Đồ án Tốt nghiệp Phạm Ngọc Vĩnh - Khoa tại chức HTĐ - ĐHBK 89 CHNG V Tính toán bù công suất phản kháng cho mạng điện nhà máy 1. ý nghĩa của việc bù công suất phản kháng : Phần lớn các thiết bị sử dụng điện đều tiêu thụ cả công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q. Các thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng là : Các động cơ không đồng bộ, các máy biến áp và đ-ờng dây trên không, điện kháng và các thiết bị khác trong đó các động cơ không đồng bộ tiêu thụ khoảng 60 đến 65 % tổng công suất phản kháng của mạng điện; các máy biến áp tiêu thụ khoảng 20 đến 25 % tổng công suất phản kháng của mạng ; còn lại thiết bị khác tiêu thụ chỉ khoảng 10% tổng công suất cả mạng. Nh- vậy động cơ không đồng bộ và máy biến áp là những thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng nhiều nhất. công suất tác dụng P là công suất đ-ợc biến thành cơ năng hoặc nhiệt năng trong các máy dùng điện, còn công suất phản kháng Q là công suất dùng để từ hoá lõi thép trong các máy điện xoay chiều, nó không sinh ra công. Quá trình trao đổi công suất phản kháng giữa các hộ dùng điện và nguồn phát điện là quá trình dao động không tiêu tốn cho nên công suất phản kháng cấp cho hộ dùng điện không nhất thiết phải lấy từ nguồn phát điện mà có thể lấy ngay gần hoặc tại nơi tiêu thụ công suất phản kháng nh- tụ điện , máy bù đồng bộ. Việc làm nh- vậy là bù công suất phản kháng. Khi bù công suất phản kháng thì l-ợng công suất phản kháng trên đ-ờng dây truyền tải sẽ giảm xuống do đó góc sẽ giảm xuống và kết quả là cos tăng lên dẫn đến những hiệu quả nh- sau: - Giảm đ-ợc tổn thất công suất trong mạng điện - Giảm đ-ợc tổn thất điện áp trong mạng điện - Giảm đ-ợc tổn thất điện năng trong mạng điện và tăng khả năng truyền tải của đ-ờng dây và máy biến áp. Qua phân tích trên ta thấy việc bù công suất phản kháng là việc làm cần thiết, song để làm đ-ợc thì ta phải tốn kém chi phí cho việc mua sắm thiết bị và chi phí vận hành. Vì vậy quyết định ph-ơng án bù phải dựa trên cơ sở tính toán và so sánh kinh tế kỹ thuật. Đối với nhà máy thì việc bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số cos là chỉ tiêu đánh giá nhà máy có sử dụng điện hợp lý và tiết kiệm hay không, do vậy nhà n-ớc đã ban hành chính sách để khuyến khích các nhà Đồ án Tốt nghiệp Phạm Ngọc Vĩnh - Khoa tại chức HTĐ - ĐHBK 90 máy, xí nghiệp phấn đấu nâng cao hệ số cos, theo qui định của công ty điện lực là từ 0,85 đến 0,95. 2. Xác định tổng công suất phản kháng cần bù của toàn nhà máy (Q bù ) - Theo kết quả tính toán ở mục 3-1 ch-ơng II ta có : Cos NM =0,798 - Nh- vậy ta phải bù công suất phản kháng cho nhà máy để nâng cao hệ số cos. Mục tiêu đạt đ-ợc hệ số cos của nhà máy là 0,85 - L-ợng công suất phản kháng cần bù thêm đ-ợc tính theo công thức Q B = P ttNM *(tg 1 -tg 2 ) ; KVAR (5-1) Trong đó : Q B là l-ợng công suất phản kháng cần bù; KVAR P ttNM là công suất tác dụng tính toán cuả nhà máy ; KW tg 1 là t-ơng ứng với cos 1 tr-ớc khi bù tg 2 là t-ơng ứng với cos 2 sau khi bù Cos 1 = 0,798 -> tg 1 = 0,755 Cos 1 = 0,85 -> tg 2 = 0,62 - thay các giá trị : tg 1 = 0,755; tg 2 = 0,62; P ttNM = 3540 KW (Kết quả mục 3- 1 ch-ơng II) vào công thức (5-1) ta đ-ợc Q B = 3540*( 0,755 0,62) = 478 KVAR 3. Lựa chọn vị trí đặt thiết bị bù: Vị trí đặt thiết bị bù có thể đ-ợc đặt ở phía điện áp cao hoặc ở phía điện áp thấp, song việc bố trí thiết bị bù phải làm sao cho chi phí là nhỏ nhất. Vì nhà máy chỉ cần bù với dung l-ợng 478 KVAR < 5000 KVAR nên ta không dùng loại máy bù để tiết kiệm kinh phí lắp đặt và vận hành mà chỉ dùng tụ điện để thực hiện việc bù công suất phản kháng. a/ Nếu tụ điện đ-ợc lắp đặt ở phía điện áp cao: Tụ điện đ-ợc đặt tập trung tại thanh cái của trạm biến áp trung gian hoặc trạm phân phối. - -u điểm : Do đặt tập trung nên việc theo dõi vận hành dễ dàng và có khả năng thực hiện tự động hoá điều chỉnh dung l-ợng bù, tận dụng đ-ợc hết khả năng của tụ điện. Đồ án Tốt nghiệp Phạm Ngọc Vĩnh - Khoa tại chức HTĐ - ĐHBK 91 - Nh-ợc điểm : Không bù đ-ợc công suất phản kháng ở mạng điện áp thấp do đó không có tác dụng giảm tổn thất điện áp và công suất ở mạng điện áp thấp. b/ Nếu tụ điện đặt lắp đặt ở phía điện áp thấp: * Khi đặt ở thanh cái phía điện áp thấp của trạm biến áp phân x-ởng: - Ưu điểm là dễ theo dõi, vận hành và tự động hoá để điều chỉnh dung l-ợng bù. - Nh-ợc điểm là không giảm đ-ợc tổn thất trong mạng phân x-ởng. * Khi đặt thành nhóm ở tủ phân phối động lực hoặc đ-ờng dây chính trong phân x-ởng sản xuất: - Ưu điểm : Giảm đ-ợc tổn thất trong cả mạng điện áp cao lẫn điện áp thấp - Nh-ợc điểm : Hiệu suất sử dụng không cao do khi thiết bị điện nghỉ làm việc thì tụ điện cũng nghỉ theo c/ Chọn vị trí đặt tụ điện - Qua việc phân tích đánh giá -u nh-ợc điểm của các ph-ơng án đặt thiết bị bù công suất phản kháng cho nhà máy đã đ-ợc trình bày ở phần trên ta thấy nhà máy liên hợp dệt có một số đặc điểm sau: + Nhà máy không có động cơ không đồng bộ công suất lớn + Sản phẩm của nhà máy là loại bông , lanh, xơ rất dễ cháy + Thiếu các thông tin cụ thể về mạng điện của các phân x-ởng sản xuất + Thiếu thông tin cụ thể về mức chênh lệch giá tiền đầu t- cho 1 KVAR thiết bị bù ở các cấp điện áp. - Với những đặc điểm nêu trên và qua kinh nghiệm của các cán bộ quản lý, vận hành các thiết bị điện tại các nhà máy, xí nghiệp thì ph-ơng án hợp lý nhất để đặt thiết bị bù cho nhà máy liên hợp dệt là đặt tại thanh cái hạ áp của các trạm biến áp phân x-ởng và sử dụng thiết bị bù là tụ điện tĩnh. 4. Phân phối dung l-ợng bù: a/ Sơ đồ vị trí đặt thiết bị bù b/ Tính toán dung l-ợng bù cho từng mạch S tti Q bi BATT Q bi BAPX i 35KV 10KV 0,4KV Đồ án Tốt nghiệp Phạm Ngọc Vĩnh - Khoa tại chức HTĐ - ĐHBK 92 Sơ đồ thay thế: * Công thức tính toán : Q bi =Q i - (Q NM - Q b ) * R tđ /R i ; (5-2) Trong đó: Q bi là công suất phản kháng cần bù của nhánh i; KVAR Q i là công suất phản kháng tính toán của nhánh i; KVAR Q NM là tổng công suất phản kháng của nhà máy ; KVAR R tđ là điện trở t-ơng đ-ơng của toàn mạng điện ; R i là điện trở của nhánh thứ i ( i =15) R i = (R tđci + R' tđTi ) ; ; (5-4) Với R tđTi là điện trở t-ơng đ-ơng của nhánh i R' tđTi là điện trở t-ơng đ-ơng của trạm biến áp phân x-ởng thứ i đã đ-ợc qui về cấp điện áp 10 KV - Tính điện trở của các nhánh : + Tính cho nhánh 1 ( trạm T1) Nhánh 1 có : R c1 = 0,0755 R T1 = 0,0021 * Vì nhánh 1 có 2 đ-ờng cáp nên : R tđc1 = R c /2 R Ti đ-ợc qui đổi về cấp điện áp 10 KV theo công thức: Trong đó: U đmc là điện áp định mức phía cao áp; KV U đmH là điện áp định mức phía hạ áp; KV * áp dụng công thức (5-5) ta đ-ợc : 10KV R ci R Bi 0,4KV Q i - Q Bi Q B ; R 1 R 1 R 1 R 1 R 1 R 1 54321 td (5 - 3) Kết quả bảng (4 - 1) và (4 - 2) ch-ơng 4 ;*R 2 2 ' dmH dmc TiTi U U R (5 - 5) Đồ án Tốt nghiệp Phạm Ngọc Vĩnh - Khoa tại chức HTĐ - ĐHBK 93 R' T1 = 0,0021*10 2 /0,4 2 = 1,3 * Vì trạm có 2 máy BA cho nên : R tđT1 = R' T1 /2 * áp dụng công thức (5-4) ta có + Tính điện trở cho các nhánh còn lại : Bằng các trình tự tính toán giống nh- với nhánh 1 ta đ-ợc kết quả tính ghi trong bảng sau: Bảng (5-1) Tên Số l-ợng Số l-ợng & R ci ; R' Ti ; R tđci ; R tđTi ; R i ; nhánh cáp dung l-ợng máy 1 2 2x1000KVA 0,0755 1,3 0,03775 0,65 0,68775 2 2 2x1000KVA 0,0348 1,3 0,0174 0,65 0,6674 3 2 2x1000KVA 0,0561 1,3 0,02805 0,65 0,67805 4 2 2x500KVA 0,2645 2,8 0,13225 1,4 1,53225 5 1 1x315KVA 0,1208 4,0878 0,1208 4,8878 5,0086 - Tính toán điện trở t-ơng đ-ơng toàn mạng áp dụng công thức ( 5-3) ta đ-ợc - Tính toán công suất phản kháng tính toán của từng nhánh: + Công thức tính toán : Q i = S ttTi * sin tbi ; (5-6) Trong đó : S ttTi là công suất tính toán của trạm thứ i ; KVA sin tbi t-ơng ứng với cos tbi của trạm thứ i *S ttTi và cos tbi đ-ợc lấy từ bảng (3-20) ch-ơng III + Công suất phản kháng của từng nhánh áp dụng công thức (5-6) với các số liệu từ bảng (3-29) ch-ơng III ta đ-ợc : cos tb1 =cos tb2 =cos tb3 =0,8 => sin tb1 =sin tb2 =sin tb3 =0,6 Q 1 =Q 2 =1447 * 0,6 = 868,2 KVAR Q 3 =1408 * 0,6 = 844,8 KVAR cos tb4 =0,679 => sin tb4 =0,734 68775,0 2 3,10755,0 22 1 ' 1 1 T c R R R 18941,0 0086,5 1 53225,1 1 67805,0 1 6674,0 1 68775,0 1 1 td R Đồ án Tốt nghiệp Phạm Ngọc Vĩnh - Khoa tại chức HTĐ - ĐHBK 94 Q 4 = 590*0,734 = 433,1 KVAR cos tb5 =0,0,81 => sin tb5 =0,586 Q 5 =293*0,586 = 171,7 KVAR - Tổng công suất phản kháng của nhà máylà: Q NM =Q i = 868,2+868,2+844,8+433,1+171,7=3186KVAR Tính l-ợng công suất phản kháng cần bù cho nhánh 1 (Q b1 ): - Nhánh 5 có : R 1 =0,68775 ; (kết quả bảng 5-1) Q 1 =868,2 KVAR; (theo tính toán phần trên) - áp dụng công thức (5-2) ta đ-ợc : Q b1 = 868,2 - (3186 - 478) *0,18941/0,68775 = 122,4 KVAR * Tính l-ợng công suất phản kháng cần bù cho các nhánh còn lại : cũng bằng trình tự và ph-ơng pháp tính giống nh- cho nhánh 1 ta đ-ợc các kết quả ghi trong bảng nh- sau: Bảng (5-2) Tên nhánh Q i ;KVAR Q NM ;KVAR Q bNM ; KVAR Q bi ; KVAR Trạm BATT-T1 868,2 3186 478 122,4 Trạm BATT-T2 868,2 3186 478 99,7 Trạm BATT-T3 844,8 3186 478 88,3 Trạm BATT-T4 433,1 3186 478 98,3 Trạm BATT-T5 171,7 3186 478 69,3 5. Chọn kiểu loại tụ bù và dung l-ợng tụ bù: - Theo kết quả tính toán bảng 5-2 ta chọn dung l-ợng tụ cho các nhánh : + Với nhánh có 2 đ-ờng cáp và 2 máy biến áp thì dung l-ợng bù của nhánh đ-ợc chia đều sang hai thanh cái hạ áp của trạm + Nhánh có 1 đ-ờng cáp và một máy biến áp thì dung l-ợng bù của nhánh đặt tập trung trên thanh cái hạ áp của trạm. - Tra bảng 2- 69 tang 164 " Giáo trình cung cấp điện"tập II ta đ-ợc các loại tụ và dung l-ợng của tụ bù ghi trong bảng sau: Đồ án Tốt nghiệp Phạm Ngọc Vĩnh - Khoa tại chức HTĐ - ĐHBK 95 Bảng (5-3) Đặt tại trạm Loại tụ bù Kiểu chế tạo Số l-ợng Q tụ ; KVAR Q tụ ; KVAR Q btti ; KVAR T1 KM2-0,38 KM2-0,38 KM1-0,38 3 fa 3 fa 3 fa 2 2 2 30 21 10,5 60 42 21 122,4 T2 KM2-0,38 3 fa 4 25 100 99,7 T3 KM2-0,38 KM1-0,38 3 fa 3 fa 2 2 30 15 60 30 88,3 T4 KM2-0,38 3 fa 4 25 100 98,3 T5 KM2-0,38 KM 0,38 3 fa 3 fa 2 1 30 10 60 10 69,3 Tổng 21 483 478 6. Sơ đồ đấu dây của tụ bù phía hạ thế của trạm biến áp phân x-ởng 380V ATM BI Đ . 0, 056 1 1,3 0,028 05 0, 65 0,678 05 4 2 2x500KVA 0,26 45 2,8 0,132 25 1,4 1 ,53 2 25 5 1 1x315KVA 0,1208 4,0878 0,1208 4,8878 5, 0086 - Tính toán điện trở t-ơng đ-ơng toàn mạng áp dụng công thức ( 5- 3). các ph-ơng án đặt thiết bị bù công suất phản kháng cho nhà máy đã đ-ợc trình bày ở phần trên ta thấy nhà máy liên hợp dệt có một số đặc điểm sau: + Nhà máy không có động cơ không đồng bộ công. các cấp điện áp. - Với những đặc điểm nêu trên và qua kinh nghiệm của các cán bộ quản lý, vận hành các thiết bị điện tại các nhà máy, xí nghiệp thì ph-ơng án hợp lý nhất để đặt thiết bị bù cho nhà