Bài giảng Cung cấp điện nhà máy công nghiệp và công trình dân dụng - Chương 6: Bù công suất phản kháng

 thế.
 Kích cỡ của dây dẫn, công suất tổn hao trên dây của
mạng điện sau vị trí lắp tụ không được cải thiện
11/5/2015
6.6 Vị trí lắp tụ bù Q
16
1. Bù nền và bù ứng động
 Bù nền là bù với công suất cố định, áp dụng cho dạng tải
ổn định.
 Bù ứng động: thay đổi dung lượng bù theo hệ số công
suất ; bắt buộc áp dụng khi Qbù  15% SđmMBA
11/5/2015
6.7 Phương thức bù Q bằng tụ điện
Tụ bù cố định
17
Thiết bị bù Q – hạ thế
11/5/2015
2. Tụ bù
6.7 Phương thức bù Q bằng tụ điện
18
Thiết bị bù Q – trung thế
11/5/2015
2. Tụ bù
6.7 Phương thức bù Q bằng tụ điện
19
Thiết bị bù Q – cao thế
11/5/2015
2. Tụ bù
6.7 Phương thức bù Q bằng tụ điện
20
Ưu điểm:
 Tổn hao trong tụ nhỏ 4,5kW/1MVAr.
 Kích thước nhỏ, không có tiếng ồn vì không có máy
điện quay
 Bảo trì đơn giản và rẻ tiền
 Có thể dễ dàng tăng giảm công suất
 Lắp đặt ở mọi vị trí theo yêu cầu
11/5/2015
2. Tụ bù
6.7 Phương thức bù Q bằng tụ điện
21
Nhược điểm:
 công suất Q phát ra giảm khi điện áp giảm
 Sự phụ thuộc của công suất phát vào điện áp có thể
gây ảnh hưởng dây chuyền (Q→U→Q→U)
 Giảm tuổi thọ khi điện áp lưới có nhiều sóng hài
11/5/2015
2. Tụ bù
Cđđ
2
đmtu
luoi
C Q)
U
U
(=Q
6.7 Phương thức bù Q bằng tụ điện
22
3. Sơ đồ kết nối tụ bù
11/5/2015
CB ContactorSwitch
MC
Dao 
cách li
ĐC
BU BU
6.7 Phương thức bù Q bằng tụ điện
23
Theo yêu cầu về hệ số công suất
 Dung lượng bù phụ thuộc vào hệ số công suất trước
khi bù cos1và hệ số công suất yêu cầu cos2
11/5/2015
)φtg-φtg(P=Q-Q=Q 2121bù
4. Xác định dung lượng bù
6.7 Phương thức bù Q bằng tụ điện
24
Theo yêu cầu chống
quá tải cho máy biến áp
Nếu Qbu0 → không cần bù
QBmax – công suất phản kháng lớn nhất mà MBA có thể
truyền tải.
Qtt – công suất phản kháng tải max
11/5/2015
4. Xác định dung lượng bù
Bmaxttbù Q-Q=Q
tt
2
đmMBA
2
maxB P-S=Q
6.7 Phương thức bù Q bằng tụ điện
25
Khả năng tải công suất P của máy biến áp đầy tải khi có hệ
số cos tải khác nhau
26
27
28
Bù Q cho phép tải của mạng tăng lên S2 , không cần thay
MBA . 
Công suất tối đa của trạm bằng CS SMBA
29
Xác định dung lượng bù công suất phản kháng theo yêu cầu
chống quá tải cho MBA . Công suất định mức của MBA là
Sđm=2000kVA cung cấp cho phụ tải Ptt=5400kW, Qtt=5510kW
1. Xác định số lượng MBA trước bù theo điều kiện quá tải sự
cố
2. Xác định dung lượng bù khi máy biến áp có Kt=0,8
3. Nếu biết Qbudm=536kVar xác định số lượng tụ và hệ số
công suất sau khi bù. 
11/5/2015
Bài tập
30
 Để giảm tổn hao công suất cần phân bố CSPK hợp lý
 Nếu lưới phân phối chỉ sử dụng cáp, các tụ nên đặt tại
các tủ điện.
 Nếu có nhiều trục chính cấp nguồn từ 1 MBA thì chỉ đặt 1 
bộ tụ/1trục.
 Công suất bộ tụ tỷ lệ thuận với tải
 Trên 1 trục chính không đặt quá 2 bộ tụ có công suất gần
như nhau. 
 Hệ thống tụ bù phải được trang bị thiết bị xả tụ
11/5/2015
Phân bố tụ bù công suất phản kháng trong
lưới phân phối hạ thế
31
Sơ đồ bù CSPK
11/5/2015
32
Phân bố công suất phản kháng trong lưới hạ thế
 Nếu phụ tải tập trung ở nửa cuối của trục chính thì chỉ
nên đặt 1 bộ tụ. Vị trí đặt được xác định theo điều kiện
sau:
11/5/2015
1
2
tu
h h
Q
Q Q  
6.8 Phân bố công suất phản kháng trong lưới hạ thế
33
 Nếu gắn 2 bộ tụ vào 1 trục chính. Vị trí đặt được xác định
theo điều kiện sau:
11/5/2015
2
1
2
tu
f f
Q
Q Q  
1
2 1 2
2
tu
h tu h tu
Q
Q Q Q Q   
6.8 Phân bố công suất phản kháng trong lưới hạ thế
34
Hãy xác định vị trí lắp đặt tụ bù 300 kVar trên hình sau
11/5/2015
Bài tập 1
Tại 1 : 630 >300/2 và 300/2<510 
Tại 2 : 530 > 300/2 và 410> 300/2 
Tại 3 : 410> 300/2 và 300/2 <260
Tại 4 : 260 > 300/2 > 60
Tại 5 : 60 < 300/2 
chọn lắp tụ tại vị trí 4 
410kvar
530kvar
630kvar
260kvar
60kvar
35
Hãy xác định vị trí lắp đặt 2 tụ bù công suất lần lượt là
Qbu1=150 kVar; Qbu2=200 kVar trên hình sau
11/5/2015
Bài tập 2
41
Ví dụ
Một trạm điện cung cấp cho phụ tải 300 kVA ở hệ số công suất cos1=0,8 
trễ. Một động cơ đồng bộ được đặt song song với tải. Tải của trạm là 300 kW 
với cos2 = 0,95 trễ. Xác định:
a)Công suất kVA của động cơ đồng bộ;
b)Hệ số công suất của động cơ.
kW240=80,0×300=φcosS=P
kVA180=60,0×300=φsinS=Q 1( )
kVAr36,81=64,98-180=Q-Q
kVAr64,98=3228,0×300=Q
φtgP+P=Q
t
t
2mt
kVA100=36.81+60=Q+P=S
222
m
2
mm
( )sôùm6,0=
100
60
=
S
P
=φcos
m
m
m
Tải của trạm trước khi có động cơ
Công suất phản kháng tương ứng
Tải tổng khi có động cơ
Pt = P + Pm = 300 kW (đã cho)
Trong đó
Pm = 300 – 240 = 60 kW
Hệ số công suất tổng hợp cos2 = 0,95
tg2 = 0,3228
Công suất kháng tổng
Pm = 60 kW và Qm = 81,36 kVAr (sớm)
Công suất biểu kiến của động cơ
Hệ số công suất của động cơ
42
 Tụ bù có thể đấu theo sơ đồ hình  hoặc hình .
 Với cùng một công suất phản kháng Qbù, điện dung
của tụ khi đấu  nhỏ hơn đấu  3 lần.
 Khi đấu , mỗi tụ chịu điện áp pha.
 Khi đấu , mỗi tụ chịu điện áp dây.
11/5/2015
6.9 Xác định điện dung tụ bù
43
1.Khi tụ đấu hình tam giác ()
11/5/2015
day
bu
day
U3
Q
I 
day
buday
C
U3
Q
3
I
I 
C
day
C
I
U
X 
CC fXX
C
 2
11

2
C
C
2
C2
CCC CUω3
X
U
3IX3Q 
Idây
IdâyIdây
44
2. Khi tụ đấu hình sao ()
11/5/2015
day
bu
L
U
Q
I
3

3
bu
C L
day
Q
I I
U
 
CC fXπ2
1
Xω
1
C 
C
pha
C
day
C
I
U
I3
U
X 
IdâyIdâyIdây
2
C
C
2
C2
CCC CUω3
X
U
3IX3Q 
45
So sánh tụ đấu () và tụ đấu Y
tụ đấu hình tam giác () tụ đấu hình sao(Y)
Utụ =Udây Utụ = Upha
Cùng QC CY = 3 C
Cùng C Q= 3QY
46
Bài tập
Cho một nhà máy công nghiệp được cấp nguồn ba
pha bởi MBA 22/04 kV có phụ tải là S=1400+j1000 
(kVA).
1. Xác định dung lượng bù công suất phản kháng để
hệ số công suất đạt 0.95.
2. Xác định điện dung của mỗi tụ điện nếu tụ điện
đấu:
a. Tam giác
b. Sao
11/5/2015
47
6.10 Bù kinh tế trong
mạng điện
Hàm chi phí tính toán
Z1: Thành phần liên quan đến vốn đầu tư thiết bị bù
Z1 = (avh +atc)K0.Qbù
K0 là giá tiền một đơn vị dung lượng bù
Z2: Thành phần tổn thất điện năng trong thiết bị bù
Z2 = C0P0QbùT
C0: tiền 1 kWh điện năng
P0: tổn thất công suất trên một đơn vị thiết bị bù, 
0,0030,005 kW/kVAr
T : thời gian đóng tụ
Z3: thành phần tổn thất điện năng trong mạng điện sau khi đặt thiết bị bù
 
0
2
buø
2
3
CR
Q-QP
τ
U
Z
2

 Bỏ qua tổn thất do P gây ra vì P không
đổi trước và sau bù
 
 
02
2
buø
buø00buø0tcvh321
C.R
U
QQ
.T.QP.C.QKaaZZZZ τΔ
-

48
( ) ( ) 0Q-Q
U
C2R
.TP.CKaa
Q
 Z
buø2
0
000tcvh
buø
=
τ
Δ++= -
 ∂ 
∂
( )[ ]
τRC2
T.PΔ.C+Ka+aU
-Q=Q
0
000tcvh
2
buø
Trường hợp Qbù < 0 có nghĩa là đặt thiết bị bù là không
kinh tế
6.10 Bù kinh tế trong mạng điện
 
 
02
2
buø
buø00buø0tcvh321
C.R
U
QQ
.T.QP.C.QKaaZZZZ τΔ
-

49
6.11 Phân bố dung lượng bù trong mạng điện công nghiệp
Dung lượng bù được xác định theo công thức
Qbù,  = P (tg1 - tg2) kVAr
Tụ điện có thể đặt phía mạng điện trung áp hay trong mạng hạ áp
Xác định dung lượng tụ điện bù phía hạ áp
  
bha
0
buΣ2
2
bha
bhaΣb
0
caobha
0
hatcvh ctQPΔτcR
U
)Q-Q(
)Q-Q(kQkaaZ 
hathevark/đ:k0ha theaocvark/đ:k
0
cao
P0bù :tổn thất CS tác dụng / đơn vị tụ bù ; t ; thời gian tụ làm việc (h/năm)
: thời gian tổn thất công suất cực đại (h/năm) ; R điện trở mạch nguồn
Q: công suất phản kháng của tải
0
Z



bhaQ 
 30
bu
0
cao
0
hatcvh
Σ
2
bha 10
τ
t
PΔ
τ.c
)k-k)(aa(
2R
U
-QQ 








Q(kvar) ; U (kV) ; R (); k0(đ/kvar); c (đ/kwh) , t (h) ; P
0(kW) ; Qbha(kvar)
Qbùcao= Q b - Q bhạ
50
Ví dụ
Xí nghiệp được cung cấp từ 2 MBA15/0,4 kV ; 
SB=1000kVA / máy.
Tải : p=1400kW , q= 1200kvar , yêu cầu nâng cos2=0,96 
1. Tính Qbù tổng
2. Tính Qbù phía hạ thế và cao thế MBA 
Cho avh=0,1;atc = 0,125 , k
0
ha =200.10
3 đ/kvar;
k0cao=110.10
3 đ/kvar ; c=2000đ/kwh;t=4000h/năm ; 
R=0,00289 ; P
0
bù =0,005 kW/kVar
ĐS :
Q bù= 798 kvar
Q bùhạ = 798 kvar
Q bùcao= 0kvar
51
6.12 Phân phối dung lượng bù trong mạng hình tia
Tổng dung lượng cần bù là Qbù, phân
phối dung lượng bù tổng đến các phụ
tải trên các nhánh sao cho tổn thất
công suất trên mạng là ít nhất.
     
 
bun2bu1bun2
2
bunn
22
2
2bu2
12
2
1bu1 Q,.....,Q,Qfr
U
QQ
.....r
U
QQ
r
U
QQ
PΔ 






 
 










td
2
ΣbuΣ
22bu
td
1
ΣbuΣ
11bu
R
r
QQ
QQ
R
r
QQ
QQ
 



 td
n
ΣbuΣ
nbu R
r
QQ
QQ
n
1
n21
td
r
1
......
r
1
r
1
R








52
Tên
trạm
Phụ tải phân xưởng Stt
(kVA)
RB ()
B1 600+j400 1,5
B2 450+j600 1,5
B3 500+j500 1,5
B4 400+j300 3
B5 300+j300 3
Ví dụ
Nhánh RB () RC() R = RB + RC
1 1,5 0,0368 1,5368
2 1,5 0,0515 1,5515
3 1,5 0,0735 1,5735
4 3 0,0588 3,0588
5 3 0,0882 3,0882
Xác định dung lượng cần bù tại
các thanh cái của trạm biến áp
phân xưởng để nâng cos của xí
nghiệp lên 0,95
53
Stt = 2250 + j2100 kVA
73,0
21002250
2250
φcos
22
1 


    varK135033,0935,02250φtgφtgPQ 21ttΣbu 
Ω389,0
R
1
R
1
R
1
R
1
R
1
1
54321



tñ
R
 
 
 
 
  kVAr207
0882,3
389,0
13502100300 




buø5
buø4
buø3
buø2
buø1
Q
206kVAr
3,0588
0,389
13502100300Q
315kVAr
1,5735
0,389
13502100500Q
412kVAr
1,5515
0,389
13502100600Q
210kVAr
1,5368
0,389
13502100400Q
54
1. Một trạm điện cung cấp cho các phụ tải:
i) Các động cơ cảm ứng: tổng 100HP; hệ số công suất 0,8; 
hiệu suất 88%
ii) Các động cơ đồng bộ: tổng 60HP; hiệu suất 85%
iii) Tải nhiệt, 25 kW, hệ số công suất :1
Khi tất cả các tải đạt cực đại, tìm hệ số công suất của động
cơ đồng bộ sao cho hệ số công suất của trạm bằng: a) 1; b) 
0,94 trễ (1HP = 746 W)
ĐS: a) 0,638 sớm b) 0,982 sớm
2. 
i)Thay các động cơ đồng bộ trên bằng tụ điện . Tính QC sao
cho cos trạm = 1.
ii)Tính C khi (a) tụ đấu Y ; (b) đấu  ; cho U= 380 V .Kết luận .
Bài tập