Bài giảng Cung cấp điện - Chương 8: Tiết kiệm điện năng và nâng cao hệ số công suất Cosφ - Phùng Đức Bảo Châu

Nội dung text: Bài giảng Cung cấp điện - Chương 8: Tiết kiệm điện năng và nâng cao hệ số công suất Cosφ - Phùng Đức Bảo Châu

1. KHOA ĐiỆN-ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BM. ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Chương 8: TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG VÀ NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT COSφ Giảng viên: ThS. Phùng Đức Bảo Châu
2. Nội dung 1. Đặt vấn đề 2. Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất Cosφ 3. Các biện pháp nâng cao hệ số công suất Cosφ 4. Tính toán bù công suất phản kháng 5. Phân phối dung lượng bù trong mạng điện 6. Chọn tụ điện và điều chỉnh dung lượng bù
3. 1. Đặt vấn đề: Nhu cÇu dïng ®iÖn ngµy mét cao → ngµy cµng ph¶i tËn dông hÕt c¸c kh¶ n¨ng cña c¸c nhµ m¸y ®iÖn. VÒ mÆt sö dông ph¶i hÕt søc tiÕt kiÖm, sö dông hîp lý TB. ®iÖn, gi¶m tæn thÊt ®iÖn n¨ng ®Õn møc nhá nhÊt, phÊn ®Êu ®Ó 1 kWh ®iÖn n¨ng ngµy cµng lµm ra nhiÒu s¶n phÈm. Toµn bé hÖ thèng CC§. cã ®Õn 10  15 % n¨ng lîng ®iÖn bÞ tæn thÊt qua kh©u truyÒn t¶i vµ ph©n phèi, trong ®ã m¹ng xÝ nghiÖp chiÕm kho¶ng 60% lîng tæn thÊt ®ã. V× vËy viÖc sö dông hîp lý vµ khai th¸c hiÖu qu¶ TB. ®iÖn cã thÓ ®em l¹i nh÷ng lîi Ých to lín.
4. 1.1. Trong m¹ng ®iÖn tån t¹i hai lo¹i c«ng suÊt: + C«ng suÊt t¸c dông: P “ §Æc trng cho sù sinh ra c«ng, liªn quan ®Õn qu¸ tr×nh ®éng lùc. G©y ra moment qua cho c¸c ®éng c¬. Mét phÇn nhá bï vµo c¸c tæn hao do ph¸t nong d©y dÉn, lâi thÐp .ë nguån P trùc tiÕp liªn quan ®Õn tiªu hao n¨ng lîng ®Çu vµo nh Than, h¬i níc, lîng níc .v.v Tãm l¹i P ®Æc trng cho qu¸ tr×nh chuyÓn ho¸ n¨ng lîng. + C«ng suÊt ph¶n kh¸ng: Q ngîc l¹i kh«ng sinh ra c«ng. Nã ®Æc tr- ng cho qu¸ tr×nh tÝch phãng n¨ng lîng gi÷a nguån vµ t¶i, Nã liªn quan ®Õn qu¸ tr×nh tõ ho¸ lâi thÐp BA., ®éng c¬, g©y biÕn ®æi tõ th«ng ®Ó t¹o ra s®®. phÝa thø cÊp. Nã ®Æc trng cho kh©u tæn thÊt tõ t¶n trong m¹ng. ë nguån nã liªn quan ®Õn s®®. cña m¸y ph¸t (liªn quan ®Õn dßng kÝch tõ m¸y ph¸t). Nh vËy ®Ó chuyÓn ho¸ ®îc P cÇn ph¶i cã hiÖn diÖn cña Q. Giòa P & Q l¹i liªn hÖ trùc tiÕp víi nhau, mµ ®Æc trng cho mèi quan hÖ ®ã lµ hÖ sè c«ng suÊt.
5. P P Cos = = P2 + Q2 S C¸c ®¹i lîng P; Q; S; cos liªn hÖ víi nhau b»ng tam gi¸c c«ng suÊt. cos dùng để đánh giá mức độ sử dụng điện tiết kiệm và hợp lý của XN S2 = P2 + Q2 S Q P = S.Cos P Q = S. sin ➔ Cos dùng để đánh giá mức độ sử dụng điện tiết kiệm và hợp lý của XN
6. 1.2. Một số định nghĩa hệ số công suất: a. Hệ số cos tức thời: P cos = 3UI ❖ Xác định được nhờ dụng cụ đo tại thời điểm nào đó ❖ Cos biến thiên theo thời gian nên không có ý nghĩa trong tính toán b. Hệ số công suất trung bình cos tb: Là hệ số cos trong một khoảng thời gian nào đó (1 ca, 1 ngày đêm, 1 tháng, ): Qtb cos tb = cosarctg Ptb cos tb dùng để đánh giá mức độ sử dụng điện tiết kiệm và hợp lý của XN
7. c. Hệ số công suất cos tự nhiên: Là hệ số công suất trung bình tính trong một năm (8760h) khi không có thiết bị bù. Hệ số công suất tự nhiên được dùng làm căn cứ xác định phụ tải tính toán, nâng cao hệ số công suất và bù công suất phản kháng. Đối với ĐCKĐB có cos thấp (cos = 0,5÷0,7), do đó ĐCKĐB tiêu thụ công suất phản kháng nhiều nhất, chiếm (65÷70)%, sau đó là máy biến áp.
8. 2. Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất Cosφ: ➢ Lµm gi¶m ®îc tæn thÊt ®iÖn ¸p PR + Q X PR + Q X U = 1 2 = U 1 U U 2 ➢ Lµm gi¶m tæn thÊt c«ng suÊt P2 + Q2 P2 + Q2 S = 1 Z 2 Z = S 1 U 2 U 2 2 ➢ Lµm gi¶m tæn thÊt ®iÖn n¨ng P2 + Q2 P2 + Q2 A = 1 R. 2 R. = A 1 U 2 U 2 2 P 2 + Q 2 ➢ T¨ng kh¶ n¨ng truyÒn t¶i I = 3U
9. TÓM LẠI: Việc nâng cao cos có 2 lợi ích cơ bản: 1. Lợi ích to lớn về kinh tế cho ngành điện và doanh nghiệp 2. Lợi ích về kỹ thuật: Nâng cao chất lượng điện áp
10. 3. Các biện pháp nâng cao hệ số công suất Cosφ Có hai nhóm giải pháp để nâng cao cos 3.1. Nhóm các giải pháp nâng cao cos tự nhiên: Là các giải pháp không dùng các thiết bị bù. Có các giải pháp cơ bản sau: 1) Thay đổi và cải tiến quy trình công nghệ để các thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất 2) Thay thế các ĐCKĐB làm việc non tải bằng ĐC có CS nhỏ hơn 3) Giảm điện áp của những động cơ làm việc non tải 4) Hạn chế động cơ chạy không tải 5) Sử dụng ĐCĐB thay cho ĐCKĐB 6) Thường xuyên bảo dưỡng và nâng cao chất lượng sửa chữa ĐC 7) Thay thế những máy biến áp làm việc non tải bằng những máy biến áp có dung lượng nhỏ hơn
11. 3.2. Nhóm các giải pháp nâng cao cos nhân tạo: Là giải pháp sử dụng các thiết bị bù (tụ bù hoặc máy bù đồng bộ). Các thiết bị bù phát ra Q để cung cấp 1 phần hoặc toàn bộ nhu cầu Q trong XN. Làm như vậy gọi là Bù công suất phản kháng. + Máy bù thường chỉ dùng ở các trung tâm điện để duy trì ổn định cho hệ thống điện. + Tụ bù dùng cho lưới điện xí nghiệp, dịch vụ và dân dụng. Tụ có thế nối tiếp hay song song vào mạng điện.
12. 35110 kV ~ 610 kV 610 kV 0,4 kV
13. Bù dọc: mắc nối tiếp tụ vào đường dây, biện pháp này nhằm cải thiện thông số đường dây, giảm tổn hao điện áp. Lúc này thông số đường dây Z= R + j( XLC − X ) Bù ngang: mắc song song tụ vào đường dây, có nhiệm vụ cung cấp Q vào hệ thống, làm nâng cao điện áp cũng như cosφ. Dễ thấy lúc này tổn thất điện áp giảm xuống: PRQQX +−( ) =U bù U
14. So s¸nh kinh tÕ - kü thuËt cña m¸y bï vµ tô bï CÊu t¹o vËn hµnh söa CÊu t¹o vËn hµnh söa ch÷a phøc t¹p ch÷a ®¬n gi¶n Gi¸ thµnh cao Gi¸ thµnh thÊp Tiªu thô mét phÇn P Tiªu thô P Ýt TiÕng ån Yªn tÜnh §iÒu chØnh Q theo §iÒu chØnh Q tr¬n cÊp 5/21/2021 14
15. 4. Tính toán bù công suất phản kháng: 4.1. Xác định dung lượng bù: Qbu = P( tg 1 - tg 2).α P – c«ng suÊt t¸c dông trung b×nh cña hé tiªu thô. tg 1 t¬ng øng víi cos 1 hÖ sè tríc khi bï. tg 2 t¬ng øng víi cos 2 hÖ sè cÇn ®¹t tíi α =0.9→1 : hệ số xét tới khả năng nâng cao hệ số công suất Cosφ bằng những phương pháp không đòi hỏi đặt thiết bị bù Thêng ®ối víi c¸c xÝ nghiÖp cÇn ph¶i bï ®Ó ®¹t ®îc hÖ sè cos qui ®Þnh cña ngµnh §iÖn (0,85  0,9)
16. VÝ dô 1 Mét xÝ nghiÖp cã c«ng suÊt tæng nh sau: S = 100 + j152 KVA. TÝnh to¸n ®iÒu khiÓn dung lîng bï ®Ó n©ng hÖ sè c«ng suÊt lªn 0,65; 0,75 vµ 0,85.
17. Lêi gi¶i ◼ Tõ c«ng suÊt phô t¶i ®· cho x¸c ®Þnh ®îc hÖ sè c«ng suÊt cña xÝ nghiÖp P P 100 Cos = = = = 0,55 S P2 + Q2 1002 +1522 ◼ TÝnh ®îc tg = 1,51 - Khi yªu cÇu cos 1 = 0,65 tÝnh ®îc tg 1 = 1,17 - Khi yªu cÇu cos 2 = 0,75 tÝnh ®îc tg 2 = 0,88 - Khi yªu cÇu cos 3 = 0,85 tÝnh ®îc tg 3 = 0,62
18. ➢ §Ó n©ng hÖ sè c«ng suÊt lªn cos 1 th× c«ng suÊt ph¶n kh¸ng cÇn bï cña nhãm 1 lµ: Qb1 = P( tg - tg 1) = 100(1,51- 1,17) = 34 KVAr ➢ §Ó n©ng hÖ sè c«ng suÊt lªn cos 2 th× c«ng suÊt ph¶n kh¸ng cÇn bï cña nhãm 2 lµ: Qb2 = P( tg 1 - tg 2) = 100( 1,17 – 0,88) = 29 KVAr ➢ §Ó n©ng hÖ sè c«ng suÊt lªn cos 3 th× c«ng suÊt ph¶n kh¸ng cÇn bï cña nhãm 3 lµ: Qb3 = P( tg 2 - tg 3) = 100( 0,88- 0,62) = 26 KVAr 5/21/2021 22
19. S¬ ®å ®iÒu khiÓn dung lîng bï ®Ó n©ng hÖ sè c«ng suÊt XN lªn 0,65; 0,75 vµ 0,85. AT 1C§ 1 2 3 2C§ 1 2 3 2C§ 1 2 3 1CT 2CT 3CT 1C C 2CC 3C C Nhãm 1 Nhãm 2 Nhãm 3 5/21/2021 23
20. 3. Automatic return 1. Aux. poles 2. Main poles 4. Main poles of aux. poles make early make break after main poles have made R R R R A1 A1 A1 A1 A2 A2 A2 A2 R R R R
21. 4.2. Xác định vị trí đặt tụ bù: 35110 kV 610 kV § 0,4 kV § 0,4 kV §
22. ❑ Về lý thuyết có thể đặt tụ phía cao áp hay hạ áp hay bất cứ đâu của mạng XN. ❑ Đặt tụ bù phân tán tại các động cơ là có lợi nhất về mặt tổn thất điện áp và điện năng. Tuy nhiên đặt tụ kiểu này chi phí cao và khó khăn trong quản lý, vận hành. Vì vậy, đặt tụ bù phía điện áp cao hay hạ áp, tập trung hay phân tán đến mức độ nào cần phải so sánh KT- KT. Qua kinh nghiệm thực tế, nên đặt tụ bù như sau: ➢ Với máy bơm và xưởng cơ khí: Đặt tụ bù cạnh tủ phân phối ➢ Với XN nhỏ: Đặt tập trung tại thanh cái hạ áp TBA. Ngoài ra với các px có ĐC công suất lớn, đặt độc lập nên đặt riêng 1 bộ tụ bù. ➢ Với XN lớn: Đặt tụ bù phân tán tại các phân xưởng.
23. ➢ Đặt tụ bù phía cao áp xí nghiệp: tuy giá tụ cao áp rẽ nhưng chỉ giảm tổn thất điện năng từ phía cao áp ra lưới. ➢ Đặt tụ bù tại thanh cái hạ áp của trạm biến áp xí nghiệp giúp giảm điện năng trong trạm biến áp.
24. ➢Đặt tụ bù tại các tủ động lực: làm giảm được tổn thất điện áp trên đường dây từ tủ đến trạm phân phối và trong trạm. ➢ Đặt tụ bù cho tất cả các động cơ: phương pháp này có lợi nhất về giảm tổn thất điện năng nhưng tăng chi phí đầu tư, vận hành và bảo dưỡng tụ.
25. Trong thực tế việc tính toán phân bố bù tối ưu cho xí nghiệp là phức tạp và tùy theo quy mô và kết cấu lưới điện xí nghiệp có thể được thực hiện theo kinh nghiệm như sau: ◼ Với một xưởng sản xuất hoặc xí nghiệp nhỏ nên tập trung tụ bù tại thanh cái hạ áp của trạm biến áp xí nghiệp. ◼ Với xí nghiệp loại vừa có 1 trạm biến áp và một số phân xưởng công suất khá lớn cách xa trạm nên đặt tụ bù tại các tủ phân phối phân xưởng và tại cực các động cơ có công suất lớn (vài chục kW).
26. ◼ Đối với xí nghiệp có quy mô lớn gồm nhiều phân xưởng lớn, có trạm phân phối chính và các trạm phân xưởng. Việc bù thường thực hiện tại tất cả các thanh cái hạ áp của trạm phân xưởng. ◼ Đôi khi có thể thực hiện bù cho cả cao và hạ áp tùy vào giá thành của tụ.
27. 5. Phân bố tối ưu dung lượng bù: 5.1. Nếu mạng điện XN hình tia: Khi bù phân tán, áp dụng công thức phân bố tối ưu công suất như sau: Rtd Qbi = Qi − (Q −Qb  ). Ri 1 R1 Q1 – Qb1 R2 2 Q2 – Qb2 R3 3 Q3 – Qb + Qb1 + Qb2 HV
28. 5.2. Nếu mạng điện XN phân nhánh: Cần biến đổi các nhánh song song thành nhánh tương đương rối áp dụng công thức . n n Rtdm Qbm = Qm − (Qi − Qbi ). i=m i=m Rm
29. n n Rtdm Qbm = Qm − (Qi − Qbi ). i=m i=m Rm
30. VÝ dô 1 H·y ph©n phèi dung lîng bï Qb = 300 kVAr cho m¹ng ®iÖn h¹ ¸p U=380 V . §iÖn trë c¸c nh¸nh cho nh h×nh vÏ. Phô t¶i c¸c hé cho trªn h×nh vÏ, cho b»ng kVAr. 0,1  1 200 –Qb1 0,2  2 150 –Qb2 0,1  3 150 –Qb3 0,2  4 100 –Qb4
31. Lêi gi¶i §iÖn trë t¬ng ®¬ng cña 4 nh¸nh: 1 1 R = = td 1 1 1 1 30 + + + 0,2 0,1 0,2 0,1 Q = 200 + 150 + 150 + 100 = 600 Rtd Thay sè vµo ta cã: Qb1 = Q1 − (Q −Qb  ). R1 1 = 200 − (600 − 300). =100 kVAr 30.0,1
32. Dung lîng bï t¹i c¸c tñ ®éng lùc cßn l¹i: Qb2 = 150 – (600 – 300). 1/ 30.0,2 = 100 kVAr. Qb3 = 150 – (600 – 300). 1/30. 0,1 = 50 kVAr. Qb4 = 100 – (600 – 300). 1/30.0,2 = 50 kVAr.
33. VÝ dô 2 H·y ph©n phèi dung lîng bï Qb = 300 kVAr cho m¹ng ®iÖn h¹ ¸p víi R1 = R2 = R3 =0,04 ; R12 = 0,02 ; Q1 = 200 kVAr; Q2 = 100 kVAr; Q3 = 200 kVAr. Q1 – Qb1 Q2 – Qb2 R R1 2 Q3 – Qb3 N 3 Rn1 1 R12 2 R3
34. Lêi gi¶i Tríc tiªn tÝnh c¸c ®iÖn trë t¬ng ®¬ng: Rtd2 = R2 song song R3 → Rtd2 = 0,04.0,04/(0,04+0,04)= 0,04/2=0,02 . Rtd1 m¹ch giòa R1 song song R12+Rtd2 → Rtd1 = R1 .(R12+Rtd2) / (R1 + R12 + Rtd2)= 0,04.(0,02+0,02)/(0,04 + 0,02 + 0,02) = 0,02  ¸p dông c«ng thøc:
35. ¸p dông c«ng thøc: Qb1 = Q1 – [(Q1 + Q2 + Q3) - Qb]. Rtd1/R1 = 200 – [ 500 – 300 ]. 0,02/0,04 = 100 kVAr. Qb2 = Q2 – [(Q2 + Q3) – (QB - Qb1)]. Rtd2 /R2 = 100 – [ 300 – (300-100)]. 0,02 /0,04 = 50 kVAr. Qb3 = Q3 – [(Q2 + Q3) – (Qb - Qb1)].Rtd2/R3 = = 200 – [300 – (300-100)]. 0,02/0,04 = 150 kVAr. hoÆc ta cung cã thÓ suy ra ngay Qb3 = Qb - (Qb1 + Qb2) Qb3 = 300 – (100 + 50) = 150 kVAr.
36. Tree Trimming: Before Thank you for your attention! Friday, May 21, 2021 45