CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ HỆ SỐ CÔNG SUẤT

1.1.Khái niệm chung. Theo thống kê cho thấy 70% lượng điện năng sản xuất ra được sử dụng trong

các xí nghiệp công nghiệp. Tính chung trong toàn bộ hệ thống điện, thường (10 ÷15)% năng lượng điện phát ra bị tổn thất trong quá trình truyền tải. Tổn thất điện năng trong mạng điện có điện áp từ (0,1÷10)kv (tức là mạng điện xí nghiệp) chiếm tới 65% tổng số tổn thất điện năng ở trên vì mạng điện xí nghiệp thường dùng điện áp tương đối thấp đường dây lại dài và phân tán.

Giảm được tổn thất điện năng tức là giảm được thiết bị phát điện của nhà máy điện và đồng thời giảm được nhiên liệu tiêu hao. Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới công cuộc nâng cao đời sống của nhân dân. Vốn đầu tư sẽ giảm, giá thành 1 kwh điện năng cũng sẽ giảm và nó có ảnh hưởng đến tất cả các ngành kinh tế khác. Giảm tổn thất điện năng trong các xí nghiệp công nghiệp có một ý nghĩa rất quan trọng không những có lợi cho bản thân xí nghiệp mà còn có lợi chung cho nền kinh tế quốc dân. Hệ số công suất cosφ của xí nghiệp là một chỉ tiêu đánh giá xí nghiệp dùng điện có hợp lí và tiết kiệm hay không. Do đó nhà nước đã ban hành các chính sách để khuyến khích các xí nghiệp phấn đấu nâng cao hệ số công suất cosφ. Ví dụ nếu hệ số công suất cosφ của xí nghiệp thấp hơn cosφ quy định thì xí nghiệp đó bị phạt, nếu lớn hơn sẽ được thưởng.

Hệ số công suất cosφ của các xí nghiệp ở nước ta hiện nay nói chung đang còn thấp (0,5÷0,6). Chúng ta cần phấn đấu để nâng cao dần lên (≥ 0,95).

Tổn thất năng lượng trong hệ thống điện của nước ta cũng còn rất cao, chúng ta đang tập trung nghiên cứu để đưa tổn thất điện năng xuống 15%.   Các phương pháp nghiên cứu trước đây thường sử dụng thành phần điện dung để bù, nhằm nâng cao hệ số công suất cosφ để giảm tổn hao, do việc các thiết bị tiêu thụ năng lượng không phải là thuần trở mà có các thành phần phản khảng. Song trên thực tế, cùng với việc điện áp trên lưới không ổn định, thay đổi theo giờ, theo phụ tải dẫn đến hệ số công suất cũng thay đổi theo. Để tăng hệ số Cosφ thông thường người ta mắc tụ song song với phụ tải, hệ số Cosφ được tăng lên trong khoảng (0,8 đến 0,99); nhưng việc hệ số Cosφ thay đổi quá lớn như trên sẽ làm cho điện áp lưới thay đổi theo, khi phụ tải nhỏ sẽ gây ra hiện tượng điện áp lớn hơn điện áp tiêu chuẩn của lưới, rất dễ gây ra hiện tượng hỏng thiết bị. Chính vì vậy mục tiêu là ổn định hệ số Cosφ khi phụ tải thay đổi, điện áp lưới thay đổi, nhằm mục đích giảm tổn thất điện năng và ổn định điện áp, tăng độ bền của thiết bị.

Phương pháp thiết kế một tủ phân phối điện có bù hệ số công suất Cosφ 6 cấp, với việc sử dụng bộ vi xử lý để thu thập các thông số của lưới điện sau đó phân tích đánh

1

giá tự động điều khiển bù từ cấp 1 đến cấp 6 để  ổn định hệ số công suất nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng điện trong lưới điện hạ áp.

1.2. Hệ số công suất cosφ.

1.2.1. Khái niệm về hệ số công suất cosφ.

Hình 1.1: Tam giác công suất.

Hệ số công suất biểu diễn mối quan hệ giữa các dạng công suất của hệ thống điện P, Q, S thông qua góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện, ký hiệu cosφ . S là công suất toàn phần. P: công suất tác dụng. Q: công suất phản kháng. φ: góc giữa S và P.Trong thực tế tính toán khái niệm hệ số công suấtcosφ được dùng. Khi cosφ càng nhỏ thì lượng côngsuất phản kháng tiêu thụ hoặc truyền tải càng lớn vàcông suất tác dụng càng nhỏ và ngược lại.1.2.2. Hệ số công suất tức thời.

Là hệ số công suất tại một thời điểm nào đó, đo được nhờ dụng cụ đo cosφ hoặc nhờ các dụng cụ đo công suất, điện áp và dòng điện.

Do phụ tải luôn thay đổi nên cosφ tức thời cũng luôn thay đổi theo. Vì thế cosφ tức thời không có giá trị trong tính toán.

1.2.3. Hệ số công suất trung bình.Là hệ số công suất trung bình trong một khoảng thời gian nào đó (một ca làm

việc, một ngày đêm, một tháng... ).

2

Trong đó:

Với ap, aq là lượng điện năng tác dụng và phản kháng của các hộ dùng điện tiêu thụ trong khoảng thời gian từ t1 đến t2, được xác định nhờ các công tơ đo năng lượng.

Hệ số công suất trung bình được dùng để đánh giá mức độ sử dụng điện tiết kiệm và hợp lí của xí nghiệp.

1.2.4. Hệ số công suất tự nhiên. Hệ số công suất tự nhiên là hệ số công suất trung bình tính cho 1 năm, khi

không có thiết bị bù, kí hiệu là . Hệ số công suất được dùng làm căn cứ để tính toán nâng cao hệ số công suất và bù công suất phản kháng.Việc tính toán đánh giá chi phí công suất phản phản kháng được thông tư chính phủ ban hành,chúng phụ thuộc vào hệ số phạt phản kháng (k%).Giá trị này phụ thuộc vào hệ số công suất (cosφ) và giá trị k này sẽ bằng 44,07 với các trường hợp cosφ , 0,6.

Bảng 1:Mối quan hệ giữa k và cos

Cosφ k (%) Cosφ k (%) Cosφ k (%)

0.85 0 0.80 6.25 0.75 13.33

0.84 1.19 0.79 7.59 7.59 14.86

0.83 2.41 0.78 8.97 0.73 16.44

0.82 3.66 0.77 10.39 0.72 18.06

0.81 4 4.94 0.76 11.84 0.71 19.72

1.2.5. Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất cosφ. Giảm tổn thất công suất ∆p trong mạng điện.

3

Khi giảm được Q truyền tải trên đường dây thì sẽ giảm được thành phần tổn thất công suất do công suất phản kháng gây ra ∆P(Q).

Giảm được tổn thất điện áp ∆U trong mạng. Ta đã biết, tổn thất điện áp được tính như sau:

Như vậy khi giảm được Q truyền tải trên đường dây (trong mạng) sẽ giảm được thành phần tổn thất điện áp do công suất phản kháng gây nên ∆U(Q).

Tăng được khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp. Khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp phụ thuộc vào điều kiện

phát nóng, tức là phụ thuộc vào dòng điện cho phép của chúng. Dòng điện chạy trên đường dây và máy biến áp được tính như sau:

Biểu thức này chứng tỏ rằng, với cùng một tình trạng phát nóng nhất định của đường dây và máy biến áp, ta có thể tăng khả năng truyền tải công suất tác dụng P của mạng bằng cách giảm công suất phản kháng Q mà chúng phải truyền tải.

Vì thế khi vẫn giữ nguyên đường dây và máy biến áp, nếu cosφ của mạng được nâng cao thì khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp sẽ được tăng lên.

Ngoài ra việc nâng cao cosφ còn đưa đến hiệu quả là giảm chi phí kim loại màu, góp phần làm ổn định điện áp, tăng khả năng phát điện của các máy phát điện...

Trong thiết kế, nếu có xét tới bù công suất phản kháng thì có thể chọn được tiết diện dây dẫn nhỏ hơn hoặc máy biến áp có công suất nhỏ hơn.

Vì vậy, việc nâng cao hệ số công suất cosφ cần phải được quan tâm đúng mức trong công tác thiết kế cũng như vận hành. Giảm giá thành tiền điện:                  - Nâng cao hệ số công suất đem lại những ưu điểm về kỹ thuật và kinh tế, nhất là giảm tiền điện.                 - Trong giai đoạn sủ dụng điện có giới hạn theo qui định. Việc tiêu thụ năng lượng phản kháng vượt quá 40% năng lượng tác dụng (tgφ > 0,4: đây là giá trị thoã thuận với công ty cung cấp điện) thì người sử dụng năng lượng phản kháng phải trả tiền hàng tháng theo giá hiện hành.                  - Do đó, tổng năng lượng phản kháng được tính tiền cho thời gian sử dụng sẽ là:  kVAr ( phải trả tiền ) = KWh ( tgφ – 0,4)                  - Mặc dù được lợi về giảm bớt tiền điện, người sử dụng cần cân nhắc đến yếu tố phí tổn do mua sắm, lắp đặt bảo trì các tụ điện để cải thiện hệ số công suất. Tối ưu hoá kinh tế - kỹ thuật    - Cải thiện hệ số công suất cho phép người sử dụng máy biến áp, thiết bị đóng cắt và cáp nhỏ hơn V.V…đồng thời giảm tổn thất điện năng và sụt áp trong

4

mạng điện. Hệ số công suất cao cho phép tối ưu hoá các phần tử cung cấp điện. Khi ấy các thiết bị điện không cần định mức dư thừa. Tuy nhiên để đạt được kết quả tốt nhất, cần đặt tụ cạnh cạnh từng phần tử của thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng. 

1.3. Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cosφ. Áp dụng công nghệ hiện đại vào sản xuất. Sử dụng hợp lí các thiết bị điện. Nâng cao điện áp định mức cũng như điện áp vận hành của mạng điện. Lựa chọn sơ đồ nối dây hợp lí nhất cho mạng điện. Kiểm tra thường xuyên tổn thất điện năng trong mạng điện và cosφ trong các xí

nghiệp. Tuy nhiên trong lúc thực hiện các biện pháp tiết kiệm điện và nâng cao hệ số công suất cosφ, cần chú ý không được gây ảnh hưởng đến quá trình sản xuất của xí nghiệp cũng như nhân dân lao động.

Giảm công suất phản kháng truyền tải trên đường dây và máy biến áp bằng các thiết bị bù.

5

CHƯƠNG 2: CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT

2.1. Các phương pháp nâng cao hệ số công suất. Theo kinh nghiệm vận hành người ta đưa ra các biện pháp chủ yếu sau đây:

a. Chọn đúng công suất động cơ không đồng bộ truyền động cho các máy công cụ.

Muốn nâng cao được hiệu quả truyền động điện, tính kinh tế của năng lượng điện cần sử dụng hết công suất của thiết bị công nghệ; nó liên quan đến việc sử dụng tốt các thiết bị điện như động cơ không đồng bộ, máy biến áp. Nói cách khác là chọn đúng công suất của thiết bị điện nói chung và động cơ điện nói riêng. Làm như vậy sẽ hạn chế được công suất phản kháng tiêu thụ của truyền động điện. Biện pháp này được áp dụng khi thiết kế trang bị điện. b. Thay động cơ chạy non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn.

Chúng ta biết rằng hệ số công suất của động cơ phụ thuộc rất lớn vào hệ số phụ tải của động cơ.

Khi làm việc động cơ không đồng bộ tiêu thụ một lượng công suất phản kháng:

Trong đó: Q0 là công suất phản kháng mà động cơ tiêu thụ từ lưới điện khi chạy không tải

Q0 thường chiếm tỉ lệ (60÷70)% Qđm

Với:

là hiệu suất định mức của động cơ. Qđm là công suất phản kháng mà động cơ tiêu thụ từ lưới khi làm việc định

mức. kpt là hệ số phụ tải.

Với : S, Sđm là hệ số trượt thực tế và hệ số trượt định mức của động cơ. U, Uđm là điện áp thực tế và điện áp định mức của động cơ. Hệ số công suất của động cơ được tính theo biểu thức:

(2.1)

6

Hình 2.1: Đồ thị biểu diễn quan hệ cosφ = f(kpt)

Từ biểu thức (2.1) và (hình 2.1) ta thấy rằng nếu động cơ làm việc non tải tức kpt nhỏ thì cosφ sẽ thấp.

Ví dụ: một động cơ có cosφ = 0,8 khi kpt = 1. Khi kpt = 0,5 thì cosφ = 0,65.

Khi kpt = 0,3 thì cosφ = 0,5. Rõ ràng nếu thay động cơ làm việc non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn

thì ta sẽ tăng được kpt do đó nâng cao được hệ số công suất cosφ của động cơ và cũng là giảm được lượng Q tiêu thụ.

Theo kinh nghiệm vận hành, nếu động cơ có kpt < 0,45 thì việc thay thế nó bằng động cơ có công suất nhỏ hơn là luôn luôn có lợi không cần phải tính toán kiểm tra; khi kpt > 0,7 thì không nên thay thế. Trong trường hợp 0,45 < kpt< 0,7 thì cần phải so sánh kinh tế kỹ thuật mới xác định được việc thay thế có lợi hay không. Điều kiện để quyết định thay động cơ là tổn thất công suất tác dụng trong hệ thống cung cấp điện và trong động cơ phải nhỏ hơn.

Tổn thất công suất tác dụng được tính như sau:

Trong đó: Q là công suất phản kháng động cơ tiêu thụ từ lưới. kkt là hệ số gọi là đương lượng kinh tế của công suất phản kháng kw/kvar

(tra trong sổ tay ).

∆Pdc là tổn thất công suất tác dụng của động cơ.

7

Với

Trong đó: ∆P0 là tổn thất công suất tác dụng trong động cơ khi chạy không tải.

Như vậy:

Khi tính toán, nếu thì việc thay thế động cơ 1 bằng động cơ 2

là hợp lý. Tuy nhiên để quyết định có thay thế động cơ hay không còn phải kể đến chi phí

phụ cho việc tháo dỡ động cơ cũ và lắp đặt động cơ mới kể cả chi phí về khớp nối. c. Giảm điện áp của những động cơ làm việc non tải.

Biện pháp này được dùng khi không có điều kiện thay thế động cơ làm việc non tải bằng động cơ công suất nhỏ hơn.

Công suất phản kháng mà động cơ tiêu thụ được xác định như sau:

(2.2)

Trong đó: k là hằng số. U là điện áp trên đầu cực của động cơ (v). μ là hệ số từ thẩm (h/cm). f là tần số của lưới điện (hz). v là thể tích mạch từ (cm).Từ biểu thức (2.2) ta thấy rằng công suất phản kháng Q tỉ lệ với bình phương

điện áp U. Vì vậy nếu giảm U thì Q giảm đi rõ rệt và cosφ của động cơ sẽ tăng lên. Trong thực tế người ta thường dùng các biện pháp sau đây để giảm điện áp đặt

lên cuộn dây của động cơ làm việc non tải: Đổi nối dây quấn stator từ ∆ thành Y. Thay đổi cách phân nhóm của dây quấn stator. Thay đổi đầu phân áp của máy biến áp để hạ thấp điện áp của mạng phân

xưởng. Khi đổi nối dây quấn stator từ ∆ thành Y thì điện áp đặt lên cuộn dây pha của

động cơ giảm đi 3 lần do đó cosφ và hiệu suất của động cơ được nâng lên. Đồng thời mômen cực đại của động cơ giảm đi 3 lần so với trước. Vì vậy cần phải kiểm tra lại khả năng mở máy và làm việc ổn định của động cơ.

Biện pháp này dùng cho động cơ có điện áp nhỏ hơn 1000V và hệ số phụ tải trong khoảng (0,35÷0,4).

Biện pháp thay đổi phân nhóm của dây cuốn stator thường dùng với động cơ có công suất lớn có nhiều mạch nhánh song song trong một pha. Biện pháp này khó thực hiện vì phải tháo động cơ ra mới thay đổi được cách quấn dây.

8

Biện pháp thay đổi đầu phân áp của máy biến áp để giảm điện áp của mạch phân xưởng chỉ được phép thực hiện khi tất cả các động cơ trong phân xưởng đều làm việc non tải và phân xưởng không có thiết bị yêu cầu cao về mức điện áp, trong thực tế biện pháp này ít được sử dụng. d. Hạn chế động cơ không đồng bộ chạy không tải.

Các máy công cụ trong quá trình gia công thường nhiều lúc phải chạy không tải, chẳng hạn như chuyển từ động tác gia công này sang động tác gia công khác, khi chạy lùi dao ... cũng có thể do thao tác của công nhân không hợp lí, mà nhiều lúc máy chạy không tải.

Theo thống kê cho thấy rằng, đối với các máy công cụ, thời gian chạy không tải chiếm khoảng (35÷65)% thời gian làm việc, cosφ của động cơ rất thấp (0,1÷0,15). Vì thế, hạn chế động cơ chạy không tải là biện pháp tốt để nâng cao cosφ của động cơ.

Hạn chế động cơ chạy không tải được thực hiện theo hai hướng: Vận động công nhân hợp lí hoá các thao tác, hạn chế đến mức thấp nhất thời

gian máy chạy không tải. Đặt bộ phận hạn chế hành trình không tải trong sơ đồ khống chế của động cơ,

nếu động cơ chạy không tải quá thời gian chỉnh định, thì động cơ bị cắt khỏi mạng. Bộ hạn chế hành trình không tải chỉ được sử dụng trong trường hợp nó mang lại hiệu quả kinh tế, có nghĩa là nó phải làm giảm được năng lượng tác dụng và phản kháng tiêu thụ từ lưới, và bù đắp được chi phí đầu tư, lắp đặt bộ hành trình không tải.

e. Đề cao chất lượng, sửa chữa động cơ. Ảnh hưởng của chất lượng sửa chữa động cơ đến cosφ của động cơ thường do

sự thay đổi tham số của cuộn dây (như số vòng dây trong một pha sơ đồ nối dây, điện áp đặt trong một vòng dây ...) và khe hở không khí.

Ta xét một số trường hợp khi không thay đổi sơ đồ nối dây và điện áp đặt vào cuộn dây thì:

Khi tiết diện dây không thay đổi, số vòng dây trong một pha giảm 10% thì ∅max

tăng 10% công suất phản kháng và dòng không tải tăng 25% do giảm độ từ thẩm của mạch từ khi bão hoà, cosφ của động cơ giảm từ cosφđm = (0,85÷0,87) xuống (0,8÷0,82) và cosφđm = (0,8÷0,82) thì xuống tới (0,74÷0,75). Tổn thất công suất trong phép tỉ lệ với bình phương mật độ từ cảm, tổn thất công suất tác dụng tăng 21%. E = 4,44.kdq.f.W.∅m ≈ U = ConstHay: W.∅m = ConstNếu W giảm thì ∅m tăng - μ giảm. Q = k.f.r.μ.∅2

9

Khi số vòng dây pha tăng 10% còn tiết diện dây giảm 10% thể tích đồng không thay đổi, từ thông ∅m giảm 10% dẫn tới μ tăng lên. Công suất phản kháng Q và dòng không tải giảm 25% cosφ của động cơ tăng lên. Nếu cosφđm = (0,85÷0,87) sẽ tăng lên (0,9÷ 0,91). Cosφđm = (0,8÷0,82) sẽ tăng lên (0,85÷0,87).Tổn thất công suất tác dụng trong thép giảm 19%, dòng trong stator tăng 10%,

dòng tác dụng trong stator tăng, còn dòng phản kháng trong stator giảm 25%. Nhưng mật độ dòng trong cuộn dây stator tăng 10%, tổn thất công suất tác dụng trong cuộn dây:

∆Pcu = ρ.v.j2

Trong đó: v là thể tích đồng. j là mật độ dòng điện. Như vậy tổn thất công suất tác dụng trong cuộn dây tăng lên 21%; hiệu suất

của động cơ giảm gần 1% khi động cơ làm việc định mức, khi kpt = (0,5÷0,7) thì hiệu suất lại tăng lên.

Khi tiết diện dây không đổi, số vòng dây trong 1 pha tăng 10% thì ∅m giảm 10%, q0 và i0 giảm 25% tổn thất công suất trong thép ∆Pfe giảm 19% cosφ tăng lên, dòng trong cuộn dây rotor tăng 10% còn trong stator không đổi, (istator = const).

Tổn thất công suất tác dụng trong dây quấn rôto tăng 21%, trong stator tăng 10%. Hiệu suất của động cơ lớn hơn hiệu suất định mức .

Nếu khe hở không khí không đều, dẫn đến sự mất đối xứng của từ trường, làm cho lõi thép có chỗ bị bão hoà, chỗ không bị bão hoà. Vì vậy không sử dụng hết khả năng cho lõi thép làm cho cosφ và hiệu suất của động cơ giảm. f. Vận hành hợp lí máy biến áp.

Trong xí nghiệp, máy biến áp được vận hành liên tục suốt ngày đêm. Vì vậy, mặc dù công suất phản kháng máy biến áp tiêu thụ để từ hoá lõi thép nhỏ hơn rất nhiều công suất phản kháng xí nghiệp tiêu thụ, nhưng vẫn phải quan tâm đến nó.

Thay thế máy biến áp vận hành non tải. Máy biến áp vận hành không tải tiêu thụ công suất phản kháng bằng 60% công

suất phản kháng tiêu thụ khi phụ tải định mức. Từ đó ta thấy rằng nếu máy biến áp vận hành non tải thì cosφ sẽ giảm.

Ví dụ: khi máy biến áp luôn luôn vận hành non tải thì phải thay thế nó bằng máy biến áp có công suất nhỏ hơn (thường kpt < 0,3), việc này thực hiện khi thiết kế.

Vận hành kinh tế trạm biến áp.

10

Khi trạm có từ hai máy biến áp trở lên thì tuỳ theo sự thay đổi của phụ tải mà ta có phương thức vận hành cho kinh tế. Ví dụ khi phụ tải nhỏ (ca 3 chẳng hạn) có thể cắt bớt máy biến áp để các máy còn lại đủ tải. g. Dùng động cơ đồng bộ thay động cơ không đồng bộ.

Ở những máy sản xuất có công suất tương đối lớn và không điều chỉnh tốc độ như máy bơm, máy quạt, máy nén khí ... ta nên dùng động cơ đồng bộ, vì nó có những ưu điểm sau so với động cơ không đồng bộ.

Hệ số công suất cosφ cao, khi cần có thể cho làm việc ở chế độ quá kích thích để trở thành máy bù cung cấp công suất phản kháng cho mạng.

Mômen quay tỷ lệ bậc nhất với điện áp, vì vậy ít phụ thuộc vào sự thay đổi của điện áp. Khi tần số của nguồn không thay đổi, tốc độ quay của động cơ không phụ thuộc vào phụ tải do đó năng suất làm việc của máy cao.

Song nó cũng có một số khuyết điểm: cấu tạo phức tạp, giá thành cao, mở máy phức tạp. Chính vì thế động cơ đồng bộ chỉ chiếm khoảng 70% tổng số động cơ dùng trong công nghiệp, ngày nay nhờ đã chế tạo được động cơ tự kích từ giá thành hạ và có giải công suất tương đối rộng nên người ta sử dụng ngày càng nhiều động cơ đồng bộ. h. Thay đổi và cải tiến quy trình công nghệ để các thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất.

Căn cứ vào điều kiện cụ thể, cần sắp xếp qui trình công nghệ một cách hợp lí nhất, việc giảm bớt các động tác và nguyên công thừa, áp dụng các phương pháp gia công tiên tiến... đều đưa tới hiệu quả tiết kiệm điện, giảm bớt điện năng tiêu thụ cho một đơn vị sản phẩm.

Ví dụ: phương pháp đúc tiên tiến cho phép giảm độ dư của phôi do đó giảm bớt các nguyên công cắt gọt, phương pháp gia công tốc độ cao hoặc phương pháp gia công nhiều dao có thể rút ngắn thời gian gia công và giảm được lượng điện năng tiêu hao. Tất cả các thiết bị tiêu thụ áp suất lớn cần định rõ phương thức vận hành cho hợp lí, ví dụ vận hành với kpt gần bằng 1, phân bố đều trong 3 ca làm việc, khi cần thì cắt bớt máy làm việc song song.

Cải tiến thao tác cho hợp lí, giảm thời gian chạy không tải và non tải. Thay động cơ có tốc độ thấp bằng động cơ có tốc độ cao, vì động cơ có tốc độ

thấp tiêu thụ nhiều công suất phản kháng hơn động cơ có tốc độ cao khi chúng có cùng một công suất.

Việc nâng cao hệ số công suất cosφ có nhiều cách, tuỳ tình hình cụ thể mà áp dụng cho thích hợp và đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất.

11

2.2. Nâng cao hệ số công suất cosφ bằng phương pháp nhân tạo.

2.2.1. Nguyên tắc thực hiện. Sau khi tiến hành các biện pháp bù tự nhiên để giảm lượng tiêu thụ công suất

phản kháng mà hệ số công suất cosφ của xí nghiệp vẫn chưa đạt yêu cầu thì mới dùng đến phương pháp bù nhân tạo.

Bù công suất phản kháng bằng phương pháp nhân tạo là đặt thêm các thiết bị phát ra công suất phản kháng ngay tại hộ tiêu thụ.

Để bù công suất phản kháng, người ta thường dùng hai loại thiết bị bù chủ yếu là máy bù đồng bộ và tụ điện tĩnh.

2.2.2. Các loại bù công suất phản kháng.a. Bù trên lưới điện áp.

Trong mạng lưới hạ áp, bù công suất được thực hiện bằng: Tụ điện với lượng bù cố định (bù nền). Thiết bị điều chỉnh bù tự động hoặc một bộ tụ cho phép điều chỉnh liên tục theo

yêu cầu khi tải thay đổi.Chú ý : Khi công suất phản kháng cần bù vượt quá 800 kvar và tải có tính liên

tục và ổn định, việc lắp đặt bộ tụ ở phía trung áp thường có hiệu quả kinh tế tốt hơn.b. Tụ bù nền.

Bố trí bù gồm một hoặc nhiều tụ tạo nên lượng bù không đổi, việc điều khiển có thể thực hiện:

Bằng tay: dùng CB hoặc LBS (load – break switch) Bán tự động: dùng contactor. Mắc trực tiếp vào tải đóng điện cho mạch bù đồng thời khi đóng tải.

Các tụ điện được đặt: Tại vị trí đấu nối của thiết bị tiêu thụ điện có tính cảm (động cơ điện và máy

biến áp). Tại vị trí thanh góp cấp nguồn cho nhiều động cơ nhỏ và các phụ tải có tính

cảm kháng đối với chúng việc bù từng thiết bị một tỏ ra quá tốn kém. Trong các trường hợp khi tải không thay đổi.

c. Bộ tụ bù điều khiển tự động (bù ứng động).Bù công suất thường được hiện bằng các phương tiện điều khiển đóng ngắt

từng bộ phận công suất.Thiết bị này cho phép điều khiển bù công suất một cách tự động, giữ hệ số

công suất trong một giới hạn cho phép chung quanh giá trị hệ số công suất được chọn.Thiết bị này được lắp đặt tại các vị trí mà công suất tác dụng và công suất phản

kháng thay đổi trong phạm vi rất rộng. ví dụ: tại thanh góp của tủ phân phối chính, tại đầu nối của các cáp trục chịu tải lớn.

12

Các nguyên lý và lý do sử dụng bù tự động: Bộ tụ bù gồm nhiều phần và mỗi phần được điều khiển bằng contactor. Việc

đóng một contactor sẽ đóng một số tụ song song với các tụ vận hành. Vì vậy lượng công suất bù có thể tăng hay giảm theo từng cấp bằng cách thực hiện đóng hoặc cắt contactor điều khiển tụ. Một relay điều khiển kiểm soát hệ số công suất của mạng điện sẽ thực hiện đóng và mở các contactor tương ứng để hệ số công suất cả hệ thống thay đổi (với sai số do điều chỉnh từng bậc). Để điều khiển rơle máy biến dòng phải đặt lên một pha của dây cáp dẫn điện cung cấp đến mạch được điều khiển. Khi thực hiện bù chính xác bằng các giá trị tải yêu cầu sẽ tránh được hiện tượng quá điện áp khi tải giảm xuống thấp và do đó khử bỏ các điều kiện phát sinh quá điện áp và tránh các thiệt hại xảy ra cho trang thiết bị.

Quá điện áp xuất hiện do hiện tượng bù dư phụ thuộc một phần vào giá trị tổng trở nguồn.Các qui tắc bù:

Nếu công suất bộ tụ (kvar) nhỏ hơn hoặc bằng 15% công suất định mức máy biến áp cấp nguồn, nên sử dụng bù nền.

Nếu ở trên mức 15%, nên sử dụng bù kiểu tự động. Vị trí lắp đặt tụ áp trong mạng điện có tính đến chế độ bù công suất; hoặc bù

tập trung, bù nhóm, bù cục bộ, hoặc bù kết hợp hai phương án sau cùng. Về nguyên tắc, bù lý tưởng có nghĩa là bù áp dụng cho từng thời điểm tiêu thụ

và với mức độ mà phụ tải yêu cầu cho mỗi thời điểm. Trong thực tiễn, việc chọn phương cách bù dựa vào các hệ số kinh tế và kỹ

thuật.Vị trí lắp đặt tụ bù:

Bù tập trung: áp dụng cho tải ổn định và liên tục.Nguyên lý: bộ tụ đấu vào thanh góp hạ áp của tủ phân phối chính và được đóng

trong thời gian tải hoạt động.Ưu điểm:o Giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng .o Làm giảm công suất biểu kiến.o Làm nhẹ tải cho máy biến áp và do đó nó có khả năng phát triển thêm các

phụ tải cần thiết.Nhận xét:o Dòng điện phản kháng tiếp tục đi vào tất cả lộ ra tủ phân phối chính của

mạng hạ thế.

13

o Vì lý do này kích cỡ dây dẫn, công suất tổn hao không được cải thiện ở chế độ bù tập trung.

Bù nhóm (từng phân đoạn).Bù nhóm nên sử dụng khi mạng điện quá lớn và khi chế độ tải tiêu thụ theo

thời gian của các phân đoạn thay đổi khác nhau.Nguyên lý: bộ tụ được đấu vào tủ phân phối khu vực. Hiệu quả do bù nhóm

mang lại cho dây dẫn xuất phát từ tủ phân phối chính đến các tủ khu vực có đặt tụ được thể hiện rõ nhất.

Ưu điểm:o Làm giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng.o Làm giảm công suất biểu kiến yêu cầu.o Kích thước dây cáp đi đến các tủ phân phối khu vực sẽ giảm đi hoặc với

cùng dây cáp trên có thể tăng thêm phụ tải cho tủ phân phối khu vực.Nhận xét:o Dòng điện phản kháng tiếp tục đi vào tất cả dây dẫn xuất phát từ tủ phân

phối khu vực.

o Vì lý do này mà kích thước và công suất tổn hao trong dây dẫn nói trên không

được cải thiện với chế độ bù nhóm.o Khi có sự thay đổi đáng kể của tải, luôn luôn tồn tại nguy cơ bù dư và kèm 

theo hiện tượng quá điện áp. Bù riêng:

Bù riêng nên được xét đến khi công suất động cơ lớn đáng kế so với mạng điện.

Nguyên lý: bộ tụ mắc trực tiếp vào đầu dây nối của thiết bị dùng điện có tính cảm (chủ yếu là các động cơ). Bộ tụ định mức (kvar) đến khoảng 25%  giá trị công suất động cơ. Bù bổ sung tại đầu nguồn điện cũng có thể mang lại hiệu quả tốt.

Ưu điểm:o Làm giảm tiền phạt do tiêu thụ công suất phản kháng (kvar).o Giảm công suất biểu kiến yêu cầu.o Giảm kích thước và tổn hao dây dẫn đối với tất cả dây dẫn.Nhận xét: Các dòng điện phản kháng có giá trị lớn sẽ không còn tồn tại trong

mạng điện.

2.2.3. Các loại thiết bị bù. a. Máy bù đồng bộ.

14

Máy bù đồng bộ là một loại động cơ đồng bộ làm việc trong chế độ không tải và quá kích thích, do không có phụ tải trên trục, máy bù đồng bộ có thể được chế tạo gọn nhẹ hơn so với động cơ đồng bộ. Vì vậy máy bù đồng bộ rẻ hơn động cơ đồng bộ cùng công suất, máy bù đồng bộ có những đặc điểm sau đây:

Máy bù đồng bộ có thể phát ra và tiêu thụ công suất phản kháng, ở mức độ quá kích thích máy bù sản xuất ra công suất phản kháng cung cấp cho mạng, còn ở chế độ thiếu kích thích máy bù lại tiêu thụ công suất phản kháng của mạng.

Công suất phản kháng phát ra không phụ thuộc điện áp đặt vào mà phụ thuộc vào dòng điện ikt.

Lắp ráp, vận hành phức tạp, dễ gây ra sự cố ở phần động. Bản thân máy bù cũng tiêu thụ một lượng sông suất tác dụng khá lớn, khoảng

(0,015÷0,032) kw/kvar. Giá tiền một đơn vị công suất phát ra phụ thuộc vào công suất của máy bù,

công suất của máy bù cũng bé thì giá tiền 1 kvar do nó phát ra cũng đắt. Vì vậy máy bù chỉ được chế tạo với công suất lớn thường 5 kvar trở lên.

Có thể điều chỉnh công suất phản kháng phát ra bằng cách thay đổi kích từ một cách liên tục. Máy bù đồng bộ thường đặt ở những nơi cần bù tập trung, dung lượng bù lớn.

b. Tụ điện tĩnh. Tụ điện tĩnh là loại thiết bị điện tĩnh, làm việc với dòng điện vượt trước điện

áp, do đó có thể sinh ra công suất phản kháng Q cung cấp cho mạng. Ưu điểm: Suất tổn thất công suất tác dụng nhỏ, khoảng (0,003÷0,005) kw/kvar. Không có phần động nên lắp ráp, bảo quản dễ dàng. Tụ điện tĩnh được chế tạo thành từng đơn vị nhỏ, vì thế có thể tuỳ theo sự

phát triển của phụ tải trong quá trình sản xuất mà điều chỉnh dung lượng cho phù hợp.

Nhược điểm: Công suất phản kháng phát ra phụ thuộc vào điện áp.

Trong đó: U có đơn vị là v. C có đơn vị là f. Q có đơn vị là var

Tụ điện có cấu tạo kém bền vì vậy dễ bị phá hỏng khi xảy ra ngắn mạch. Khi điện áp tăng đến 1,1Uđm thì cách điện của tụ điện dễ bị chọc thủng. Khi đóng tụ điện vào mạng có dòng điện xung, còn khi cắt tụ khỏi mạng, nếu

không có thiết bị phóng điện thì sẽ có điện áp dư trên tụ. 15

Khó tự động điều chỉnh dung lượng bù một cách liên tục. Tụ điện tĩnh được chế tạo dễ dàng ở cấp điện áp (0,4÷10)kv, thông thường nếu

dung lượng bù nhỏ hơn 5 mvar thì người ta dùng tụ điện, còn nếu lớn hơn phải so sánh với máy bù đồng bộ.

c. Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn được đồng bộ hoá.Khi cho dòng điện một chiều vào dây quấn rôto của động cơ không đồng bộ thì

động cơ đó sẽ làm việc như động cơ đồng bộ, có thể điều chỉnh dòng kích từ để nó phát ra công suất phản kháng cung cấp cho mạng. Nhược điểm của loại này là suất tổn thất công suất tác dụng lớn, khoảng (0,02÷0,08) kw/kvar, khả năng quá tải kém. Vì vậy nó chỉ được phép làm việc với 75% công suất định mức.

Vì các nhược điểm trên, cho nên nó chỉ được dùng khi không có sẵn các loại thiết bị bù khác. Ngoài các thiết bị bù kể trên, còn có thể dùng động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ quá kích từ hoặc dùng máy phát điện làm việc ở chế độ bù để làm máy bù.

Ở các xí nghiệp có nhiều tổ máy diezen - máy phát dùng làm nguồn dự phòng, khi chưa dùng đến có thể làm máy bù đồng bộ. Theo kinh nghiệm thực tế việc chuyển máy phát thành máy bù khá đơn giản, vì vậy biện pháp này được nhiều xí nghiệp áp dụng.

2.3. Các thiết bị bù cosφ . Bù cosφ tại xí nghiệp là một thuật ngữ của ngành điện, thực chất là xí nghiệp tự

đặt thiết bị phát ra Q để tự túc một phần hoặc toàn bộ nhu cầu tiêu thụ Q trong xí nghiệp.

Thiết bị để phát ra Q thường dùng trên lưới điện là máy bù và tụ bù. Máy bù hay còn gọi là máy bù đồng bộ, là động cơ đồng bộ chạy quá kích thích chỉ phát ra Q. Ưu khuyết điểm của hai loại thiết bị này giới thiệu trong (bảng 2.1):

Bảng 2.1: So sánh đặc tính kinh tế - kỹ thuật của máy bù và tụ bù

Máy bù Tụ bùCấu tạo, vận hành, sửa chữa phức tạp Cấu tạo, vận hành, sửa chữa đơn giản Đắt RẻTiêu thụ nhiều điện năng Tiêu thụ ít điện năng ∆P = (2 – 5)%Qb

Tiếng ồn lớn Yên tĩnhĐiều chỉnh Qb trơn Điều chỉnh Qb theo cấp

Qua bảng so sánh trên, ta nhận thấy tụ bù có nhiều ưu điểm hơn máy bù, nhược điểm duy nhất của tụ bù là công suất Qb phát ra không trơn mà thay đổi theo cấp bậc (bậc thang) khi tăng, giảm số tụ bù. Tuy nhiên, điều này không quan trọng, vì bù cosφ

16

mục đích là làm sao cho cosφ của xí nghiệp lớn hơn cosφ quy định là 0,95 chứ không cần có trị số thật chính xác. Thường bù cosφ lên trị số từ 0,9 đến 0,95.

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐỂ NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT

3.1. Đương Lượng Kinh Tế Của Công Suất Phản Kháng Việc bù công suất phản kháng sẽ đưa đến hiệu quả là nâng cao được hệ số công

suất cosφ và giảm được tổn thất công suất tác dụng trong mạng do giảm được công suất phản kháng truyền tải trong mạng và máy biến áp. Để đánh giá hiệu quả của việc giảm tổn thất công suất tác dụng do giảm được lượng công suất phản kháng truyền tải trên đường dây và máy biến áp, người ta đưa ra một chỉ tiêu gọi là đương lượng kinh tế của công suất phản kháng: kkt.

Đương lượng kinh tế của công suất phản kháng kkt là lượng tổn thất công suất tác dụng giảm được khi giảm được 1 kvar công suất phản kháng truyền tải trong mạng.

Nếu truyền tải một lượng công suất S trên đường dây 3 pha, lượng tổn thất công suất tác dụng (khi chưa có thiết bị bù) sẽ là:

Trong đó: , là lượng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây do phải truyền tải một lượng công suất tác dụng P và một lượng công suất phản kháng Q.

Qua biểu thức trên ta thấy rằng: nếu giảm Q sẽ giảm được tổn thất công suất tác dụng trên đường dây. Giả thiết rằng bằng phương pháp bù, lượng công suất truyền tải trên đường dây giảm bớt 1 lượng Qbù khi đó lượng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây sẽ là:

Lượng tổn hao công suất tác dụng được giảm bớt là:

17

Theo định nghĩa:

Kw/Kvar

Từ biểu thức ta thấy nếu Q và R cùng lớn nghĩa là phụ tải phản kháng càng lớn và càng ở xa nguồn thì việc bù càng có hiệu quả.

Như vậy nếu biết được kkt và lượng công suất bù Qbù thì chúng ta tính được lượng công suất tác dụng tiết kiệm được:

(3.1)Giá trị của kkt thường nằm trong khoảng (0,02÷0,12) kw/kvar. Trong tính toán có thể lấy những giá trị sau:

Hộ dùng điện do máy phát điện cung cấp kkt = (0,02÷ 0,04). Hộ dùng điện qua 1 lần biến áp kkt = (0,04÷0,06). Hộ dùng điện qua 2 lần biến áp kkt = (0,05÷ 0,07). Hộ dùng điện qua 3 lần biến áp kkt = (0,08÷0,12).

3.2. Tính toán dung lượng bù. Phương pháp tính bù theo điều kiện điều chỉnh điện áp

Trước khi bù thì tổn thất điện áp U trong mạng là:

trong đó:     Ri, Xi - điện trở của đoạn dây thứ i, W;

Un- điện áp định mức của mạng điện, kV;

n – số đoạn dây.

Sau khi đặt bù thì tổn thất điện áp giảm đi một lượng là:

Nếu biết  E ta tính được Qb, với đường dây cùng tiết diện:

18

3.2.1. Tính dung lượng bù theo điều kiện tổn thất công suất tác dụng trên đường dây là nhỏ nhất.

Ở phần trên, biểu thức (3.1) chúng ta đã tính được lượng tổn thất công suất tác dụng giảm được do giảm công suất phản kháng truyền tải trên đường dây một lượng Qbù. Nhưng chính bản thân thiết bị bù cũng tiêu thụ một lượng công suất tác dụng, do đó lượng công suất tác dụng trên chỉ giảm được:

Trong đó : kw/kvar là lượng tổn thất công suất tác dụng trên một

đơn vị dung lượng thiết bị bù hay còn gọi là công suất tổn thất của thiết bị bù.

3.2)

Muốn tìm Qbù tối ưu ta đạo hàm Phương trình (3.2) theo Qbù và cho bằng không,

ta được:

Qbù tối ưu=

Nếu dung lượng bù Qbù nhỏ hơn nhiều so với công suất phản kháng truyền trên

đường dây Q (điều này thường xảy ra trong thực tế) thì ta có thể xem và ta có:

Qbù tối ưu

3.2.2. Tính dung lượng bù theo hệ số công suất cosφ . Trong thực tế người ta thường tính dung lượng bù theo giá trị cosφ như sau: Qbù = P.(tgφ1 –tgφ2).αTrong đó: P là phụ tải tác dụng tính toán của hộ tiêu thụ (Kw). φ1 là góc ứng với hệ số công suất trung bình cosφ1 trước khi bù.

19

φ2 là góc ứng với hệ số công suất cosφ2 muốn đạt được sau khi bù. α = (0,9÷1) là hệ số xét tới khả năng nâng cao cosφ bằng phương pháp tự

nhiên không đòi hỏi đặt thêm thiết bị bù. Đứng về nội bộ hộ tiêu thụ mà nói thì nên bù một lượng bằng Q bù tối ưu là

kinh tế hơn cả, song do lợi ích chung của toàn hệ thống điện, thường nhà nước quy định hệ số công suất tiêu chuẩn mà các hộ tiêu thụ nhất thiết phải đạt được, mặc dù đối với từng hộ tiêu thụ điện cụ thể thì cosφ tiêu chuẩn đó chưa phải là tốt nhất. Vì thế trong thực tế người ta tính dung lượng bù theo: Qbù = P.(tgφ1 –tgφ2).α

3.2.3. Tính dung lượng bù kinh tế. Ta đã biết, lượng công suất phản kháng truyền tải trên đường dây và máy biến

áp càng lớn thì tổn thất công suất tác dụng ∆P càng lớn. Đặt thêm thiết bị bù sẽ giảm nhẹ công suất phản kháng truyền tải trong mạng dẫn đến giảm tổn thất công suất, giảm tổn thất điện năng trong mạng.

Chúng ta không thể chỉ dựa trên tiêu chuẩn giảm bớt tổn thất điện năng để quyết định dung lượng cần bù. Vì như vậy rất có thể tiền đặt thêm thiết bị bù sẽ lớn hơn số tiền giảm được do giảm tổn thất điện năng, kết quả chi phí vận hành hàng năm không những không giảm mà còn tăng thêm.

Vì vậy để đảm bảo chỉ tiêu kinh tế của mạng điện, việc quyết định Qbù phải dựa trên tiêu chuẩn chi phí tính toán hàng năm ít nhất.

Gọi z là chi phí tính toán toàn bộ trong một năm khi có đặt thêm thiết bị bù. Chi phí tính toán z gồm có 3 thành phần.

Z = Z1 + Z2 + Z3

Z1 = (avh +atc).k0bù.Qbù là chi phí do đặt thiết bị bù.

Trong đó: avh là hệ số vận hành thiết bị bù kể cả tu sửa và bảo quản. atc là hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư (1/t). k0

bù là giá tiền 1kvar thiết bị bù (đ/kvar). Z2 = ∆P0

bù.Qbù.T.β là chi phí về tổn thất điện năng do bản thân thiết bị bù tiêu thụ.

Trong đó: β là giá tiền 1 kwh điện (đ/kwh). t là thời gian làm việc của thiết bị bù. ∆P0

bù là tổn thất công suất tác dụng trong một đơn vị dung lượng bù.Đối với tụ điện tĩnh ∆P0

bù= 0,005

là chi phí về tổn thất điện năng trong mạng sau khi có đặt

thiết bị bù.Trong đó:

20

Q là phụ tải phản kháng cực đại. R là điện trở của mạng. τ là thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất. Vậy chi phí tính toán toàn bộ của mạng là:

Để xác định được công suất bù kinh tế ứng với chi phí tính toán nhỏ nhất, ta lấy đạo hàm của Z theo Qbù và cho bằng không:

Từ đó giải ra ta có:

Trong biểu thức này: Q tính bằng (kvar). kbù tính bằng (vnd/kvar). β là (vnd/kwh), u là (kv) thì Qbù là (kvar).

3.2.4: Các bộ phận cơ bản của thiết bị bù công suất phản kháng a).Bộ tự động điều chỉnh công suất phản kháng q

Bộ tự động điều chỉnh công suất phản kháng được thiết kế với việc áp dụng các vi mạch cho phép thu nhận và xử lý tín hiệu nhanh và chính xác. Các cơ cấu này cũng có thể thực hiện vai trò đo lường. Các tham số chế độ của mạng điện như điện áp, dòng điện, tần số, công suất, hệ số cosφ v.v.  có thể được biểu thị trên màn hình của thiết bị.

b).Cơ cấu bù công suất  phản kháng

Cơ cấu bù công suất phản kháng chính là các tụ điện động lực dùng để điều hoà công suất phản kháng ở các cấp điện áp khác nhau tương ứng với các tham số định mức của chúng. Việc sử dụng cuộn dây mắc nối tiếp với bộ tụ sẽ ngăn cản sự xuất hiện của tần số cộng hưởng.

Thông thường công suất của cuộn kháng được chọn trong phạm vi khoảng 5-7%, có nghĩa là sự có mặt của cuộn kháng điện sẽ làm giảm công suất của tụ đi 5-7%.

21

Các thiết bị bù công suất phản kháng ở mạng điện hạ áp thường được thiết kế theo hai dạng: có tự động điều khiển và không có tự động điều khiển giá trị công suất bù. Sự có mặt của cơ cấu tự động điều khiển làm tăng chi phí vốn đầu tư và chi phí vận hành, bảo dưỡng. Tuy nhiên, bù lại, nó cho phép nâng cao hiệu quả bù của thiết bị và làm ổn định điện áp trong mạng điện. Hiệu quả cực đại của việc áp dụng các thiết bị bù có thể đạt được trên cơ sở phân tích các bài toán kinh tế kỹ thuật tổng hợp.

CHƯƠNG 4: PHÂN PHỐI DUNG LƯỢNG BÙ

4.1. Phân Phối Tối Ưu Dung Lượng Bù Trong Mạng Lưới Xí Nghiệp

4.1.1. Vị trí đặt thiết bị bù. Sau khi tính được dung lượng bù và chọn được loại thiết bị bù thì vấn đề quan

trọng là bố trí thiết bị bù vào trong mạng sao cho đạt hiệu quả kinh tế nhất. Thiết bị bù có thể đặt ở phía điện áp cao hoặc ở phía điện áp thấp, nguyên tắc bố trí thiết bị bù là làm sao đạt được chi phí tính toán nhỏ nhất.

Máy bù đồng bộ, vì có công suất lớn nên thường được đặt tập trung ở ngững điểm quan trọng của hệ thống điện. Ở xí nghiệp lớn, nếu có máy bù thì nó thường được đặt ở phía điện áp cao của trạm biến áp trung gian hoặc phân phối.

Tụ điện có thể đặt ở mạng điện áp cao của trạm biến áp trung gian hoặc phân phối.

Tụ điện có thể đặt ở mạng điện áp cao hoặc mạng điện áp thấp. a. Tụ điện điện áp cao (6-10) kv:

Được đặt tập trung ở thanh cái của trạm biến áp trung gian hoặc phân phối, nhờ đặt tập trung nên việc theo dõi vận hành các tụ điện dễ dàng và có khả năng thực hiện việc tự động hoá điều chỉnh dung lượng bù. Bù tập trung ở mạng điện áp cao còn có ưu điểm nữa là tận dụng được hết khả năng của tụ điện, nói chung các tụ điện vận hành liên tục nên chúng phát ra công suất bù tối đa.

Nhược điểm của phương án này là không bù được công suất phản kháng ở mạng điện áp thấp, do đó không có tác dụng giảm tổn thất điện áp, công suất ở mạng điện áp thấp. b. Tụ điện điện áp thấp (0,4) kv:

Thường đặt tập trung ở thanh cái điện áp thấp của trạm biến áp phân xưởng hoặc xí nghiệp. Nó hay được đặt thành nhóm ở tủ phân phối động lực hoặc đặt phân tán ở từng thiết bị dùng điện.

22

Đứng về mặt giảm tổn thất điện năng mà xét thì việc đặt phân tán tụ điện bù ở từng thiết bị có lợi hơn cả. Nhưng với cách lắp đặt này khi thiết bị nghỉ thì tụ điện cũng nghỉ theo. Do đó hiệu suất sử dụng không cao, phương pháp này chỉ được dùng để bù cho những động cơ không đồng bộ công suất lớn.

Đặt tụ thành nhóm ở tủ phân phối hoặc đường dây chính trong phân xưởng được sử dụng nhiều hơn vì hiệu suất sử dụng cao, giảm được tổn thất cả trong mạng điện áp cao lẫn mạng điện áp thấp. Vì chúng được đặt thành từng nhóm nhỏ (30÷100) kvar nên chúng không chiếm diện tích lớn, tụ điện có thể đặt trong một tủ riêng hoặc trên xà nhà của xưởng. Tuy thế cách đặt thành nhóm khiến cho việc theo dõi vận hành không thuận tiện và khó thực hiện tự động điều chỉnh dung lượng bù.

Đặt tụ ở thanh cái điện áp thấp của trạm biến áp được sử dụng trong trường hợp dung lượng bù khá lớn hoặc khi cần tự động điều chỉnh dung lượng bù để ổn định điện áp của mạng. Nhược điểm của cách đặt này là chỉ giảm được tổn thất trong mạng kể từ thanh cái hạ áp trở về nguồn.

Trong thực tế tuỳ tình hình cụ thể mà ta sử dụng phương án nào hoặc phối hợp cả 3 phương án.

4.1.2. Phân phối dung lượng bù trong mạng hình tia. Giả sử có một mạng hình tia gồm 3 tia (hình 4.1). Sau khi xác định được tổng dung lượng cần bù là Qbù cần phân phối dung

lượng bù trên các nhánh sao cho đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất, thể hiện ở chỉ tiêu tổn thất công suất tác dụng do công suất phản kháng gây ra là nhỏ nhất.

Gọi dung lượng bù được phân phối trên các nhánh là qbù1, qbù2 ,qbù3 còn phụ tải phản kháng ở các nhánh là q1 , q2 ,q3 điện trở các nhánh là r1, r2, r3.

Hình 4.1: Bù công suất phản kháng trong mạnh hình tia

23

Sau khi bù, tổn thất công suất tác dụng trong mạng hình tia do công suất phản kháng gây ra là:

Điều kiện là:Qbù1 + Qbù2 + Qbù3 = (4.1)Do đó:

Điều kiện tối ưu là:

Từ biểu thức trên ta thấy:

Tương tự ta có: (Q1 - Qbù1).r1 = (Q3 - Qbù3).r3

Do đó :

Thế vào phương trình (4.1) ta có:

Trong đó:

Tương tự như trên ta có:

24

Tổng quát: Trong đó:

là tổng công suất phản kháng của mạng trước khi bù.

là tổng công suất cần bù trong toàn mạng. Nếu công suất bù tối ưu ở 1 nút nào đó âm, khi đó cần tính lại điện trở tương

đương rtđ sau khi đã bỏ nhánh i (cả tổng trở và công suất) và tính lại công suất bù. Ví dụ: cho mạng điện hình tia với các số liệu trên hình (4.2), hãy xác định dung

lượng bù cho các nhánh.

Hình 4.2: Mạng điện hình tia

Giải Tổng phụ tải phản kháng của mạng:

q = q1 + q2 + q3 + q4 = 400 + 600 + 500 + 200 = 1700 kvar Điện trở tương đương của các nhánh:

Dung lượng bù của từng nhánh:

(kvar)

25

(kvar)

(kvar)

(kvar)

4.1.3. Phân phối lượng bù trong mạng phân nhánh. Xét một mạng phân nhánh như hình vẽ (hình 4.3), có thể coi là nhiều mạng

hình tia ghép lại.

Hình 4.3: Sơ đồ phân bố dung lượng bù theo mạng phân nhánh

Ví dụ: tại điểm 3, có thể coi như có 2 nhánh hình tia r3 và r4 ghép lại, tại điểm 2 ta coi như có 2 nhánh hình tia.

Một nhánh là r2 và một nhánh nữa điện trở tương đương của phần phía sau, tức là r3, r4 và r23, ký hiệu là r5.

Tại điểm 1 ta coi như có 2 nhánh r1 và r6 với:

Với quan niệm như vậy chúng ta có thể áp dụng công thức của mạng hình tia cho mạng phân nhánh.

Dung lượng bù của nhánh thứ n được tính như sau:

Trong đó: 26

Qn là công suất phản kháng của nhánh n. là tổng công suất phản kháng cung cấp cho điểm (n-1). là tổng dung lượng bù cho điểm (n-1). rtđn là điện trở tương đương của mạng kể từ điểm (n-1) trở về sauVí dụ: Cho mạng điện phân xưởng như (hình 4.4) :

Hình 4.4: Mạng điện phân nhánh

Tổng dung lượng bù là 300 kvar, hãy tính dung lượng bù tối ưu cho từng nhánh.

Nếu điện trở và phụ tải của các nhánh như sau:r12 = 0,005 q12 = 350 kvarr23 = 0,004 q23 = 250 kvarr1 = 0,010 q1 = 150 kvarr2 = 0,008 q2 = 100 kvarr3 = 0,012 q3 = 200 kvarr4 = 0,025 q4 = 50 kvar

Giải Điện trở tương đương ở các điểm 1, 2, 3 như sau:

27

Dung lượng bù tối ưu cho từng nhánh:

kvar

kvar

kvar

kvar

Chú ý: điện trở tương đương rtđ tính từ cuối lên, còn tính dung lượng bù từ đầu đến cuối.

4.1.4. Phân phối lượng bù trong mạng phân nhánh không có đường dây rẽ nhánh.

Hình 4.5: Sơ đồ phân bố dung lượng bù theo mạng phân nhánh

Được phân bố theo nguyên tắc từ cuối đường dây trở về nguồn và phân tối đa công suất ở những phụ tải cuối đường dây.

Nếu q3 > qbù3 ta có qbù3 = q3 do đó còn lại qbù - qbù3 phân vào nút 2 tiếp tục như vậy khi nào qbù < qi thì dừng.

4.1.5. Phân phối dung lượng bù trong mạng điện hỗ hợp. Ta có sơ đồ mạng điện hỗn hợp như (hình 4.6): Tính điện trở tương đương của từng nhánh như (hình 4.6b), khi đó coi mạng

điện là hình tia và phân phối công suất theo mạng hình tia.

28

Hình 4.6: Sơ đồ hỗn hợp

Trong đó: Điện trở tương đương nhánh 1 rtđ1 tính như mạng phân nhánh có đường dây rẽ

nhánh. Điện trở tương đương nhánh 2 rtđ2 là mạng phân nhánh không có đường dây rẽ

nhánh, do đó điện trở tương đương của nhánh được xác định theo biểu thức sau:

Tổng quát:

Trong đó: Qi là công suất phản kháng và điện trở của đường dây i. Qj là công suất phản kháng của phụ tải j. Điện trở tương đương nhánh 3 rtđ3 là mạng có 1 phụ tải. Xác định qbudi như với mạng điện hình tia, khi đã có qbudi ta phân phối công suất

bù trong các nhánh như sau: Nhánh 1 là đường dây phân nhánh có đường dây rẽ nhánh. Nhánh 2 là đường dây phân nhánh không có nhánh rẽ. Nhánh 3 là đường dây có 1 phụ tải.

4.1.6. Phân phối dung lượng bù phía sơ cấp và thứ cấp máy biến áp phân xưởng. Vấn đề đặt ra là khi đã tính được dung lượng bù của một nhánh nào đó, cần

phải xác định xem nên phân phối lượng bù về phía sơ cấp hay thứ cấp của máy biến áp để đạt hiệu quả kinh tế hơn.

29

Ta biết rằng giá thành 1 kvar tụ điện điện áp cao (6÷10) kv, rẻ hơn giá thành 1 kvar tụ điện điện áp thấp (0,4) kv. Song việc đặt tụ điện ở phía điện áp thấp lại giảm được tổn thất công suất so với việc đặt tụ điện ở phía điện áp cao. Vì vậy cần tính toán so sánh để tìm được dung lượng bù ở phía điện áp thấp hợp lí nhất.

Gọi qbù thấp là dung lượng bù ở phía điện áp thấp, vốn đầu tư để đặt dung lượng bù qbù thấp ở phía điện áp thấp lớn hơn vốn đầu tư để đặt một dung lượng bù tương tự ở phía điện áp cao là:

∆v = (athấp – acao).qbù thấp

Trong đó: acao là giá thành 1 kvar tụ điện điện áp cao (đ/kvar). athấp là giá thành 1 kvar tụ điện điện áp thấp (đ/kvar). Số tiền tiết kiệm được mỗi năm do đặt thiết bị bù ở phía điện áp thấp là:

Trong đó: Q là phụ tải phản kháng của máy biến áp (kể cả tổn thất trong máy biến áp)

khi chưa bù (kvar). Qbù thấp là dung lượng bù đặt ở phía điện áp thấp của máy biến áp (kvar). RB là điện trở của máy biến áp quy đổi về phía điện áp thấp . k là hệ số kể đến số ca làm việc trong ngày: o 1 ca: k = 0,30. o 2 ca: k = 0,55. o 3 ca: k = 0,75. β giá tiền 1 kwh (vnd/kwh). t số giờ làm việc trong năm, t = 8760 giờ. U điện áp định mức phía điện áp

thấp của máy biến áp kv. Gọi t là thời gian thu hồi vốn đầu tư chênh lệch tính bằng năm, sau thời gian đó

số tiền tiết kiệm được là t.v, số tiền này không những bù đắp được chênh lệch vốn đầu tư mà còn lớn hơn ∆v một lương f, f chính là hiệu quả của việc phân phối dung lượng bù (qbù thấp) ở phía điện áp thấp.

f = t.v - ∆v. Thay v và ∆v ta có:

bằng

cách lấy đạo hàm, chúng ta có thể dễ dàng tìm được Qbu thap tối ưu để hàm f đạt cực trị. Giá trị Qbù thấp tối ưu được xác định theo biểu thức:

30

Qbù thấp tối ưu = (kvar)

Thông thường chưa biết tụ điện đặt trong mạng điện áp thấp như thế nào, nên người ta thiết kế không có số liệu chính xác để tính rtđ, một cách gần 31ung có thể tính rtđ

qua điện trở của máy biến áp bằng biểu thức:

Trong đó: được lấy như sau: Đối với trạm trong hoặc kề phân xưởng: o Mạng là dây dẫn hoặc dây cáp: = 0,4 o Mạng là thanh cái: = 0,6 Đối với trạm ngoài phân xưởng: = 0,8

Đặt :

Qbù thấp tối ưu =

Hay: Qbù thấp tối ưu = (kvar)

Do đó: Qbù cao tối ưu = Qbù – Qbù thấp tối ưu

Điện áp của máy biến áp quy đổi về điện áp thấp có thể lấy theo bảng sau:

Bảng 4.1 Thông số máy biến áp

Sb (kva) 100 180 320 560 750 1000 1800Rb 0,034 0,018 0,0088 0,0034 0,0031 0,0021 0,00106

4.2. Cách nối dây của tụ điện.

4.2.1Tụ điện nối theo hình tam giác ∆.C

Với

Do đó: (var)

Ta tính được dung lượng của tụ:

31

(F)

Trong đó: Ud là điện áp dây (v). Qbù là công suất phản kháng tụ phát ra (var).

Hình 4.7: Sơ đồ tụ bù đấu hình tam giác.

4.2.2Tụ điện nối theo hình sao Y.Quan hệ dòng và áp:Ud = Uf ; Id = If

Dung lượng phát ra của tụ:

(var)

Dung lượng của tụ:

(F)

Hình 4.8: Sơ đồ tụ bù đấu sao

32

So sánh hai biêu thức tụ điện nối theo hình tam giác và tụ điện nối theo hình sao ta thấy cùng một dung lượng bù, tụ điên nối theo hình tam giác thì điện dung của tụ nhỏ hơn 3 lần so với tụ điện nối theo hình sao.

4.3. Sơ đồ nối dây và điện trở phóng điện.Sơ đồ nối dây của tụ điện điện áp cao được trình bày trên (hình 4.7), vì tụ điện

điện áp cao là loại 1 pha nên chúng được nối lại với nhau thành hình tam giác, mỗi pha có cầu chì bảo vệ riêng. Khi cầu chì một pha nào đó bị đứt, tụ điện của hai pha còn lại vẫn tiếp tục làm việc.

Thiết bị đóng cắt cho nhóm tụ điện này có thể là máy cắt (hình 4.9a) hoặc máy cắt phụ tải có kèm theo cầu chì (hình 4.9b).

Để đo lường và bảo vệ người ta đặt các máy biến dòng bi và máy biến điện áp bu, máy biến áp bu ngoài nhiệm vụ đo lường và bảo vệ; nó còn được dùng làm điện trở phóng điện cho tụ điện khi tụ được cắt ra khỏi mạng. Để làm được nhiệm vụ đó máy biến áp đo lường bu phải được nối vào phía dưới các thiết bị đóng cắt và ở ngay đầu cực của nhóm tụ điện.

Hình 4.9: Sơ đồ máy cắt cho tụ điệna). Thiết bị đóng cắt cho nhóm tụ điện này co thể là máy cắt

b). Có máy cắt phụ tải kèm theo cầu chì

Trong trường hợp tụ điện bù riêng cho động cơ hoặc máy biến áp thì không cần phải dùng bù để làm điện trở phóng điện mà có thể dùng ngay cuộn dây stator của động cơ hoặc cuộn sơ cấp của máy biến áp để làm điện trở phóng điện.

33

Hình 4.10: Sơ đồ nối dây của tụ Hình 4.11: Sơ đồ nối dây của tụ điện điện điện áp cao điện áp thấp

Thiết bị đóng cắt và bảo vệ có thể là cầu dao và cầu chì, aptomat hoặc contactor và cầu chì.

Tụ điện điện áp thấp là loại 3 pha các phần tử đã được nối sẵn thành tam giác ở phía trong.

Đối với tụ điện điện áp thấp, người ta thường dùng bóng đèn dây tóc công suất khoảng (15÷40) w để làm điện trở phóng điện cho tụ điện.

Dùng bóng đèn có ưu điểm ở chỗ: khi điện áp dư của tụ điện phóng hết thì đèn tắt, do đó dễ theo dõi, nhưng cần chú ý kiểm tra, tránh trường hợp đèn hỏng không chỉ thị được.

34

Hình 4.12: Sơ đồ phóng điện cho tụ điện

Điện trở phóng điện của tụ điện phải thoả mãn các yêu cầu sau đây: Giảm nhanh điện áp dư trên tụ điện để đảm bảo an toàn cho người vận hành,

người ta quy định sau 30 phút điện áp trên tụ điện phải giảm xuống dưới 65v. Ở trạng thái làm việc bình thường tổn thất công suất tác dụng trên điện trở

phóng điện so với dung lượng của tụ điện không vượt quá trị số 1w/kvar. Dòng phóng điện không được lớn quá.

Điện trở phóng điện được tính theo công thức sau đây:

Trong đó: Q là dung lượng của tụ điện (kvar). Uf là điện áp pha của mạng. Để có thể sẵn sàng làm việc ngay sau khi tụ điện được cắt ra khỏi mạng, điện

trở phóng điện phải được nối phía dưới các thiết bị đóng cắt và ở ngay đầu cực của nhóm tụ điện. Các bóng đèn làm điện trở phóng điện có thể được nối theo hình sao hoặc hình tam giác, cách nối tam giác có ưu điểm hơn, vì khi một pha của điện trở phóng điện bị đứt thì 3 pha của tụ điện vẫn có thể phóng điện qua hai pha còn lại của điện trở.

Dòng điện định mức của dây chảy cầu chì bảo vệ cho tụ điện không vượt quá 110% dòng điện định mức của nhóm tụ điện; thiết bị bảo vệ quá dòng điện không được chỉnh định quá 120% dòng điện định mức của nhóm tụ điện.

35

CHƯƠNG 5: CHỌN VÀ VẬN HÀNH TỤ ĐIỆN

5.1.Lựa chọn và hiệu chỉnh dung lượng bù.

5.1.1.Chọn tụ điện.Chủ yếu chọn theo điện áp định mức, số lượng tụ do dung lượng bù quyết định.Tụ điện điện áp thấp thường chế tạo thành tụ 3 pha nối thành hình tam giác. Tụ

điện điện áp cao thường chế tạo thành tụ 1 pha và chúng được ghép lại thành hình tam giác, thường có cầu chỉ bảo vệ riêng cho từng pha.

5.1.2.Điều chỉnh dung lượng.Ứng với mỗi chỉ số phụ tải Q luôn có một dung lượng bù tối ưu. Vì vậy, phải

điều chỉnh dung lượng bù sao cho phù hợp với tải để đạt hiệu quả kinh tế cao nhất. Vì tải luôn biến đổi mà các tụ được chế tạo có dung lượng nhất định nên việc điều chỉnh liên tục dung lượng rất khó thực hiện. Trong thực tế, người ta chia tụ điện thành nhiều nhóm nhỏ và tùy theo sự biến đổi tải mà cho một hay nhiều nhóm tụ làm việc.

Nhóm tụ làm việc suốt 24 giờ gọi là nhóm tụ bù nền. Nhóm còn lại chỉ làm việc gián đoạn trong thời gian có phụ tải lớn. Việc điều chỉnh dung lượng bù nhảy cấp như vậy có khuyết điểm sẽ có những vùng thừa và những vùng thiếu. Để giảm bù thừa,bù thiếu ta phải phân tụ điện thành nhiều nhóm nhỏ; như vậy sẽ tốn nhiều thiết bị đóng cắt, đo lường. Bảo vệ và điều chỉnh dung lượng bù phức tạp. Vì thế việc phân nhóm tụ điện phải căn cứ vào tình hình cụ thể và cơ sở so sánh kinh tế kỹ thuật. Ở mạng điện cao áp dung lượng của nhóm tụ điện không nên < 400 kvar; ở mạng điện thấp áp dung lượng của một nhánh < 1000 kavr, nếu dung lượng cúa nhánh < 30 kvar thì không nên đặt tụ điện ở nhánh đó mà chuyển sang các nhánh lân cận.

Viêc điều chỉnh dung lượng bù có thể được thực hiện bằng tay hoặc tự động. Việc điều chỉnh tự động thường chỉ được đặt ra trong trường hợp bù tập trung với dung lượng lớn.

Có 4 cách tự động điều chỉnh dung lượng bù: Điều chỉnh dung lượng bù theo nguyên tắc điện áp: nếu điện áp của mạng điện

sụt xuống dưới định mức thì đóng thêm tụ vào và ngược lại. Phương pháp này nâng cao được hệ số công suất và ổn định điện áp cho mạng.

Điều chỉnh tự động dung lượng bù theo nguyên tắc thời gian: dựa vào sự biến đổi của tải trong một ngày đêm mà đóng thêm hay cắt bớt tụ ra. Phương pháp này áp dụng khi đồ thị phụ tải tương đối ổn định và người vận hành phải nắm vững đồ thị đó.

36

Điều chỉnh tự động dung lượng bù theo phụ tải, được dùng trong trường hợp phụ tải biến đổi đột ngột. khi dòng điện tăng cần đóng thêm tụ vào và ngược lại.

Điều chỉnh dung lượng bù theo hướng đi của công suất phản kháng, thường được dùng khi trạm biến áp ở cuối đường dây và xa nguồn. Nếu công suất phản kháng chạy từ nguồn đến phụ tải đóng thêm vào và ngược lại.

5.2. Vận hành tụ điện. Tụ điện phải được đặt ở những nơi cao ráo, ít bụi bặm, không có chất dễ nổ, dễ

cháy và không có khí ăn mòn. Tụ điện điện áp cao phải được đặt trong phòng riêng, có biện pháp chống cháy,

chống nổ, phòng phải có cửa ra vào thuận tiện để phòng khi sự cố tụ điện nổ, công nhân vận hành có đường sơ tán nhanh khỏi nơi nguy hiểm. Phòng dài trên 7 mét phải có từ hai cửa trở lên, phòng đặt tụ điện phải được thông gió tốt, giữ cho nhiệt độ không khí trong phòng không vượt quá 300C, trong phòng không dùng chiếu sáng tự nhiên để tránh tụ điện bị chiếu nắng trực tiếp, mà dùng đèn để chiếu sáng. Tụ điện được đặt trên giá sắt, có thể chia thành 3 tầng, giữa các tụ điện trong một tầng phải có khoảng cách thích hợp để thông gió dễ dàng. Tụ điện điện áp thấp khi đặt tập trung thường được bố trí trong các tủ thành một tầng hoặc hai tầng.

Khi dùng phương án bù phân tán, tụ điện được đặt trong các tủ đặt bên cạnh tủ phân phối động lực, cũng có thể đặt ngay trên các xà nhà xưởng.

Tụ điện điện áp thấp ít có khả năng gây nổ nên không cần đặt chúng vào phòng riêng mà có thể đặt ngay trong nhà xưởng, nhưng nơi đặt cũng cần khô ráo, ít bụi bặm và thoáng mát.

Nguyên nhân chủ yếu làm tụ điện hư hỏng là do điện áp đặt lên tụ cao quá, vượt quá giá trị định mức, khiến cường độ điện trường trong tụ vượt quá giới hạn cho phép, (thường là 12÷13 kv/mm). Khi đó trong tụ điện phát sinh hiện tượng ion hoá dầu cách điện và dẫn đến sự cố ngắn mạch do cách điện bị chọc thủng.

Vì vậy khi vận hành tụ điện cần chú ý hai điều kiện sau đây: Điều kiện nhiệt độ: phải giữ cho nhiệt độ không khí xung quanh tụ điện không

được vượt quá 350C. Điều kiện điện áp: phải giữ cho điện áp trên cực của tụ điện không vượt quá

110% điện áp định mức, khi vượt quá giá trị trên phải cắt ngay tụ điện ra khỏi lưới điện. Để tránh ảnh hưởng của tình trạng dao động điện, một số tụ điện được chế tạo

vớiđiện áp định mức cao hơn điện áp định mức tương ứng của mạng là 5%; ví dụ: tụ 10,5 kv, tụ 6,3 kv...vì điện áp của mạng không thường xuyên vượt quá định

37

mức nên trong thực tế dung lượng của tụ điện thường nhỏ hơn dung lượng định mức ghi trên biển máy là 10%.Trong vận hành nếu thấy hình dáng của tụ điện thay đổi (thường phình ra) thì

phải cắt ngay tụ điện ra khỏi mạng.

CHƯƠNG 6: TỔNG QUAN VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN & LỰA THIẾT BỊ CHO TỦ TỤ BÙ

6.1. Tổng QuátKhí cụ điện là những thiết bị được sử dụng cho một chức năng cụ thể nào đó

trong ngành điện, thường quy định những chức năng cụ thể như đóng cắt, điều khiển, bảo vệ...Tùy thuộc vào từng chức năng mà ta có các loại khí cụ điện khác nhau.

Khí cụ điện (KCĐ) là thiết bị điện dùng để : đóng cắt, bảo vệ, kiểm tra, tự động điều khiển, khống chế các đối tượng điện cũng như không điện và bảo vệ chung trong trường hợp sự cố.

Khí cụ điện có rất nhiều chủng loại với chức năng, nguyên lý làm việc và kích cỡ khác nhau được dùng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của cuộc sống (các nhà máy điện, trạm BA, hệ thống truyền tải điện,..).

Trong phạm vi của chương này, chúng ta đề cập đến các vấn đề như sau : cơ sở lý thuyết, nguyên lý làm việc, kết cấu và đặc điểm của các loại KCĐ dùng trong ngành điện và trong công nghiệp.

6.2. Phân Loại Phân loại theo chức năng.

Phân loại theo nguyên lý làm việc.

Phân loại theo nguồn điện.

Phân loại theo điều kiện môi trường.

6.3. Phân loại theo chức nănga. Nhóm KCĐ đóng cắt: dùng để đóng cắt, chuyển đổi mạch điện (như cầu dao, dao

cách ly, dao phụ tải, máy cắt, công tắc tơ…)

b. Nhóm KCĐ hạn chế dòng điện, điện áp (khi bị sự cố) như: Kháng điện, chống sét van…

c. Nhóm KCĐ mở máy, điều khiển: như các bộ mở máy, khống chế, điện trở mở máy, công tắc tơ, khởi động từ…

38

d. Nhóm KCĐ kiểm tra, theo dõi: có chức năng kiểm tra và theo dõi sự làm việc của đối tượng và biến đổi các tín hiệu không điện thành tín hiệu điện. Như các loại rơle, các bộ cảm biến…

e. Nhóm KCĐ làm nhiệm vụ duy trì ổn định các tham số điện (như ổn áp, bộ tự động điều chỉnh điện áp máy phát, ổn định nhiệt độ, ổn định tốc độ …)

f. Nhóm KCĐ làm nhiệm vụ đo lường: như máy biến dòng điện, máy biến điện áp..

6.3.1. Phân loại theo nguyên lý làm việcKCĐ được chia theo các nguyên lý sau:

Nguyên lý điện cơ.

Nguyên lý điện từ.

Nguyên lý từ điện.

Nguyên lý điện động.

Nguyên lý nhiệt.

Nguyên lý có tiếp xúc và không tiếp xúc.

6.3.2. Phân loại theo nguồn điện Khí cụ điện xoay chiều.

Khí cụ điện một chiều.

Phân loại theo cấp điện áp

• Khí cụ điện hạ áp: Uđm <1000V

• Khí cụ điện trung áp: 1000V ≤ Uđm < 100 kV

• Khí cụ điện cao áp: 100 kV ≤ Uđm < 400 kV

• Khí cụ điện siêu cao áp: Uđm ≥ 400 kV

6.3.4. Phân loại theo điều kiện môi trường• KCĐ lắp đặt trong nhà.

• KCĐ lắp ngoài trời.

• KCĐ làm việc trong môi trường dễ cháy nổ…

6.4. Các yêu cầu của khí cụ điện• Các yêu cầu về kỹ thuật.

• Các yêu cầu về vận hành.

39

• Các yêu cầu về kinh tế, xã hội.

• Các yêu cầu về công nghệ chế tạo.

6.4.1. Các yêu cầu về kỹ thuật Độ bền nhiệt của các chi tiết, bộ phận khi làm việc ở chế độ định mức và

sự cố.

Độ bền cách điện của các bộ phận cách điện khi làm việc trong các môi trường không thuận lợi.

Độ bền cơ và tính chịu mòn của các bộ phận.

Khả năng đóng ngắt ở chế độ định mức và chế độ sự cố.

Kết cấu đơn giản, khối lượng và kích thước bé.

6.4.2. Các yêu cầu về vận hành Lưu ý đến ảnh hưởng của môi trường xung quanh: độ ẩm, nhiệt độ, độ cao..

Độ tin cậy cao.

Dễ thao tác, sữa chữa, thay thế.

Tổn phí vận hành ít, tiêu tốn ít năng lượng.

6.4.3. Các yêu cầu về kinh tế, xã hội Giá thành hạ.

Tính an toàn trong lắp ráp.

Vốn đầu tư khi chế tạo, lắp ráp, vận hành ít.

Tính thẩm mỹ của kết cấu.

6.4.4. Các yêu cầu về công nghệ chế tạo Dùng các chi tiết, bộ phận có tính lắp lẫn.

Lưu ý đến khả năng phát triển chế tạo, sự lắp ghép các tổ hợp khác.

Khả năng chế tạo dây chuyền.

6.5:Lựa Chọn Thiết Bị Cho Tủ Tụ Bù

6.5.1 . Áp tô mátÁp tô mát hay còn gọi là CB (Circuit Breaker) được hiểu như là thiết bị cắt

mạch, CB được qui định ở tiêu chuẩn IEC 947-2 như sau: là thiết bị đóng cắt, ở điều kiện làm việc bình thường, máy cắt có khả năng cho dòng điện chạy qua và trong các

40

điều kiện bất thường do ngắn mạch phải có khả năng chịu dòng điện trong khoảng thời gian xác định và cắt chúng. Áp tô mát là loại khí cụ điện dùng để đóng hoặc ngắt điện bằng tay nhưng có thể tự động ngắt mạch điện khi có sự cố quá tải hoặc ngắn mạch.

Hình 6.1: Các loại CB 1 pha và 3 pha

a) Phân loại Theo cơ cấu tác động( tự ngắt) người ta chia ra ba loại sau

- Áp tô mát nhiệt: tác động nhờ cơ cấu điện_nhiệt, như vậy thời gian tác động sẽ rất chậm. Loại này thường dùng để bảo vệ quá tải.

- Áp tô mát điện từ: tác động nhờ cơ cấu điện_từ, như vậy thời gian tác động sẽ rất nhanh. Loại này thường dùng để bảo vệ ngắn mạch.

- Áp tô mát điện từ_nhiệt

41

Theo cơ cấu người ta chia ra các loại sau- Áp tô mát 1 cực- Áp tô mát 2 cực.- Áp tô mát 3 cực.

Theo điện áp sử dụng người ta chia ra các loại sau- Áp tô mát 1 pha (có 1 hoặc 2 cực).- Áp tô mát 3 pha (có 3 cực).

Theo công dụng người ta chia ra các loại sau- Áp tô mát dòng cực đại.- Áp tô mát điện áp thấp.- Áp tô mát chống giật.- Áp tô mát đa năng.

b) Chức năngCB là công tắc hoặc cầu dao tự động có nhiệm vụ bảo vệ chống ngắn mạch hay

quá tải tức là bảo vệ chống quá nhiệt hay trong trường hợp hỏng hóc thiết bị, nó sẽ bảo vệ chống tiếp xúc trực tiếp với các phần mang điện.

Ưu điểm của CB là khi có sự cố về dòng điện xảy ra thì CB tự động ngắt mạch và khi sự cố về dòng điện được loại trừ, có thể đóng CB lại để tiếp tục làm việc ở chế độ bình thường và có thể cắt mạch điện nếu có sự cố ngắn mạch.

Ngoài ra CB còn có các ưu điểm sau:

Tạo cơ sở phát triển, cải tiến CB: Giảm tác động nhiệt của dòng ngắn mạch. Giảm tiết diện phần dẫn bên trong CB. Giảm kích thước và khối lượng của CB. Tăng khả năng chịu dòng ngắn mạch. Tăng công suất cắt dòng ngắn mạch.

Đối với hệ thống điện dân dụng: Bảo vệ đường dây an toàn, thậm chí ở dòng ngắn mạch rất cao. Có thể dùng để đóng cắt bảo vệ cho mạch điện gần nguồn hơn với

dòng ngắn mạch rất cao. Năng lượng hồ quang sinh ra tại điểm sự cố thấp, giảm thiệt hại xuống mức tối

thiểu.

c) Yêu cầu kỹ thuật Chế độ làm việc ở định mức của CB phải là chế độ làm việc dài hạn nghĩa là trị

số dòng điện định mức chạy qua CB lâu bao nhiêu cũng được. Mặt khác, dòng

42

điện của CB phải chịu được dòng điện lớn (khi ngắn mạch) lúc các tiếp điểm của nó đã đóng hay đang đóng.

CB phải ngắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn, có thể đến vài chục kA. Sau khi ngắt dòng điện ngắn mạch, CB phải đảm bảo vẫn làm việc tốt ở trị số dòng điện định mức.

Để nâng cao tính ổn định nhiệt và điện động của các thiết bị điện, hạn chế sự phá hoại do dòng điện ngắn mạch gây ra, CB phải có thời gian cắt bé. Muốn vậy thường phải kết hợp lực thao tác cơ học với thiết bị dập hồ quang bên trong CB.

Để thực hiện yêu cầu thao tác bảo vệ có chon lọc, CB cần phải có khả năng điều chỉnh trị số dòng điện tác động và thời gian tác động.

d) Nguyên lý hoạt động của CBSơ đồ nguyên lý làm việc của CB thông thường được trình bày ở hình 6.2.1

Khi không bị sự cố quá tải hay ngắn mạch, lưỡng kim nhiệt và cuộn dây điện từ không tác động cơ cấu đóng ngắt, hệ thống tiếp điểm vẫn đóng và mạch điện làm việc bình thường.

Khi xảy ra quá tải ở mạch điện, dòng điện tăng lên quá trị số chỉnh định trước, lưỡng kim nhiệt bị đốt nóng cong lên tác động cơ cấu đóng ngắt làm hệ thống tiếp điểm của CB mở ra, mạch điện được bảo vệ.

Khi xảy ra ngắn mạch, dòng điện tăng vọt đến trị số rất lớn, cuộn dây sinh ra một lực điện từ đủ mạnh tác động cơ cấu đóng ngắt làm tiếp điểm của CB nhanh chóng mở ra một cách dứt khoát, mạch điện được bảo vệ.

Hình 6.2 Nguyên lý làm việc của CB

43

e). Cấu tạo của các CB thông dụng

Như hình 6.2.2 là cấu trúc điển hình của một aptomat. Về mặt cấu tạo aptomat gồm 5 bộ phận chính, đó là:

- (1) Vỏ hộp (Molded Case).

- (2) Tiếp điểm (Contacts).

- (3) Buồng dập hồ quang (Arcing chamber kit).

- (4) Cơ cấu tác động cơ khí (Operating Mechanism).

- (5) Cơ cấu bảo vệ (Trip Uni) thường gọi là móc bảo vệ.

Hình 6.3. Cấu tạo của CB

Vỏ hộp (1)Là một kết cấu cách điện để lắp các thiết bị của một CB. Vật liệu thường được

sử dụng là nhựa chịu nhiệt như thủy tinh- polymer (glass-polymer). Cấu trúc của vật liệu phụ thuộc vào các thông số định mức của CB như điện áp định mức, dòng điện định mức, công suất cắt và kích cỡ vật lý của CB.

Tiếp điểm (2) Tiếp điểm của CB thường có cấu tạo dạng ngón như (hình 6.2.2). Kết cấu này

có hai ưu điểm đó là: 44

+ Khi đóng mở, có một khoảng thời gian tiếp điểm động tỳ và trượt lên tiếp điểm tĩnh tạo điều kiện cho các chất bẩn trên bề mặt tiếp điểm bị cạo sạch.

+ Ưu điểm lớn nhất của tiếp điểm dạng này là khi ngắn mạch, ngoài lực kéo về của lò xo phản hồi còn có thêm lực điện động tạo bởi hai dòng điện song song ngược chiều trong hai phần tiếp điểm tĩnh và động. Lực này có xu hướng kéo 2 tiếp điểm rời xa nhau, kết quả là thời gian cắt của CB bé (có thể chỉ khoảng 4ms) làm hạn chế được dòng điện ngắn mạch.

Tiếp điểm gồm có tiếp điểm hồ quang, tiếp điểm động, tiếp điểm tĩnh. Do yêu cầu tiếp điểm phải có điện trở tiếp xúc nhỏ và vật liệu làm tiếp điểm phải chịu nhiệt khi ngắn mạch nên đòi hỏi tiếp điểm phải làm bằng chất liệu đặc biệt. Người ta đã chế tạo ra tiếp điểm làm bằng hợp kim bạc với tỉ lệ bạc nguyên chất cao. Ngoài ra, còn một số tiêu chuẩn về tăng tốc độ tách tiếp điểm và dập hồ quang nhằm hạn chế được hiện tượng cháy tiếp điểm, đảm bảo độ bền tiếp điểm. Nguyên tắc tách tiếp điểm bằng lực của “lẫy cò“ và thiết kế đặc biệt của hệ thống dập hồ quang có thể giải quyết được vấn đề trên. Từ thiết kế của tiếp điểm, lực đóng của tiếp điểm và việc lựa chọn vật liệu làm tiếp điểm phải phù hợp và cân đối với nhau để đảm bảo thao tác của CB được an toàn trong khoảng điện áp định mức thay đổi từ 12V-450V.

Buồng dập hồ quang (3)Khi cắt mạch, hồ quang phát sinh ở tiếp điểm sinh ra nhiệt có thể làm hư hỏng

các tiếp điểm mặt khác quá trình ion hóa do hồ quang có thể có áp suất cao làm hư hỏng các bộ phận khác và vỏ của CB.

Cấu trúc của buồng dập hồ quang thường hình chữ U được làm bằng nhiều tấm thép ghép lại để chia nhỏ hồ quang, khuếch tán năng lượng hồ quang và dập tắt hồ quang nhanh chóng.

Cơ cấu tác động cơ khí (4)Gồm các bộ phận cơ khí giúp cho việc đóng mở bằng tay của tiếp điểm. Có ba

trạng thái của cơ cấu tác động bằng tay: đóng (ON), mở (OPEN) và trạng thái sau tác động bảo vệ (tripped).

Cơ cấu bảo vệ (5)Tích hợp bên trong nó là các cơ cấu quan trọng khác như cơ cấu đóng ngắt, cơ

cấu thanh lưỡng kim nhiệt bảo vệ quá tải, cơ cấu ngắt điện từ.

Đây là trung tâm của một CB, là các phần tử mà nhờ nó việc tác động tự động của CB được thực hiện. CB sẽ tác động trong các trường hợp sau: khi nhấn nút “PUSH TO TRIP”, khi thành phần cảm biến quá dòng bằng lưỡng kim hay cuộn dây điện từ tác động (đối với CB thông thường) hoặc tác động khi có sự cố chạm vỏ

45

(ELCB, RCCB)…hình .trình bày cấu tạo của một móc bảo vệ tác động bằng lưỡng kim nhiệt và nam châm cuộn dây điện từ. Quá trình tác động khi có sự cố quá dòng do quá tải hay ngắn mạch, tác động bằng lưỡng kim nhiệt và nam châm điện từ được trình bày trên hình (3.9)

Hình 6.4. Cấu tạo của móc bảo vệ

Hình 6.5. Quá trình tác động bằng lưỡng kim nhiệt và cuộn dây điện từ

46

Các cơ cấu quan trọng khácCơ cấu đóng ngắt

Cơ cấu đóng ngắt phải được thiết kế tốt nhằm đảm bảo tất cả các cực của CB được đóng ngắt cùng một lúc, chắc chắn và chính xác. Điều đó đảm bảo thao tác tin cậy, thậm chí trong môi trường khắt khe và chế độ làm việc dài hạn.

Cơ cấu thanh lưỡng kim nhiệt bảo vệ quá tảiCơ cấu ngắt khi quá tải phụ thuộc vào hoạt động theo nguyên tắc của thanh

lưỡng kim nhiệt gồm hai thanh kim loại xếp chồng lên nhau. Vì có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau, hai thanh kim loại này sẽ giãn nở với mức độ khác nhau khi bị đốt nóng và cong lên. Độ cong của nó phụ thuộc trực tiếp vào độ nóng, độ nóng này phụ thuộc vào cường độ dòng điện và thời gian dòng điện chạy qua. Sau khi cong đến một mức độ xác định (hay nhiệt độ nhất định) thanh lưỡng kim sẽ tác động tới cơ cấu đóng cắt. Thường thì thanh lưỡng kim được nối tiếp với mạch điện chính và được đốt nóng trực tiếp. Trong trường hợp hoạt động với dòng nhảy lớn hơn dòng định mức thì cần một băng đốt nóng phụ trợ cuốn quanh thanh kim loại.

Cơ cấu ngắt điện từHệ thống đóng ngắt theo cơ cấu điện từ có một bộ phận cơ bản là cuộn dây mà

dòng tải sẽ chạy qua. Cuộn dây có một lõi sắt cố định và lõi chuyển động. Nếu dòng điện vượt quá một giá trị xác định trước, cuộn dây sinh ra một lực điện từ đủ mạnh để thắng lực giữ của lò xo và hút phần ứng. Cơ cấu đóng ngắt lúc đó được tác động bằng một cần đóng ngắt làm tiếp điểm của CB nhanh chóng mở ra.

Khi sử dụng loại CB cổ điển với cơ cấu đóng ngắt khá chậm, nên có sự chậm trễ nhất định khi vận hành do phải qua rất nhiều khâu như: lực lò xo, đường chuyển động. CB hạn chế dòng điện khắc phục những nhược điểm trên do được chế tạo trên nguyên tắc “lẫy cò“. Nguyên tắc “lẫy cò“ dựa trên hoạt động của một nam châm, sử dụng lực điện từ tích lũy ngay từ khoảnh khắc đầu tiên khi dòng ngắn mạch chạy qua để trực tiếp tách các tiếp điểm, các tiếp điểm được nhanh chóng tách ra một cách dứt khoát và tạo ra điện áp hồ quang lớn là tiền đề để hạn chế dòng ngắn mạch một cách cực kỳ hiệu quả.

Điểm đấu dâyĐể kinh tế và tiết kiệm thời gian, điểm đấu dây CB được thiết kế theo yêu cầu

này gọi là cọc đấu dây hai chức năng: đấu được cả thanh cái và dây dẫn cùng lúc nên giảm thời gian đấu dây xuống một nửa.

Khung của cọc đấu dây được để ở vị trí mở, nằm lõm sâu vào vỏ nhựa. Khi mở vít và đẩy xuống, nó sẽ rơi xuống và tạo thành lỗ để đút dây vào, sau đó bắt vít đồng

47

thời phía trên có thể kẹp thành cái răng lược. Khung đấu dây rộng đảm bảo việc đấu nối an toàn với tiết diện dây cho phép lớn hơn so với yêu cầu trong các hệ tiêu chuẩn.

f). Điều kiện lựa chọn CB Các đặc tính điện của lưới điện mà CB được đặt vào

Điện áp định mức Ue + Ue ≥ Uđm mạng + Umạng

Ở đây: Ue là điện áp định mức của CB, Ue là độ tăng điện áp cho phép của CB,

Uđm mạng điện áp định mức của mạng điện nơi thiết bị và CB được lắp đặt, Umạng là độ chênh lệch điện áp có thể có của mạng so với điện áp định mức trong điều kiện vận hành.

Dòng điện định mứcKr In ≥ Ilv max

Ở đây: In là dòng điện định mức của CB, Ilv max là dòng điện làm việc lâu dài cực đại của phụ tải, Kr là hệ số hiệu chỉnh (Kr = 0 – 0,8 đối với cơ cấu bảo vệ nhiệt, Kr = 0 – 0,8 đối với cơ cấu bảo vệ điện từ).

Tần số

fn ≥ fmạng

Khả năng cắt dòng ngắn mạchIcu (hoặc Icn ) ≥ I3

N

Ở đây: Icu là dòng cắt ngắn mạch định mức đối với CB công nghiệp và Icn là dòng cắt ngắn mạch định mức đối với CB dân dụng.

Đặc tuyến ngắt dòng: phù hợp với thiết bị được bảo vệ. Môi trường sử dụng: nhiệt độ xung quanh, lắp đặt trong/ ngoài tủ, các điều

kiện khí hậu. Các yêu cầu khai thác: tính chọn lọc, các yêu cầu như điều khiển từ xa, các

công tắc tơ phụ, các cuộn dây tác động phụ, có đưa thêm vào hệ thống mạng tín hiệu nội bộ (thông tin, điều khiển và chỉ thị...).

48

6.5.2.ContactorContactor là khí cụ điện đóng cắt nhờ lực hút của cuộn dây. Contactor có thể

đóng được dòng điện không tải, dòng định mức hay dòng khởi động của động cơ. Nó có thể cắt dòng điện có tải hay quá tải nhẹ.

Contactor có hai vị trí: đóng – cắt, được chế tạo có số lần đóng - cắt lớn, tần số đóng có thể đến 1500 lần trong một giờ.

a) Phân loại

49

Hình 6.6. Contactor kiểu điện từ

Contactor hạ áp thường dùng kiểu không khí, phân ra nhiều loại như sau:

Theo nguyên lý truyền động, có contactor kiểu điện từ, có kiểu hơi ép, kiểu thuỷ lực. Thường gặp contactor kiểu điện từ. Contactor kiểu điện từ có các bộ phận chính như sau: hệ thống tiếp điểm chính, hệ thống dập hồ quang, cơ cấu điện từ, hệ thống tiếp điểm phụ.

Theo dòng điện, có contactor điện một chiều và contactor điện xoay chiều. Theo kiểu kết cấu có contactor hạn chế chiều cao và Contactor hạn chế

chiều rộng.

b) Các yêu cầu cơ bản của contactor Điện áp định mức Uđm là điện áp của mạch điện tương ứng mà tiếp điểm

chính phải đóng cắt. Dòng điện định mức Iđm là dòng điện định mức đi qua tiếp điểm chính trong

chế độ làm việc gián đoạn – lâu dài, nghĩa là ở chế độ này thời gian contactor ở trạng thái đóng không lâu quá 8 giờ. Nếu contactor được đặt trong tủ điện thì dòng điện định mức phải lấy thấp hơn 10% vì làm mát kém.

Khả năng đóng cắt: đó là khả năng cho phép dòng điện đi qua tiếp điểm chính khi cắt mạch hoặc khi đóng mạch.

Tuổi thọ của contactor: tuổi thọ của contactor được tính bằng số lần đóng mở, sau số lần đóng mở ấy contactor sẽ hỏng không dùng được nữa. Sự hư hỏng của nó có thể là do mất độ bền cơ khí hay độ bền điện. Độ bền cơ khí được xác định bởi số lần đóng cắt không tải contactor. Contactor

hiện đại đạt tuổi thọ cơ khí tới (10 đến 20) triệu lần thao tác.

50

Độ bền điện được xác định bởi số lần đóng cắt các tiếp điểm có tải định mức. Hiện nay đã có contactor đạt tuổi thọ tới 3 triệu lần thao tác.

Tần số thao tác: đó là số lần đóng cắt contactor trong một giờ. Tính ổn định lực điện động: contactor có tính ổn định lực điện động nghĩa

là tiếp điểm chính của nó cho phép một dòng điện lớn nhất đi qua mà lực điện động sinh ra không làm tách rời tiếp điểm. Quy định lấy dòng điện thử bằng 10 lần dòng điện định mức (10Iđm).

Tính ổn định nhiệt: contactor có tính ổn định nhiệt nghĩa là khi có dòng điện ngắn mạch chạy qua trong một khoảng thời gian cho phép, các tiếp điểm không bị nóng chảy và hàn dính lại.

Hệ thống tiếp điểm của contactorCác tiếp điểm của contactor phải chịu được độ mài mòn về điện và về cơ cấu

trong các chế độ làm việc nặng nề và có tần số thao tác lớn. Để đáp ứng yêu cầu đó tức là giảm độ mài mòn và để giảm điện trở tiếp xúc, cần phải chế tạo để các tiếp điểm có tiếp xúc đường.

d) Cấu tạo và nguyên lý làm việc của contactor kiểu điện từVề nguyên lý, contactor có cấu tạo cơ bản gồm: cuộn dây và mạch từ, hệ thống

tiếp điểm chính và buồng dập hồ quang, hệ thống tiếp điểm phụ. Cấu tạo chi tiết của contactor kiểu điện từ sử dụng điện xoay chiều như sau:

Mạch từ: Các lõi thép có hình dạng chữ E hoặc chữ II, nó gồm có những lá tôn silíc, có chiều dầy 0,35 mm hoặc 0,5 mm, ghép lại để tránh tổn hao dòng điện xoáy Foucault. Mạch từ thường chia làm hai phần: một phần được kẹp chặt cố định (phần tĩnh), phần còn lại là nắp (còn gọi là phần ứng hay phần động) được nối với hệ thống tiếp điểm qua hệ thống tay đòn.

Cuộn dây hút: cuộn dây có điện trở rất bé so với điện kháng. Dòng điện trong cuộn dây phụ thuộc vào khe hở không khí giữa nắp và lõi thép cố định. Kết quả là không được phép cho điện áp vào cuộn dây khi vì lý do nào đấy nắp bị giữ ở vị trí mở.

Các cuộn dây của phần lớn các contactor được tính toán sao cho được phép đóng ngắt tới 600 lần trong một giờ, ứng với hệ số đóng điện = 40%. Cuộn dây của contactor điện xoay chiều cũng có thể được cung cấp từ lưới điện một chiều.

Cơ cấu truyền động: phải có cấu tạo sao cho giảm được thời gian thao tác đóng ngắt tiếp điểm, nâng cao lực ép các tiếp điểm và giảm được tiếng kêu va đập.

Các tiếp điểm chính và buồng dập hồ quang: Các tiếp điểm chính của contactor khi làm việc phải chịu được dòng điện định

mức, dòng điện quá tải, ngắn mạch trong thời gian ngắn cũng như phải cắt được dòng điện có tải cũng như quá tải nên thường được trang bị buồng dập hồ quang.

51

Thường dòng điện định mức của contactor (tùy nhà chế tạo) có thể lên đến vài nghìn Ampe. Buồng dập hồ quang của các contactor hạ áp thường dùng phương pháp chia cắt hồ quang có thể kết hợp với việc thổi hồ quang bằng từ trường do kết cấu của các vách ngăn bằng vật liệu sắt từ. Ở điện áp cao buồng dập hồ quang có thể sử dụng phương pháp dập hồ quang trong chân không, trong dầu, khí áp suất cao…

Hệ thống tiếp điểm phụ: Để thuận tiện cho việc phối hợp điều khiển, các contactor còn được trang bị

các tiếp điểm phụ chỉ có thể đóng cắt mạch điều khiển hoặc làm tín hiệu cho các thiết bị điều khiển tự động, cảnh báo…có hai loại tiếp điểm phụ : tiếp điểm thường đóng (NC) và tiếp điểm thường hở (NO).

Nguyên lý làm việc: muốn đóng điện cho tải thì đóng khóa K trên mạch điều khiển, cuộn dây contactor sẽ sinh ra lực điện từ hút chập hai nửa mạch từ lại với nhau, vì nên lò xo bị nén lại đồng thời thanh truyền động sẽ kéo tiếp xúc động đóng chặt vào tiếp xúc tĩnh, khi đó tiếp điểm thường đóng mở ra còn tiếp điểm thường mở đóng lại làm cho mạch điện được nối liền. Muốn cắt điện khỏi tải, ngắt khóa K, cuộn dây điện áp mất điện, lực điện từ bị triệt tiêu, lò xo đẩy 2 nửa mạch từ cách xa nhau và tiếp xúc động tách rời khỏi tiếp xúc tĩnh, mạch điện được cắt.

Nguyên lý làm việc của contactor điện một chiều kiểu điện từ cũng tương tự như trên, thường chỉ khác hình dáng cấu tạo truyền động của mạch từ tới tiếp điểm. Cụ thể là contactor điện một chiều hầu hết dùng mạch từ kiểu súppáp có tiếp điểm động bắt chặt ngay vào nắp. Ngoài ra vì là điện một chiều nên mạch từ thường làm bằng sắt mềm, cuộn dây thường có dạng hình trụ tròn, có thể quấn sát vào lõi thép ít nóng hơn trường hợp điện xoay chiều

Ưu điểm

Kích thước gọn nhỏ, có thể tận dụng khoảng không gian hẹp để lắp đặt và thao tác mà cầu dao không thực hiện được. Điều khiển đóng cắt từ xa, có vỏ ngăn hồ quang phóng ra bên ngoài nên an toàn tuyệt đối cho người sử dụng, thời gian đóng cắt nhanh, vì những ưu điểm trên contactor được sử dụng rộng rãi điều khiển đóng cắt trong mạng điện hạ áp đặt biệt sử dụng nhiều trong các nhà máy công nghiệp.

52

Hình 6.7. Cấu tạo của Contactor

6.5.2. Rơle trung gianRơle là loại khí cụ điện tự động đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều

khiển sự làm việc của mạch điện.

Có nhiều cách phân loại rơle, thường có các cách phân loại chính như sau:

Hình 6.8. Rơle trung gian

Phân loại theo nguyên lý làm việc gồm có: rơle điện từ, rơle điện động, rơle từ điện (Manhêtô), rơle cảm ứng, rơle nhiệt, rơle điện tử, rơle bán dẫn

Phân loại theo đại lượng điện đi vào rơle gồm có: rơle dòng điện, rơle điện áp, rơle công suất, rơle tổng trở, rơle tần số, rơle lệch pha.

Phân loại theo dòng điện gồm có: rơle dòng điện một chiều và rơle dòng điện xoay chiều.

53

Phân loại theo giá trị và chiều của đại lượng đi vào rơle gồm có: rơle cực đại, rơle cực tiểu, rơle cực đại – cực tiểu, rơle sai lệch, rơle hướng.

a) Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Hình 6.9. Cấu tạo của rơle trung gian

Cấu tạo của chúng bao gồm các bộ phận chính sau đây :

1. Lõi thép.

2. Cuộn dây hút.

3. Phần động (phần ứng).

4. Lò xo cố định.

5. Hệ thống tiếp điểm (thường đóng và thường mở).

Các tiếp điểm thường mở của thiết bị chỉ đóng khi cuộn dây hút có điện và ngược lại các tiếp điểm thường đóng sẽ mở khi cuộn dây có điện, đóng khi mất điện.

Hệ thống các tiếp điểm có cấu tạo khác nhau và thường được mạ kẽm để đảm bảo tiếp xúc tốt. Các thiết bị đóng ngắt lớn có bộ phận dập hồ quang ngoài ra còn có thêm các tiếp điểm phụ để đóng mạch điều khiển.

Đặc điểm của rơle trung gian là không có cơ cấu điều chỉnh điện áp tác động, yêu cầu phải có tác động tốt khi điện áp vào cuộn dây dao động trong phạm vi ± 15% điện áp định mức.

54

6.5.3.Biến dòng.

Biến dòng là thiết bị biến đổi dòng điện có trị số lớn và điện áp cao xuống dòng điện tiêu chuẩn 5A hoặc 1A. Điện áp an toàn cho mạch đo lường và bảo vệ.

Hình 6.10. Sơ đồ biến dòng

Tải của biến dòng được đấu vào cuộn thứ cấp W2 của biến dòng và một đầu được nối đất. Thứ tự đầu cuối của các cuộn dây được phân biệt đánh dấu.

Các thông số cơ bản:

55

Điện áp định mức của lưới điện quyết định cách điện phía sơ cấp và thứ cấp của biến dòng.

Dòng điện sơ cấp và thứ cấp định mức là dòng điện làm việc dài hạn, theo phát nóng có dự trữ.

Hệ số biến đổi .

Đặc điểm làm việc của biến dòng khác với máy biến áp: Chế độ ngắn mach là chế độ làm việc bình thường của biến dòng. Còn máy

biến áp là sự cố. Khi làm việc cuộn dây thứ cấp của máy biến áp có thể hở mạch còn cuộn

dây thứ cấp của biến dòng thì không cho phép. Vì khi để hở mạch sẽ sinh ra điện thế nguy hiểm cho công nhân phục vụ và cách điện của biến dòng.

Từ cảm của biến dòng thay đổi còn từ cảm của máy biến áp là một hằng số. Dòng điện chạy trong cuộn thứ cấp của biến dòng không phụ thuộc vào phụ

tải mà chỉ phụ thuộc vào dòng điện sơ cấp, còn của máy biến áp thì phụ thuộc hoàn toàn vào phụ tải.

a)Phân loại biến dòng.Có rất nhiều loại biến dòng:

Theo tác dụng biến dòng có thể chia ra các nhóm sau: Biến dòng đo lường. Biến dòng cung cấp cho mạch bảo vệ (bảo vệ so lệch, bảo vệ chạm đất, bảo

vệ thứ tự không…). Biến dòng hổn hợp (đo lường và bảo vệ). Biến dòng thí nghiêm (có nhiều hệ số biến đổi và cấp chính xác cao). Biến dòng trung gian (để nối hai biến dòng có hệ số biến đổi khác nhau).

Theo nơi đặt biến dòng có thể chia ra: Biến dòng sử dụng trong nhà. Biến dòng sử dụng ngoài trời. Biến dòng đặt ở các nơi đặc biệt, ví dụ như đặt trên tàu thủy, xe lửa điện…

Theo số vòng dây của cuộn sơ cấp biến dòng có hai kiểu: Kiểu thanh hoặc một vòng dây. Kiểu nhiều vòng dây.

Theo vật liệu cách điện giữa các cuộn dây biến dòng có thể chia ra: Sứ cách điện. Bakelit. Không khí và khí. Giấy ngâm dầu. Nhựa đúc.

56

Theo kết cấu biến dòng có thể chia ra các loại sau: Biến dòng kiểu ống dây. Biến dòng kiểu thanh góp. Biến dòng kiểu bình. Biến dòng kiểu số 8. Biến dòng kiểu chữ U. Biến dòng kiểu chữ C.

Theo tần số chia ra: Biến dòng sử dụng tần số công nghiệp (50Hz). Biến dòng tần số biến thiên sử dụng trên tàu thủy. Biến dòng tần số 499 – 800Hz…

6.5.4.Đèn báo pha.

Hình 6.11.Đèn báo

57

6.5.5.Đồng hồ hiển thị Von.

Hình 6.12..Đồng hồ hiển thị von

58

6.5.6.Đồng hồ hiển thị Ampe.

Hình 6.13.Đông hồ hiển thị ampe

59

6.5.7.BỘ Điều Khiển Bù QR-W6 & & Hướng Dẫn Sử Dụng

Hình 6.14.Bộ điều khiển QR –W6

60

Hình 6.15.Sơ đồ đấu nối bộ điều khiểnMô tả hoạt động:

Khi được cấp điện, bộ điều khiển sẽ hoạt động ở chế độ tự động. Màn hình sẽ hiện thị trị số cosφ của phụ tải hoặc hiển thị L o C (viết tắt của low current) nếu đang không tải hay tải ≤ 1% giá trị định mức.

Bộ điều khiển sẽ so sánh trị số cosφ của phụ tải với các giá trị ngưỡng đóng và ngưỡng cắt được lập trình sẵn để tiến hành đóng/cắt tụ bù. Đèn Wait sẽ nhấp nháy khi bộ điều khiển đang tiến hành đóng/cắt tụ bù theo thời gian trễ đóng/cắt đã được lập trình. Các cấp tụ bù được đóng/cắt theo thứ tự xoay vòng.

Trong chế độ tự động, có thể theo dõi trị số điện áp và dòng điện phụ tải bằng cách nhấn nút [∆/Display], khi đó màn hình sẽ hiển thị các trị số cosφ, điện áp, dòng điện theo mỗi lần nhấn nút như sau:

cosφ → điện áp → dòng điện → luân phiên → cosφ → điện áp →…

(Cách hiển thị luân phiên cho phép tuần tự theo dõi trị số cosφ, điện áp, dòng điện mà không cần phải nhấn nút nữa).

Để dễ nhận biết, trị số cosφ sẽ hiện thị L X X ứng với tải có tính điện cảm hoặc hiển thị c X X ứng với tải có tính điện dung, hoặc 1 0 0 ứng với tải điện trở. Trị số điện áp sẽ hiển thị X X X ● (có dấu chấm ở cuối). Trị số dòng điện sẽ hiển thị X ● X X (dấu chấm sau số đầu tiên).

Ví dụ: L 8 2 ↔ trị số cosφ = 0,82 cảm.

c 9 3 ↔ trị số cosφ = 0,93 dung.

2 2 5 ● ↔ trị số điện áp = 225V

2 ● 7 4 ↔ trị số dòng điện = 2,74A.

61

Có thể chuyển sang chế độ đóng bằng tay (để thử contactr, tụ bù…) bằng cách nhấn nút [ Mode/Prog.] khoảng 0,5 giây. Đèn Manual sẽ sáng. Lúc này có thể đóng tụ bù bằng cách nhấn nút [∆/Display] hoặc cắt tụ bù bằng cách nhấn nút [∇]. Trở về chế độ tự động bằng cách nhấn nút [ Mode/Prog.] khoảng 0,5 giây.

Chức năng bảo vệ quá áp: khi điện áp cao hơn giá trị ngưỡng qua áp, đèn Over voltage sẽ sáng, bộ điều khiển sẽ tiến hành cắt các tụ bù đang đóng ra khỏi lưới điện để tránh hư hỏng cho tụ bù.

a. Lập trình các thông số.Nhấn nút [ Mode/Prog.] khoảng 1 giây, bộ điều khiển sẽ chuyển vào chế độ

lập trình. Màn hình sẽ hiển thị các thông số A, b, C, d, E, F và các giá trị cài đặt 1, 2, 3, 4 ứng vói các thông số đó. Nhấn nút [ Mode/Prog.] để chọn thông số A hoặc b…nhán nút [∆/Display] hoặc [∇] để chọn giá trị 1 hoặc 2… cho từng thông số. Sau đây là ý nghĩa của từng thong số:

Ngưỡng đóng A: thông số A xác định ngưỡng đóng của bộ điều khiển. Chọn 1 trong 3 giá trị theo bảng sau:

A - 1 Ngưỡng đóng cosφ = 0.85 cảm

A - 2 Ngưỡng đóng cosφ = 0.90 cảm

A - 3 Ngưỡng đóng cosφ = 0.95 cảm

Ngưỡng cắt b: thông số b xác định ngưỡng cắt của bộ điều khiển. Chọn 1 trong 3 giá trị theo bảng sau:

b – 1 Ngưỡng cắt cosφ = 0.95 cảm

b – 2 Ngưỡng cắt cosφ = 1.00

b – 3 Ngưỡng cắt cosφ = 0.95 dung

Thời gian đóng C: thông số C xác định thời gian trễ khi đóng của bộ điều khiển. Chọn 1 trong 4 giá trị theo bảng sau:

C – 1 Thời gian đóng = 5 giây62

C – 2 Thời gian đóng = 10 giây

C – 3 Thời gian đóng = 20 giây

C - 4 Thời gian đóng = 40 giây

Thời gian cắt d: thông số d xác định thời gian trễ khi cắt của bộ điều khiển. Chọn 1 trong 4 giá trị theo bảng sau:

d – 1 Thời gian cắt = 30 giây

d – 2 Thời gian cắt = 60 giây

d – 3 Thời gian cắt = 90 giây

d – 4 Thời gian cắt = 120 giây

Ngưỡng bảo vệ quá áp E: thông số E xác định ngưỡng bảo vệ quá áp của bộ điều khiển. Chọn 1 trong 4 giá trị theo bảng sau:

E – 1 Ngưỡng quá áp = 235 V

E – 2 Ngưỡng quá áp = 240 V

E – 3 Ngưỡng quá áp = 245 V

E – 4 Ngưỡng quá áp = 250 V

Số cấp hoạt động F: thông số F xác định số lượng các cấp cho phép hoạt động của bộ điều khiển. Chọn 1 trong 4 giả trị theo bảng sau:

63

F – 1 Số cấp = 3

F – 1 Số cấp = 4

F – 1 Số cấp = 5

F – 1 Số cấp = 6

Sau khi đã chọn các giá trị cài đặt, nhấn nút [ Mode/Prog.] khoảng 1 giây, bộ điều khiển sẽ ra khỏi chế độ lập trình và lưu các giá trị cài đặt mới vào bộ nhớ. Đây là loại non – volatile – memory không bị mất nội dung dù cho nguồn điện bị ngắt.

64

e. Các đặc trưng kỹ thuật chính:

Bảng 6.1: Thông số kỹ thuật của bộ điều khiển bù

Điện áp hoạt động AC220V ± 15%, 45 ~ 65 Hz

Công suất tiêu thụ 10VA

Quy cách cầu chì đề nghị 250V, 2A, có thời gian trễ. Lắp ngoài.

Quy cách máy biến dòng Dòng thứ cấp định mức 5A.

Khả năng đóng cắt của tiếp điểm relay AC400V/DC120V 2A tải trở 120.000 lần tác động

Thứ tự động cắt Xoay vòng 1.1.1.1

Độ chính xác 1.0%

Kích thước cắt tủ điện 138x138mm

Dải nhiệt độ/độ ẩm vận hành -10C ~ 350C, 10% ~ 85% RH

Cấp bảo vệ IP 66

6.5.8.Tụ

6.5.9.Nút nhấn.

65

Nút nhấn được dự kiến với nhiều nhóm tiếp điểm thường đóng và thường mở. Màu của nút nhấn cũng có thể là màu xanh, đỏ, đen, hay không màu trong suốt. Các nút nhấn được dùng để ngưng sự làm việc của mạch điện tương ứng cần phải có màu đỏ. Các cực của nút nhấn được đánh số rõ những tiếp điểm thường đóng và thường mở.

Nút nhấn còn gọi là nút điều khiển, là một loại khí cụ điện dùng để đóng, ngắt từ xa các thiết bị điện từ khác nhau, các dụng cụ báo hiệu và cũng để chuyển đổi các

66

mạch điện điều khiển, tín hiệu, liên động, bảo vệ… ở mạch điện một chiều điện áp đến 440V và mạch điện xoay chiều điện áp đến 500V, tần số 50 Hz.

Nút nhấn được thông dụng để khởi động, dừng, đảo chiều quay động cơ điện bằng cách đóng hoặc ngắt mạch các cuộn dây hút của contactor, khởi động từ mắc ở mạch động lực của động cơ. Nút nhấn thường đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút nhấn.

Nút nhấn thường được nghiên cứu chế tạo để làm việc trong các môi trường không ẩm ướt, không có hơi hóa chất và bụi bẩn. Nút nhấn có thể bền tới 1.000.000 lần đóng không tải và 200.000 lần đóng ngắt có tải.

a) Phân loại và cấu tạo. Theo hình dạng bên ngoài nút nhấn được chia ra làm bốn loại:

Loại hở. Loại bảo vệ. Loại bảo vệ chống nước và chống bụi. Loại bảo vệ chống nổ.

Theo yêu cầu điều khiển, nút nhấn được chia loại 1 nút, 2 nút, 3 nút. Theo kết cấu bên trong, nút nhấn có loại có đèn báo và loại không có đèn

báo.Nút nhấn kiểu bảo vệ chống nước được đặt trong một vỏ hộp làm khít để tránh

nước lọt vào.Nút nhấn kiểu bảo vệ chống nước, bụi được đặt trong vỏđể chống ẩm và bụi lọt

vào.Nút nhấn kiểu chống nổ được dùng trong các hầm lò (mỏ than) hoặc ở các nơi

có các khí nổ lẫn trong không khí. Cấu tạo của nó đặc biệt kín khít để không lọt được tia lửa ra ngoài và đặc biệt vững chắc để không bị phá vỡ khi nổ.

Hình.6.16. Cấu tạo của nút nhấn1 – 2: tiếp điểm thường đóng (NC)1 – 4: tiếp điểm thường mở (NO)

67

6.6.1. Cầu chì.

Cầu chì là một loại khí cụ điện dùng để bảo vệ thiết bị và lưới điện tránh sự cố ngắn mạch, thường dùng để bảo vệ cho đường dây dẫn, máy biến áp, động cơ điện, thiết bị điện, mạch điện điều khiển, mạch điện thấp sang.

Cầu chì có các đặc điểm là đơn giản, kích thước bé, khả năng cắt lớn và giá thành hạ nên được ứng dụng rộng rãi.

Các tính chất và yêu cầu của cầu chì: Cầu chì có đặc tính làm việc ổn định, không tác động khi có dòng điện mở

máy và dòng điện định mức lâu dài đi qua.68

Khi có sự cố ngắn mạch, cầu chì tác động phải có tính chọn lọc. Việc thay thế cầu chì bị cháy phải dễ dàng và tốn ít thời gian.

a) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động. Cấu tạo:

Phần tử ngắt mạch: đây chính là phần chính của cầu chì, phần tử này phải có khả năng cảm nhận được giá trị hiệu dụng của dòng điện qua nó. Phần tử này có giá trị điện trở suất bé (thường bằng bạc, đồng hay các vật liệu dẫn có giá trị điện trở suất nhỏ lân cận với các giá trị nêu trên…). Hình dạng của phần tử có thể ở dạng là một dây (tiết diện tròn), dạng băn mỏng.

Thân của cầu chì: thường bằng thủy tinh, ceramic (sứ gốm) hay các vật liệu khác tương đương. Vật liệu tạo thành thân của cầu chì phải đảm bảo được hai tính chất:

o Có độ bền cơ khí.o Có độ bền về điều kiện dẫn nhiệt và chịu đựng được các sự thay đổi nhiệt

độ đột ngột mà không hư hỏng. Vật liệu lấp đầy (bao quanh phần tử ngắt mạch trong thân cầu chì): thường

bằng vật liệu silicat ở dạng hạt, nó phải có khả năng hấp thu được năng lượng sinh ra hồ quang và phải đảm bảo tính cách điện khi xảy ra hiện tượng ngắt mạch.

Các đầu nối: các thành phần này dùng định vị cố định cầu chì trên các thiết bị đóng ngắt mạch; đồng thời phải đảm bảo tính tiếp xúc điện tốt.

Nguyên lý hoạt động. Đặc tính cơ bản của cầu chì là sự phụ thuộc của thời gian chảy đứt với dòng

chạy qua (đặt tính ampe – giây). Để có tác dụng bảo vệ, đường ampe – giây của cầu chì tại mọi thời điểm phải thấp hơn đặc tính của đối tượng cần bảo vệ.

Đối với dòng điện định mức của cầu chì: năng lượng sinh ra do hiệu ứng Joule khi có dòng điện định mức chạy qua sẽ tỏa ra môi trường và không gây nên sự nóng chảy, sự cân bằng nhiệt sẽ được thiết lập ở một giá trị mà không gây sự già hóa hay phá hỏng bất cứ phần tử nào của cầu chì.

Đối với dòng điện ngắn mạch của cầu chì: sự cân bằng trên cầu chì bị phá hủy, nhiệt năng của cầu chì tăng cao và dẫn đến sự phá hủy cầu chì.

b)Các đặc tính điện của cầu chì. Điện áp định mức là giá trị điện áp hiệu dụng xoay chiều xuất hiện ở hai đầu

cầu chì (khi cầu chì ngắt mạch), tần số của nguồn điện trong phạm vi 48Hz đến 62Hz.

Dòng điện định mức là giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều mà cầu chì có thể tải liên tục thường xuyên mà không làm thay đổi đặc tính của nó.

69

Dòng điện cắt cực tiểu là giá trị nhỏ nhất của dòng điện sự cố mà dây chì có khả năng ngắt mạch. Khả năng cắt định mức là giá trị của dòng điện ngắn mạch mà cầu chì có thể cắt

c. Tính toán dung l ượng tụ: Ta đo dòng điện là 3.6 AĐiện áp định mức là 380VTừ các số liệu trên ta chọn được các khí cụ điện như sau:1.1Chọn CB:1.1.1 Chọn CB tổng:Kiểu: LSIđm = 20 (A)IN = 2.5 (kA)Số lượng: 2 cái1.1.2 Chọn CB đóng cắt các cấp tụ:Kiểu LSIđm = 10 (A)Uđm = 250 (V) IN = 2.5 (kA)Số lượng: 5 cái1.2 Chọn Contactor:Kiểu LSUđm = 240 (V)Iđm = 4(A)Số lượng: 6 cái1.3 Tính toán dung lượng tụ:-Đấu tụ theo hình Y-Hệ số công suất trước khi bù: => -Hệ số công suất của tải sau khi bù mong muốn là: => -Dòng điện đo được I=1,775A-Công suất của tổng tải:

= (W)=0.490673(KW)-Vậy tổng công suất phản kháng cần bù trên 3 pha là:

=0.490673.(2.16-0.619)=0.756 (KVAr)

-Công suất phản kháng 1 pha là: Qbù 1 pha =

70

Ta có: Qbù 1 pha =

C=

Vì tụ đấu Y nên C1tu =

Trong thực tế dung lượng tụ không bằng dung lượng ghi trên nhãn và không có tụ có dung lượng như tính toán, nên ta có thể chọn tụ lớn hơn 1 ítVậy ta chọn 6 cấp 3

6.7:Mạch điều khiển và động lực của tủ tụ bù 6 cấp công suất 2kvar

71

6.8. Sơ đồ đấu nối thiết bị trong mô hình

6.9: Sơ đồ bố trí thiết bị mặt ngoài của tủ

72

73

6.10:Sơ đồ bố trí thiết bị mặt trong của tủ

74

6.11:Hình ảnh tủ tụ tụ bù 6 cấp công suất 2kvar

75

6.12:Sơ đồ bố tri hộp chứa tụ bù

76

6.13:Hình ảnh thực tế của hộp chứa tụ bù

6.14.Hình ảnh thi công và lắp đặt tủ tụ bù

77

78

79

80

81