Bù Công Suất Phản Kháng

Bù công suất phản kháng trong hệ thống điện là một vấn đề thường nhận được nhiều thắc mắc. Về cơ bản, bù công suất phản kháng là việc sử dụng công suất phản kháng có tính dung (tụ) để triệt tiêu công suất phản kháng có tính kháng.

Điện năng tạo ra bởi các nhà máy điện được biến đổi thành năng lượng hữu ích (công suất tích cực) như thắp sáng, đun nóng hoặc chạy động cơ, vv. Tuy nhiên, một số ứng dụng cần thêm công suất phản kháng từ hệ thống điện để từ hóa, việc này thường thấy ở động cơ hoặc máy biến áp.

Công suất tích cực được tính từ tích của điện áp và dòng điện. Nhà cung cấp điện sẽ tính tiền điện dựa trên công suất này dưới dạng năng lượng tiêu thụ trên 1 giờ – kWh. Công suất phản kháng thì thay đổi qua lại giữa nhà cung cấp điện và phụ tải.

Hình 1: Dòng năng lượng khi chưa bù công suất phản kháng

TẠI SAO NGƯỜI TA PHẠT COS PHI

Công suất tổng tạo ra bởi nhà máy điện, đường dây, và máy biến áp được gọi là Công suất Biểu kiến (S). Công suất biểu kiến được tính từ Công suất tích cực (P) và Công suất phản kháng (Q) như sau:

$\boxed{S=\sqrt{P^2+Q^2}}$

Có thể thấy từ công thức trên, hệ thống truyền tải điện phải chịu tải thêm phần công suất phản kháng Q. Để giảm tổn thất gây ra bởi dòng điện phản kháng, các nhà cung cấp điện quy định một tham số gọi là Hệ số công suất (Cos Phi). Hệ số công suất là tỉ lệ giữa lượng công suất tích cực và công suất biểu kiến:

$\boxed{cos\varphi=\frac{P}{S}}$

Các công tơ điện công nghiệp không chỉ đo Công suất tích cực mà còn đo Công suất phản kháng. Tiền phạt $cos\varphi$ dựa trên Công suất phản kháng sẽ được tính thông qua quy định của nhà cung cấp điện. Tại Việt Nam, hệ số công suất $cos\varphi$ được quy định là không được thấp hơn 0.9 theo Thông tư 39 2015/TT-BCT của Bộ Công Thương.

CÁC LÝ DO KHÁC ĐỂ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

Như vậy, mục tiêu chính của việc bù công suất phản kháng là để giảm tiền phạt $cos\varphi$ về 0.

Một lý do khác là để giảm tải dòng điện. Hãy cùng xem xét kỹ hơn công thức tính Công suất tích cực sau đây:

$\boxed{P = U \times I \times cos\varphi \times \sqrt{3}}$

Như vậy, công thức tính dòng điện tích cực như sau:

$\boxed{I = \frac{P}{U \times cos\varphi \times \sqrt{3}}}$

Như vậy dòng điện tích cực phụ thuộc vào Hệ số công suất $cos\varphi$ . Hãy cùng tính xem dòng điện sẽ được giảm bao nhiêu nếu bù công suất phản kháng trong ví dụ sau:

Một phụ tải với công suất tiêu thụ 35 A nối vào một đường dây phân phối với công suất truyền tải 250 A. Các thông số sau được đo tại đường dây phân phối trước khi nối phụ tải 35 A:

U = 400 V
I = 238 A (nếu nối tải 35 A vào thì đường dây sẽ bị quá tải)
$cos\varphi$ = 0.72

$\boxed{P = U \times I \times cos\varphi \times \sqrt{3} = 400 V \times 238 A \times 0.72 \times \sqrt{3} = 118.700 W}$

Nếu hệ thống trên được bù để tăng Hệ số công suất $cos\varphi$ lên 0.97 thì dòng điện sẽ giảm từ 238 A xuống còn:

$\boxed{I = \frac{P}{U \times cos\varphi \times \sqrt{3}} = \frac{118.700 W}{400 V \times 0.97 \times \sqrt{3}}=176 A}$

Hình 2: Dòng năng lượng khi có bù công suất phản kháng

Bằng cách bù công suất phản kháng, dòng điện tiêu thụ giảm 62 A và phụ tải 35 A có thể được nối vào một cách an toàn.

BÙ COS PHI ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG LƯỚI ĐIỆN

Trong hệ thống điện ngày nay, nhiều phụ tải điện tử công suất được sử dụng để tiếp kiệm và tối ưu hóa điện năng tiêu thụ. Tuy nhiên, các phụ tải phi tuyến làm biến dạng dòng điện đầu vào của chúng, dòng điện bị biến dạng làm biến dạng điện áp, chúng ta gọi hiện tượng này là Sóng hài. Sóng hài điện áp gây ra bởi sóng hài dòng điện sẽ làm hư hỏng hoặc ảnh hưởng các thiết bị khác đang nối chung lưới điện.

Bằng cách sử dụng hệ thống bù cos phi như là một mắc lọc sóng hài, sóng hài điện áp được giảm xuống và giảm thiểu tác động xấu đến các phụ tải trên lưới điện. Một hệ thống bù cos phi có cuộn kháng và tụ cộng hưởng ở một tần số gần với một tần số sóng hài thì sẽ hấp thụ được dòng sóng hài ở tần số sóng hài đó.

Một ứng dụng khác là việc ổn định điện áp trong các hệ thống năng lượng tái tạo như điện mặt trời hoặc điện gió. Khi điện áp hệ thống của các nhà máy năng lượng tái tạo thay đổi, một lượng công suất phản kháng sẽ được đưa vào hoặc hấp thụ nhằm ổn định điện áp.

CÁCH TÍNH DUNG LƯỢNG CÔNG SUẤT TỤ CẦN BÙ

Lượng công suất tụ được tính dựa trên công thức sau:

$\boxed{Qc = P \times (tan\varphi1 - tan\varphi2)}$

Qc = Lượng công suất tụ cần bù (VAr)
P = Công suất tích cực (W)
$tan\varphi1$ = tan của góc $\varphi$ trước khi bù
$tan\varphi2$ = tan của góc $\varphi$ sau khi bù

Hình 3: Tam giác công suất trước và sau khi bù

THAM KHẢO

https://en.wikipedia.org/wiki/Power_factor

Bù Công Suất Phản Kháng (Bù Cos Phi)