CHƯƠNG 7: NÂNG CAO HỆ SỐ VÀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG pps

GVHD : ThS. Lê Phong Phú
TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ
CHƯƠNG 7
NÂNG CAO HỆ SỐ VÀ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
A- PHẦN LÝ THUYẾT:
Điện năng là năng lượng chủ yếu của các xí nghiệp công nghiệp, các xí
nghiệp này tiêu thụ khoảng trên 70 % tổng số điện năng sản xuất ra vì thế vấn đề sử
dụng hợp lý và tiết kiệm điện năng ở đây có ý nghĩa rất lớn, về mặt sản xuất điện
năng vấn đề đặt ra là phải tận dụng hết khả năng của các nhà máy phát điện để sản
xuất ra được nhiều nhất đồng thời về mặt dùng điện phải hết sức tiết kiệm điện giảm
tổn thất điện năng đến mức nhỏ nhất phấn đấu một KWh điện ngày càng làm ra
nhiều sản phẩm.
Tính chung trong toàn bộ hệ thống điện thường có 10 – 15 % năng lượng
được phát ra bị mất mát trong quá trình truyền tải và phân phối điện năng.
Mạng có điện áp
KV
Tổn thất điện năng ( % ) của
Đường dây MBA Tổng
U ≥ 110
U = 35
U = 0,1 – 10
Tổng cộng
13,3
6,9
47,8
68
12,4
3
16,6
32
25,7

9,9
64,4
100
Từ bản trên ta thấy tổn thất điện năng trong mạng điện có U = 0,1 – 10 kv
( tức mạng điện trong xí nghiệp ) chiếm tới 64,4 % tổng số điện năng bị tổn thất, sở
dĩ như vậy bởi vì mạng phụ tải gây ra tổn thất điện năng lớn,
Nhóm Thực Hiện:
Nhất Nguyên- Đình Nghị
- 1 -
GVHD : ThS. Lê Phong Phú
TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ
vì thế tiết kiệm điện năng trong xí nghiệp có ý nghĩa rất quan trọng trong xí nghiệp
và nền kinh tế quốc dân.
Hệ số công suất cosφ là một chỉ tiêu để đánh giá, hệ số cosφ của các xí
nghiệp nước ta hiện nay vào khoảng 0,6 – 0,7 chúng ta cần phấn đấu nâng cao dần
lên đến 0,9, ngoài mục tiêu tiết kiệm điện năng nó còn đem lại hiệu quả khác như:
Phần lớn các thiết bị dùng điện đều tiêu thụ công suất tác dụng P và công suất phản
kháng Q những thiết bị tiêu thụ nhiều công suất phản kháng là:
+ động cơ không đồng bộ tiêu thụ khoảng 60 -65 % Q của mạng.
+ máy biến áp tiêu thụ khoảng 20 – 25 %.
+ đường dây trên không điện kháng và các thiết bị điện khác tiêu thụ khoảng
10%
Như vậy động cơ không đồng bộ là 2 loại máy tiêu thụ nhiều Q nhất. Q không sinh
công như P nhưng nó là công suất từ hóa trong các máy điện xoay chiều, quá trình
trao đổi Q giữa máy phát điện và hộ dùng điện là một quá trình dao động , mỗi chu
kỳ của dòng điện Q đổi chiều 4 lần, giá trị trung bình của Q trong nửa chu kỳ điện
bằng 0, cho nên việc tạo ra công suất phản kháng không đòi hỏi tiêu tốn năng lượng
của động cơ sơ cấp quay máy phát điện. Mặt khác Q cung cấp cho hộ dùng điện
không nhất thiết phải lấy từ nguồn.
Vì vậy người ta đặt gần các hộ tiêu thụ các máy sinh ra Q khi có bù Q thì góc lệch

pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch sẽ nhỏ đi.
P
Q
arctg=
ϕ
Nhờ có bù ta giảm được Q phải truyền tải trên đường dây và nếu P không đổi
thì góc φ sẽ giảm xuống tức cosφ tăng lên đưa đến những hiệu quả sau:
Nhóm Thực Hiện:
Nhất Nguyên- Đình Nghị
- 2 -
GVHD : ThS. Lê Phong Phú
TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ
1) Giảm được tổn thất công suất trong mạng điện, chúng ta đã biết tổn thất công
suất trên đường dây được tính như sau:
QP
PPR
U
Q
R
U
P
R
U
QP
P ∆+∆=+=
+
=∆
2
2
2

2
2
22
Khi giảm Q truyền tải trên đường dây ta giảm được thành phần tổn thất công suất
ΔP
Q
do Q gây ra
2) Giảm được tổn thất trong mạng, tổn thất điện áp tính như sau:
QP
UP
U
XQ
U
RP
U
XQRP
U ∆+∆=+=
+
=∆

Khi giảm Q truyền tải trên đường dây ta giảm được thành phần ΔU
Q
do Q gây ra.
3) Tăng khả năng truyền tải của đường dây và MBA, khả năng truyền tải của
đường dây và MBA phụ thuộc vào điều kiện phát nóng tức phụ thuộc vào
dòng điện cho phép của chúng, dòng điện chạy trên dây dẫn và MBA được
tính như sau:
U
QP
I

.3
22
+
=
Biểu thức này chứng tỏ rằng cùng một tình trạng phát nóng nhất định của đường dây
và MBA chúng ta có thể tăng khả năng truyền tải P của chúng
bằng cách giảm Q mà chúng phải tải đi, vì thế khi giữ nguyên đường dây và MBA,
nếu cosφ của mạng được nâng cao thì khả năng truyền tải sẽ tăng lên.
Nhóm Thực Hiện:
Nhất Nguyên- Đình Nghị
- 3 -
GVHD : ThS. Lê Phong Phú
TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ
 CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO HỆ SỐ COSφ
1- Thay thế động cơ không đồng bộ làm việc non tải bằng động cơ có công
suất:
Khi động cơ không đồng bộ làm việc tiêu thụ lượng công suất phản kháng bằng:
Q = Q
0
+ ( Q
đm
– Q
0
) . K
2
pt
Trong đó:
Q
0
: công suất phản kháng lúc làm việc non tải.

Q
đm
: công suất phản kháng lúc làm việc định mức.
K
pt
: hệ số phụ tải
Hệ số công suất được tính:
( )








−+
+
==
ptđm
ptđm
KP
KQQQ
S
P
.
1
1
cos
2

00
ϕ
Từ công thức trên chúng ta thấy nếu động cơ làm việc non tải tức K
pt
bé thì cosφ
thấp.
2- giảm điện áp của các động cơ làm việc non tải :
Công suất phản kháng mà động cơ không đồng bộ tiêu thụ được tính như sau:
vf
U
KQ
2
µ
=
Nhóm Thực Hiện:
Nhất Nguyên- Đình Nghị
- 4 -
GVHD : ThS. Lê Phong Phú
TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ
Trong đó:
K : là hằng số.
Μ : là hệ số dẫn từ.
f : là tần số dòng điện.
v : là thể tích mạch từ.
Do đó nếu ta giảm U thì Q giảm đi rõ rệt do đó cosφ giảm trong thực tế người ta
dùng phương pháp sau đây để giảm điện áp khi động cơ làm việc non tải.
+ đổi nối dây quấn stato từ tam giác sang sao.
+ thay đổi cách đấu dây.
+ giảm điện áp bằng MBA.
Ngoài ra người ta còn thực hiện các biện pháp sau đây để nâng cao hệ số công suất:

+ thay đổi và cải tiến quy trình công nghệ để các thiết bị điện làm việc ở chế
độ hợp lý nhất.
+ hạn chế động cơ chạy không tải.
+ dùng động cơ đồng bộ thay thế động cơ không đồng bộ.
+ nâng cao chất lượng sửa chửa động cơ.
+ thay thế những MBA làm việc non tải bằng những MBA có dung lượng
nhỏ hơn.
 PHƯƠNG PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐỂ NÂNG CAO HỆ
SỐ COSφ:
1- đương lượng kinh tế của công suất phản kháng:
Đại lượng kinh tế của công suất phản kháng là K
kt
là lượng công suất tác dụng
( kw ) tiết kiệm được khi bù Q ( KVAr ) công suất tác dụng tiết kiệm được bù là.
Nhóm Thực Hiện:
Nhất Nguyên- Đình Nghị
- 5 -
GVHD : ThS. Lê Phong Phú
TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ
P
tk
= K
kt
. Q
bù
Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây:
21
2
2
2

2
2
22
PPR
U
Q
R
U
P
R
U
QP
P ∆+∆=+=
+
=∆
Sau khi bù do lượng tổn thất ΔP giảm nên P truyền tải trên đường dây củng giảm.
Trước khi bù thành phần tổn thất P do Q gây ra là ΔP
1
, sau khi bù Q
bù
thành phần
tổn thất P do Q gây ra là.
( )
R
U
QQ
P
bù
.
2

2
2
−
=∆
Vậy lượng P tiết kiệm đượclà.
ΔP = ΔP
1
– ΔP
2
Theo định nghĩa:








−=
∆
=
Q
Q
U
RQ
Q
P
K
bù
bù

tt
2
.
2
Từ công thức trên ta nhận xét:
Nếu dung lượng Q
bù
< Q thì K
tt
được tính như sau:
Nhóm Thực Hiện:
Nhất Nguyên- Đình Nghị
- 6 -
GVHD : ThS. Lê Phong Phú
TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ
2
.
.2
U
RQ
K
tt
=
Nếu Q và R càng lớn thì K
tt
càng lớn, nghĩa là nếu phụ tải phản kháng càng
lớn và càng xa nguồn thì việc bù càng có hiệu quả kinh tế, giá trị của K
tt
nằm trong
khoảng 0,02 – 0,12 kw / KVAr, trong tính toán có thể lấy các giá trị sau:

+ hộ dùng điện cho nhà máy cung cấp: K
tt
= 0,02 – 0,04.
+ hộ dùng điện qua một lần biến áp: K
tt
= 0,04 – 0,06.
+ hộ dùng điện qua hai lần biến áp: K
tt
= 0,05 – 0,07
+ hộ dùng điện qua ba lần biến áp: K
tt
= 0,08 – 0,12
2- xác định dung lượng bù :
Dung lượng bù được xác định theo công thức sau:
Q
bù
= P
tt
( tagφ
1
– tagφ
2
) .∞
Trong đó:
P
tt
: là phụ tải tính toán của hộ tiêu thụ.
φ
1 :
là góc ứng với hệ số công suất trung bình cosφ

1
trước khi bù.
φ
2 :
là góc ứng với hệ số công suất cos φ
2
muốn đạt được sau khi bù
cos φ
2
= 0,8 – 0,95 do điện lực quy định.
∞ = 0,9 -1 là hệ số xét tới khả năng nâng cao cosφ bằng các phương pháp
không đòi hỏi thiết bị bù.
Đối với hộ dùng điện thì dung lượng bù có thể xác định theo quan điễm tối ưu
sau: do bù có thể tiết kiệm được một lượng công suất tác dụng là.
ΔP = K
kt
. Q
bù
- K
bù
. Q
bù
(K
kt
- K
bù
)
Trong đó:
Nhóm Thực Hiện:
Nhất Nguyên- Đình Nghị

- 7 -
GVHD : ThS. Lê Phong Phú
TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ
K
bù
: suất tổn thất công suất tác dụng trong thiết bị bù ( kw / KVAr )
K
kt
: đương lượng kinh tế của công suất phản kháng (kw / KVAr )
Như vậy ta có Q
bù tối ưu
=
bù
K
R
U
Q
2
2
−
3- chọn thiết bị bù :
Thiết bị bù được lựa chọn trên cơ sở tính toán so sánh kinh tế kỹ thuật bảng sau
đây trình bày các loại thiết bị bù thường dùng và suất tổn thất công suất của
chúng:
Nhóm Thực Hiện:
Nhất Nguyên- Đình Nghị
- 8 -
GVHD : ThS. Lê Phong Phú
TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ
Nhóm Thực Hiện:

Nhất Nguyên- Đình Nghị
- 9 -
Loại thiết bị bù
Suất tổn thất công suất K
bù
(kw / KVAr )
Tụ điện
Máy bù đồng bộ S < 5000 -3000 KVAr
Máy bù đồng bộ S < 5000 KVAr
Động cơ không đồng bộ cuộn dây được đồng
hóa.
Máy phát đồng bộ dùng làm máy bù
Máy phát đồng bộ dùng làm máy bù, không
tháo động cơ sơ cấp.
0,003 – 0,005
0,002 – 0,027
0,03 – 0,05
0,02 – 0,08
0,1 – 0,15
0,15 – 0,3
GVHD : ThS. Lê Phong Phú
TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ
-Tụ điện:
-Là loại thiết bị điện tĩnh làm việc với dòng điện vượt trước điện áp do đò nó
có thể sinh ra Q cung cấp cho mạng, tụ điện có các ưu điễm sau: suất tổn thất bé,
không có phần quay nên lắp ráp bảo quản dễ dàng. Tùy theo sự phát triển của phụ
tải trong quá trình sản xuất ta có thể ghép dần các tụ điện vào mạng, khiến hiệu suất
sử dụng cao và không bỏ vốn nhiều một lúc, tuy vậy tụ cũng có những nhược điễm
sau:
+ nhạy cảm với những biến động điện áp đặt lên cực tụ điện.

+ kém chắc chắn đặc biệt là dễ bị phá hỏng khi ngắn mạch.
-Máy bù đồng bộ:
-Là loại động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ không tải do không có phụ tải
trên trục máy nên nó được chế tạo gọn nhẹ và rẻ hơn so với động cơ đồng bộ cùng
công suất là ưu điễm, nhược điễm là có phần quay nên lắp ráp bảo quản và vận hành
khó khăn do đó máy này thường được dùng ở những nơi cần bù tập trung có dung
lượng lớn.
- Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn được đồng bộ hóa:
-Khi cho dòng một chiều chạy vào rôto của động cơ thì nó sẽ làm việc như
một động cơ đồng bộ với dòng điện vượt trước điện áp vì thế nó có khả năng sinh ra
Q cung cấp cho mạng, nhưng động cơ này tổn thất công suất khá lớn khả năng quá
tải kém, vì vậy động cơ này cho phép làm việc không quá 75 % công suất định mức,
chính những lý do trên mà động cơ này được coi là thiết bị bù kém nhất nên nó ít
được sử dụng.
4- phân phối dung lượng bù trong mạng điện :
Nhóm Thực Hiện:
Nhất Nguyên- Đình Nghị
- 10 -
GVHD : ThS. Lê Phong Phú
TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ
a- vị trí đặt thiết bị bù :
Máy bù đồng bộ thường được đặt tập trung ở những điễm quan trọng của hệ thống
điện.
Tụ điện thường được đặt ở mạng điện cao áp hoặc mạng áp thấp, tụ điện điện áp cao
( 6 – 10 kv ) được đặt tập trung ở thanh cái TBA trung gian hoặc TBA phân phối, tụ
điện áp thấp ( 0,4 kv ) được đặt theo ba cách:
+ đặt tập trung ở thanh cái phía điện áp thấp của trạm biến áp phân xưởng.
+ đặt thành nhóm ở tụ phân phối động lực.
+ đặt phân tán ở từng thiết bị dùng điện.
- phân phối dung lượng bù trong mạng hình tia:

Q
Q
bù
r
1
Q
1
r
2
Q
2
r
n
Q
n
Q
bù 1
Q
bù 2
Q
bù n
Nhóm Thực Hiện:
Nhất Nguyên- Đình Nghị
- 11 -
GVHD : ThS. Lê Phong Phú
TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ
Tổn thất công suất tác dụng do công suất phản kháng gây ra:
( ) ( ) ( )
( )
bùnbubún

bùnnbubù
QQQfr
U
QQ
r
U
QQ
r
U
QQ
P , ,
2
2
2
2
2
2
22
1
2
2
11
=
−
++
−
+
−
=∆
Với điều kiện ràng buộc về cân bằng công suất bù là:

( )
0 , ,
22
=+++=
bùnbubúbùnbubú
QQQQQQ
ϕ
Theo phương pháp toán tử lagrangce ta tìm được dung lượng bù tối ưu của các
nhánh:
tđ
bù
bú
R
r
QQ
QQ
1
1
−
−=
tđ
bù
bu
R
r
QQ
QQ
2
22
−

−=
tđ
n
bù
nbun
R
r
QQ
QQ
−
−=
Nhóm Thực Hiện:
Nhất Nguyên- Đình Nghị
- 12 -
GVHD : ThS. Lê Phong Phú
TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ
*phân phối dung lượng bù trong mạch phân nhánh:
Q
Q
bù
1
2
3
4
Q
01
Q
12
Q
23

Q
34
r
01
r
12
r
23
r
34
r
1
r
2
r
3
r
4
Q
1
Q
2
Q
3
Q
4
Dung lượng bù tại nhánh thứ n được xác định theo công thức:
Nhóm Thực Hiện:
Nhất Nguyên- Đình Nghị
- 13 -

GVHD : ThS. Lê Phong Phú
TC ĐCN 08A Bài Tập Lớn CCĐ
B – PHẦN TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT CHO DÃY NHÀ E
Ta có :
Sdm=25(kva)
Cosφ=0,72
Suy ra :
Tgφ1=0,96
Mà Cosφ cần nâng cao lên là 0,95.
Vậy tgφ2=0,328
Ta có :
Qbù=P(tgφ1-tgφ2)
=58582(0,96-0,328)
=36438 (var)
Vậy Qbù= 36,4 (kvar)
Ta chọn tụ điện bù do Liên Xô chế tạo kc2-0,66-40-3Ỷ
Có U= 220(v),40(kvar)
Có C=292(γF)
Dung lượng bù tại tầng trệt :
Q=15188(0,96-0,328)
=10054(var).
Nhóm Thực Hiện:
Nhất Nguyên- Đình Nghị
- 14 -