Trong lưới điện, chúng ta có hai loại công suất là công suất hữu dụng P và công suất phản kháng Q. Công suất hữu dụng P là công suất có ích mà các phụ tải sinh ra, trong khi công suất phản kháng Q là công suất gây ra do tính cảm ứng của các loại phụ tải như động cơ điện, bộ biến đổi điện áp… Để đánh giá tác động của công suất phản kháng đối với hệ thống, chúng ta sử dụng hệ số công suất cosφ, trong đó φ=arctg P/Q.
Khái niệm công suất phản kháng Q
Công suất phản kháng (Reactive power) là một phần công suất được tạo ra bởi từ trường trong tuabin máy phát điện, nó rất quan trọng đặc biệt với các tải cảm.
Công suất phản kháng đóng vai trò quan trọng trong quá trình khởi động, nếu không có nó, các phụ tải có tính cảm sẽ không được khởi động.
Công suất phản kháng có thể được hiểu là năng lượng không có công, được sinh ra bởi các thành phần phản kháng trong hệ thống điện xoay chiều.
Phân tích Q trên mạch DC và AC
Trong mạch điện một chiều DC, tích số “Vôn x Ampe” biểu thị năng lượng tiêu thụ trong mạch. Tuy nhiên, với các mạch AC có tính phản kháng, công thức này phức tạp hơn vì tích số “Vôn x Ampe” này có thể thay đổi theo tần số.
Trong mạch xoay chiều, tích số “Vôn x Ampe” được gọi là Công suất biểu kiến, kí hiệu là S. Trong các mạch điện thuần trở, trở kháng gần như bằng không và tổng trở mạch bao gồm hầu hết là điện trở.
Điện áp và dòng điện cùng pha với nhau trong mạch xoay chiều thuần trở và năng lượng tiêu thụ tại một thời điểm được tính bằng cách nhân điện áp và dòng điện tại thời điểm đó với nhau.
Tuy nhiên, trong mạch xoay chiều chứa thành phần phản kháng, dạng sóng của áp và dòng sẽ bị lệch pha với nhau một lượng tùy thuộc vào góc lệch pha của mạch.
Xem thêm : Reason – to – believe là gì? Cách xây dựng Reason – to – believe?
Nếu góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện đạt ngưỡng 90 độ, tích số “Vôn x Ampe” (V-A) trung bình bằng 0. Nói cách khác, mạch xoay chiều phản kháng trả lại cho lưới điện một lượng công suất bằng với lượng công suất mà nó tiêu thụ.
Ảnh hưởng của công suất phản kháng
Như đã đề cập, công suất phản kháng Q gây ra những ảnh hưởng xấu về kinh tế và kỹ thuật.
Lượng công suất phản kháng tiêu thụ không đem lại công năng, gây lãng phí về mặt kinh tế.
Về mặt kỹ thuật, công suất phản kháng gây tổn hao áp suất trên đường dây và tổn thất công suất trên đường truyền.
Vì vậy, chúng ta cần thực hiện biện pháp bù công suất phản kháng Q để giới hạn ảnh hưởng của nó, đồng nghĩa với việc nâng cao hệ số cosφ. Theo quy định của Tập đoàn Điện lực Việt Nam, hệ số công suất cosφ cần không thấp hơn 0,90.
Quy định này nhằm mục đích giảm tổn hao công suất trên phần tử của hệ thống cung cấp điện (máy biến áp, đường dây…), giảm mất điện áp trên đường truyền và tăng khả năng truyền tải điện của đường dây và máy biến áp.
Cách tính công suất phản kháng cần bù
Để tính công suất phản kháng cần bù để chọn tụ bù cho tải nào đó, chúng ta cần biết công suất (P) và hệ số công suất (cosφ) của tải: Giả sử công suất của tải là P, hệ số công suất của tải là cosφ1 → tgφ1 (trước khi bù), hệ số công suất sau khi bù là cosφ2 → tgφ2. Công suất phản kháng cần bù là:
Qb = P*(tgφ1 – tgφ2)
Các biện pháp nâng cao hệ số công suất phản kháng
Có 2 cách nâng cao hệ số công suất phản kháng là:
Xem thêm : Ám ảnh sợ xã hội (Social Phobia)
– Phương pháp nâng cao hệ số cosφ tự nhiên
– Phương pháp nâng cao hệ số cosφ nhân tạo
Phương pháp nâng cao hệ số cosφ tự nhiên
Nâng cao cosφ tự nhiên có nghĩa là tìm các biện pháp để giảm lượng công suất phản kháng mà hộ tiêu thụ điện cần có từ nguồn cung cấp.
– Thay đổi và cải tiến quy trình công nghệ để các thiết bị điện hoạt động ở chế độ hợp lý nhất. – Thay thế động cơ không tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn. – Hạn chế việc động cơ chạy không tải. – Sử dụng động cơ đồng bộ khi công nghệ cho phép. – Thay thế biến áp không tải bằng biến áp có dung lượng nhỏ hơn.
Phương pháp nâng cao hệ số cosφ nhân tạo
Phương pháp này được thực hiện bằng cách đặt các thiết bị bù công suất phản kháng tại các hộ tiêu thụ điện. Các thiết bị bù công suất phản kháng bao gồm:
– Máy bù đồng bộ: là động cơ đồng bộ hoạt động ở chế độ không tải.
* Ưu điểm: máy bù đồng bộ không chỉ có khả năng sản xuất công suất phản kháng mà còn tiêu thụ công suất phản kháng từ lưới điện. * Nhược điểm: máy bù đồng bộ có phần quay nên lắp đặt, bảo dưỡng và vận hành phức tạp. Máy bù đồng bộ thường được sử dụng để bù tập trung với tổng dung lượng lớn.
– Bù bằng tụ : là phương pháp làm cho dòng điện trễ pha so với điện áp, do đó có thể sinh ra công suất phản kháng cung cấp cho lưới điện.
* Ưu điểm: – Công suất nhỏ, không có phần quay nên dễ bảo dưỡng và vận hành. – Có thể điều chỉnh dung lượng tụ bù theo sự phát triển của tải. – Giá thành thấp hơn so với máy bù đồng bộ.
* Nhược điểm: – Nhạy cảm với biến động của điện áp và không đảm bảo ổn định, đặc biệt dễ hỏng khi có ngắn mạch hoặc điện áp vượt quá giới hạn. Tuổi thọ tụ bù có giới hạn, sẽ bị hư sau nhiều năm hoạt động. – Khi kết nối tụ bù vào lưới điện, có thể có dòng điện xung, và khi ngừng kết nối tụ, trên cực của tụ vẫn còn điện áp thừa có thể gây nguy hiểm cho người vận hành. – Sử dụng tụ bù điện cho các hộ tiêu thụ có công suất phản kháng vừa và nhỏ (dưới 5000 kVAr).
