Bồi thường công suất phản kháng là gì và số tiền bồi thường được tính như thế nào?

Trong công việc hàng ngày, bạn có thường gặp câu hỏi này không: công suất của máy biến áp được đo bằng kilôvôn-ampe (kVA), công suất ra của động cơ tính bằng kilowatt (kW) và công suất bù của tụ điện tính bằng vars hoặc kilovar (var). Tại sao có ba thuật ngữ khác nhau cho các đơn vị đều biểu thị năng lượng điện?

Điều này dẫn chúng ta đến chủ đề mà chúng ta sẽ thảo luận hôm nay: mối quan hệ vốn có giữa công suất phản kháng (đơn vị: var hoặc kvar), công suất tác dụng (đơn vị: W hoặc kW), công suất biểu kiến ​​(đơn vị: VA hoặc kVA) và hệ số công suất.

 

I. Trong lưới điện, năng lượng điện do nguồn cung cấp cho phụ tải có thể được phân thành hai loại: công suất tác dụng và công suất phản kháng.

(1) Công suất phản kháng (Q):
Nhiều thiết bị điện hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, chẳng hạn như máy biến áp phân phối và động cơ. Động cơ yêu cầu thiết lập và duy trì một từ trường quay để điều khiển rôto, từ đó dẫn động chuyển động cơ học. Từ trường của rôto trong động cơ được tạo ra bằng cách lấy công suất phản kháng từ nguồn điện.
Máy biến áp cũng cần công suất phản kháng để tạo ra từ trường trong cuộn sơ cấp và điện áp cảm ứng ở cuộn thứ cấp. Do đó, nếu không có công suất phản kháng, động cơ sẽ không quay, máy biến áp không thể biến đổi điện áp và công tắc tơ AC sẽ không hoạt động. Máy phát điện có thể tạo ra công suất phản kháng và tụ điện có thể cung cấp công suất phản kháng-đây là cơ sở của việc bù công suất phản kháng.

(2) Công suất hoạt động (P):
Công suất hoạt động đề cập đến phần năng lượng điện có thể được chuyển đổi trực tiếp thành các dạng năng lượng khác và tiêu thụ. Ví dụ, một động cơ chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học. Nếu không tính đến hiệu suất, một động cơ 11 kW có thể chuyển đổi 11 kWh năng lượng điện thành một lượng năng lượng cơ học tương đương mỗi giờ. Một bóng đèn sợi đốt 100 W chuyển đổi 0,1 kWh năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng mỗi giờ. Tương tự, máy sưởi 1 kW chuyển đổi 1 kWh năng lượng điện thành năng lượng nhiệt mỗi giờ. Công suất tác dụng là năng lượng điện có thể biến đổi trực tiếp thành các dạng năng lượng khác.

(3) Công suất biểu kiến ​​(S):
Theo một nghĩa nào đó, công suất biểu kiến ​​là sự kết hợp giữa công suất tác dụng (P) và công suất phản kháng (Q). Đối với nguồn điện, công suất biểu kiến ​​bao gồm cả công suất tác dụng và công suất phản kháng. Ví dụ: nguồn điện do máy biến áp cung cấp bao gồm cả thành phần tác dụng và phản kháng, đó là lý do tại sao công suất của máy biến áp được biểu thị bằng công suất biểu kiến, được đo bằng kilovolt-ampe (kVA).

 

II. Mối quan hệ giữa công suất tác dụng, công suất phản kháng và công suất biểu kiến

Để giải thích mối quan hệ giữa ba yếu tố này, trước tiên chúng ta phải hiểu hệ số công suất là gì.

Trong mạch điện xoay chiều, cosin của độ lệch pha (Φ) giữa điện áp và dòng điện được gọi là hệ số công suất, ký hiệu là cosΦ. Về mặt số học, hệ số công suất là tỷ số giữa công suất tác dụng và công suất biểu kiến, tức là cosΦ=P/S.

 

 

(1) Công suất phản kháng chính xác là gì?

Dựa trên các mối quan hệ được minh họa bằng tam giác công suất, tam giác điện áp và tam giác trở kháng, công suất phản kháng có thể được hiểu đơn giản theo nghĩa thực tế như sau:
Trong mạch điện, các linh kiện thuần điện trở tiêu thụcông suất hoạt động (P), trong khi các thành phần cảm ứng (chẳng hạn như cuộn dây lò phản ứng, cuộn dây máy biến áp và stato hoặc rôto của động cơ) tiêu thụcông suất phản kháng (Q). Mặt khác, các thành phần điện dung cung cấp công suất phản kháng (Q) -, ví dụ như tụ điện và máy phát đồng bộ. (Lưu ý: Khi máy phát điện đồng bộ đang vận hành, các cuộn dây của nó hoạt động theo kiểu điện dung, nghĩa là nó cung cấp cả công suất tác dụng và công suất phản kháng.)

Vì vậy, một bản tóm tắt đơn giản là:
Các thành phần cảm ứng hoặc điện dung là người tiêu dùng và nhà cung cấp công suất phản kháng.

(2) Những tác động tiêu cực của công suất phản kháng là gì?

Giảm công suất tác dụng của máy phát điện
Điều này là do tổng công suất (tức là công suất biểu kiến ​​S) của máy phát điện là cố định. Nếu cung cấp quá nhiều công suất phản kháng Q thì công suất tác dụng P sẽ giảm tương ứng; nếu không, máy phát điện có thể bị quá tải.

Giảm khả năng cung cấp điện của thiết bị truyền tải và phân phối
Lý do cũng giống như đối với máy phát điện.

Tăng tổn thất điện áp đường dây
Khi thành phần dòng điện phản kháng trong mạch tăng lên thì tổng dòng điện cũng tăng lên. Độ sụt áp (δU=IZ) tỷ lệ thuận với dòng điện. Điện áp giảm lớn hơn đòi hỏi phải tăng-diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn, dẫn đến chi phí đầu tư cao hơn.

 

(3) Lợi ích của công suất phản kháng

Nhiều thiết bị điện hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, chẳng hạn như máy biến áp phân phối và động cơ.

Động cơ yêu cầu thiết lập và duy trì một từ trường quay để điều khiển rôto, từ đó dẫn động chuyển động cơ học. Từ trường của rôto trong động cơ được tạo ra bằng cách lấy công suất phản kháng từ nguồn điện.

Tương tự, máy biến áp cần công suất phản kháng để tạo ra từ trường trong cuộn sơ cấp, từ đó tạo ra điện áp ở cuộn thứ cấp.

Do đó, khi không có công suất phản kháng:

Động cơ sẽ không quay,

Máy biến áp không thể biến đổi điện áp,

Công tắc tơ AC sẽ không hoạt động.

Từ đó, có thể thấy rõ công suất phản kháng đóng vai trò hỗ trợ trong quá trình chuyển hóa, biến đổi năng lượng điện. Không có công suất phản kháng, từ trường không thể được thiết lập và năng lượng điện không thể chuyển đổi thành năng lượng cơ học.

 

III. Làm thế nào để thực hiện bù công suất phản kháng và tính số tiền bù?

Ở trên chúng ta đã cùng nhau phân tích vai trò và hạn chế của công suất phản kháng. Hạn chế chính là: thứ nhất, nó làm tăng công suất của máy biến áp và-diện tích mặt cắt của dây dẫn, gián tiếp làm tăng chi phí dự án; thứ hai, sau khi vận hành, hệ số công suất không được giảm xuống dưới 0,9, nếu không công ty cấp điện sẽ phạt.

Vì vậy, trong quá trình thiết kế kỹ thuật, chúng ta phải xem xét đầy đủ vấn đề này. Trong các hệ thống cấp điện không có máy phát điện, tụ điện song song thường được sử dụng để cải thiện hệ số công suất của trạm biến áp. Nguyên tắc là cung cấp công suất phản kháng cục bộ, loại bỏ nhu cầu lấy công suất phản kháng từ lưới điện. Cách tiếp cận này không chỉ làm giảm công suất yêu cầu của máy biến áp mà còn cải thiện hệ số công suất ở phía đo đếm.

 

(1) Lựa chọn phương pháp bù tụ điện

1.Khi sử dụng tụ điện song song làm thiết bị bù công suất phản kháng nhân tạo, để giảm thiểu tổn thất đường dây và sụt áp, việc bù công suất phải được cân bằng cục bộ. Điều này có nghĩa là công suất phản kháng ở phần điện áp-thấp phải được bù bằng tụ điện-điện áp thấp, trong khi công suất phản kháng ở phần điện áp-cao phải được bù bằng tụ điện-cao áp.

Nếu không có tải-điện áp cao thì không nên lắp đặt thiết bị tụ điện shunt ở phía điện áp-cao.

Khi thực hiện bù riêng cục bộ cho thiết bị-được cấp nguồn bằng động cơ, dòng điện định mức của tụ bù không được vượt quá 0,9 lần dòng điện kích thích của động cơ.

Trong quá trình tính toán phụ tải điện, cần tính đến công suất phản kháng bù.

2.Các chế độ chuyển mạch của dàn tụ bù được chia thành thủ công và tự động.

Việc chuyển đổi thủ công phù hợp với các dãy tụ điện bù cho công suất phản kháng có điện áp-thấp cơ bản cũng như các dãy tụ điện có điện áp cao- có nhu cầu công suất phản kháng ổn định và việc chuyển đổi không thường xuyên.

Để tránh -bù quá mức hoặc điện áp quá mức khi tải nhẹ, có thể làm hỏng một số thiết bị điện nhất định, bạn nên chuyển đổi tự động.

Nếu tác động của các thiết bị bù tự động điện áp cao{0}}và điện áp thấp{1}}là tương tự nhau thì nên ưu tiên các thiết bị bù tự động điện áp thấp-.

3. Phương pháp quy định bù công suất phản kháng tự động:

Để bù đắp chủ yếu nhằm mục đích tiết kiệm năng lượng, các thông số như công suất phản kháng có thể được sử dụng để điều chỉnh.

Đối với tải tác động, tải-thay đổi nhanh linh hoạt và tải không cân bằng ba pha-, thyristor (công tắc điện tử) có thể được sử dụng để điều khiển, đảm bảo vận hành trơn tru mà không có dòng điện khởi động, mang lại hiệu suất động tốt và cho phép điều khiển tách pha-để tạo ra hiệu ứng cân bằng ba-pha.

4. Khi phân nhóm các tụ điện phải đảm bảo tính tương thích với các thông số kỹ thuật của thiết bị hỗ trợ. Phải đáp ứng phạm vi độ lệch điện áp cho phép và cần nỗ lực giảm số lượng nhóm đồng thời tăng công suất của từng nhóm một cách thích hợp.

Việc chuyển đổi các tụ điện được nhóm không được gây ra sự cộng hưởng.

5.Các dãy tụ điện-điện áp cao nên được nối nối tiếp với các cuộn kháng có kích thước phù hợp, trong khi các dãy tụ điện điện áp thấp-nên tăng công suất chuyển mạch bằng cách sử dụng công tắc tơ chuyển mạch hoặc thyristor chuyên dụng để giảm dòng điện khởi động trong quá trình chuyển mạch.

Trên các đường dây bị ảnh hưởng đáng kể bởi sóng hài từ thiết bị điện, các cuộn kháng phải được nối nối tiếp với các dãy tụ điện.

 

(2) Tính công suất bù của tụ điện

 

Mục tiêu là xác định công suất phản kháng cần thiết Qc (kvar) để