Truyền động điện - Chương 8: Tiết kiệm điện năng và nâng cao hệ số công suất cosφ

Chương 8:TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG VÀ NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT COSφKHOA ĐiỆN-ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNGBM. ĐIỆN CÔNG NGHIỆPGiảng viên: ThS. Phùng Đức Bảo ChâuNội dung1. Đặt vấn đề2. Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất Cosφ3. Các biện pháp nâng cao hệ số công suất Cosφ4. Tính toán bù công suất phản kháng5. Phân phối dung lượng bù trong mạng điện6. Chọn tụ điện và điều chỉnh dung lượng bù 1. Đặt vấn đề: Nhu cÇu dïng ®iÖn ngµy mét cao  ngµy cµng ph¶i tËn dông hÕt c¸c kh¶ n¨ng cña c¸c nhµ m¸y ®iÖn. VÒ mÆt sö dông ph¶i hÕt søc tiÕt kiÖm, sö dông hîp lý TB. ®iÖn, gi¶m tæn thÊt ®iÖn n¨ng ®Õn møc nhá nhÊt, phÊn ®Êu ®Ó 1 kWh ®iÖn n¨ng ngµy cµng lµm ra nhiÒu s¶n phÈm. Toµn bé hÖ thèng CC§. cã ®Õn 10  15 % n¨ng l­îng ®iÖn bÞ tæn thÊt qua kh©u truyÒn t¶i vµ ph©n phèi, trong ®ã m¹ng xÝ nghiÖp chiÕm kho¶ng 60% l­îng tæn thÊt ®ã. V× vËy viÖc sö dông hîp lý vµ khai th¸c hiÖu qu¶ TB. ®iÖn cã thÓ ®em l¹i nh÷ng lîi Ých to lín. 1.1. Trong m¹ng ®iÖn tån t¹i hai lo¹i c«ng suÊt:+ C«ng suÊt t¸c dông: P “ §Æc tr­ng cho sù sinh ra c«ng, liªn quan ®Õn qu¸ tr×nh ®éng lùc. G©y ra moment qua cho c¸c ®éng c¬. Mét phÇn nhá bï vµo c¸c tæn hao do ph¸t nong d©y dÉn, lâi thÐp.ë nguån P trùc tiÕp liªn quan ®Õn tiªu hao n¨ng l­îng ®Çu vµo nh­ Than, h¬i n­íc, l­îng n­íc .v.v Tãm l¹i P ®Æc tr­ng cho qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ n¨ng l­îng.+ C«ng suÊt ph¶n kh¸ng: Q ng­îc l¹i kh«ng sinh ra c«ng. Nã ®Æc tr­ng cho qu¸ tr×nh tÝch phãng n¨ng l­îng gi÷a nguån vµ t¶i, Nã liªn quan ®Õn qu¸ tr×nh tõ ho¸ lâi thÐp BA., ®éng c¬, g©y biÕn ®æi tõ th«ng ®Ó t¹o ra s®®. phÝa thø cÊp. Nã ®Æc tr­ng cho kh©u tæn thÊt tõ t¶n trong m¹ng. ë nguån nã liªn quan ®Õn s®®. cña m¸y ph¸t (liªn quan ®Õn dßng kÝch tõ m¸y ph¸t). Nh­ vËy ®Ó chuyÓn ho¸ ®­îc P cÇn ph¶i cã hiÖn diÖn cña Q. Giòa P & Q l¹i liªn hÖ trùc tiÕp víi nhau, mµ ®Æc tr­ng cho mèi quan hÖ ®ã lµ hÖ sè c«ng suÊt.C¸c ®¹i l­îng P; Q; S; cos liªn hÖ víi nhau b»ng tam gi¸c c«ng suÊt.cos dùng để đánh giá mức độ sử dụng điện tiết kiệm và hợp lý của XN QSP S2 = P2 + Q2 P = S.Cos Q = S. sin Cos dùng để đánh giá mức độ sử dụng điện tiết kiệm và hợp lý của XN 1.2. Một số định nghĩa hệ số công suất:a. Hệ số cos tức thời:Xác định được nhờ dụng cụ đo tại thời điểm nào đóCos biến thiên theo thời gian nên không có ý nghĩa trong tính toánb. Hệ số công suất trung bình costb: Là hệ số cos trong một khoảng thời gian nào đó (1 ca, 1 ngày đêm, 1 tháng,...):costb dùng để đánh giá mức độ sử dụng điện tiết kiệm và hợp lý của XNc. Hệ số công suất cos tự nhiên: Là hệ số công suất trung bình tính trong một năm (8760h) khi không có thiết bị bù. Hệ số công suất tự nhiên được dùng làm căn cứ xác định phụ tải tính toán, nâng cao hệ số công suất và bù công suất phản kháng. Đối với ĐCKĐB có cos thấp (cos = 0,5÷0,7), do đó ĐCKĐB tiêu thụ công suất phản kháng nhiều nhất, chiếm (65÷70)%, sau đó là máy biến áp. 2. Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất Cosφ: Lµm gi¶m ®­îc tæn thÊt ®iÖn ¸p Lµm gi¶m tæn thÊt c«ng suÊt Lµm gi¶m tæn thÊt ®iÖn n¨ng T¨ng kh¶ n¨ng truyÒn t¶i TÓM LẠI: Việc nâng cao cos có 2 lợi ích cơ bản:1. Lợi ích to lớn về kinh tế cho ngành điện và doanh nghiệp2. Lợi ích về kỹ thuật: Nâng cao chất lượng điện áp3. Các biện pháp nâng cao hệ số công suất CosφCó hai nhóm giải pháp để nâng cao cos3.1. Nhóm các giải pháp nâng cao cos tự nhiên: Là các giải pháp không dùng các thiết bị bù. Có các giải pháp cơ bản sau:Thay đổi và cải tiến quy trình công nghệ để các thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhấtThay thế các ĐCKĐB làm việc non tải bằng ĐC có CS nhỏ hơnGiảm điện áp của những động cơ làm việc non tảiHạn chế động cơ chạy không tảiSử dụng ĐCĐB thay cho ĐCKĐBThường xuyên bảo dưỡng và nâng cao chất lượng sửa chữa ĐCThay thế những máy biến áp làm việc non tải bằng những máy biến áp có dung lượng nhỏ hơn3.2. Nhóm các giải pháp nâng cao cos nhân tạo: Là giải pháp sử dụng các thiết bị bù (tụ bù hoặc máy bù đồng bộ). Các thiết bị bù phát ra Q để cung cấp 1 phần hoặc toàn bộ nhu cầu Q trong XN. Làm như vậy gọi là Bù công suất phản kháng.+ Máy bù thường chỉ dùng ở các trung tâm điện để duy trì ổn định cho hệ thống điện. + Tụ bù dùng cho lưới điện xí nghiệp, dịch vụ và dân dụng. Tụ có thế nối tiếp hay song song vào mạng điện. 35110 kV610 kV610 kV0,4 kV~ Bù dọc: mắc nối tiếp tụ vào đường dây, biện pháp này nhằm cải thiện thông số đường dây, giảm tổn hao điện áp. Lúc này thông số đường dây Bù ngang: mắc song song tụ vào đường dây, có nhiệm vụ cung cấp Q vào hệ thống, làm nâng cao điện áp cũng như cosφ. Dễ thấy lúc này tổn thất điện áp giảm xuống: **So s¸nh kinh tÕ - kü thuËt cña m¸y bï vµ tô bïGi¸ thµnh caoGi¸ thµnh thÊpTiªu thô mét phÇn PTiªu thô P ÝtTiÕng ånYªn tÜnh§iÒu chØnh Q tr¬n§iÒu chØnh Q theo cÊpCÊu t¹o vËn hµnh söa ch÷a ®¬n gi¶nCÊu t¹o vËn hµnh söa ch÷a phøc t¹p4. Tính toán bù công suất phản kháng:4.1. Xác định dung lượng bù: Qbu = P( tg1 - tg2).α P – c«ng suÊt t¸c dông trung b×nh cña hé tiªu thô. tg1 t­¬ng øng víi cos1 hÖ sè tr­íc khi bï. tg2 t­¬ng øng víi cos2 hÖ sè cÇn ®¹t tíi α =0.91 : hệ số xét tới khả năng nâng cao hệ số công suất Cosφ bằng những phương pháp không đòi hỏi đặt thiết bị bùTh­êng ®ối víi c¸c xÝ nghiÖp cÇn ph¶i bï ®Ó ®¹t ®­îc hÖ sè cos qui ®Þnh cña ngµnh §iÖn (0,85  0,9)VÝ dô 1 Mét xÝ nghiÖp cã c«ng suÊt tæng nh­ sau: S = 100 + j152 KVA. TÝnh to¸n ®iÒu khiÓn dung l­îng bï ®Ó n©ng hÖ sè c«ng suÊt lªn 0,65; 0,75 vµ 0,85.Lêi gi¶iTõ c«ng suÊt phô t¶i ®· cho x¸c ®Þnh ®­îc hÖ sè c«ng suÊt cña xÝ nghiÖpTÝnh ®­îc tg = 1,51- Khi yªu cÇu cos1 = 0,65 tÝnh ®­îc tg 1 = 1,17- Khi yªu cÇu cos2 = 0,75 tÝnh ®­îc tg 2 = 0,88- Khi yªu cÇu cos3 = 0,85 tÝnh ®­îc tg 3 = 0,62** §Ó n©ng hÖ sè c«ng suÊt lªn cos1 th× c«ng suÊt ph¶n kh¸ng cÇn bï cña nhãm 1 lµ: Qb1 = P( tg - tg1) = 100(1,51- 1,17) = 34 KVAr §Ó n©ng hÖ sè c«ng suÊt lªn cos2 th× c«ng suÊt ph¶n kh¸ng cÇn bï cña nhãm 2 lµ:Qb2 = P( tg1 - tg2) = 100( 1,17 – 0,88) = 29 KVAr §Ó n©ng hÖ sè c«ng suÊt lªn cos3 th× c«ng suÊt ph¶n kh¸ng cÇn bï cña nhãm 3 lµ:Qb3 = P( tg2 - tg3) = 100( 0,88- 0,62) = 26 KVAr**1CT1231C§Nhãm 11C C232CT1 2C§Nhãm 22CCAT3CT1232C§Nhãm 33C CS¬ ®å ®iÒu khiÓn dung l­îng bï ®Ó n©ng hÖ sè c«ng suÊt XN lªn 0,65; 0,75 vµ 0,85.2. Main polesmakeA1A2RR3. Automatic return of aux. poles after main poleshave madeA1A2RR4. Main polesbreakA1A2RR1. Aux. polesmake earlyA1A2RR4.2. Xác định vị trí đặt tụ bù: §§§610 kV35110 kV0,4 kV0,4 kVVề lý thuyết có thể đặt tụ phía cao áp hay hạ áp hay bất cứ đâu của mạng XN.Đặt tụ bù phân tán tại các động cơ là có lợi nhất về mặt tổn thất điện áp và điện năng. Tuy nhiên đặt tụ kiểu này chi phí cao và khó khăn trong quản lý, vận hành. Vì vậy, đặt tụ bù phía điện áp cao hay hạ áp, tập trung hay phân tán đến mức độ nào cần phải so sánh KT-KT. Qua kinh nghiệm thực tế, nên đặt tụ bù như sau:Với máy bơm và xưởng cơ khí: Đặt tụ bù cạnh tủ phân phốiVới XN nhỏ: Đặt tập trung tại thanh cái hạ áp TBA. Ngoài ra với các px có ĐC công suất lớn, đặt độc lập nên đặt riêng 1 bộ tụ bù. Với XN lớn: Đặt tụ bù phân tán tại các phân xưởng. Đặt tụ bù phía cao áp xí nghiệp: tuy giá tụ cao áp rẽ nhưng chỉ giảm tổn thất điện năng từ phía cao áp ra lưới. Đặt tụ bù tại thanh cái hạ áp của trạm biến áp xí nghiệp giúp giảm điện năng trong trạm biến áp.Đặt tụ bù tại các tủ động lực: làm giảm được tổn thất điện áp trên đường dây từ tủ đến trạm phân phối và trong trạm. Đặt tụ bù cho tất cả các động cơ: phương pháp này có lợi nhất về giảm tổn thất điện năng nhưng tăng chi phí đầu tư, vận hành và bảo dưỡng tụ. Trong thực tế việc tính toán phân bố bù tối ưu cho xí nghiệp là phức tạp và tùy theo quy mô và kết cấu lưới điện xí nghiệp có thể được thực hiện theo kinh nghiệm như sau:Với một xưởng sản xuất hoặc xí nghiệp nhỏ nên tập trung tụ bù tại thanh cái hạ áp của trạm biến áp xí nghiệp.Với xí nghiệp loại vừa có 1 trạm biến áp và một số phân xưởng công suất khá lớn cách xa trạm nên đặt tụ bù tại các tủ phân phối phân xưởng và tại cực các động cơ có công suất lớn (vài chục kW).Đối với xí nghiệp có quy mô lớn gồm nhiều phân xưởng lớn, có trạm phân phối chính và các trạm phân xưởng. Việc bù thường thực hiện tại tất cả các thanh cái hạ áp của trạm phân xưởng.Đôi khi có thể thực hiện bù cho cả cao và hạ áp tùy vào giá thành của tụ.5. Phân bố tối ưu dung lượng bù:5.1. Nếu mạng điện XN hình tia: Khi bù phân tán, áp dụng công thức phân bố tối ưu công suất như sau: Q3 – Qb + Qb1 + Qb2123R1R2R3Q1 – Qb1Q2 – Qb2HV 5.2. Nếu mạng điện XN phân nhánh: Cần biến đổi các nhánh song song thành nhánh tương đương rối áp dụng công thức . VÝ dô 1H·y ph©n phèi dung l­îng bï Qb = 300 kVAr cho m¹ng ®iÖn h¹ ¸p U=380 V . §iÖn trë c¸c nh¸nh cho nh­ h×nh vÏ. Phô t¶i c¸c hé cho trªn h×nh vÏ, cho b»ng kVAr.0,1 1200 –Qb10,2 2150 –Qb20,1 3150 –Qb30,2 4100 –Qb4Lêi gi¶i§iÖn trë t­¬ng ®­¬ng cña 4 nh¸nh:     Q = 200 + 150 + 150 + 100 = 600 Thay sè vµo ta cã: kVArDung l­îng bï t¹i c¸c tñ ®éng lùc cßn l¹i:  Qb2 = 150 – (600 – 300). 1/ 30.0,2 = 100 kVAr.  Qb3 = 150 – (600 – 300). 1/30. 0,1 = 50 kVAr.  Qb4 = 100 – (600 – 300). 1/30.0,2 = 50 kVAr.VÝ dô 2H·y ph©n phèi dung l­îng bï Qb = 300 kVAr cho m¹ng ®iÖn h¹ ¸p víi R1 = R2 = R3 =0,04 ; R12 = 0,02 ; Q1 = 200 kVAr; Q2 = 100 kVAr; Q3 = 200 kVAr.123NR1R2R3Rn1R12Q2 – Qb2Q3 – Qb3Q1 – Qb1Lêi gi¶iTr­íc tiªn tÝnh c¸c ®iÖn trë t­¬ng ®­¬ng: Rtd2 = R2 song song R3  Rtd2 = 0,04.0,04/(0,04+0,04)= 0,04/2=0,02 . Rtd1 m¹ch giòa R1 song song R12+Rtd2  Rtd1 = R1 .(R12+Rtd2) / (R1 + R12 + Rtd2)= 0,04.(0,02+0,02)/(0,04 + 0,02 + 0,02) = 0,02  ¸p dông c«ng thøc:¸p dông c«ng thøc:Qb1 = Q1 – [(Q1 + Q2 + Q3) - Qb]. Rtd1/R1  = 200 – [ 500 – 300 ]. 0,02/0,04 = 100 kVAr. Qb2 = Q2 – [(Q2 + Q3) – (QB - Qb1)]. Rtd2 /R2  = 100 – [ 300 – (300-100)]. 0,02 /0,04 = 50 kVAr. Qb3 = Q3 – [(Q2 + Q3) – (Qb - Qb1)].Rtd2/R3 =  = 200 – [300 – (300-100)]. 0,02/0,04 = 150 kVAr. hoÆc ta cung cã thÓ suy ra ngay Qb3 = Qb - (Qb1 + Qb2)  Qb3 = 300 – (100 + 50) = 150 kVAr.**Tree Trimming: BeforeThank you for your attention!