TỦ ĐIỆN TỤ BÙ

I. Tủ tụ bù hay Tủ bù công suất phản kháng

- Tủ tụ bù công suất phản kháng thông thường bao gồm các Tụ bù điện mắc song song với tải, được điều khiển bằng một Bộ điều khiển tụ bù tự động thông qua thiết bị đóng cắt Contactor.

- Tủ tụ bù có chức năng chính là nâng cao hệ số công suất cosφ (cos phi) qua đó giảm công suất phản kháng (công suất vô công) nhằm giảm tổn thất điện năng tiết kiệm chi phí. Người sử dụng sẽ giảm hoặc không phải đóng tiền phạt công suất phản kháng theo quy định của ngành Điện lực (theo thông tư số 39 của Bộ Công Thương thì cos phi phải lớn hơn 0.9).

- Sản phẩm được dùng cho các hệ thống điện sử dụng các phụ tải có tính cảm kháng cao, sử dụng các Contactor để thay đổi số lượng tụ bù vào vận hành, quá trình thay đổi này có thể điều khiển bằng chế độ tự động hoặc bằng tay.

- Hiện nay, Tủ tụ bù thường sử dụng 2 loại Tụ bù điện là tụ dầu và tụ khô. Tụ bù được chia thành nhiều loại dung lượng khác nhau, phổ biến từ 5 ÷ 50 kVAr.

- Ngoài thành phần chính là Tụ bù điện, loại tủ này còn có thể được lắp thêm Cuộn kháng lọc sóng hài để tăng tính ổn định của hệ thống điện và bảo vệ tụ điện. Các cuộn kháng lọc sóng hài được chế tạo phù hợp với tính chất sóng hài của mạng điện gồm các loại cuộn kháng 6%, 7%, 14% sẽ được chọn phù hợp cho từng hệ thống.

- Tủ tụ bù được sử dụng trong các mạng điện hạ thế, ứng dụng cho các hệ thống điện sử dụng các phụ tải có tính cảm kháng cao là thành phần gây ra công suất phản kháng. Thường lắp đặt tại phòng kỹ thuật hay tại khu vực trạm máy biến áp của các công trình công nghiệp và dân dụng như nhà máy, xưởng công nghiệp, trung tâm thương mại, cao ốc văn phòng, chung cư, bệnh viện,..

 

II. Các phương pháp bù công suất phản kháng

- Bù trực tiếp, bù ứng động, bù phía trung áp, bù phía hạ áp là các phương pháp bù công suất phản kháng (CSPK) thường được dùng trong nhà máy.

 

2.1 Bù tĩnh là gì? Sử dụng khi nào?

- Bù tĩnh (bù nền): bù trực tiếp, thường dùng bù trước 1 phần công suất phản kháng mà không xảy ra dư công suất phản kháng.

- Bù tĩnh sử dụng tốt nhất cho các động cơ có công suất lớn, khởi động nhiều lần và sử dụng công suất phản kháng nhiều.

 

2.2 Bù ứng động là gì? Sử dụng khi nào?

- Bù ứng động (tự động điều chỉnh hệ số công suất phản kháng): dùng cho hệ thống thay đổi, cần đáp ứng một dãy công suất phản kháng rộng.

- Bù tự động sử dụng tốt nhất cho nhà máy hoặc nhóm máy có công suất tương đồng, số lượng máy làm việc thay đổi thường xuyên và nhu cầu công suất phản kháng cũng thay đổi thường xuyên.

 

2.3 Phân biệt Tụ bù trung thế và tụ bù hạ thế

- Bù trung thế : thường sử dụng khi dụng lượng tù lớn hơn 2000Kvar

- Bù hạ thế : thường dùng với dung lượng bù nhỏ hơn 2000kvar

 

2.4 Phân biệt bù tập trung, bù nhóm và bù riêng lẻ

- Bù CSPK tập trung : thường dùng cho hệ thống có tải thay đổi liên tục, tải đa dạng.

- Bù CSPK theo nhóm : thường dùng cho trường hợp tải tập trung ổn định theo nhóm.

- Bù CSPK riêng lẻ cho từng thiết bị : thường dùng cho thiết bị có công suất trung bình, lớn, hoạt động mang tải ổn định.

 

III. Tụ bù nền: ứng dụng và tính toán

3.1 Tụ bù nền là gì?

- Bù nền là lượng tụ bù được đóng thường trực trong hệ thống điện. Dung lượng của tụ bù nền phải đảm bảo không bị phạt cosφ và cũng không gây ra hiện tượng bù dư quá nhiều.

- Cần phân biệt bù nền và bù riêng lẻ: bù nền dùng cho 1 nhóm thiết bị hoặc cả phân xưởng, bù riêng áp dụng cho 1 thiết bị. Cách lắp đặt và hoạt động của bù nền và bù riêng khá giống nhau.

- Bù nền thường được thực hiện qua MCCB hoặc contactor. Có thể sử dụng thêm 1 relay dòng điện phục vụ cho bù nền.

 

3.2 Bù nền bao nhiêu là phù hợp

- Bù nền đảm bảo được hệ số công suất > 0.9 cho các tải hoạt động thường trực trong hệ thống là tốt nhất. Thông thường bù nền không vượt quá 10% công suất máy biến áp.

 

3.3 Ví dụ tính toán tụ bù nền

- Giả sử rằng bạn có 1 nhà máy có công suất đỉnh là 160kW, hệ số công suất Cosφ trước khi bù là 0.75, hệ số công suất bạn mong muốn sau khi bù là 0.95. Nhà máy này làm việc liên tục 24/24.

- Trong quá trình hoạt động, khảo sát nhận thấy nhà máy chỉ hoạt động tại các mức công suất 100kW, 110kW, 120kW, 130kW, 140kW, 150kW và 160kW. Chúng ta sẽ cùng xem xét và so sánh 2 phương án bù sau đây:

 

Phương án 1 : Bù ứng động 5 cấp x 20kvar

Hoạt động của bộ điều khiển lúc này như bảng sau:

Đáp ứng công suất bù ứng động 5 cấp
Công suất (kW)	100	110	120	130	140	150	160
Dung lượng cần bù (kVar)	55.0	60.5	66.0	71.5	77.0	82.5	88.0
Dung lượng bù (kVar)	60.0	60.0	80.0	80.5	80.0	80.0	100.0
Sai số bù (kVar)	5.0	0.5	14.0	9.5	3.0	-2.5	12.0

 

Phương án 2 : Bù nền 1 cấp 50kvar + ứng động 4 cấp x 10kvar

Hoạt động của bộ điều khiển lúc này như bảng sau

Đáp ứng công suất bù nền 50Kvar và 4 cấp ứng động
Công suất (kW)	100	110	120	130	140	150	160
Dung lượng cần bù (kVar)	55.0	60.5	66.0	71.5	77.0	82.5	88.0
Dung lượng bù (kVar)	60.0	60.0	70.0	70.5	80.0	80.0	90.0
Sai số bù (kVar)	5.0	0.5	14.0	4.0	3.0	-2.5	2.0

 

3.4 So sánh bù nền với bù ứng động

Nhận xét:

- Trường hợp có sử dụng tụ bù nền thì lượng bù đáp ứng chính xác hơn.

- Tuy nhiên, nếu chúng ta tiến hành tụ bù nền không phù hợp dễ dẫn đến hư hỏng thiết bị trong thời gian không tải vì tụ bù nền sẽ gây hiện tượng quá điện áp.

- Một giải pháp hữu hiệu để phòng trường hợp này là tụ bù nền được đóng cùng với công tắc mở nguồn của 1 hệ thống máy móc.

 

3.5 Những lưu ý khi tính toán, thiết kế tụ bù nền

- Trong quá trình thiết kế, kỹ sư thiết kế sẽ dựa vào hệ số đồng thời, công suất đặt, hệ số công suất trung bình để tính toán tụ bù nền.

- Chúng ta cũng có thể tính toán tụ bù nền dựa vào công suất của máy biến áp

- Trường hợp hệ thống đang hoạt động mà cần đo đạc, tính toán lượng bù nền thì ta cần theo dõi phụ tải và ghi nhận công suất, cosφ tại nhiều thời điểm và tính toán như bình thường

 

IV. Cách tính dung lượng tụ bù

- Nhiều cách tính dung lượng tụ bù rất thực tế, dễ áp dụng để nâng cao hệ số công suất cosφ, giảm tiền phạt cosφ.

Các phương pháp tính dung lượng cần bù:

4.1 Tính dung lượng tụ bù từ công suất tiêu thụ và cosφ thực tế

- Công suất phản kháng cần bù là Qbù = P (tgφ1 – tgφ2)

- Để chọn tụ bù cho một tải nào đó thì ta cần biết công suất (P) của tải đó và hệ số công suất (Cosφ) của tải đó :
+ Giả sử ta có công suất của tải là: P
+ Hệ số công suất của tải là: Cosφ1 → φ1 → tgφ1 (trước khi bù, cosφ1 nhỏ còn tgφ1 lớn)
+ Hệ số công suất sau khi bù là: Cosφ2 → φ2 → tgφ2 (sau khi bù, cosφ2 lớn còn tgφ2 nhỏ)
- Công suất phản kháng cần bù là: Qb = P (tgφ1 – tgφ2)
- Từ công suất cần bù ta chọn tụ bù cho phù hợp trong bảng catalog của nhà cung cấp tụ bù.

 

- Giả sử ta có công suất tải là: P = 100 (kW).
+ Hệ số công suất trước khi bù là: cosφ1 = 0.75 → tgφ1 = 0.88
+ Hệ số công suất sau khi bù là: Cosφ2 = 0.95 → tgφ2 = 0.33
- Vậy công suất phản kháng cần bù là: Qbù = P (tgφ1 – tgφ2)

                                                              Qbù = 100( 0.88 – 0.33) = 55 (kVAr)

- Từ số liệu này ta chọn tụ bù trong bảng catalogue của nhà sản xuất giả sử ta có tụ 10kVAr. Để bù đủ cho tải thì ta cần bù 6 tụ 10 KVAr tổng công suất phản kháng là 6×10=60(kVAr). 

 

4.2 Bảng tra hệ số cần bù:

- Phương pháp tính dung lượng cần bù theo công thức thường rất mất thời gian và phải có máy tính có thể bấm được hàm arcos, tan. Để quá trình tính toán nhanh, người ta thường dung bảng tra hệ số để tính dung lượng tụ bù.

- Lúc này, ta áp dụng công thức: Qb = P*k

Với k là hệ số cần bù tra trong bảng tra dưới đây:

Ví dụ: tính tụ bù từ cosφ1 = 0.68 lên cosφ2 = 0.95:

Ta gióng theo hàng và theo cột sẽ gặp nhau tại ô có giá trị k = 0.75.

Từ k = 0.75 kết quả tính bằng công thức.

Chọn độ dự trữ là 30% => Qb = 46.6 * 0.75 * 1.30 = 45.4 kVAr

 

4.3 Tính dung lượng tụ bù từ công suất trạm biến áp

- Trong thực tế, ta thường gặp một số khách hàng cần lắp đặt tủ tụ bù khi chỉ mới có trạm biến áp và chưa có phụ tải. Việc gắn tủ tụ bù là cần thiết để tránh bị phạt cosφ không tải.

- Trong trường hợp này thường tính theo kinh nghiêm như sau: Qb = (0.4 - 0.5) * Smba

 

Ví dụ: Trạm biến áp 1000KVA, dung lượng bù là 0.4 * 1000 = 400Kvar

Cách tính này thỏa mãn hầu hết các loại tải với cosφ trung bình ≥ 0.75 và trạm biến áp mang tải tối đa khoảng 80%. Nếu tải có hệ số công suất nhỏ hơn thì đôi lúc vẫn thiếu tụ.

  

V. Tính toán tụ bù trạm biến áp không tải

- Khi điện lực đo đếm điện năng phía trung thế, chúng ta phải gắn tụ bù nền cho trạm biến áp khi không tải và non tải để tránh phạt cosφ.

5.1 Tại sao lại cần bù nền cho trạm biến áp không tải:

- Bù nền cho máy biến áp với mục đích chính là tránh phạt cosφ khi công tải và non tải.

- Chúng ta đều biết là nếu cosφ dưới 0.90 thì điện lực sẽ phạt cosφ. Nhưng có trường hợp cosφ phía hạ áp luôn cao hơn 0.9 nhưng cuối tháng đôi lúc vẫn nhận được hóa đơn điện năng phản kháng. Do điện lực gắn công tơ đo đếm phía trung thế. Thế nên lúc không tải hoặc tải nhỏ hơn 4% tải định mức thì các bộ điều khiển tụ bù sẽ không hoạt động. (Đối với Mikro PFRLCD là 3%).

 

5.2 Cosφ máy biến áp không tải bằng bao nhiêu?

Chúng ta đều biết khi máy biến áp hoạt động non tải thì cosφ rất thấp (đặc biệt lúc không tải).

 

Ví dụ: máy biến áp 2000KVA tổn hao không tải như sau:

Po = 1500W

Qo = 40,000Var.

Với số liệu trên, ta dễ dàng tính toán được Cosφ = 0.037.

Với mức Cosφ như vậy thì ta có hệ số phạt là 52.54%.

Như vậy trạm nào có thời gian non tải càng nhiều thì khả năng bị phạt càng cao.

 

5.3 Tính toán tụ bù nền cho trạm biến áp

Chúng ta có công thức tính tổn hao không tải của máy biến áp: Qo = Io% x S

Với Io% là dòng điện không tải % được cho bởi nhà sản xuất. Máy biến áp thì thấy Io% thường bằng 2.

 

5.4 Bảng tra tụ bù nền cho trạm biến áp không tải

Để tiện cho các bạn, mình bấm sẵn các trạm thông dụng, các bạn tra luôn cho khỏe nhé. Sử dụng số liệu máy biến áp để tính toán

Bảng tra tụ bù nền không tải trạm biến áp
Dung lượng MBA (kVA)	Po (W)	Io (%)	Pk (W)	Uk (%)	Tụ 400V (kVAr)	Tụ 440V (kVAr)	Thông dụng (kVAr)
50	250	2	750	4.4	1.00	1.21	5
75	350	2	1750	4.4	1.50	1.82	5
100	205	2	1258	6	2.00	2.42	5-10
160	280	2	1940	6	3.20	3.87	5-10
180	315	2	2185	6	3.60	4.36	10-15
250	340	2	2600	6	5.00	6.05	10-15
320	390	2	3330	6	6.40	7.74	15-20
400	433	2	3818	6	8.00	9.68	15-30
500	580	2	4810	6	10.00	12.10	20-30
560	580	2	4810	6	11.20	13.55	20-40
630	787	2	5570	6	12.60	15.25	20-40
750	855	2	6725	6	15.00	18.15	25-50
800	880	2	6920	6	16.00	19.36	25-50
1000	980	2	8550	6	20.00	24.20	30-50
1250	2020	2	10690	6	25.00	30.25	30-60
1500	1305	2	13680	6	30.00	36.30	40-80
2000	1500	2	17100	6	40.00	48.40	50-100

 

* Lưu ý: - Etsc tổng hợp các thông tin từ Internet và các nguồn có sẵn khác.

               - Các tổ chức hay cá nhân có thể tham khảo các thông tin này. Tuy nhiên ETSC không chịu bất cứ trách nhiệm gì khi khách hàng sử dụng thông tin này (mà chưa tự kiểm chứng) và/ hoặc có gây hại cho tổ chức cá nhân sử dụng.