Chương 7: Nâng cao hệ số công suất

Ở mạng điện áp cao nếu dung lượng bù của một nhánh nhỏ hơn 100 kVAr, ở mạng điện áp thấp nếu dung lượng bù của một nhánh nhỏ hơn 30 kVAr thì không nên đặt tụ điện ở nhánh đó, mà nên c[r]

Chương 7

Nâng cao hệ số công suất cosφ

7.1 Các phương pháp nâng cao hệ số công suất cosφ 7.1.1 Ý nghĩa việc nâng cao hệ số công suất cosφ

7.1.2 Nâng cao hệ số công suất cos tự nhiên

7.1 Các phương pháp nâng cao hệ số công suất cosφ

7.1.1 Ý nghĩa việc nâng cao hệ số công suất cosφ:

Tiết kiệm điện hệ thống cung cấp điện • Góc lệch pha φ tính sau:

Khi bù tức làm giảm Q → φ giảm → cosφ tăng • Hiệu việc nâng cao cosφ:

- Giảm tổn thất công suất mạng điện:

Khi Q giảm ∆P giảm

   

  



P Q arctg

R . U

Q P

P 2

2 

7.1 Các phương pháp nâng cao hệ số công suất cosφ

7.1.1 Ý nghĩa việc nâng cao hệ số công suất cosφ:

- Giảm tổn thất điện áp:

Khi Q giảm ∆U giảm

- Tăng khả truyền tải đường dây máy biến áp:

- Giảm chi phí kim loại màu, góp phần làm ổn định điện áp, tăng khả phát điện máy phát điện

U

X . Q R

. P

U  



U 3

Q P

I

2

2 

7.1 Các phương pháp nâng cao hệ số công suất cosφ

7.1.2 Nâng cao hệ số cơng suất cos tự nhiên

• Thay đổi cải tiến qui trình cơng nghệ để thiết bị điện làm việc chế độ hợp lý

• Thay động không đồng làm việc non tải động có cơng suất nhỏ

- Khi làm việc động không đồng tiêu thụ lượng công suất phản kháng bằng:

Q0 – công suất phản kháng lúc động làm việc không tải.

Qđm – công suất phản kháng lúc động làm việc định mức.

kpt – hệ số phụ tải.

 

pt

đm

0 Q Q .k

Q

7.1 Các phương pháp nâng cao hệ số công suất cosφ

- Hệ số công suất động tính theo cơng thức:

- Điều kiện kinh tế để thay động là: việc thay phải giảm tổn thất công suất tác dụng mạng động Các tính tốn cho thấy rằng:

+ Nếu kpt < 0,45 việc thay động có lợi

+ Nếu 0,45 < kpt <0,7 phải so sánh kinh tế kỹ thuật xác định

được việc thay có lợi hay khơng

- Điều kiện kỹ thuật để thay động là: việc thay phải đảm bảo nhiệt độ động nhỏ nhiệt độ cho phép, đảm bảo điều kiện mở máy làm việc ổn định động

7.1 Các phương pháp nâng cao hệ số công suất cosφ

7.1.2 Nâng cao hệ số công suất cos tự nhiên

• Giảm điện áp động làm việc non tải:

Công suất phản kháng mà động không đồng tiêu thụ tính sau:

k - số.

U - điện áp cực động cơ.  - hệ số dẫn từ.

f - tần số dòng điện. V - thể tích mạch từ.

V . f. U

. k Q

2

7.1 Các phương pháp nâng cao hệ số công suất cosφ

7.1.2 Nâng cao hệ số công suất cos tự nhiên

- Biện pháp giảm điện áp đặt lên động không đồng làm việc non tải:

+ Đổi nối dây quấn stato từ tam giác sang + Thay đổi cách phân nhóm dây quấn stato

+ Thay đổi đầu phân áp máy biến áp để hạ thấp điện áp mạng phân xưởng

• Hạn chế động chạy không tải:

- Vận động công nhân hợp lý hóa thao tác, hạn chế đến mức thấp thời gian máy chạy không tải

7.1 Các phương pháp nâng cao hệ số công suất cosφ

7.1.2 Nâng cao hệ số công suất cos tự nhiên

- Ưu điểm:

+ Hệ số cơng suất cao, hoạt động máy bù để cung cấp công suất phản kháng cho mạng

+ Mômen quay tỷ lệ bậc với điện áp mạng - Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp, giá thành đắt.

• Nâng cao chất lượng sửa chữa động

7.1 Các phương pháp nâng cao hệ số công suất cosφ

7.1.3 Nâng cao hệ số công suất cosφ phương pháp bù 1 Đương lượng kinh tế công suất phản kháng

• Để đánh giá hiệu việc giảm tổn thất công suất tác dụng chúng ta đưa tiêu gọi đương lượng kinh tế công

suất phản kháng kkt.

• Đương lượng kinh tế cơng suất phản kháng kkt lượng công

suất tác dụng kW tiết kiệm bù kVAr công suất phản kháng

Ptiết kiệm = kkt.Qbù

• Tổn thất công suất tác dụng đường dây truyền tải: R

U Q R

U

P R

U

Q P

P 2

2

2

2

 

 

7.1.3 Nâng cao hệ số công suất cosφ phương pháp bù

1 Đương lượng kinh tế công suất phản kháng

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

• Sau bù lượng Qbù, thành phần tổn thất công suất tác dụng

do công suất phản kháng gây là:

• Vậy lượng cơng suất tác dụng tiết kiệm là:

R U Q P 2  

  R

U Q Q

P bu .

2 2   

  R

U Q Q R U Q P P

P . bu .

7.1.3 Nâng cao hệ số công suất cosφ phương pháp bù

1 Đương lượng kinh tế cơng suất phản kháng

• Theo định ngha:

ã Nhn xột:

Nu Qbự ô Q, xem Qbù/Q = 0, đó:

• Nếu Q R lớn kkt lớn, nghĩa phụ tải lớn

và xa nguồn việc bù có hiệu kinh tế • Giá trị kkt, thường nằm khoảng 0,02-0,12 kW/kVAr

kVAr kW

kkt Δ  /

  



  



Q Q 2

. U Q.R Q

P bu

2 bu

2 . . 2

7.1.3 Nâng cao hệ số công suất cosφ phương pháp bù

2 Xác định dung lượng bù

• Dung lượng bù xác định sau:

P - phụ tải tính tốn hộ tiêu thụ điện, kW

1 - ứng với hệ số cơng suất trung bình (cos1) trước bù.

2 - ứng với hệ số cơng suất trung bình (cos2) muốn đạt sau

khi bù (cos2 = 0,8 - 0,95).

 = 0,9 ÷ - hệ số xét tới khả nâng cao cos phương pháp khơng địi hỏi đặt thiết bị bù.

tg1 tg2 .

P

7.1.3 Nâng cao hệ số công suất cosφ phương pháp bù

2 Xác định dung lượng bù

• Đứng mặt tổn thất cơng suất tác dụng hộ dùng điện, dung lượng bù xác định theo quan điểm tối ưu sau đây:

Do bù tiết kiệm lượng công suất tác dụng là:

kkt - đương lượng kinh tế công suất phản kháng, kW/kVAr

kbù - suất tổn thất công suất tác dụng thiết bị bù, kW/kVAr

Suy dung lượng bù tối ưu ứng với Pkt cực đại:

hay

Qbù.tưu không thiết trùng với Qbù tính theo cơng thức

 kt bu 

bu bu

bu bu

kt

kt k Q k Q Q k k

P    

 . . . bu uu toi bu k R U Q Q . . 2           kt bu uu toi bu k k Q

7.1.3 Nâng cao hệ số công suất cosφ phương pháp bù

2 Xác định dung lượng bù

• Suất tổn thất công suất tác dụng kbù loại thiết bị:

- Nếu bù tụ điện, kbù = 0,003 - 0,005

- Nếu bù máy bù đồng S = 5000 ÷ 30000 kVAr, kbù

= 0,002 - 0,27

- Nếu bù máy bù đồng S < 5000 kVAr, kbù = 0,03 - 0,05

- Nếu bù động không đồng dây quấn đồng hoá, kbù = 0,02 - 0,08

- Máy phát đồng dùng làm máy bù, kbù = 0,1 - 0,15

7.1.3 Nâng cao hệ số công suất cosφ phương pháp bù

3 Chọn thiết bị bù a Tụ điện

• Ưu điểm:

- Suất tổn thất công suất tác dụng nhỏ. - Lắp ráp bảo quản dễ dàng

- Hiệu suất sử dụng cao bỏ nhiều vốn đầu tư thời điểm

• Nhược điểm:

- Nhạy cảm với biến động điện áp đặt lên tụ

- Cấu tạo chắn, dễ bị phá hỏng xảy ngắn mạch, điện áp tăng đến 110%.Uđm tụ điện dễ bị chọc thủng

7.1.3 Nâng cao hệ số công suất cosφ phương pháp bù

b Máy bù đồng bộ

• Ưu điểm: cung cấp cơng suất phản kháng cho mạng (khi máy bù chế độ kích thích), tiêu thụ cơng suất phản kháng mạng (khi máy bù chế độ thiếu kích thích)

• Nhược điểm: máy bù có phần quay nên lắp ráp, bảo quản, vận hành khó khăn

Máy bù đồng thường dùng nơi cần bù tập trung với dung lượng lớn

c Động không đồng rotor dây quấn đồng hóa

7.1.3 Nâng cao hệ số công suất cosφ phương pháp bù

7.2 Phân phối dung lượng bù

7.2.1 Vị trí đặt thiết bị bù

7.2.2 Phân phối dung lượng bù mạng hình tia

7.2.3 Phân phối dung lượng bù mạng phân nhánh

7.2 Phân phối dung lượng bù

7.2.1 Vị trí đặt thiết bị bù

Nguyên tắc chung bố trí thiết bị bù cho đạt chi phí tính tốn nhỏ

- Máy bù đồng bộ: thường đặt tập trung điểm quan trọng hệ thống điện

- Tụ điện: đặt mạng điện áp cao mạng điện áp thấp

+ Tụ điện áp cao (6-15kV): đặt tập trung trạm biến áp trung gian, trạm phân phối

7.2 Phân phối dung lượng bù

7.2.1 Vị trí đặt thiết bị bù

+ Tụ điện áp thấp (0,4 kV) đặt theo cách:

- Đặt tập trung phía điện áp thấp trạm biến áp phân xưởng: dùng dung lượng bù lớn có yêu cầu tự động điều chỉnh dung lượng bù Nhược điểm phương án không giảm tổn thất mạng phân xưởng

- Đặt thành nhóm tủ phân phối động lực: sử dụng nhiều hiệu suất sử dụng cao, giảm tổn thất mạng điện áp cao lẫn mạng điện áp thấp

Nhược điểm: tụ điện nằm phân tán làm cho việc theo dõi chúng

trong vận hành khơng thuận tiện khó thực việc tự động điều chỉnh dung lượng bù

7.2 Phân phối dung lượng bù

7.2.2 Phân phối dung lượng bù mạng hình tia

Bài tốn đặt mạng hình tia có n nhánh, tổng dung lượng bù Qbù, phân phối dung lượng bù nhánh

cho tổn thất công suất tác dụng công suất phản kháng gây nhỏ để hiệu bù đạt lớn

7.2 Phân phối dung lượng bù

7.2.2 Phân phối dung lượng bù mạng hình tia

• Dung lượng bù, phụ tải phản kháng điện trở nhánh cho hình

• Tổn thất công suất tác dụng công suất phản kháng gây tính theo biểu thức:

Với điều kiện ràng buộc công suất là:

     

 bù1 bù2 bùn 

n 2 n bù n 2 2 bù 2 bù Q , Q , Q f r U Q Q r U Q Q r U Q Q P         

7.2 Phân phối dung lượng bù

7.2.2 Phân phối dung lượng bù mạng hình tia

• Để tìm cực tiểu hàm nhiều biến chúng ta dùng phương pháp Lagrangiơ

• Chọn nhân tử  bằng:

L - số xác định sau.

• Theo phương pháp nhân tử Lagrangiơ, điều kiện để P có cực tiểu đạo hàm riêng hàm:

đều triệt tiêu Do đó, ta có hệ phương trình sau:

. 2

U L 



Qbù1,Qbù2, ,Qbùn  . Qbù1,Qbù2, ,Qbùn 

f

F    

Qbuø Qbuø Qbuøn 

f

7.2 Phân phối dung lượng bù

7.2.2 Phân phối dung lượng bù mạng hình tia

• Giải hệ phương trình trên, ta được:

      0 U L . 2 r . U Q Q . 2 Q F 0 U L . 2 r . U Q Q . 2 Q F 0 U L . 2 r. U Q Q . 2 Q F n n bù n n bù 2 2 bù 2 bù 2 bù 1 bù                      

 n bù1 bù2 bùn 

7.2 Phân phối dung lượng bù

7.2.2 Phân phối dung lượng bù mạng hình tia

• Đặt - Tổng phụ tải phản kháng mạng. • - Tổng dung lượng bù mạng.

• - Điện trở tương đương những

nhánh có đặt thiết bị bù mạng.

• Vậy ta viết:

Q Q n i   bù n i bù Q Q   tđ n R r 1 r 1 r 1           

7.2 Phân phối dung lượng bù

7.2.2 Phân phối dung lượng bù mạng hình tia

• Thay L vào hệ phương trình trên, ta tìm dung lượng bù tối ưu nhánh:

• Nếu dung lượng bù tối ưu nhánh nhỏ 30 kVAr nên phân phối dung lượng bù nhánh sang nhánh lân cận

7.2 Phân phối dung lượng bù

7.2.3 Phân phối dung lượng bù mạng phân nhánh

• Mạng phân nhánh coi nhiều mạng hình tia ghép lại hình

7.2 Phân phối dung lượng bù

7.2.3 Phân phối dung lượng bù mạng phân nhánh

• Dung lượng bù nhánh thứ i (i = 1, 2, , n) tính theo cơng thức sau:

Qi – phụ tải phản kháng nhánh thứ i.

Q(i-1)i – phụ tải phản kháng chạy đoạn từ điểm (i -1) đến điểm i.

Qbù đặt i – dung lượng bù đặt điểm i.

Rtđi – điện trở tương đương mạng kể từ điểm i trở sau.

 

 

tdi i

i t d bu i

1 i i

bui .R

r Q Q

Q

7.2 Phân phối dung lượng bù

7.2.4 Phân phối dung lượng bù phía sơ cấp thứ cấp máy biến áp phân xưởng

• Gọi Qbù thấp dung lượng bù phía điện áp thấp Chênh lệch vốn đầu

tư đặt Qbù thấp phía điện áp thấp so với đặt dung lượng

bù phía điện áp cao là:

athấp, acao – giá thành kVAr tụ điện áp thấp cao, đồng/kVAr.

• Số tiền tiết kiệm năm đặt tụ điện phía điện áp thấp là: đồng/năm

Q - phụ tải phản kháng máy biến áp phân xưởng, kVAr.

athaáp acao Qbùthấp

V  



 

  

3

2

10 .

. . . U

t k R

R Q

Q Q

7.2 Phân phối dung lượng bù

7.2.4 Phân phối dung lượng bù phía sơ cấp thứ cấp máy biến áp phân xưởng

Qbù thấp - dung lượng bù phía điện áp thấp, kVAr.

RB - điện trở máy biến áp qui đổi phía điện áp thấp, Ω.

Rtđ - điện trở tương đương mạng điện áp thấp, Ω.

k - hệ số xét đến số ca làm việc ngày (1 ca, k = 0,3; ca,

k = 0,55; ca, k = 0,75).

β - giá kWh điện năng, đồng/kW.

t = 8760 h - số làm việc năm.

7.2 Phân phối dung lượng bù

7.2.4 Phân phối dung lượng bù phía sơ cấp thứ cấp máy biến áp phân xưởng

• Hiệu kinh tế việc phân phối dung lượng Qbù thấp sang phía

điện áp thấp máy biến áp phân xưởng:

n – thời gian thu hồi vốn đầu tư, năm. ΔV – chênh lệch vốn đầu tư, đồng.

• Mục tiêu tìm giá trị Qbù thấp tối ưu để hàm F cực đại

 

    

 bù thấp

7.2 Phân phối dung lượng bù

7.2.4 Phân phối dung lượng bù phía sơ cấp thứ cấp máy biến áp phân xưởng

• Giải phương trình ta tìm giá trị Qbù thấp, t ưu:

kVAr • Dung lượng bù phía điện áp cao tính sau:

Qbù cao = Qbù - Qbù thấp t ưu

 

 caoB tñ 

thấp ưu

t thấp

bù nk t R R

U a

a Q

Q

 

 



2

103

7.3 Chọn tụ điện điều chỉnh dung lượng bù

7.3.1 Chọn tụ điện

• Tụ điện chọn chủ yếu theo điện áp định mức Số lượng tụ điện tùy thuộc vào dung lượng bù Dung lượng tụ điện sinh tính theo biểu thức:

Qtđ = 2fπU2C = 0,314U2C kVAr U - điện áp đặt lên cực tụ điện, kV.

C - điện dung tụ điện, μF.

7.3 Chọn tụ điện điều chỉnh dung lượng bù

7.3.2 Điều chỉnh dung lượng bù

• Tụ điện chia thành nhiều nhóm nhỏ tùy theo biến đổi phụ tải mà cho nhiều hay nhóm làm việc

• Quy định: Nếu dùng máy cắt dầu để đóng cắt bảo vệ nhóm tụ điện dung lượng nhóm không nên nhỏ 400 kVAr Ở mạng điện áp cao dung lượng bù nhánh nhỏ 100 kVAr, mạng điện áp thấp dung lượng bù nhánh nhỏ 30 kVAr khơng nên đặt tụ điện nhánh đó, mà nên chuyển sang nhánh lân cận

• Việc điều chỉnh dung lượng bù tụ điện thực tay tự động

7.3 Chọn tụ điện điều chỉnh dung lượng bù

7.3.2 Điều chỉnh dung lượng bù

a Điều chỉnh dung lượng bù tụ điện theo điện áp

• Nếu Umạng < Uđm: đóng tụ điện

• Nếu Umạng > Uđm: cắt tụ điện

• Hiệu quả: vừa giải u cầu bù cơng suất phản kháng, nâng cao hệ số công suất cosφ vừa có tác dụng ổn định điện áp nên dùng phổ biến

b Điều chỉnh tự động dung lượng bù theo nguyên tắc thời gian

7.3 Chọn tụ điện điều chỉnh dung lượng bù

7.3.2 Điều chỉnh dung lượng bù

c Điều chỉnh tự động dung lượng bù theo dòng điện phụ tải

• Được dùng trường hợp phụ tải thường biến đổi đột ngột Khi dòng điện phụ tải tăng cần đóng thêm tụ điện vào làm việc, dòng điện phụ tải giảm cần cắt bớt tụ điện

d Điều chỉnh dung lượng bù theo hướng công suất phản kháng

7.4 Vận hành tụ điện

7.4.1 Sơ đồ nối dây điện trở phóng điện

Hình Tụ điện áp cao

7.4 Vận hành tụ điện

7.4.1 Sơ đồ nối dây điện trở phóng điện

• Tụ điện áp cao (hình 3): - Đấu hình tam giác

- Thiết bị bảo vệ pha: cầu chì.

- Thiết bị đóng cắt: máy cắt; máy cắt phụ tải có kèm theo cầu chì - Đo lường: BU, BI.

- Điện trở phóng điện: BU; bù riêng cho động máy biến áp điện trở phóng điện cuộn stato động cuộn sơ cấp máy biến áp

• Tụ điện áp thấp (hình 4):

- Đấu sẵn tam giác phía

7.4 Vận hành tụ điện

7.4.1 Sơ đồ nối dây điện trở phóng điện

- Điện trở phóng điện: bóng đèn dây tóc cơng suất khoảng 15~40 W. Điện trở phóng điện cho tụ điện phải thỏa mãn yêu cầu:

+ Giảm nhanh điện áp dư tụ điện để đảm bảo an toàn cho người vận hành, người ta quy định sau 30 phút điện áp tụ điện phải giảm xuống 65 V

+ Ở trạng thái làm việc bình thường tổn thất cơng suất tác dụng điện trở phóng điện so với dung lượng tụ điện không vượt trị số 1W/kVAr

Điện trở phóng điện tính theo công thức sau:

Q – dung lượng tụ điện, kVAr Upha – điện áp pha mạng, kV

 

Q U 10

. 15 R

2 pha

7.4 Vận hành tụ điện

7.4.2 Vận hành tụ điện

• Tụ điện phải đặt nơi cao ráo, bụi bậm, khơng dễ nổ, dễ cháy, khơng có khí ăn mịn

• Tụ điện điện áp cao phải đặt phịng riêng, có biện pháp chống cháy nổ, nhiệt độ phịng khơng vượt q 350C,

không dùng chiếu sáng tự nhiên mà phải dùng đèn chiếu sáng

• Tụ điện điện áp thấp đặt tập trung thường bố trí tủ thành hai tầng

• Khi vận hành tụ điện phải đảm bảo hai điều kiện:

7.4 Vận hành tụ điện

7.4.2 Vận hành tụ điện

- Điều kiện điện áp: phải giữ cho điện áp cực tụ điện không vượt 110% điện áp định mức Khi điện áp mạng vượt giới hạn cho phép phải cắt tụ điện khỏi mạng