Chức năng, nguyên lý làm việc và tính toán công suất của dàn tụ điện

1. Nguyên tắc làm việc cơ bản

Hầu hết các phụ tải điện trong hệ thống điện công nghiệp là tải cảm ứng, chẳng hạn như động cơ không đồng bộ, máy biến áp, máy hàn, đèn huỳnh quang và nam châm điện. Về mặt điện, những tải này có thể được coi là sự kết hợp giữa điện trở và điện cảm mắc nối tiếp. Kết quả là dòng điện tải trễ hơn điện áp, tạo ra một lượng lớn dòng điện phản kháng cảm ứng và công suất phản kháng.

 

Dòng điện tổng trong mạch gồm hai thành phần:

Dòng điện hoạt động, cùng pha với điện áp và thực hiện công có ích như dẫn động động cơ và sinh nhiệt;

 

Dòng điện phản ứng, làm chậm điện áp 90 độ và chỉ được sử dụng để thiết lập và duy trì các trường điện từ mà không tạo ra công.

Mặc dù dòng điện phản kháng không tạo ra công suất đầu ra hữu ích nhưng nó vẫn chiếm công suất máy biến áp và đường dây, làm tăng tổn thất hệ thống và làm giảm chất lượng điện năng tổng thể. Đây là một trong những nguyên nhân chính gây lãng phí năng lượng trong hệ thống điện công nghiệp.

 

Ngược lại, dòng điện của tụ điện dẫn trước điện áp 90 độ, ngược pha với dòng điện phản kháng cảm ứng. Khi các tụ điện được mắc song song với các tải cảm ứng, dòng điện phản kháng điện dung sẽ bù một phần hoặc toàn bộ dòng điện phản kháng cảm ứng, nhờ đó đạt được sự bù công suất phản kháng. Đây là nguyên lý hoạt động cơ bản của tụ điện.

2. Chức năng cốt lõi của dãy tụ điện

ngân hàng tụ điệnđược sử dụng rộng rãi trong-hệ thống phân phối điện công nghiệp điện áp thấp để cải thiện hệ số công suất, giảm tổn thất công suất phản kháng, nâng cao chất lượng điện năng và tiết kiệm năng lượng.

 

Chức năng chính của chúng bao gồm:

• Cải thiện hệ số công suất

Công suất phản kháng điện dung do tụ điện tạo ra bù cho công suất phản kháng cảm ứng của tải, giảm độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện và cải thiện hiệu quả hệ số công suất của hệ thống.

 

• Giảm tổn thất đường dây và ngăn ngừa quá tải

Bằng cách giảm dòng điện phản kháng không cần thiết trong hệ thống, tổng dòng điện trên đường dây sẽ giảm tương ứng, giúp giảm tổn thất điện năng trong cáp và máy biến áp, đồng thời giúp ngăn ngừa tình trạng quá tải do công suất phản kháng quá mức gây ra.

 

• Ổn định điện áp lưới

Tải cảm ứng nặng thường gây sụt áp và dao động điện áp, có thể ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của thiết bị điện. Bù tụ điện giúp ổn định điện áp đầu cuối và cải thiện độ tin cậy của nguồn điện.

 

• Giải phóng công suất máy biến áp

Công suất phản kháng chiếm một phần công suất định mức của máy biến áp, hạn chế khả năng cung cấp công suất tác dụng của máy biến áp. Việc bù công suất phản kháng giúp giải phóng công suất máy biến áp và cải thiện hiệu suất sử dụng thiết bị.

 

3. Cấu trúc và vận hành tủ Đặc trưng

3.1 Thành phần chính

Bộ tụ điện hạ thế{0}}tiêu chuẩn chủ yếu bao gồm:

• Vỏ tủ
• Thanh cái
• Bộ ngắt mạch
• Công tắc cách ly
• Công tắc tơ AC
• Rơle nhiệt
• Thiết bị chống sét
• Tụ bù
• Lò phản ứng loạt
• Bộ điều khiển hệ số công suất tự động
• Dụng cụ đo lường
• Hệ thống dây điện sơ cấp và thứ cấp
• Khối thiết bị đầu cuối

 

3.2 Đặc điểm vận hành

Bộ tụ bù hoạt động tự động trong điều kiện bình thường và nhìn chung không cần can thiệp thủ công thường xuyên. Nó khởi động và dừng cùng với hệ thống cấp điện chính.

 

Tính năng thông minh- tích hợp sẵnbộ điều khiểnliên tục theo dõi tình trạng tải và hệ số công suất của hệ thống trong thời gian thực. Theo nhu cầu công suất phản kháng, nó sẽ tự động bật hoặc tắt các dàn tụ điện để duy trì trạng thái bù tối ưu và giảm thiểu tổn thất công suất phản kháng.

 

Để bảo trì định kỳ, cần tiến hành kiểm tra thường xuyên để kiểm tra:

• Tụ điện rò rỉ dầu hoặc sưng tấy
• Tiếng ồn bất thường hoặc quá nóng
• Kết nối dây lỏng lẻo
• Cáp bị lão hóa hoặc các bộ phận bị hư hỏng

 

4. Mối nguy hiểm của hệ số công suất thấp (Công suất phản kháng quá mức)

Nếu không lắp đặt bù công suất phản kháng trong hệ thống có tải cảm ứng lớn, hệ số công suất sẽ giảm đáng kể, dẫn đến các vấn đề sau:

• Dòng điện cao hơn làm tăng tổn thất nhiệt trong cáp và máy biến áp, dẫn đến tiêu thụ năng lượng nhiều hơn và lãng phí điện năng;
• Sụt áp quá mức gây ra điện áp lưới không ổn định, giảm sút, có thể ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của các thiết bị điện;
• Công suất phản kháng chiếm dụng công suất máy biến áp và hạn chế công suất tác dụng khả dụng, làm giảm hiệu suất sử dụng các thiết bị phân phối điện.

 

5. Phương pháp tính toán công suất bồi thường cần thiết

Phương pháp định cỡ theo kinh nghiệm cho các ứng dụng công nghiệp

Trong các ứng dụng kỹ thuật thực tế, công suất bù cần thiết thường được lấy bằng khoảng một-công suất định mức của máy biến áp (đơn vị: kVAR).

Tùy thuộc vào đặc tính tải thực tế và điều kiện vận hành, công suất bù thường nằm trong khoảng từ 30% đến 40% công suất định mức của máy biến áp.

 

Ví dụ

Đối với máy biến áp phân phối 200 kVA:

Công suất bù đề xuất:

200 × (30% ~ 40%)=60 ~ 80 kVAR

Do đó, bộ tụ điện có công suất từ ​​60 kVAR đến 80 kVAR thường được khuyến nghị nên đáp ứng-các yêu cầu bù công suất phản kháng tại chỗ.