý:
- Bộ tụ được đấu trực tiếp vào đầu dây nối của thiết bị dùng điện có tính cảm. Bộ tụ được định mức (kVAr) đến khoảng 25% giá trị công suất (kW) của động cơ.
Ưu điểm:
- Làm giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng.
- Làm giảm công suất biểu kiến yêu cầu.
- Giảm kích thước và tổn thất công suất đối với tất cả dây dẫn.
Nhận xét:
- Các dòng điện phản kháng có giá trị lớn sẽ không còn tồn tại trong mạng điện.
5. Xác định dung lượng tụ bù:
Dung lượng bù được xác định theo công thức sau:
Qbù = PNMx(tg -tg )x (kVAr) Với:
o PNM: phụ tải tính toán của hệ thống.
o : ứng với hệ số công suất (cos ) trung bình trước khi bù.
o : ứng với hệ số công suất (cos ) trung bình sau khi bù.
o = 0,9 1: hệ số xét tới khả năng nâng cao cos bằng những phương pháp không đòi hỏi đặt thiết bị bù.
Sau khi tính toán dung lượng bù và chọn loại thiết bị bù vấn đề quan trọng là bố trí thiết bị bù trong mạng sao cho đạt hiệu quả kinh tế nhất. Nguyên tắc bố trí thiết bị bù sao đạt chi phí nhỏ nhất.
Số liệu tính toán :
o Công suất tổng của tòa nhà (số liệu chương 3) SNM = 4.754,94 (kVA)
o Hệ số công suất trước khi bù của chung cư là:
cos = 0,86 ; tg = 0,6 o Hệ số công suất sau khi bù của chung cư là:
cos = 0,93 ; tg = 0,3952 o Công suất thực của hệ thống:
P = 4.080,88(kW) o Công suất phản kháng:
Q = = 2.440,46 (Kvar)
Ta sẽ đặt tụ bù tại TPPC và dự kiến sau khi bù hệ số công suất sẽ nâng lên là: 0,93
o Lượng công suất phản kháng cần bù là:
Qbù = Px(tg 1 - tg 2)
= 4.080,88x( 0,6 – 0,3952 ) = 835,76 (Kvar)
o Công suất nhà máy sau khi bù là:
S = 4.384,8 (kVA) P = 4.080,88 (kW) Q = 1.604,7 (kVAr) 6. Chọn tụ bù
Chọn tụ 4 bộ tụ bù mỗi bộ 250 kVAr o Vị trí đặt tại 4 tủ phân phối chính