Tech

Tủ tụ bù

08
May

Tủ tụ bù là gì và cách hoạt động ra sao? Chúng ta hãy cùng nhau đi phân tích để hiểu rõ hơn về tủ tụ bù trong bài viết sau nhé!

1. Định nghĩa

Tủ điện tụ bù công suất phản kháng thường bao gồm các tủ bù điện mắc song song với tải, được điều khiển bằng một bộ điều khiển tụ bù tự động thông qua thiết bị đóng cắt Contactor.

Tủ tụ bù và nguyên lý hoạt động của nó có chức năng chính là nâng cao hệ số công suất cosφ qua đó giảm công suất phản kháng (Công suất vô công) nhằm giảm tổn thất điện năng tiết kiệm chi phí. Người sử dụng sẽ giảm bớt hoặc không phải đóng tiền phạt công suất phản kháng theo quy định của ngành điện lực.

Hình 1. Tủ tụ bù công suất phản kháng.

  • Tụ bù là một loại thiết bị ngành điện được lắp đặt trong hệ thống điện với tác dụng nâng cao hệ số công suất cosφ.
  • Công suất truyền từ nguồn đến tải (thiết bị sử dụng) có 2 thành phần là công suất tác dụng và công suất phản kháng.
  • Công suất tác dụng là phần công suất sinh ra công hữu ích cho thiết bị đơn vị là W hoặc kW.

2. Nguyên lý hoạt động

Tủ tụ bù và nguyên lý hoạt động được dùng cho các hệ thống điện sử dụng các phụ tải có tính cảm kháng cao, sử dụng các contactor để thay đổi số lượng tụ bù vào vận hành. Quá trình thay đổi này có thể điều khiển bằng chế độ tự động hoặc bằng tay. Hiện nay, tủ tụ bù thường sử dụng hai loại tụ bù điện là tụ dầu và tụ khô.

Tụ bù và nguyên lý hoạt động được chia thành nhiều loại dung lượng khác nhau phổ biến từ 5 ÷ 10 kVAr. Ngoài thành phần chính là tụ bù điện, tủ tụ bù còn có thể được lắp thêm cuộn kháng lọc sóng hài để tăng tính ổn định của hệ thống điện và bảo vệ tụ điện. Các cuộn kháng lọc sóng hài được chế tạo phù hợp với tính chất sóng hài của mạng điện gồm các loại cuộn kháng 6%, 7%, 14%.

Khi vận hành ở chế độ tự động, bộ điều khiển trung tâm của tủ sẽ tự động nhận biết lượng công suất cần bù để đưa tín hiệu đóng cắt các tụ bù hòa vào hệ thống lưới điện, có khoảng từ (4 – 14) cấp, mỗi cấp sẽ ghép với 1 thiết bị đóng cắt Contactor.

Tủ tụ bù và nguyên lý hoạt động của tủ tụ bù là đo độ lệch pha giữa điện áp và dọng điện nếu nó nhỏ giá trị cài đặt (thường là 0.95) để tự động đóng cắt tụ bù cho đến khi đạt được trị số như yêu cầu và giữ hệ số công suất quanh giá trị cài đặt. Tủ tụ bù thường được đặt trong nhà hoặc ngoài trời, có thể hoạt động kết hợp với tủ phân phối tổng MSB hay lắp đặt độc lập. Bộ điều khiển tụ bù được lập trình thông minh để tối ưu quá trình đóng cắt các tụ bù phù hợp với nhu cầu cụ thể của các ứng dụng.

Có các phương thức và phương pháp bù như:

  • Bù nền;
  • Bù động;
  • Bù tập trung;
  • Bù theo nhóm;
  • Bù riêng…

Hình 2. Bên trong của tủ tụ bù công suất phản kháng trong thực tế.

Để hiểu rõ hơn về phần này, chúng ta cùng đi phân tích nhé!

– Công suất phản kháng là phần công suất không sinh ra công hữu ích sinh ra trong quá trính biến đổi điện năng thành dạng năng lượng khác hoặc có thể từ năng lượng điện sang chính năng lượng điện (có thể gọi là thành phần từ hóa) đơn vị là VAR hoặc kVAR.

– Nhu cầu về tải (thiết bị sử dụng) về công suất tác dụng và công suất phản kháng phải đáp ứng đủ thì tải mới có thể hoạt động tốt được. Tổng hợp của 2 công suất này gọi là công suất biểu kiến đơn vị VA hoặc kVA. Ba loại công suất này có một mối quan hệ mật thiết thông qua công thức:

S2 = P2 + Q2

P = S.cosφ

Q = S.sinφ

Trong đó:

  • S là công suất biểu kiến.
  • P là công suất tác dụng.
  • Q là công suất phản kháng.

Hình 3. Mối quan hệ giữa S, P và Q.

Hệ số cosφ càng nâng cao thì tải sẽ sinh ra càng nhiều công, khi sử dụng tụ bù, nguồn chỉ cung cấp một phần công suất phản kháng, phần còn lại do tụ bù sẽ bù vào từ đó giúp công suất tác dụng sẽ được tăng lên.

  • Xét đến việc truyền tải điện năng, dòng điện sẽ làm dây bị nóng lên, tạo ra một lượng sụt áp trên đường dây tải điện. Dòng điện tỉ lệ với công suất biểu kiến nên khi ta sử dụng tụ bù để bù vào phần công suất phản kháng sẽ có tác dụng:
  • Đường dây chỉ truyền tải dòng điện của công suất tác dụng nên sẽ mát hơn.
  • Chấp nhận đường dây phát điện ở mức hiện tại thì có thể bắt đường dây tải nhiều hơn.

3. Tác dụng của tủ tụ bù

Có tác dụng làm tăng hệ số công suất (cosφ) bằng cách sử dụng bộ tụ bù làm nguồn phát công suất phản kháng.

Tủ điện tụ bù thường gồm nhiều bước tụ, mỗi bước tụ được điều khiển bằng Contactor. Việc đóng hay mở Contactor sẽ thay đổi số lượng tụ bù vận hành song song. Một bộ điều kiển kiểm soát hệ số công suất của mạng điện sẽ thực hiện đóng mở các Contactor qua đó làm cho hệ số công suất của cả mạng điện thay đổi.

Tủ điện bù công suất phản kháng được sử dụng cho các hệ thống điện sử dụng các phụ tải có tính cảm kháng cao, thường lắp đặt tại phòng kỹ thuật điện hoặc khu vực trạm biến áp cho các công trình công nghiệp như nhà máy, xưởng nghiệp, cao ốc, văn phòng, chung cư, bệnh viện…

Sau đây chúng ta cùng điểm lại các tác dụng chính của tủ tụ bù:

3.1. Giúp bù công suất phản kháng cho lưới điện hạ thế

Khi đứng trên cương vị là người quản lý doanh nghiệp hay cán bộ phụ trách điện. Chúng ta đều cảm thấy xót xa khi mỗi tháng phải trả thêm số tiền bị phạt do hệ số cosφ không đạt. Nếu như hệ thống điện của chúng ta có hệ số cosφ nhỏ hơn 0,85 mà chưa được lắp đặt tủ tụ bù hạ thế. Hoặc lắp rồi mà không đáp ứng được nhu cầu thì đó chính là lý do dẫn tới việc bị phạt tiền.

Hình 4. Tủ tụ bù hạ thế.

3.2. Giảm hoá đơn tiền điện do lắp đặt tủ tụ bù công suất phản kháng

Hiện tại đồng hồ lắp cho các nhà máy hiển thị 3 loại công suất: công suất thực P (kW), công suất phản kháng Q (kVAr) và công suất biểu kiến S (kVA). Tiền mà chúng ta thường bị phạt chính là tiền mua điện năng phản kháng. Đối với hộ dân thì tính tiền trên công suất P (kWh). Còn các doanh nghiệp do sản lượng tiêu thụ thường lớn nên phải trả thêm công suất phản kháng (kVAr).

3.2.1. Chúng ta sẽ phải lựa chọn 1 trong 2 giải pháp sau để giải quyết vấn đề đó

  • Trả tiền cho điện lực toàn bộ số tiền phạt do không đạt công suất cosφ.
  • Lắp đặt hệ thống tủ tụ bù công suất cosφ để bù lại phần tiêu hao. Bản chất của tủ tụ bù hạ thế giống như một máy phát điện. Nhưng nó phát công suất phản kháng Q.

Khi hệ số cosφ ≤ 0.85 thì theo quy định của điện lực lượng Q tiêu thụ bắt đầu được tính tiền.

Tiền phạt thực chất là tiềm mua điện năng phản kháng. Hiện nay đồng hồ thế hệ mới mà điện lực lắp đặt cho các nhà máy hiển thị 3 loại công suất:

  • Công suất thực P (kW);
  • Công suất phản kháng Q (kVAr);
  • Công suất biểu kiến S (kVA).

Đối với hộ dân thì tính tiền trên công suất P (KWh), còn các doanh nghiệp do sản lượng tiêu thụ lớn nên phải trả thêm công suất phản kháng (công suất ảo) Q (kVAr).

3.2.2. Có 2 lựa chọn để trả tiền cho phần sử dụng công suất này

  • Trả tiền trực tiếp cho điện lực, tiền này thường được gọi là “tiền phạt” (trước đây các công tơ điện không hiển thị công suất Q, do đó người sử dụng không thấy được lượng công suất Q mình sài mà vẫn phải trả tiền nên gọi là “phạt”).
  • Lắp đặt tủ tụ bù hạ thế công suất tại chỗ. Bản chất của tủ tụ bù hạ thế giống như một máy phát điện, nhưng nó phát công suất phản kháng Q.

3.2.3. Khi nào thì nên lắp tụ bù?

Theo qui định của điện lực khi hệ thống tiêu thụ của bạn có cosφ ≤ 0,85 thì lượng Q tiêu thụ bắt đầu được tính tiền. Chình vì vậy để không phải phạt, chúng ta nên lắp hệ thống tủ tụ bù công suất cosφ. Có nhiều cách bù như bù cứng hoặc bù mềm, bù tự động hay bằng tay. Nhưng đa số chúng ta thường chọn giải pháp bù mềm và bù tự động.

3.3. Tụ bù hạ thế giúp bù công suất phản kháng tăng khả năng truyền tải của dây

  • Dòng điện chạy trên đường dây gồm 2 thành phần tác dụng và phản kháng. Nếu ta bù ở cuối đường dây thì dòng phản kháng sẽ bớt. Chính vì lẽ đó ta có thể cho đường dây tải thêm dòng tác dụng, rất chi là đơn giản.
  • Ngoài các tác dụng trên thì chúng ta không thể nhắc tới tác dụng của tủ tụ bù hạ thế đối với máy biến áp. Nó giúp bù công suất phản kháng giúp tăng công suất thực máy biến áp.
  • Từ S = U.I ta thấy rằng dung lượng máy biến áp gồm 2 phần P và Q. Nếu ta bù tốt thì S gần như bằng P, điều này cho phép máy biến áp tăng thêm tải.