Mối liên hệ giữa hệ số công suất và bù công suất phản kháng

Bạn đã bao giờ gặp phải vấn đề khó hiểu này chưa? Bạn đã lắp đặt thêm các tụ bù để cải thiện chất lượng điện - nhưng chi phí điện lại tăng chứ không giảm. Nguyên nhân kỹ thuật tiềm ẩn đằng sau kết quả phản trực giác này là gì? Trong phần này, chúng tôi chia nhỏ các nguyên tắc cơ bản cốt lõi của hệ số công suất và bù công suất phản kháng, hướng dẫn bạn cách tính toán công suất bù và phác thảo các biện pháp thực tế để giảm thiểu và ngăn ngừa nguy cơ cộng hưởng.

 

Hệ số công suất phụ thuộc vào tải-. Trong các mạch điện một chiều, hệ số công suất luôn chính xác bằng 1, vì vậy khái niệm này không có ý nghĩa về mặt chức năng. Khi chúng ta bước vào thế giới nguồn điện xoay chiều, hệ số công suất sẽ phát huy tác dụng - và hầu như luôn nhỏ hơn 1.

 

Hệ số công suất được định nghĩa chính thức là tỷ số giữa công suất tác dụng và công suất biểu kiến.

Sức mạnh hoạt động: Năng lượng điện thực tế mà thiết bị tiêu thụ để tạo ra công việc thực tế, hữu ích.

Công suất phản kháng: Nó không bao giờ bị tải sử dụng hết; thay vì. Đó là năng lượng liên tục luân chuyển và dao động không ngừng trong lưới điện.

Mối quan hệ hình học giữa ba đại lượng tuân theo công thức sau:

                                                     P²+Q²=S²(Công suất tác dụng² + Công suất phản kháng²=Công suất biểu kiến²)

2. Tại sao chúng ta cần bù công suất phản kháng?

 

Hệ số công suất về cơ bản được xác định bởi đặc tính điện dung và cảm ứng của đường dây và tải điện của bạn.

Không giống như thiết bị-người dùng cuối thông thường, tụ điện và cuộn cảm đều tiêu thụ và lưu trữ năng lượng điện tạm thời. Trong hầu hết các tình huống thực tế, năng lượng tiêu thụ của chúng vượt xa khả năng dự trữ của chúng. Tuy nhiên, điều này vẫn tạo ra một phần dòng điện chạy qua hệ thống nhưng không thực hiện công gì hữu ích cả.

 

có thể hỏi:Có vấn đề gì với tôi nếu nguồn điện không thực sự hoạt động?

Mặc dù nó có vẻ không liên quan đến bạn nhưng nó lại là mối quan tâm hàng đầu đối với các nhà máy điện và lưới điện. Khi máy phát điện hoạt động trong giới hạn dòng điện an toàn, hệ số công suất thấp hơn sẽ trực tiếp làm giảm lượng điện năng hữu ích và hiệu quả mà nó có thể cung cấp. Vì điện được tính phí riêng cho mức tiêu thụ điện năng hoạt động. Năng lượng phản kháng lãng phí công suất phát điện và cơ sở hạ tầng lưới điện có giá trị - trong khi hoàn toàn không mang lại doanh thu cho các nhà cung cấp điện.

 

Hãy nghĩ theo cách này: nó giống hệt như việc đi tàu điện ngầm. Một hành khách mua một vé, đi từ đầu đến cuối hàng rồi quay lại và đi thẳng về. Họ đi đi lại lại suốt cả ngày và thậm chí không bao giờ rời khỏi nhà ga. Họ chỉ phải trả một khoản tiền vé nhỏ nhưng lại hạn chế khả năng vận chuyển trong suốt thời gian - không có gì ngạc nhiên khi nhà điều hành tàu điện ngầm cuối cùng lại thua cuộc!

 

Vậy làm cách nào để khắc phục điều này? Tin tốt là: công suất phản kháng từ tải điện dung và tải cảm ứng triệt tiêu lẫn nhau một cách tự nhiên. Dòng điện chạy qua tụ điện dẫn trước điện áp 90 độ, trong khi dòng điện chạy qua cuộn cảm chậm hơn điện áp 90 độ. Khi điện kháng điện dung và điện kháng cân bằng hoàn hảo, tổng hệ số công suất của mạch có thể đạt giá trị lý tưởng là 1.

 

Bây giờ, một câu hỏi quan trọng được đặt ra: trong một-hệ thống phân phối điện điển hình trong thế giới thực, chúng ta có nhiều tải điện cảm hay tải điện dung hơn?

Theo định nghĩa rộng nhất, tụ điện đơn giản là hai vật dẫn điện cách ly bất kỳ và đương nhiên chỉ thể hiện một lượng điện dung rất nhỏ trong hầu hết các trường hợp. Ngược lại, điện cảm có ở khắp mọi nơi: nó vốn có trong cuộn dây, động cơ điện và các máy móc tương tự. Bất kỳ thiết bị nào có cuộn dây quấn đều được tính là tải cảm ứng.

 

Đó là lý do tại sao tải cảm ứng chiếm ưu thế trong toàn bộ hoạt động sử dụng điện hàng ngày - và đây chính xác là lý do tại sao việc bù công suất phản kháng hầu như luôn cần thiết. Cách tiếp cận tiêu chuẩn của ngành là xác định kích thước và lắp đặt các tụ điện phù hợp theo yêu cầu công suất phản kháng thực tế của cơ sở của bạn để tăng hệ số công suất tổng thể của hệ thống một cách đáng tin cậy.

 

Lựa chọn phương pháp bồi thường

 

Bồi thường cục bộ tại chỗ-:Công suất phản kháng điện áp-thấp sẽ được bù ở mức điện áp-thấp bằng cách sử dụng tụ điện LV, trong khi công suất phản kháng điện áp-cao sẽ được xử lý bằng tụ điện HV. Không bao giờ được lắp đặt tụ điện Shunt ở phía điện áp cao-nếu không có tải điện áp cao-.

 

Sơ đồ chuyển đổi:Chuyển mạch thủ công hoạt động tốt nhất đối với tải phản kháng gốc tĩnh với điều kiện vận hành ổn định. Tính năng chuyển đổi tự động là giải pháp lý tưởng để ngăn-bù quá mức và loại bỏ các vấn đề quá điện áp trong quá trình vận hành tải-nhỏ.

 

Kiểm soát & Quy định:Khi hiệu quả sử dụng năng lượng là mục tiêu chính thì việc kiểm soát thông số dựa trên công suất phản kháng{0}}là giải pháp ưu tiên. Đối với các tải dao động,-loại tác động-thay đổi nhanh, khả năng bù được điều khiển bằng-thyristor mang lại khả năng chuyển đổi mượt mà,-không đột ngột và hỗ trợ hiệu chỉnh pha{6}}phân tách độc lập.

 

Nguyên tắc phân nhóm ngân hàng:Nhóm tụ điện phải phù hợp với thông số kỹ thuật của tất cả các thiết bị trong hệ thống để loại bỏ nguy cơ cộng hưởng trong các sự kiện chuyển mạch.

 

Giảm thiểu sóng hài và đột biến:Bộ tụ điện cao áp-phải được lắp các cuộn kháng nối tiếp. Trên các hệ thống-điện áp thấp, bạn có thể tăng kích thước các giai đoạn chuyển mạch riêng lẻ hoặc triển khai các công tắc tơ/công tắc thyristor được thiết kế cho mục đích chuyên dụng- để triệt tiêu dòng điện khởi động chuyển mạch một cách hiệu quả.

 

4. Cách xác định công suất bù phản kháng cần thiết

 

Ba tham số cốt lõi phải được xác nhận trước khi định cỡ bù:

Hệ số công suất vận hành ban đầu cosφ1​

Hệ số công suất mong muốn cosφ2​

Công suất hoạt động của hệ thống P

 

Công thức tính toán:

Ví dụ ứng dụng thực tế

 

Một trang web vận hành một630 kVAmáy biến áp, hiện đang chạy ở hệ số công suất ban đầu là 0,6 và cần cải thiện hệ số công suất lên mục tiêu là 0,9. Cần có khả năng bù trừ như thế nào?

 

Áp dụng công thức trên mang lại nhu cầu phản ứng được tính toán xấp xỉ334 kvar. Đối với ứng dụng này, dàn tụ bù tự động 334 kvar là giải pháp tối ưu và phù hợp.

 

Ước tính nhanh cho dự án mới

Đối với các hệ thống lắp đặt mới không có sẵn hồ sơ hệ số công suất trước đây, thông lệ tiêu chuẩn ngành là ước tính công suất bù ở mức30% đến 40% công suất danh định của máy biến áp.

 

5. Rủi ro của việc-bồi thường quá mức là gì?

 

Bù công suất điện dung hoạt động bằng cách triển khai các tụ điện shunt để duy trì ổn định điện áp lưới và ngăn ngừa suy giảm điện áp. Điều đó cho thấy, việc quy mô ngân hàng bồi thường của bạn quá lớn sẽ gây ra những nhược điểm nghiêm trọng:

 

Tổn thất lưới điện không cần thiết:Từ quan điểm của công ty điện lực, cả dòng điện phản kháng điện dung và điện cảm đều tạo ra tổn thất điện năng thực tế bổ sung. Bất kỳ khoản bồi thường nào vượt quá mức thực tế được yêu cầu đều không mang lại lợi thế hoạt động nào.

 

Nguy cơ cộng hưởng:Khi lưới phía khách hàng trở nên quá điện dung, trong khi lưới phân phối ngược dòng vốn vẫn mang tính cảm ứng, các giá trị điện kháng không khớp có thể kích thích sự cộng hưởng của hệ thống. Điều này gây ra các sự kiện quá điện áp và quá dòng cực độ, có thể phá hủy vĩnh viễn thiết bị được kết nối - và trong trường hợp-xấu nhất, thậm chí gây ra ngắt kết nối lưới cục bộ.

 

Vì lý do này, việc bồi thường quá mức phải luôn được ngăn chặn. Thực tiễn tốt nhất trong ngành chỉ yêu cầu duy trì hệ số công suất khoảng 0,9. Tại điểm đặt này, khoảng một nửa dòng công suất tác dụng vẫn bao gồm dòng điện phản kháng, làm tăng tổn thất đường dây lên 56%. Ngay cả khi được nâng lên PF là 0,95, các thành phần phản kháng vẫn chiếm khoảng 31% tổng công suất.

 

Trong-hoạt động thực tế, các biện pháp bổ sung như lắp đặt loạt cuộn kháng cũng được yêu cầu để loại bỏ các hiệu ứng khuếch đại dòng điện và điện áp nguy hiểm.