CHƯƠNG VII : BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
7.2. Các biện pháp nâng cao hệ số công suất:
Thực chất của việc nâng cao hệ số công suất là nhằm giảm lượng công suất phản kháng phải truyền tải trên đường dây của mạng. Để làm điều này tồn tại 2 phương pháp.
+ Nâng cao hệ số cosφ tự nhiên: (biện pháp tự nhiên) đây là nhóm phương pháp bằng cách vận hành hợp lý các thiết bị dùng điện nhằm giảm lượng Q đỏi hỏi từ nguồn.
+ Nâng cao hệ số công suất bằng cách đặt thiết bị bù: (không yêu cầu giảm lượng Q đòi hỏi từ thiết bị dùng điện mà cung cấp công suất phản kháng Q tại
các hộ dùng điện nhằm giảm lượng Q phải truyền tải trên đường dây). Phương pháp này chỉ thực hiện sau khi đã thực hiện biện pháp thứ nhất mà chưa đạt được kết quả thì mới thực hiện việc bù.
7.2.1. Nhóm các phương pháp tự nhiên
- Thay những động cơ không đồng bộ làm việc non tải bằng những động cơ có công suất nhỏ hơn:
Khi làm việc bình thường động cơ tiêu thụ 1 lượng công suất phản kháng:
2 đm pt
kt Q k
Q
Q= +∆
Công suất phản kháng khi không tải (chiểm tỷ lệ 60 ÷ 70 % so với Qđm) và có thể xác định theo công thức:
đm kt
kt U I
Q ≈ 3
Trong đó: Ikt - dòng điện không tải của động cơ.
kpt - hệ số mang tải của động cơ
đm
pt P
k = P .
∆Qđm - lượng gia tăng công suất phản kháng khi động cơ mang tải định mức so với khi không tải.
đm kt đm
đm đm đm kt
đm P tg U I
Q Q
Q = − ≈ − 3
∆ ϕ
η
Trong đó: ηđm - hiệu suất của động cơ khi mang tải định mức.
+∆ +
+ =
=
=
đm pt
đm pt kt
P k
k Q Q Q
P P S
P
2 2 2
1 cosϕ 1
Do đó ta thấy rằng kpt giảm → cosφ cũng sẽ giảm.
Ví dụ: Một động cơ có:
cosφ = 0,8 khi kpt =1 cosφ = 0,65 khi kpt =0,5 cosϕ = 0,51 khi kpt = 0,3
Chú ý: Khi có động cơ không đồng bộ làm việc non tải phải dựa vào mức độ tải để quyết định việc thay thế. Kinh nghiệm vận hành cho thấy rằng:
kpt < 0,45 việc thay thế bao giờ cũng có lợi.
kpt > 0,7 việc thay thế sẽ không có lợi.
0,45 < kpt < 0,7 việc có tiến hành thay thế phải dựa trên việc so sánh kinh tế cụ thể mới quyết định được.
Ngoài ra khi tiến hành thay thế các động cơ còn cần phải đảm bảo các điều kiện kỹ thuật, tức đảm bảo nhiệt độ của động cơ phải không lớn hơn nhiệt độ cho phép và các điều kiện khác về mở máy và làm việc ổn định.
- Giảm điện áp đặt vào động cơ thường xuyên làm việc non tải:
Biện pháp này thực hiện khi không có điều kiện thay thế động cơ công suất nhỏ hơn. Ta biết rằng công suất phản kháng đòi hỏi từ động cơ không đồng bộ có thể viết dưới biểu thức sau:
V U f k
Q .
2
= µ
Trong đó : k - hằng số
U - điện áp đặt vào động cơ μ - hệ số dẫn từ của mạch từ f - tần số dòng điện
V - thể tích mạch từ
Để giảm điện áp trong thực tế thường tiến hành những cách sau:
+ Đổi nối dây quấn stato từ đấu ∆ → Y + Thay đổi cách phân nhóm dây cuốn stato.
+ Thay đổi đầu phân áp của máy biến áp hạ áp.
Chú ý: Kinh nghiệm cho thấy rằng biện pháp này chỉ thực hiện tốt đối với các động cơ có điện áp U<1000 V và kpt < 0,3 ÷ 0,4. Bên cạnh đó khi đổi cách nối dây ∆ → Y, điện áp sẽ giảm 3 lần, dòng điện tăng 3 lần nhưng mômen sẽ giảm đi 3 lần, do đó phải kiểm tra điều kiện quá tải và khởi động sau đó.
- Hạn chế động cơ không đồng bộ chạy không tải hoặc non tải:
Đa số các động cơ máy công cụ khi làm việc có nhiều thời gian chạy không tải xen lẫn giữa thời gian mang tải. Nhiều khi thời gian chạy không tải chiếm tới 50-60 % thời gian làm việc. Nếu thời gian động cơ chạy không tải được cắt ra sẽ tránh được tổn thất. Tuy nhiên trong quá trình đóng cắt động cơ cũng sinh ra tổn hao mở máy. Thực tế vận hành thấy nếu t0 (thời gian chạy không tải) của động cơ lớn hơn 10 giây thì việc cắt khỏi mạng có lợi.
Biện pháp này có 2 hướng:
+ Vận động công nhân thao tác hợp lý để hạn chế đến mức thấp nhất thời gian chạy không tải, thay đổi qui trình thao tác nhằm hạn chế t0.
+ Đặt bộ hạn chế chạy không tải.
- Dùng động cơ đồng bộ thay cho động cơ không đồng bộ:
Tại những nơi qui trình công nghệ cho phép, máy có công suất lớn và không yêu cầu điều chỉnh tốc độ như máy bơm, quạt gió, máy nén khí... việc thay thế sẽ có ưu điểm.
+ Hệ số công suất cao hơn, khi cần có thể làm việc ở chế độ quá kích từ để trở thành máy bù công suất phản kháng, góp phần sự ổn định của hệ thống.
+ Mômen quay tỷ lệ với bậc nhất của điện áp → ít ảnh hưởng đến dao động điện áp. Khi tần số nguồn thay đổi, tốc độ quay không phụ thuộc vào phụ tải nên năng suất làm việc cao.
+ Khuyết điểm: cấu tạo phức tạp, giá thành cao, số lượng mới chỉ chiếm 20%
tổng số động cơ. Nhờ những tiến bộ mới nên có nhiều xu hướng sử dụng ngày càng nhiều.
Ngoài ra còn một số biện pháp khác như nâng cao chất lượng sửa chữa động cơ, thay thế máy biến áp non tải, vận hành kinh tế trạm biến áp (đặt nhiều máy cho một trạm), áp đặt các qui trình công nghệ mới nhằm giảm giờ máy chạy không tải hoặc tiết kiệm điện năng.