Tìm hểu về tụ bù

Tìm hểu về tụ bù

Bài viết này hy vọng sẽ có thể giúp 1 số bạn hiểu rõ hơn về tụ bù.
Trước khi đi vào vấn đề, chúng ta cần phải ôn lại 1 số định nghĩa căn bản.
Công xuất (power) gồm có 3 loại active power(P), reactive power (Q) và apparent power (S):
reactive power cần có để tạo nên magnetic field cho mô tơ để nó có thể quay, máy biến áp, cuộn cảm kháng?
Active power là công xuất thực sự để làm nên những việc hữu ích như thắp sáng bóng đèn, quay máy bơm, di chuyển vật từ nơi này đến nơi khác?
Apparent power là tổng số công xuất giữa active power và reactive power.
Sự liên hệ của 3 loại powers này được thể hiện qua phương trình sau đây:

S² = P² + Q², công thức này cho ta biết rằng để tìm S ta không thể chỉ giản dị cộng P & Q lại

Cos phi (power factor (pf)) là tỷ số giữa active power và apparent power.
Pf = P / S

Gi ả sử bạn có tải là 0.95, như thế nghĩa là thế nào?

Nếu 1 mô tơ có pf = 0,95, S = 100 KVA , điều này có nghĩa là mô tơ chỉ có được 95 KW để làm công việc hữu ích, phần còn lại là công suất Q dùng để tạo nên magnetic field cho mô tơ. Công suất P được tính như sau:
S² = P² + Q²
Q² = S² - P²
Q = ^s( S² - P²) = ^s( 100² - 95²) = 31,225 KVAR
Trường hợp lý tưởng nhất là khi ta có pf =1, vì khi pf = 1, S sẽ bằng P, như thế toàn thể số lượng KVA của S được dùng cho P. Trên thực tế, điều này khó có thể xẩy ra, ta chỉ có thể làm pf tiến gần đến 1 mà thôi.
Ở bên Mỹ, các tư gia không phải trả tiền cho reactive power Q, vì nó không đáng kể. Tuy nhiên, các nhà máy dùng nhiều tải cảm kháng như mô tơ, máy biến áp?. phải giữ cho pf không được dưới mức ấn định, nếu không sẽ bị trả bù thêm tiền. Cách rẻ tiền nhất và dễ bảo trì là dùng tụ bù, 1 lợi ích khác nữa của tụ bù là không có ?omoving parts? như khi dùng synchronous mô tơ.
Nhìn lại công thức S² = P² + Q², nếu ta giảm Q, S sẽ giảm . Một nhà máy cần 1 số lượng P để làm công việc, nếu ta đặt tụ bù để làm giảm số lượng Q, số lượng S mà nguồn phải cung cấp c ũng sẽ giảm. Đây là lý do tại sao các nhà máy phát điện không muốn tải có pf thấp.
Bên cạnh lợi ích trong vi ệc làm giảm số lượng S còn có nhiều lợi ích khác như làm giảm công suất bị mất trên dây dẫn điện hoặc trong máy biến áp (I²R), hoặc giảm sự mất điện áp trên đường dây. Vì khi S giảm dòng I cũng giảm.
Công th ức sau đ ây d ùng đ ể t ính s ố KVA đ ư ợc gi ảm xuống khi thay đ ổi pf.
R = P (1/pf1 ?" 1/pf2)
Pf1 = power factor ban đ ầu
Pf2 = power factor ta mu ốn n âng l ên
V í d ụ ta c ó t ải l à 800 KW v à pf = 0,82, n ếu t ăng pf l ên 0,98 số KVA giảm xuống cho nguồn l à:
R = 800KW (1/0,82 ?" 1/0,98) = 159 KVA

Vậy chốt lại 1 câu là trong HTĐ, tụ bù có vai trò gì?

Có rất nhiều cách để tính số tụ bù cần thiết; tuy nhiên công thức sau đây sẽ đỏn giản hơn để tính số lượng KVAR cho tụ khi muốn nâng power factor lên:
Qcap = P (^s(1-pf1²/pf1) - ^s(1-pf2²/pf2))
Công thức tên dùng khi P của tải không thay đổi (constant)
Trong trường hợp tải thay đổi, ta phải tính KVAR khi tải có P ở mức tối đa, và khi tải có pf ở mức tối thiểu. Sau đó ta chọn cái lớn nhất:
Khi P = maximum (P tối đa)
Qcap = Pmax (^s(1-pf1²p-max/pf1p-max) - ^s(1-pf2²/pf2))
Khi pf = minimum (pf tối thiểu)
Qcap = Ppf-min (^s(1-pf1²pf-min/pf1pf-min) - ^s(1-pf2²/pf2))

Khi bạn mua 1 máy phát điện, bạn sẽ được bảo đảm ở mức nào đó. Thí dụ bạn máy bạn sẽ được bảo đảm để cung cấp cho tải 20MVA ở pf = 0,85 với nhiệt độ 40 độ C. Nếu sau này tải nối vào máy có pf cao hơn 0,85, máy của bạn sẽ không thể cung cấp toàn bộ 20 MVA. Như vậy một là bạn phải mua máy lớn hỏn, hai là bạn sẽ bị quá tải.
Điều hiển nhiên là cùng số lượng P, khi thay đổi Q bạn sẽ thay đổi được S. Khi S giảm, dòng I cũng sẽ giảm, voltage drop, IR2 loss trên dây dẫn đuện sẽ bớt đi...

Mình nghĩ chúng ta phải dùng tụ để bù vì tải thường có tính chất cảm làm lệch pha giữa dòng điện và điện áp (áp sớm pha hơn dòng), tụ cũng làm lệch pha nhưng ngược lại với tính cảm (dòng sớm pha hơn áp) nên nó làm giảm hiện tượng lệch pha trong lưới điện. Động cơ có hệ số cos phi = 0.95 là vì trong cấu tạo, phần cảm của động cơ là những cuộn dây nên tạo ra sự lệch pha, để công suất cấp cho động cơ được sử dụng tối ưu ta có thể dùng tụ để kéo sự lệch pha này lại. Giả sử rằng ở một nơi nào đó mà tải là toàn tụ điện (cái này giả sử thôi) thì công suất cũng không được sử dụng tối ưu, trong trường hợp này ta lại phải dùng các cuộn dây để giảm sự lệch pha giữa dòng và áp lại...

Máy phát điện là máy phát công suất, nên nó không tiêu thụ công suất , chẳng bao giờ có cái pf của máy phát điện đâu bạn ơi.
Tb: Tiêu đề topic của bạn là muốn bàn về tụ bù nhưng chẳng thấy 1 phân tích nào về tụ bù cả, chỉ toàn thấy ý nghĩa và tác dụng của mấy dạng công suất thôi

Pf của máy phát tại mỗi thời điểm phụ thuộc vào tải gắn vào nó. Tuy nhiên có pf của máy phát đó bạn. Pf của máy phát chính là khả năng phát công suất vô công (Var) của máy phát đó đó. Nếu gắn tải có pf nhỏ hơn pf của máy phát thì máy phát sẽ bị quá kích từ hoặc sụt áp đó bạn.

Nguồn điện xoay chiều cung cấp 2 dạng năng lượng là công suất tác dụng ( đv KW ) và công suất phản kháng ( đv kVAr ). Công suất tác dụng sẽ đc chuyển thành công có ích ( công cơ học, nhiệt , ... ).
Công suất phản kháng là công suất vô công, nó có tính cảm ( các nguồn có quá trình tạo từ trường ) hoặc tính dung ( điện dung dây dẫn hoặc tụ - cái này đc ứng dụng để bù phản kháng ) . Thành phần vô công này có tính chu kỳ, nạp ở nửa chu kỳ đầu và xả ở nửa chu kỳ sau. Vì vậy thành fần vô công ko tiêu thụ công suất của nguồn nhưng nó lại gây ra tổn hao nhiệt trên dây dẫn . Mặt khác, trong hệ thống thực tế luôn có tính cảm ( nên điện trở cảm trên hệ thống sẽ là chủ yếu ), do đó gây sụt áp trên lưới. Biện pháp dùng tụ bù chính là ứng dụng hiệu ứng làm tăng điện áp của công suất mang tính dung lên lưới ( cái này có hiều ứng ngược với dạng cảm ).
Phần lớn thiết bị điện xoay chiều đều tiêu thụ công suất phản kháng để tạo từ thông, nên hệ số công suất thấp và sẽ nhận thành phần dòng điện phản kháng từ nguồn ( gây tổn thất và sụt áp ). Khi mắc các tụ song song với tải , dòng có tính dung sẽ ngược pha với dòng tính cảm nên sẽ triệt tiêu 1 phần hoặc toàn bộ dòng cảm, do đó sẽ hạn chế dòng phản kháng qua lưới.
Như các điều các bạn đã trình bày bên trên, khi ta giảm được dòng phản kháng cũng có nghĩa là giảm công suất phản kháng Q ( kVAr ), S ( kVA ) là ko đổi nên khả năng cấp P ( kW ) sẽ tăng lên, có nghĩa là ta có thể nối vào nhiều máy hơn mà ko cần thay máy biến áp lớn hơn.

Bạn nên tìm hiểu kỹ hơn về máy phát điện. Máy phát điện mà không biết rated power factor thì cũng hơi mệt. Mỗi máy phát điện có 1 capabalitive curve, khi nó hoạt động trong vùng Over-exciting (pf lagging), nó sẽ cung cấp VAR cho tải, và khi hoạt động trong vùng Under-exciting (pf leading) nó sẽ nhận VAR. Tại sao bạn nói nó chỉ phát mà khônh nhận?
Voltage regulator dùng để điểu khiển excitation của máy phát điện bằng cách tăng hay giảm DC current / field.
Trước khi đóng CB để nối máy vào mạng, máy và mạng phải được synchronized có nghĩa là chúng phải đựợc điều chỉnh để có cùng voltage, tần số và cùng pha. Khi CB được đóng lại, lúc này áp của máy và mạng sẽ bắng nhau.
Nếu ta tăng excitation, voltage ở máy sẽ tăng, tuy nhiên voltage của mạng không thể tăng được vì mạng quá lớn. Sự chênh lệch áp giữa máy và mạng sẽ khiến máy nhìn mạng như 1 inductive load, và vì thế máy sẽ cung cấp VAR cho mạng chứ nó không thể thay đổi áp của mạng được. Nếu ta giảm excitation, sự việc sẽ ngược lại.
Khi máy nối thẳng vào tải thay vì vào mạng, nếu excitation tăng, voltage sẽ tăng. Máy sẽ cung cấp số lượng VAR hoặc KW tùy theo tải đòi hỏi. Nếu tải có pf quá thấp, máy sẽ không cung cấp đầy đủ số KVA hoặc KW như đã ấn định.