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

 hạ áp của tủ phân phối 
chính và được đóng trong thời gian tải hoạt động 
4/23/14 
Vị trí lắp tụ bù Q 
15 
Bù tập trung 
Ưu điểm 
  Giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản 
kháng; 
  Đơn giản trong vận hành và lắp đặt 
  Làm nhẹ tải cho máy biến áp và do đó có khả năng 
phát triển thêm các phụ tải khi cần thiết. 
Nhược điểm: 
  Dòng điện phản kháng tiếp tục đi vào tất cả lộ ra tủ 
phân phối chính của mạng hạ thế. 
  Kích cỡ của dây dẫn, công suất tổn hao trên dây của 
mạng điện sau vị trí lắp tụ không được cải thiện 
4/23/14 
Vị trí lắp tụ bù Q 
16 
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 
4/23/14 
Phương thức bù Q bằng tụ điện 
Tụ bù cố định 
17 
Electrical Delivery 
Thiết bị bù Q – hạ thế 
4/23/14 
18 
Thiết bị bù Q – trung thế 
4/23/14 
19 
Thiết bị bù Q – cao thế 
4/23/14 
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 
4/23/14 
Tụ bù 
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 
4/23/14 
Tụ bù 
Cđđ
2
đmtu
luoi
C Q)U
U
(=Q
22 
Sơ đồ kết nối tụ bù 
4/23/14 
CB Contactor Switch 
MC 
Dao 
cách li 
ĐC 
BU BU 
23 
Theo yêu cầu về hệ số công suất 
  Dung lượng bù phụ thuộc vào hệ số công suất trước khi bù 
cosϕ1và hệ số công suất yêu cầu cosϕ2 
4/23/14 
)φtg-φtg(P=Q-Q=Q 2121bù
Xác định dung lượng bù 
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 
4/23/14 
Xác định dung lượng bù 
Bmaxttbù Q-Q=Q
tt
2
đmMBA
2
maxB P-S=Q
25 
Khả năng tải công suất P của máy biến áp đầy tải khi có hệ số 
cosϕ 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. 
4/23/14 
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 
4/23/14 
Phân bố tụ bù công suất phản kháng trong 
lưới phân phối hạ thế 
31 
Sơ đồ bù CSPK 
4/23/14 
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: 
4/23/14 
12
tu
h h
QQ Q +≥ ≥
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: 
4/23/14 
2
12
tu
f f
QQ Q +≥ ≥
1
2 1 22
tu
h tu h tu
QQ Q Q Q+− ≥ ≥ −
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 
4/23/14 
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 
4/23/14 
Bài tập 2 
36 
Ví dụ 
 Một trạm điện cung cấp cho phụ tải 300 kVA ở hệ số công suất cosϕ1=0,8 
trễ. Một động cơ đồng bộ được đặt song song với tải. Tải của trạm là 300 kW 
với cosϕ2 = 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 222m
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 cosϕ2 = 0,95 
tgϕ2 = 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 
37 
  Tụ bù có thể đấu theo sơ đồ hình Δ hoặc hình Υ. 
  Với cùng một công suất phản kháng Qbù, điện dung 
của tụ khi đấu Δ nhỏ hơn đấu Υ 3 lần. 
  Khi đấu Υ, mỗi tụ chịu điện áp pha. 
  Khi đấu Δ, mỗi tụ chịu điện áp dây. 
4/23/14 
Xác định điện dung tụ bù 
38 
Khi tụ đấu hình tam giác (Δ) 
4/23/14 
day
bu
L U
QI
3
=
day
buL
C U
QII
33
==
C
day
C I
U
X = CC fXX
C
πω 2
11
==
39 
Khi tụ đấu hình sao (Υ) 
4/23/14 
day
bu
L U
QI
3
=
3
bu
C L
day
QI I
U
= =
CC fXX
C
πω 2
11
==
C
pha
C
day
C I
U
I
U
X ==
3
40 
So sánh tụ đấu (Δ) và tụ đấu Y 
tụ đấu hình tam giác (Δ) tụ đấu hình sao(Y) 
Utụ =Udây Utụ = Upha 
Cùng QC CY = 3 CΔ 
Cùng C QΔ= 3QY 
41 
Bài tập 3 
 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 
4/23/14 
42 
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 = C0ΔP0QbùT 
 C0: tiền 1 kWh điện năng 
 ΔP0: 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.RU
QQ
.T.QP.C.QKaaZZZZ τ+Δ++=++=
43 
( ) ( ) 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 
44 
Phân bố dung lượng bù trong mạng điện công nghiệp 
Dung lượng bù được xác định theo công thức 
 Qbù, Σ = P (tgϕ1 - tgϕ2) kVAr 
Tụ điện có thể đặt trong mạng điện trung áp hay trong mạng hạ áp 
Xác định dung lượng tụ điện bù phía hạ áp 
( )[ ] bha0buΣ2
2
bha
bhaΣb
0
caobha
0
hatcvh ctQPΔτcRU
)Q-Q()Q-Q(kQkaaZ ++++=
hathevark/đ:k0ha theaocvark/đ:k
0
cao
ΔP0bù :tổn thất CS tác dụng / đơn vị tụ bù ; t ; thời gian tụ làm việc (h/năm) 
τ : thời gian tổn thất công suất cực đại (h/năm) ; RΣ điện trở mạch nguồn 
Q: công suất phản kháng của tải 
0Z =
∂
∂
bhaQ 
 30
bu
0
cao
0
hatcvh
Σ
2
bha 10τ
tPΔ
τ.c
)k-k)(aa(
2R
U-QQ ⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
+
=
Q(kvar) ; U (kV) ; RΣ (Ω); k0(đ/kvar); c (đ/kwh) , t (h) ; ΔP0(kW) ; Qbha(kvar) 
Qbùcao= Q bΣ - Q bhạ 
45 
 Ví dụ 
Xí nghiệp được cung cấp từ 2 MBA15/0,4 kV ; SB=1000kVA / máy. 
Tải : p=1400kW , q= 1200kvar , yêu cầu nâng cosϕ2=0,96 Tính : 
1.  Qbù tổng 
2.  Tính Qbù phía hạ thế và cao thế MBA 
Cho avh=0,1;atc = 0,125 , k0ha =200.103 đ/kvar; k0cao=110.103 đ/kvar ; 
c=2000đ/kwh;t=4000h/năm ;RΣ=0,00289Ω ; ΔP0bù =0,005 kW/kVar 
ĐS : 
Q bùΣ= 798 kvar 
Q bùhạ = 798 kvar 
Q bùcao= 0kvar 
46 
Phân phối dung lượng bù trong mạng hình tia 
Tổng dung lượng cần bù là QbùΣ, 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
QQr
U
QQPΔ =−++−+−=
( )
( )
⎪
⎪
⎭
⎪⎪
⎬
⎫
−
−=
−
−=
td
2
ΣbuΣ
22bu
td
1
ΣbuΣ
11bu
R
r
QQQQ
R
r
QQQQ
( )
⎭
⎬
⎫−
−= td
n
ΣbuΣ
nbun Rr
QQQQ
1
n21
td r
1......
r
1
r
1R
−
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+++=
47 
Tên 
trạm 
Phụ tải phân xưởng Stt 
(kVA) 
RB (Ω) 
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 (Ω) RC(Ω) 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 cosϕ của xí 
nghiệp lên 0,95 
48 
Stt = 2250 + j2100 kVA 73,021002250
2250φcos
221
=
+
=
( ) ( ) varK135033,0935,02250φtgφtgPQ 21ttΣbu =−=−=
Ω389,0
R
1
R
1
R
1
R
1
R
1
1
54321
=
++++
=tñR
( )
( )
( )
( )
( ) kVAr207
0882,3
389,013502100300 =−−=
=−−=
=−−=
=−−=
=−−=
buø5
buø4
buø3
buø2
buø1
Q
206kVAr
3,0588
0,38913502100300Q
315kVAr
1,5735
0,38913502100500Q
412kVAr
1,5515
0,38913502100600Q
210kVAr
1,5368
0,38913502100400Q
49 
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 cosϕ trạm = 1. 
ii)Tính C khi (a) tụ đấu Y ; (b) đấu Δ ; cho U= 380 V .Kết luận . 
 Bài tập 4