CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM VỀ HỆ SỐ CÔNG SUẤT
1.1.Khái niệm chung.
Theo thống kê cho thấy 70% lượng điện năng sản xuất ra được sử dụng trong
các xí nghiệp công nghiệp. Tính chung trong toàn bộ hệ thống điện, thường (10
÷15)% năng lượng điện phát ra bị tổn thất trong quá trình truyền tải. Tổn thất điện
năng trong mạng điện có điện áp từ (0,1÷10)kv (tức là mạng điện xí nghiệp) chiếm tới
65% tổng số tổn thất điện năng ở trên vì mạng điện xí nghiệp thường dùng điện áp
tương đối thấp đường dây lại dài và phân tán.
Giảm được tổn thất điện năng tức là giảm được thiết bị phát điện của nhà máy
điện và đồng thời giảm được nhiên liệu tiêu hao. Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới
công cuộc nâng cao đời sống của nhân dân. Vốn đầu tư sẽ giảm, giá thành 1 kwh điện
năng cũng sẽ giảm và nó có ảnh hưởng đến tất cả các ngành kinh tế khác. Giảm tổn
thất điện năng trong các xí nghiệp công nghiệp có một ý nghĩa rất quan trọng không
những có lợi cho bản thân xí nghiệp mà còn có lợi chung cho nền kinh tế quốc dân.
Hệ số công suất cosφ của xí nghiệp là một chỉ tiêu đánh giá xí nghiệp dùng điện có
hợp lí và tiết kiệm hay không. Do đó nhà nước đã ban hành các chính sách để khuyến
khích các xí nghiệp phấn đấu nâng cao hệ số công suất cosφ. Ví dụ nếu hệ số công
suất cosφ của xí nghiệp thấp hơn cosφ quy định thì xí nghiệp đó bị phạt, nếu lớn hơn
sẽ được thưởng.
Hệ số công suất cosφ của các xí nghiệp ở nước ta hiện nay nói chung đang còn
thấp (0,5÷0,6). Chúng ta cần phấn đấu để nâng cao dần lên (≥ 0,95).
Tổn thất năng lượng trong hệ thống điện của nước ta cũng còn rất cao, chúng ta
đang tập trung nghiên cứu để đưa tổn thất điện năng xuống 15%.
Các phương pháp nghiên cứu trước đây thường sử dụng thành phần điện dung để
bù, nhằm nâng cao hệ số công suất cosφ để giảm tổn hao, do việc các thiết bị tiêu thụ
năng lượng không phải là thuần trở mà có các thành phần phản khảng. Song trên thực
tế, cùng với việc điện áp trên lưới không ổn định, thay đổi theo giờ, theo phụ tải dẫn
đến hệ số công suất cũng thay đổi theo. Để tăng hệ số Cosφ thông thường người ta
mắc tụ song song với phụ tải, hệ số Cosφ được tăng lên trong khoảng (0,8 đến 0,99);
nhưng việc hệ số Cosφ thay đổi quá lớn như trên sẽ làm cho điện áp lưới thay đổi
theo, khi phụ tải nhỏ sẽ gây ra hiện tượng điện áp lớn hơn điện áp tiêu chuẩn của lưới,

rất dễ gây ra hiện tượng hỏng thiết bị. Chính vì vậy mục tiêu là ổn định hệ số Cosφ
khi phụ tải thay đổi, điện áp lưới thay đổi, nhằm mục đích giảm tổn thất điện năng và
ổn định điện áp, tăng độ bền của thiết bị.
Phương pháp thiết kế một tủ phân phối điện có bù hệ số công suất Cosφ 6 cấp, với
việc sử dụng bộ vi xử lý để thu thập các thông số của lưới điện sau đó phân tích đánh
giá tự động điều khiển bù từ cấp 1 đến cấp 6 để ổn định hệ số công suất nhằm nâng
cao hiệu quả sử dụng điện trong lưới điện hạ áp.
1


1.2. Hệ số công suất cosφ.
1.2.1. Khái niệm về hệ số công suất cosφ.

Hình 1.1: Tam giác công suất.
Hệ số công suất biểu diễn mối quan hệ giữa các dạng công suất của hệ thống
điện P, Q, S thông qua góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện, ký hiệu cosφ .
S là công suất toàn phần.
P: công suất tác dụng.
Q: công suất phản kháng.
φ: góc giữa S và P.
Trong thực tế tính toán khái niệm hệ số công suất
cosφ được dùng. Khi cosφ càng nhỏ thì lượng công
suất phản kháng tiêu thụ hoặc truyền tải càng lớn và
công suất tác dụng càng nhỏ và ngược lại.
1.2.2. Hệ số công suất tức thời.
Là hệ số công suất tại một thời điểm nào đó, đo được nhờ dụng cụ đo cosφ
hoặc nhờ các dụng cụ đo công suất, điện áp và dòng điện.
Cosϕ =

P

=
S

P
P2 + Q2

Do phụ tải luôn thay đổi nên cosφ tức thời cũng luôn thay đổi theo. Vì thế cosφ
tức thời không có giá trị trong tính toán.
1.2.3. Hệ số công suất trung bình.
Là hệ số công suất trung bình trong một khoảng thời gian nào đó (một ca làm
việc, một ngày đêm, một tháng... ).
Cosϕ =

Ptb
Ptb2 + Qtb2

Trong đó:
2


Ptb =

AP
t 2 − t1

Qtb =

AQ
t 2 − t1


Với ap, aq là lượng điện năng tác dụng và phản kháng của các hộ dùng điện tiêu thụ
trong khoảng thời gian từ t1 đến t2, được xác định nhờ các công tơ đo năng lượng.
Hệ số công suất trung bình cos ϕtb được dùng để đánh giá mức độ sử dụng điện
tiết kiệm và hợp lí của xí nghiệp.
1.2.4. Hệ số công suất tự nhiên.
Hệ số công suất tự nhiên là hệ số công suất trung bình tính cho 1 năm, khi
không có thiết bị bù, kí hiệu là cos ϕtn . Hệ số công suất cos ϕtn được dùng làm căn cứ để
tính toán nâng cao hệ số công suất và bù công suất phản kháng.
Việc tính toán đánh giá chi phí công suất phản phản kháng được thông tư chính phủ
ban hành,chúng phụ thuộc vào hệ số phạt phản kháng (k%).Giá trị này phụ thuộc vào
hệ số công suất (cosφ) và giá trị k này sẽ bằng 44,07 với các trường hợp cosφ , 0,6.
Bảng 1:Mối quan hệ giữa k và cos
Cosφ

k (%)

Cosφ

k (%)

Cosφ

k (%)

0.85

0

0.80


6.25

0.75

13.33

0.84

1.19

0.79

7.59

7.59

14.86

0.83

2.41

0.78

8.97

0.73

16.44


0.82

3.66

0.77

10.39

0.72

18.06

0.81 4

4.94

0.76

11.84

0.71

19.72

1.2.5. Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất cosφ.
 Giảm tổn thất công suất ∆p trong mạng điện.
∆P =

P2 + Q2
P2

Q2
R
=
R
+
R = ∆P( P ) + ∆P( Q )
U2
U2
U2

Khi giảm được Q truyền tải trên đường dây thì sẽ giảm được thành phần tổn
thất công suất do công suất phản kháng gây ra ∆P(Q).
 Giảm được tổn thất điện áp ∆U trong mạng.
Ta đã biết, tổn thất điện áp được tính như sau:
3


∆U =

PR + QX P
Q
= R + X = ∆U ( P ) + ∆U ( Q )
U
U
U

Như vậy khi giảm được Q truyền tải trên đường dây (trong mạng) sẽ giảm
được thành phần tổn thất điện áp do công suất phản kháng gây nên ∆U(Q).
 Tăng được khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp.
Khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp phụ thuộc vào điều kiện

phát nóng, tức là phụ thuộc vào dòng điện cho phép của chúng.
Dòng điện chạy trên đường dây và máy biến áp được tính như sau:
S
I=
=
3.U

P2 + Q2
3.U

Biểu thức này chứng tỏ rằng, với cùng một tình trạng phát nóng nhất định của
đường dây và máy biến áp, ta có thể tăng khả năng truyền tải công suất tác dụng P của
mạng bằng cách giảm công suất phản kháng Q mà chúng phải truyền tải.
Vì thế khi vẫn giữ nguyên đường dây và máy biến áp, nếu cosφ của mạng được
nâng cao thì khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp sẽ được tăng lên.
Ngoài ra việc nâng cao cosφ còn đưa đến hiệu quả là giảm chi phí kim loại
màu, góp phần làm ổn định điện áp, tăng khả năng phát điện của các máy phát điện...
Trong thiết kế, nếu có xét tới bù công suất phản kháng thì có thể chọn được tiết
diện dây dẫn nhỏ hơn hoặc máy biến áp có công suất nhỏ hơn.
Vì vậy, việc nâng cao hệ số công suất cosφ cần phải được quan tâm đúng mức
trong công tác thiết kế cũng như vận hành.
 Giảm giá thành tiền điện:
- Nâng cao hệ số công suất đem lại những ưu điểm về kỹ thuật và kinh tế,
nhất là giảm tiền điện.
- Trong giai đoạn sủ dụng điện có giới hạn theo qui định. Việc tiêu thụ năng
lượng phản kháng vượt quá 40% năng lượng tác dụng (tgφ > 0,4: đây là giá trị thoã
thuận với công ty cung cấp điện) thì người sử dụng năng lượng phản kháng phải trả
tiền hàng tháng theo giá hiện hành.
- Do đó, tổng năng lượng phản kháng được tính tiền cho thời gian sử dụng
sẽ là: kVAr ( phải trả tiền ) = KWh ( tgφ – 0,4)

- Mặc dù được lợi về giảm bớt tiền điện, người sử dụng cần cân nhắc đến
yếu tố phí tổn do mua sắm, lắp đặt bảo trì các tụ điện để cải thiện hệ số công suất.
Tối ưu hoá kinh tế - kỹ thuật
- Cải thiện hệ số công suất cho phép người sử dụng máy biến áp, thiết bị
đóng cắt và cáp nhỏ hơn V.V…đồng thời giảm tổn thất điện năng và sụt áp trong
mạng điện.
Hệ số công suất cao cho phép tối ưu hoá các phần tử cung cấp điện. Khi ấy các thiết bị
điện không cần định mức dư thừa. Tuy nhiên để đạt được kết quả tốt nhất, cần đặt tụ
cạnh cạnh từng phần tử của thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng.
4


1.3. Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cosφ.






Áp dụng công nghệ hiện đại vào sản xuất.
Sử dụng hợp lí các thiết bị điện.
Nâng cao điện áp định mức cũng như điện áp vận hành của mạng điện.
Lựa chọn sơ đồ nối dây hợp lí nhất cho mạng điện.
Kiểm tra thường xuyên tổn thất điện năng trong mạng điện và cosφ trong các xí
nghiệp. Tuy nhiên trong lúc thực hiện các biện pháp tiết kiệm điện và nâng cao
hệ số công suất cosφ, cần chú ý không được gây ảnh hưởng đến quá trình sản
xuất của xí nghiệp cũng như nhân dân lao động.
 Giảm công suất phản kháng truyền tải trên đường dây và máy biến áp bằng các
thiết bị bù.


CHƯƠNG 2: CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT
2.1. Các phương pháp nâng cao hệ số công suất.
Theo kinh nghiệm vận hành người ta đưa ra các biện pháp chủ yếu sau đây:
5


a. Chọn đúng công suất động cơ không đồng bộ truyền động cho các máy công
cụ.
Muốn nâng cao được hiệu quả truyền động điện, tính kinh tế của năng lượng
điện cần sử dụng hết công suất của thiết bị công nghệ; nó liên quan đến việc sử dụng
tốt các thiết bị điện như động cơ không đồng bộ, máy biến áp. Nói cách khác là chọn
đúng công suất của thiết bị điện nói chung và động cơ điện nói riêng. Làm như vậy sẽ
hạn chế được công suất phản kháng tiêu thụ của truyền động điện. Biện pháp này
được áp dụng khi thiết kế trang bị điện.
b. Thay động cơ chạy non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn.
Chúng ta biết rằng hệ số công suất của động cơ phụ thuộc rất lớn vào hệ số phụ
tải của động cơ.
Khi làm việc động cơ không đồng bộ tiêu thụ một lượng công suất phản kháng:
Q = Q0 + (Qdm − Q0 ).k pt2

Trong đó: Q0 là công suất phản kháng mà động cơ tiêu thụ từ lưới điện khi
chạy không tải
Q0 = 3.U dm .I 0 = 3.U dm .I dm .

I0 %
100

Q0 thường chiếm tỉ lệ (60÷70)% Qđm
Với: Qdm =


Pdm
tgϕ dm
η dm

 η dm là hiệu suất định mức của động cơ.
 Qđm là công suất phản kháng mà động cơ tiêu thụ từ lưới khi làm việc định
mức.
 kpt là hệ số phụ tải.
P
S
k pt = tb =
Pdm S dm

 U 


 U dm 

2

Với :
 S, Sđm là hệ số trượt thực tế và hệ số trượt định mức của động cơ.
 U, Uđm là điện áp thực tế và điện áp định mức của động cơ.
Hệ số công suất của động cơ được tính theo biểu thức:
Cosϕ =

Ptt
=
Stt


Ptt
Ptt2 + Qtt2

=

1
Ptt2 + Qtt2
Ptt2

=

1
1+

Qtt2
Ptt2

=

1
 Q + (Qdm − Q0 )k pt2 
1+  0

Pdm .k pt



2

(2.1)


6


Hình 2.1: Đồ thị biểu diễn quan hệ cosφ = f(kpt)
Từ biểu thức (2.1) và (hình 2.1) ta thấy rằng nếu động cơ làm việc non tải tức
kpt nhỏ thì cosφ sẽ thấp.
Ví dụ: một động cơ có cosφ = 0,8 khi kpt = 1.
Khi kpt = 0,5 thì cosφ = 0,65.
Khi kpt = 0,3 thì cosφ = 0,5.
Rõ ràng nếu thay động cơ làm việc non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn
thì ta sẽ tăng được kpt do đó nâng cao được hệ số công suất cosφ của động cơ và cũng
là giảm được lượng Q tiêu thụ.
Theo kinh nghiệm vận hành, nếu động cơ có k pt < 0,45 thì việc thay thế nó
bằng động cơ có công suất nhỏ hơn là luôn luôn có lợi không cần phải tính toán kiểm
tra; khi kpt > 0,7 thì không nên thay thế. Trong trường hợp 0,45 < k pt< 0,7 thì cần phải
so sánh kinh tế kỹ thuật mới xác định được việc thay thế có lợi hay không. Điều kiện
để quyết định thay động cơ là tổn thất công suất tác dụng trong hệ thống cung cấp
điện và trong động cơ phải nhỏ hơn.
Tổn thất công suất tác dụng được tính như sau:
∆P∑ = Q.k kt + ∆Pdc

Trong đó:
 Q là công suất phản kháng động cơ tiêu thụ từ lưới.
 kkt là hệ số gọi là đương lượng kinh tế của công suất phản kháng kw/kvar
(tra
trong sổ tay ).
 ∆Pdc là tổn thất công suất tác dụng của động cơ.
∆Pdc = ∆P0 + ∆Pdm .k pt2


Với

P

∆Pdm =  dm − Pdm  − ∆P0
 η dm


Trong đó: ∆P0 là tổn thất công suất tác dụng trong động cơ khi chạy không tải.
7


2
2
Như vậy: ∆P∑ = [Q0 + (Qdm − Q0 )k pt ].k kt + ∆P0 + ∆Pdm .k pt

Khi tính toán, nếu ∆P∑ < ∆P∑ thì việc thay thế động cơ 1 bằng động cơ 2 là
hợp lý.
Tuy nhiên để quyết định có thay thế động cơ hay không còn phải kể đến chi phí
phụ cho việc tháo dỡ động cơ cũ và lắp đặt động cơ mới kể cả chi phí về khớp nối.
c. Giảm điện áp của những động cơ làm việc non tải.
Biện pháp này được dùng khi không có điều kiện thay thế động cơ làm việc
non tải bằng động cơ công suất nhỏ hơn.
Công suất phản kháng mà động cơ tiêu thụ được xác định như sau:
( 2)

U2
Q=k
. f .v
µ


(1)

(2.2)

Trong đó:
 k là hằng số.
 U là điện áp trên đầu cực của động cơ (v).
 μ là hệ số từ thẩm (h/cm).
 f là tần số của lưới điện (hz).
 v là thể tích mạch từ (cm).
Từ biểu thức (2.2) ta thấy rằng công suất phản kháng Q tỉ lệ với bình phương
điện áp U. Vì vậy nếu giảm U thì Q giảm đi rõ rệt và cosφ của động cơ sẽ tăng lên.
Trong thực tế người ta thường dùng các biện pháp sau đây để giảm điện áp đặt
lên cuộn dây của động cơ làm việc non tải:
 Đổi nối dây quấn stator từ ∆ thành Y.
 Thay đổi cách phân nhóm của dây quấn stator.
 Thay đổi đầu phân áp của máy biến áp để hạ thấp điện áp của mạng phân
xưởng.
Khi đổi nối dây quấn stator từ ∆ thành Y thì điện áp đặt lên cuộn dây pha của
động cơ giảm đi 3 lần do đó cosφ và hiệu suất của động cơ được nâng lên. Đồng thời
mômen cực đại của động cơ giảm đi 3 lần so với trước. Vì vậy cần phải kiểm tra lại
khả năng mở máy và làm việc ổn định của động cơ.
Biện pháp này dùng cho động cơ có điện áp nhỏ hơn 1000V và hệ số phụ tải
trong khoảng (0,35÷0,4).
Biện pháp thay đổi phân nhóm của dây cuốn stator thường dùng với động cơ có
công suất lớn có nhiều mạch nhánh song song trong một pha. Biện pháp này khó thực
hiện vì phải tháo động cơ ra mới thay đổi được cách quấn dây.
Biện pháp thay đổi đầu phân áp của máy biến áp để giảm điện áp của mạch
phân xưởng chỉ được phép thực hiện khi tất cả các động cơ trong phân xưởng đều làm

việc non tải và phân xưởng không có thiết bị yêu cầu cao về mức điện áp, trong thực
tế biện pháp này ít được sử dụng.
d. Hạn chế động cơ không đồng bộ chạy không tải.
8


Các máy công cụ trong quá trình gia công thường nhiều lúc phải chạy không
tải, chẳng hạn như chuyển từ động tác gia công này sang động tác gia công khác, khi
chạy lùi dao ... cũng có thể do thao tác của công nhân không hợp lí, mà nhiều lúc máy
chạy không tải.
Theo thống kê cho thấy rằng, đối với các máy công cụ, thời gian chạy không
tải chiếm khoảng (35÷65)% thời gian làm việc, cosφ của động cơ rất thấp (0,1÷0,15).
Vì thế, hạn chế động cơ chạy không tải là biện pháp tốt để nâng cao cosφ của động cơ.
Hạn chế động cơ chạy không tải được thực hiện theo hai hướng:
 Vận động công nhân hợp lí hoá các thao tác, hạn chế đến mức thấp nhất thời
gian máy chạy không tải.
 Đặt bộ phận hạn chế hành trình không tải trong sơ đồ khống chế của động cơ,
nếu động cơ chạy không tải quá thời gian chỉnh định, thì động cơ bị cắt khỏi
mạng. Bộ hạn chế hành trình không tải chỉ được sử dụng trong trường hợp nó
mang lại hiệu quả kinh tế, có nghĩa là nó phải làm giảm được năng lượng tác
dụng và phản kháng tiêu thụ từ lưới, và bù đắp được chi phí đầu tư, lắp đặt bộ
hành trình không tải.
e. Đề cao chất lượng, sửa chữa động cơ.
Ảnh hưởng của chất lượng sửa chữa động cơ đến cosφ của động cơ thường do
sự thay đổi tham số của cuộn dây (như số vòng dây trong một pha sơ đồ nối dây, điện
áp đặt trong một vòng dây ...) và khe hở không khí.
Ta xét một số trường hợp khi không thay đổi sơ đồ nối dây và điện áp đặt vào
cuộn dây thì:
 Khi tiết diện dây không thay đổi, số vòng dây trong một pha giảm 10% thì ∅max
tăng 10% công suất phản kháng và dòng không tải tăng 25% do giảm độ từ

thẩm của mạch từ khi bão hoà, cosφ của động cơ giảm từ cosφ đm = (0,85÷0,87)
xuống (0,8÷0,82) và cosφđm = (0,8÷0,82) thì xuống tới (0,74÷0,75). Tổn thất
công suất trong phép tỉ lệ với bình phương mật độ từ cảm, tổn thất công suất
tác dụng tăng 21%.
E = 4,44.kdq.f.W.∅m ≈ U = Const
Hay: W.∅m = Const
Nếu W giảm thì ∅m tăng - μ giảm.
Q = k.f.r.μ.∅2
 Khi số vòng dây pha tăng 10% còn tiết diện dây giảm 10% thể tích đồng không
thay đổi, từ thông ∅m giảm 10% dẫn tới μ tăng lên. Công suất phản kháng Q và
dòng không tải giảm 25% cosφ của động cơ tăng lên.
Nếu cosφđm = (0,85÷0,87) sẽ tăng lên (0,9÷ 0,91).
Cosφđm = (0,8÷0,82) sẽ tăng lên (0,85÷0,87).
Tổn thất công suất tác dụng trong thép giảm 19%, dòng trong stator tăng 10%,
dòng tác dụng trong stator tăng, còn dòng phản kháng trong stator giảm 25%. Nhưng
9


mật độ dòng trong cuộn dây stator tăng 10%, tổn thất công suất tác dụng trong cuộn
dây:
∆Pcu = ρ.v.j2
Trong đó:
 v là thể tích đồng.
 j là mật độ dòng điện.
Như vậy tổn thất công suất tác dụng trong cuộn dây tăng lên 21%; hiệu suất
của động cơ giảm gần 1% khi động cơ làm việc định mức, khi k pt = (0,5÷0,7) thì hiệu
suất lại tăng lên.
Khi tiết diện dây không đổi, số vòng dây trong 1 pha tăng 10% thì ∅m giảm
10%, q0 và i0 giảm 25% tổn thất công suất trong thép ∆P fe giảm 19% cosφ tăng lên,
dòng trong cuộn dây rotor tăng 10% còn trong stator không đổi, (istator = const).

Tổn thất công suất tác dụng trong dây quấn rôto tăng 21%, trong stator tăng
10%. Hiệu suất của động cơ lớn hơn hiệu suất định mức (η > η đm ) .
Nếu khe hở không khí không đều, dẫn đến sự mất đối xứng của từ trường, làm
cho lõi thép có chỗ bị bão hoà, chỗ không bị bão hoà. Vì vậy không sử dụng hết khả
năng cho lõi thép làm cho cosφ và hiệu suất của động cơ giảm.
f. Vận hành hợp lí máy biến áp.
Trong xí nghiệp, máy biến áp được vận hành liên tục suốt ngày đêm. Vì vậy,
mặc
dù công suất phản kháng máy biến áp tiêu thụ để từ hoá lõi thép nhỏ hơn rất nhiều
công
suất phản kháng xí nghiệp tiêu thụ, nhưng vẫn phải quan tâm đến nó.
 Thay thế máy biến áp vận hành non tải.
Máy biến áp vận hành không tải tiêu thụ công suất phản kháng bằng 60% công
suất phản kháng tiêu thụ khi phụ tải định mức. Từ đó ta thấy rằng nếu máy biến áp
vận hành non tải thì cosφ sẽ giảm.
Ví dụ: khi máy biến áp luôn luôn vận hành non tải thì phải thay thế nó bằng
máy biến áp có công suất nhỏ hơn (thường kpt < 0,3), việc này thực hiện khi thiết kế.
 Vận hành kinh tế trạm biến áp.
Khi trạm có từ hai máy biến áp trở lên thì tuỳ theo sự thay đổi của phụ tải mà ta
có phương thức vận hành cho kinh tế. Ví dụ khi phụ tải nhỏ (ca 3 chẳng hạn) có thể
cắt bớt máy biến áp để các máy còn lại đủ tải.
g. Dùng động cơ đồng bộ thay động cơ không đồng bộ.
Ở những máy sản xuất có công suất tương đối lớn và không điều chỉnh tốc độ
như máy bơm, máy quạt, máy nén khí ... ta nên dùng động cơ đồng bộ, vì nó có những
ưu điểm sau so với động cơ không đồng bộ.
Hệ số công suất cosφ cao, khi cần có thể cho làm việc ở chế độ quá kích thích
để trở thành máy bù cung cấp công suất phản kháng cho mạng.
10



Mômen quay tỷ lệ bậc nhất với điện áp, vì vậy ít phụ thuộc vào sự thay đổi của
điện áp. Khi tần số của nguồn không thay đổi, tốc độ quay của động cơ không phụ
thuộc vào phụ tải do đó năng suất làm việc của máy cao.
Song nó cũng có một số khuyết điểm: cấu tạo phức tạp, giá thành cao, mở máy
phức tạp. Chính vì thế động cơ đồng bộ chỉ chiếm khoảng 70% tổng số động cơ dùng
trong công nghiệp, ngày nay nhờ đã chế tạo được động cơ tự kích từ giá thành hạ và
có giải công suất tương đối rộng nên người ta sử dụng ngày càng nhiều động cơ đồng
bộ.
h. Thay đổi và cải tiến quy trình công nghệ để các thiết bị điện làm việc ở chế độ
hợp lý nhất.
Căn cứ vào điều kiện cụ thể, cần sắp xếp qui trình công nghệ một cách hợp lí
nhất, việc giảm bớt các động tác và nguyên công thừa, áp dụng các phương pháp gia
công tiên tiến... đều đưa tới hiệu quả tiết kiệm điện, giảm bớt điện năng tiêu thụ cho
một đơn vị sản phẩm.
Ví dụ: phương pháp đúc tiên tiến cho phép giảm độ dư của phôi do đó giảm bớt
các nguyên công cắt gọt, phương pháp gia công tốc độ cao hoặc phương pháp gia
công nhiều dao có thể rút ngắn thời gian gia công và giảm được lượng điện năng tiêu
hao. Tất cả các thiết bị tiêu thụ áp suất lớn cần định rõ phương thức vận hành cho hợp
lí, ví dụ vận hành với kpt gần bằng 1, phân bố đều trong 3 ca làm việc, khi cần thì cắt
bớt máy làm việc song song.
Cải tiến thao tác cho hợp lí, giảm thời gian chạy không tải và non tải.
Thay động cơ có tốc độ thấp bằng động cơ có tốc độ cao, vì động cơ có tốc độ
thấp tiêu thụ nhiều công suất phản kháng hơn động cơ có tốc độ cao khi chúng có
cùng một công suất.
Việc nâng cao hệ số công suất cosφ có nhiều cách, tuỳ tình hình cụ thể mà áp
dụng cho thích hợp và đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất.
2.2. Nâng cao hệ số công suất cosφ bằng phương pháp nhân tạo.
2.2.1. Nguyên tắc thực hiện.
Sau khi tiến hành các biện pháp bù tự nhiên để giảm lượng tiêu thụ công suất
phản kháng mà hệ số công suất cosφ của xí nghiệp vẫn chưa đạt yêu cầu thì mới dùng

đến phương pháp bù nhân tạo.
Bù công suất phản kháng bằng phương pháp nhân tạo là đặt thêm các thiết bị
phát ra công suất phản kháng ngay tại hộ tiêu thụ.
Để bù công suất phản kháng, người ta thường dùng hai loại thiết bị bù chủ yếu
là máy bù đồng bộ và tụ điện tĩnh.
2.2.2. Các loại bù công suất phản kháng.
a. Bù trên lưới điện áp.
Trong mạng lưới hạ áp, bù công suất được thực hiện bằng:
11


 Tụ điện với lượng bù cố định (bù nền).
 Thiết bị điều chỉnh bù tự động hoặc một bộ tụ cho phép điều chỉnh liên tục theo

yêu cầu khi tải thay đổi.
Chú ý : Khi công suất phản kháng cần bù vượt quá 800 kvar và tải có tính liên
tục và ổn định, việc lắp đặt bộ tụ ở phía trung áp thường có hiệu quả kinh tế tốt hơn.
b. Tụ bù nền.
Bố trí bù gồm một hoặc nhiều tụ tạo nên lượng bù không đổi, việc điều khiển
có thể thực hiện:
 Bằng tay: dùng CB hoặc LBS (load – break switch)
 Bán tự động: dùng contactor.
 Mắc trực tiếp vào tải đóng điện cho mạch bù đồng thời khi đóng tải.
Các tụ điện được đặt:
 Tại vị trí đấu nối của thiết bị tiêu thụ điện có tính cảm (động cơ điện và máy
biến áp).
 Tại vị trí thanh góp cấp nguồn cho nhiều động cơ nhỏ và các phụ tải có tính
cảm kháng đối với chúng việc bù từng thiết bị một tỏ ra quá tốn kém.
 Trong các trường hợp khi tải không thay đổi.
c. Bộ tụ bù điều khiển tự động (bù ứng động).

Bù công suất thường được hiện bằng các phương tiện điều khiển đóng ngắt
từng bộ phận công suất.
Thiết bị này cho phép điều khiển bù công suất một cách tự động, giữ hệ số
công suất trong một giới hạn cho phép chung quanh giá trị hệ số công suất được chọn.
Thiết bị này được lắp đặt tại các vị trí mà công suất tác dụng và công suất phản
kháng thay đổi trong phạm vi rất rộng. ví dụ: tại thanh góp của tủ phân phối chính, tại
đầu nối của các cáp trục chịu tải lớn.
Các nguyên lý và lý do sử dụng bù tự động:
 Bộ tụ bù gồm nhiều phần và mỗi phần được điều khiển bằng contactor. Việc
đóng một contactor sẽ đóng một số tụ song song với các tụ vận hành. Vì vậy
lượng công suất bù có thể tăng hay giảm theo từng cấp bằng cách thực hiện
đóng hoặc cắt contactor điều khiển tụ. Một relay điều khiển kiểm soát hệ số
công suất của mạng điện sẽ thực hiện đóng và mở các contactor tương ứng để
hệ số công suất cả hệ
thống thay đổi (với sai số do điều chỉnh từng bậc). Để điều khiển rơle máy biến
dòng phải đặt lên một pha của dây cáp dẫn điện cung cấp đến mạch được điều
khiển. Khi thực hiện bù chính xác bằng các giá trị tải yêu cầu sẽ tránh được
hiện tượng quá điện áp khi tải giảm xuống thấp và do đó khử bỏ các điều kiện
phát sinh
quá điện áp và tránh các thiệt hại xảy ra cho trang thiết bị.
 Quá điện áp xuất hiện do hiện tượng bù dư phụ thuộc một phần vào giá trị tổng
trở nguồn.
12


Các qui tắc bù:
 Nếu công suất bộ tụ (kvar) nhỏ hơn hoặc bằng 15% công suất định mức máy
biến áp cấp nguồn, nên sử dụng bù nền.
 Nếu ở trên mức 15%, nên sử dụng bù kiểu tự động.
 Vị trí lắp đặt tụ áp trong mạng điện có tính đến chế độ bù công suất; hoặc bù

tập trung, bù nhóm, bù cục bộ, hoặc bù kết hợp hai phương án sau cùng.
 Về nguyên tắc, bù lý tưởng có nghĩa là bù áp dụng cho từng thời điểm tiêu thụ
và với mức độ mà phụ tải yêu cầu cho mỗi thời điểm.
 Trong thực tiễn, việc chọn phương cách bù dựa vào các hệ số kinh tế và kỹ
thuật.
Vị trí lắp đặt tụ bù:
 Bù tập trung: áp dụng cho tải ổn định và liên tục.
Nguyên lý: bộ tụ đấu vào thanh góp hạ áp của tủ phân phối chính và được
đóng trong thời gian tải hoạt động.
Ưu điểm:
o Giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng .
o Làm giảm công suất biểu kiến.
o Làm nhẹ tải cho máy biến áp và do đó nó có khả năng phát triển thêm các
phụ tải cần thiết.
Nhận xét:
o Dòng điện phản kháng tiếp tục đi vào tất cả lộ ra tủ phân phối chính của
mạng hạ thế.
o Vì lý do này kích cỡ dây dẫn, công suất tổn hao không được cải thiện ở chế
độ bù tập trung.
 Bù nhóm (từng phân đoạn).
Bù nhóm nên sử dụng khi mạng điện quá lớn và khi chế độ tải tiêu thụ theo
thời gian của các phân đoạn thay đổi khác nhau.
Nguyên lý: bộ tụ được đấu vào tủ phân phối khu vực. Hiệu quả do bù nhóm
mang lại cho dây dẫn xuất phát từ tủ phân phối chính đến các tủ khu vực có đặt tụ
được thể hiện rõ nhất.
Ưu điểm:
o Làm giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng.
o Làm giảm công suất biểu kiến yêu cầu.
o Kích thước dây cáp đi đến các tủ phân phối khu vực sẽ giảm đi hoặc với
cùng

dây cáp trên có thể tăng thêm phụ tải cho tủ phân phối khu vực.
Nhận xét:
o Dòng điện phản kháng tiếp tục đi vào tất cả dây dẫn xuất phát từ tủ phân
phối
13


khu vực.
o Vì lý do này mà kích thước và công suất tổn hao trong dây dẫn nói trên
không
được cải thiện với chế độ bù nhóm.
o Khi có sự thay đổi đáng kể của tải, luôn luôn tồn tại nguy cơ bù dư và kèm
theo hiện tượng quá điện áp.
 Bù riêng:
Bù riêng nên được xét đến khi công suất động cơ lớn đáng kế so với mạng
điện.
Nguyên lý: bộ tụ mắc trực tiếp vào đầu dây nối của thiết bị dùng điện có tính
cảm (chủ yếu là các động cơ). Bộ tụ định mức (kvar) đến khoảng 25% giá trị công
suất động cơ. Bù bổ sung tại đầu nguồn điện cũng có thể mang lại hiệu quả tốt.
Ưu điểm:
o Làm giảm tiền phạt do tiêu thụ công suất phản kháng (kvar).
o Giảm công suất biểu kiến yêu cầu.
o Giảm kích thước và tổn hao dây dẫn đối với tất cả dây dẫn.
Nhận xét: Các dòng điện phản kháng có giá trị lớn sẽ không còn tồn tại
trong mạng điện.
2.2.3. Các loại thiết bị bù.
a. Máy bù đồng bộ.
Máy bù đồng bộ là một loại động cơ đồng bộ làm việc trong chế độ không tải
và quá kích thích, do không có phụ tải trên trục, máy bù đồng bộ có thể được chế tạo
gọn nhẹ hơn so với động cơ đồng bộ. Vì vậy máy bù đồng bộ rẻ hơn động cơ đồng bộ

cùng công suất, máy bù đồng bộ có những đặc điểm sau đây:
 Máy bù đồng bộ có thể phát ra và tiêu thụ công suất phản kháng, ở mức độ quá
kích thích máy bù sản xuất ra công suất phản kháng cung cấp cho mạng, còn ở
chế độ thiếu kích thích máy bù lại tiêu thụ công suất phản kháng của mạng.
 Công suất phản kháng phát ra không phụ thuộc điện áp đặt vào mà phụ thuộc
vào dòng điện ikt.
 Lắp ráp, vận hành phức tạp, dễ gây ra sự cố ở phần động.
 Bản thân máy bù cũng tiêu thụ một lượng sông suất tác dụng khá lớn, khoảng
(0,015÷0,032) kw/kvar.
 Giá tiền một đơn vị công suất phát ra phụ thuộc vào công suất của máy bù,
công suất của máy bù cũng bé thì giá tiền 1 kvar do nó phát ra cũng đắt. Vì vậy
máy bù chỉ được chế tạo với công suất lớn thường 5 kvar trở lên.
 Có thể điều chỉnh công suất phản kháng phát ra bằng cách thay đổi kích từ một
cách liên tục.
Máy bù đồng bộ thường đặt ở những nơi cần bù tập trung, dung lượng bù lớn.
b. Tụ điện tĩnh.
14


Tụ điện tĩnh là loại thiết bị điện tĩnh, làm việc với dòng điện vượt trước điện
áp, do đó có thể sinh ra công suất phản kháng Q cung cấp cho mạng.
 Ưu điểm:
 Suất tổn thất công suất tác dụng nhỏ, khoảng (0,003÷0,005) kw/kvar.
 Không có phần động nên lắp ráp, bảo quản dễ dàng.
 Tụ điện tĩnh được chế tạo thành từng đơn vị nhỏ, vì thế có thể tuỳ theo sự
phát triển của phụ tải trong quá trình sản xuất mà điều chỉnh dung lượng
cho phù hợp.
 Nhược điểm:
 Công suất phản kháng phát ra phụ thuộc vào điện áp.
U2

U2
Q = I .X c =
=
= ω.C.U 2 = U 2 .2π . f .C
X c 1 / ω.C
2

Trong đó:
 U có đơn vị là v.
 C có đơn vị là f.
 Q có đơn vị là var
 Tụ điện có cấu tạo kém bền vì vậy dễ bị phá hỏng khi xảy ra ngắn mạch.
 Khi điện áp tăng đến 1,1Uđm thì cách điện của tụ điện dễ bị chọc thủng.
 Khi đóng tụ điện vào mạng có dòng điện xung, còn khi cắt tụ khỏi mạng, nếu
không có thiết bị phóng điện thì sẽ có điện áp dư trên tụ.
 Khó tự động điều chỉnh dung lượng bù một cách liên tục.
 Tụ điện tĩnh được chế tạo dễ dàng ở cấp điện áp (0,4÷10)kv, thông thường nếu
dung lượng bù nhỏ hơn 5 mvar thì người ta dùng tụ điện, còn nếu lớn hơn phải
so sánh với máy bù đồng bộ.
c. Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn được đồng bộ hoá.
Khi cho dòng điện một chiều vào dây quấn rôto của động cơ không đồng bộ thì
động cơ đó sẽ làm việc như động cơ đồng bộ, có thể điều chỉnh dòng kích từ để nó
phát ra công suất phản kháng cung cấp cho mạng. Nhược điểm của loại này là suất tổn
thất công suất tác dụng lớn, khoảng (0,02÷0,08) kw/kvar, khả năng quá tải kém. Vì
vậy nó chỉ được phép làm việc với 75% công suất định mức.
Vì các nhược điểm trên, cho nên nó chỉ được dùng khi không có sẵn các loại
thiết bị bù khác.
Ngoài các thiết bị bù kể trên, còn có thể dùng động cơ đồng bộ làm việc ở chế
độ quá kích từ hoặc dùng máy phát điện làm việc ở chế độ bù để làm máy bù.
Ở các xí nghiệp có nhiều tổ máy diezen - máy phát dùng làm nguồn dự phòng,

khi chưa dùng đến có thể làm máy bù đồng bộ. Theo kinh nghiệm thực tế việc chuyển
máy phát thành máy bù khá đơn giản, vì vậy biện pháp này được nhiều xí nghiệp áp
dụng.

15


2.3. Các thiết bị bù cosφ .
Bù cosφ tại xí nghiệp là một thuật ngữ của ngành điện, thực chất là xí nghiệp tự
đặt thiết bị phát ra Q để tự túc một phần hoặc toàn bộ nhu cầu tiêu thụ Q trong xí
nghiệp.
Thiết bị để phát ra Q thường dùng trên lưới điện là máy bù và tụ bù. Máy bù
hay còn gọi là máy bù đồng bộ, là động cơ đồng bộ chạy quá kích thích chỉ phát ra Q.
Ưu khuyết điểm của hai loại thiết bị này giới thiệu trong (bảng 2.1):
Bảng 2.1: So sánh đặc tính kinh tế - kỹ thuật của máy bù và tụ bù
Máy bù
Cấu tạo, vận hành, sửa chữa phức tạp
Đắt
Tiêu thụ nhiều điện năng
Tiếng ồn lớn
Điều chỉnh Qb trơn

Tụ bù
Cấu tạo, vận hành, sửa chữa đơn giản
Rẻ
Tiêu thụ ít điện năng ∆P = (2 – 5)%Qb
Yên tĩnh
Điều chỉnh Qb theo cấp

Qua bảng so sánh trên, ta nhận thấy tụ bù có nhiều ưu điểm hơn máy bù, nhược

điểm duy nhất của tụ bù là công suất Q b phát ra không trơn mà thay đổi theo cấp bậc
(bậc thang) khi tăng, giảm số tụ bù. Tuy nhiên, điều này không quan trọng, vì bù cosφ
mục đích là làm sao cho cosφ của xí nghiệp lớn hơn cosφ quy định là 0,95 chứ không
cần có trị số thật chính xác. Thường bù cosφ lên trị số từ 0,9 đến 0,95.

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐỂ NÂNG
CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT
3.1. Đương Lượng Kinh Tế Của Công Suất Phản Kháng
Việc bù công suất phản kháng sẽ đưa đến hiệu quả là nâng cao được hệ số công
suất cosφ và giảm được tổn thất công suất tác dụng trong mạng do giảm được công
suất phản kháng truyền tải trong mạng và máy biến áp. Để đánh giá hiệu quả của việc
giảm tổn thất công suất tác dụng do giảm được lượng công suất phản kháng truyền tải
trên đường dây và máy biến áp, người ta đưa ra một chỉ tiêu gọi là đương lượng kinh
tế của công suất phản kháng: kkt.
16


Đương lượng kinh tế của công suất phản kháng k kt là lượng tổn thất công suất
tác dụng giảm được khi giảm được 1 kvar công suất phản kháng truyền tải trong
mạng.
Nếu truyền tải một lượng công suất S trên đường dây 3 pha, lượng tổn thất
công suất tác dụng (khi chưa có thiết bị bù) sẽ là:
2

P2
Q2
 S 
∆P1 = 3I R = 3
 .R = 2 .R + 2 .R = ∆P1( P ) + ∆P1(Q )
U

U
 3.U 
Trong đó: ∆P1( P ) , ∆P1(Q ) là lượng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây do
2

phải truyền tải một lượng công suất tác dụng P và một lượng công suất phản kháng Q.
Qua biểu thức trên ta thấy rằng: nếu giảm Q sẽ giảm được tổn thất công suất
tác dụng trên đường dây. Giả thiết rằng bằng phương pháp bù, lượng công suất truyền
tải trên đường dây giảm bớt 1 lượng Q bù khi đó lượng tổn thất công suất tác dụng trên
đường dây sẽ là:

( Q − Qbù ) .R
P2
.R +
2
U
U2
2

∆P2 =

Lượng tổn hao công suất tác dụng được giảm bớt là:
∂∆P = ∆P1 − ∆P2 =

Qbù .( 2Q − Qbù )
.R
U2

Theo định nghĩa:
k kt =


∂∆P 2Q − Qbù
Q.R 
Q
=
.R = 2  2 − bù
2
Qbù
U
U 
Q


 Kw/Kvar


Từ biểu thức ta thấy nếu Q và R cùng lớn nghĩa là phụ tải phản kháng càng lớn
và càng ở xa nguồn thì việc bù càng có hiệu quả.
Như vậy nếu biết được kkt và lượng công suất bù Qbù thì chúng ta tính được
lượng công suất tác dụng tiết kiệm được:
∂∆P = k kt .Qbù
(3.1)
Giá trị của kkt thường nằm trong khoảng (0,02÷0,12) kw/kvar.
Trong tính toán có thể lấy những giá trị sau:
 Hộ dùng điện do máy phát điện cung cấp kkt = (0,02÷ 0,04).
 Hộ dùng điện qua 1 lần biến áp kkt = (0,04÷0,06).
 Hộ dùng điện qua 2 lần biến áp kkt = (0,05÷ 0,07).
 Hộ dùng điện qua 3 lần biến áp kkt = (0,08÷0,12).
3.2. Tính toán dung lượng bù.
Phương pháp tính bù theo điều kiện điều chỉnh điện áp

Trước khi bù thì tổn thất điện áp

U trong mạng là:

17


trong đó:

Ri, Xi - điện trở của đoạn dây thứ i, W;

Un- điện áp định mức của mạng điện, kV;
n – số đoạn dây.
Sau khi đặt bù thì tổn thất điện áp giảm đi một lượng là:

Nếu biết

E ta tính được Qb, với đường dây cùng tiết diện:

3.2.1. Tính dung lượng bù theo điều kiện tổn thất công suất tác dụng trên đường
dây là nhỏ nhất.
Ở phần trên, biểu thức (3.1) chúng ta đã tính được lượng tổn thất công suất tác
dụng giảm được do giảm công suất phản kháng truyền tải trên đường dây một lượng
Qbù. Nhưng chính bản thân thiết bị bù cũng tiêu thụ một lượng công suất tác dụng, do
đó lượng công suất tác dụng trên chỉ giảm được:
∂∆P ' = ∂∆P − ∆Pbù = k kt .Qbù − kbù .Qbù

Trong đó : kbù =

∆Pbù

Qbù

kw/kvar là lượng tổn thất công suất tác dụng trên một

đơn vị dung lượng thiết bị bù hay còn gọi là công suất tổn thất của thiết bị bù.
Qbù ( 2.Q − Qbù )
.R − kbù .Qbù
U2
Q .R
∂∆P ' = bù 2 ( 2.Q − Qbù ) − kbù .Qbù
U
∂∆P ' =

3.2)

Muốn tìm Qbù tối ưu ta đạo hàm Phương trình (3.2) theo Qbù và cho bằng
không, ta được:
⇒

[

]

∂ ∂∆P '
R
R
= 2 ( 2Q − Qbù ) − 2 .Qbù − kbù = 0
∂Qbù
U
U


2.R
2R
.Qbù = 2 .Q − kbù
2
U
U

U 2  2R
U2

⇒ Qbù =
.
.Q − kbù  = Q −
.kbù
2 R U 2
2.R


Qbù tối ưu=

2QR − kbù .U 2
U2
=Q−
.kbù
2R
2R
18



Nếu dung lượng bù Qbù nhỏ hơn nhiều so với công suất phản kháng truyền trên
đường dây Q (điều này thường xảy ra trong thực tế) thì ta có thể xem


Qbù tối ưu = Q.1 −


kbù
k kt

Qbù
= 0 và ta có:
Q





3.2.2. Tính dung lượng bù theo hệ số công suất cosφ .
Trong thực tế người ta thường tính dung lượng bù theo giá trị cosφ như sau:
Qbù = P.(tgφ1 –tgφ2).α
Trong đó:
 P là phụ tải tác dụng tính toán của hộ tiêu thụ (Kw).
 φ1 là góc ứng với hệ số công suất trung bình cosφ1 trước khi bù.
 φ2 là góc ứng với hệ số công suất cosφ2 muốn đạt được sau khi bù.
 α = (0,9÷1) là hệ số xét tới khả năng nâng cao cosφ bằng phương pháp tự
nhiên không đòi hỏi đặt thêm thiết bị bù.
Đứng về nội bộ hộ tiêu thụ mà nói thì nên bù một lượng bằng Q bù tối ưu là
kinh tế hơn cả, song do lợi ích chung của toàn hệ thống điện, thường nhà nước quy
định hệ số công suất tiêu chuẩn mà các hộ tiêu thụ nhất thiết phải đạt được, mặc dù

đối với từng hộ tiêu thụ điện cụ thể thì cosφ tiêu chuẩn đó chưa phải là tốt nhất. Vì thế
trong thực tế người ta tính dung lượng bù theo: Qbù = P.(tgφ1 –tgφ2).α
3.2.3. Tính dung lượng bù kinh tế.
Ta đã biết, lượng công suất phản kháng truyền tải trên đường dây và máy biến
áp càng lớn thì tổn thất công suất tác dụng ∆P càng lớn. Đặt thêm thiết bị bù sẽ giảm
nhẹ công suất phản kháng truyền tải trong mạng dẫn đến giảm tổn thất công suất,
giảm tổn thất điện năng trong mạng.
Chúng ta không thể chỉ dựa trên tiêu chuẩn giảm bớt tổn thất điện năng để
quyết định dung lượng cần bù. Vì như vậy rất có thể tiền đặt thêm thiết bị bù sẽ lớn
hơn số tiền giảm được do giảm tổn thất điện năng, kết quả chi phí vận hành hàng năm
không những không giảm mà còn tăng thêm.
Vì vậy để đảm bảo chỉ tiêu kinh tế của mạng điện, việc quyết định Q bù phải dựa
trên tiêu chuẩn chi phí tính toán hàng năm ít nhất.
Gọi z là chi phí tính toán toàn bộ trong một năm khi có đặt thêm thiết bị bù.
Chi phí tính toán z gồm có 3 thành phần.
Z = Z1 + Z2 + Z3
Z1 = (avh +atc).k0bù.Qbù là chi phí do đặt thiết bị bù.
Trong đó:
 avh là hệ số vận hành thiết bị bù kể cả tu sửa và bảo quản.
 atc là hệ số tiêu chuẩn thu hồi vốn đầu tư (1/t).
 k0bù là giá tiền 1kvar thiết bị bù (đ/kvar).
19


 Z2 = ∆P0bù.Qbù.T.β là chi phí về tổn thất điện năng do bản thân thiết bị bù
tiêu thụ.
Trong đó:
 β là giá tiền 1 kwh điện (đ/kwh).
 t là thời gian làm việc của thiết bị bù.
 ∆P0bù là tổn thất công suất tác dụng trong một đơn vị dung lượng bù.

Đối với tụ điện tĩnh ∆P0bù= 0,005
Z3 =

( Q − Qbù ) 2 .R.τ .β là chi phí về tổn thất điện năng trong mạng sau khi có đặt
2
U

thiết bị bù.
Trong đó:
 Q là phụ tải phản kháng cực đại.
 R là điện trở của mạng.
 τ là thời gian chịu tổn thất công suất lớn nhất.
Vậy chi phí tính toán toàn bộ của mạng là:
Z = (avh + atc ).kbù .Qbù + ∆P .Qbù
0
bù

2
(
Q − Qbù )
.β .T +
.R.τ .β

U2

Để xác định được công suất bù kinh tế ứng với chi phí tính toán nhỏ nhất, ta
lấy đạo hàm của Z theo Qbù và cho bằng không:
dZ
=0
dQbù


( Q − Qbù ) .R.τ .β = 0
dZ
= (avh + atc ).kbù0 .T .β − 2
dQbù
U2
Từ đó giải ra ta có:

[

U 2 . ( avh + atc ).kbù0 + β .T .∆Pbù0
Qbù = Q −
2.β .R.τ .10 −3

]

Trong biểu thức này:
 Q tính bằng (kvar).
 kbù tính bằng (vnd/kvar).
 β là (vnd/kwh), u là (kv) thì Qbù là (kvar).
3.2.4: Các bộ phận cơ bản của thiết bị bù công suất phản kháng
a).Bộ tự động điều chỉnh công suất phản kháng q
Bộ tự động điều chỉnh công suất phản kháng được thiết kế với việc áp dụng các
vi mạch cho phép thu nhận và xử lý tín hiệu nhanh và chính xác. Các cơ cấu này cũng
có thể thực hiện vai trò đo lường. Các tham số chế độ của mạng điện như điện áp,
dòng điện, tần số, công suất, hệ số cosφ v.v. có thể được biểu thị trên màn hình của
thiết bị.
20



b).Cơ cấu bù công suất phản kháng
Cơ cấu bù công suất phản kháng chính là các tụ điện động lực dùng để điều hoà
công suất phản kháng ở các cấp điện áp khác nhau tương ứng với các tham số định
mức của chúng. Việc sử dụng cuộn dây mắc nối tiếp với bộ tụ sẽ ngăn cản sự xuất
hiện của tần số cộng hưởng.
Thông thường công suất của cuộn kháng được chọn trong phạm vi khoảng 57%, có nghĩa là sự có mặt của cuộn kháng điện sẽ làm giảm công suất của tụ đi 5-7%.
Các thiết bị bù công suất phản kháng ở mạng điện hạ áp thường được thiết kế
theo hai dạng: có tự động điều khiển và không có tự động điều khiển giá trị công suất
bù. Sự có mặt của cơ cấu tự động điều khiển làm tăng chi phí vốn đầu tư và chi phí
vận hành, bảo dưỡng. Tuy nhiên, bù lại, nó cho phép nâng cao hiệu quả bù của thiết bị
và làm ổn định điện áp trong mạng điện. Hiệu quả cực đại của việc áp dụng các thiết
bị bù có thể đạt được trên cơ sở phân tích các bài toán kinh tế kỹ thuật tổng hợp.

CHƯƠNG 4: PHÂN PHỐI DUNG LƯỢNG BÙ
4.1. Phân Phối Tối Ưu Dung Lượng Bù Trong Mạng Lưới Xí Nghiệp
4.1.1. Vị trí đặt thiết bị bù.
Sau khi tính được dung lượng bù và chọn được loại thiết bị bù thì vấn đề quan
trọng là bố trí thiết bị bù vào trong mạng sao cho đạt hiệu quả kinh tế nhất. Thiết bị bù
có thể đặt ở phía điện áp cao hoặc ở phía điện áp thấp, nguyên tắc bố trí thiết bị bù là
làm sao đạt được chi phí tính toán nhỏ nhất.
Máy bù đồng bộ, vì có công suất lớn nên thường được đặt tập trung ở ngững
điểm quan trọng của hệ thống điện. Ở xí nghiệp lớn, nếu có máy bù thì nó thường
được đặt ở phía điện áp cao của trạm biến áp trung gian hoặc phân phối.
Tụ điện có thể đặt ở mạng điện áp cao của trạm biến áp trung gian hoặc phân
phối.
Tụ điện có thể đặt ở mạng điện áp cao hoặc mạng điện áp thấp.
a. Tụ điện điện áp cao (6-10) kv:
Được đặt tập trung ở thanh cái của trạm biến áp trung gian hoặc phân phối, nhờ
đặt tập trung nên việc theo dõi vận hành các tụ điện dễ dàng và có khả năng thực hiện
việc tự động hoá điều chỉnh dung lượng bù. Bù tập trung ở mạng điện áp cao còn có

ưu điểm nữa là tận dụng được hết khả năng của tụ điện, nói chung các tụ điện vận
hành liên tục nên chúng phát ra công suất bù tối đa.
21


Nhược điểm của phương án này là không bù được công suất phản kháng ở
mạng điện áp thấp, do đó không có tác dụng giảm tổn thất điện áp, công suất ở mạng
điện áp thấp.
b. Tụ điện điện áp thấp (0,4) kv:
Thường đặt tập trung ở thanh cái điện áp thấp của trạm biến áp phân xưởng
hoặc xí nghiệp. Nó hay được đặt thành nhóm ở tủ phân phối động lực hoặc đặt phân
tán ở từng
thiết bị dùng điện.
Đứng về mặt giảm tổn thất điện năng mà xét thì việc đặt phân tán tụ điện bù ở
từng thiết bị có lợi hơn cả. Nhưng với cách lắp đặt này khi thiết bị nghỉ thì tụ điện
cũng nghỉ theo. Do đó hiệu suất sử dụng không cao, phương pháp này chỉ được dùng
để bù cho những động cơ không đồng bộ công suất lớn.
Đặt tụ thành nhóm ở tủ phân phối hoặc đường dây chính trong phân xưởng
được sử dụng nhiều hơn vì hiệu suất sử dụng cao, giảm được tổn thất cả trong mạng
điện áp cao lẫn mạng điện áp thấp. Vì chúng được đặt thành từng nhóm nhỏ (30÷100)
kvar nên chúng không chiếm diện tích lớn, tụ điện có thể đặt trong một tủ riêng hoặc
trên xà nhà của xưởng. Tuy thế cách đặt thành nhóm khiến cho việc theo dõi vận hành
không thuận tiện và khó thực hiện tự động điều chỉnh dung lượng bù.
Đặt tụ ở thanh cái điện áp thấp của trạm biến áp được sử dụng trong trường hợp
dung lượng bù khá lớn hoặc khi cần tự động điều chỉnh dung lượng bù để ổn định
điện áp của mạng. Nhược điểm của cách đặt này là chỉ giảm được tổn thất trong mạng
kể từ thanh cái hạ áp trở về nguồn.
Trong thực tế tuỳ tình hình cụ thể mà ta sử dụng phương án nào hoặc phối hợp
cả 3 phương án.
4.1.2. Phân phối dung lượng bù trong mạng hình tia.

Giả sử có một mạng hình tia gồm 3 tia (hình 4.1).
Sau khi xác định được tổng dung lượng cần bù là Q bù cần phân phối dung
lượng bù trên các nhánh sao cho đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất, thể hiện ở chỉ tiêu
tổn thất công suất tác dụng do công suất phản kháng gây ra là nhỏ nhất.
Gọi dung lượng bù được phân phối trên các nhánh là q bù1, qbù2 ,qbù3 còn phụ tải
phản kháng ở các nhánh là q1 , q2 ,q3 điện trở các nhánh là r1, r2, r3.

22


Hình 4.1: Bù công suất phản kháng trong mạnh hình tia
Sau khi bù, tổn thất công suất tác dụng trong mạng hình tia do công suất phản
kháng gây ra là:
2
2
2
(
(
(
Q1 − Qbù1 )
Q2 − Qbù 2 )
Q3 − Qbù 3 )
∆P =
.r +
.r +
.r
2
U đm

1


2
U đm

2

2
U dm

3

Điều kiện là:
Qbù1 + Qbù2 + Qbù3 = Qbù ∑
Do đó:
∆P =

(4.1)

( Q1 − Qbù1 ) 2 .r + ( Q2 − Qbù 2 ) 2 .r + ( Q3 − Qbù ∑ + Qbù1 + Qbù 2 ) 2 .r
2
U đm

1

2
U đm

2

2

U dm

3

Điều kiện tối ưu là:
∂∆P
= −2( Q1 − Qbù1 ).r1 + 2( Q3 − Qbù ∑ + Qbù1 + Qbù 2 ).r3 = 0
∂Qbù1
∂∆P
= −2( Q2 − Qbù 2 ).r2 + 2( Q3 − Qbù ∑ + Qbù1 + Qbù 2 ) r2 = 0
∂Qbù 2

Từ biểu thức trên ta thấy:

( Q1 − Qbù1 ).r1 = ( Q2 − Qbù 2 ).r2

Tương tự ta có: (Q1 - Qbù1).r1 = (Q3 - Qbù3).r3
Do đó :
Qbù 2 = Q2 −

r1
r
r
(Q1 − Qbù1 ) → Q2 − 1 Q1 + 1 Qbù1
r2
r2
r2

Qbù 3 = Q3 −


r1
r
r
(Q1 − Qbù1 ) → Q3 − 1 Q1 + 1 Qbù1
r3
r3
r3

Thế vào phương trình (4.1) ta có:
Qbù1 + Q2 −

r1
r
r
r
Q1 + 1 Qbù1 + Q3 − 1 Q1 + 2 Qbù1 = Qbù ∑
r2
r2
r3
r3
23


 r r 

r
r 
Qbù1 1 + 1 + 1  + ( Q1 + Q2 + Q3 ) +  − Q − 1 Q1 − 1 Q1  = Qbù ∑
r2
r3 

 r2 r3 

1 1 1
1 1 1
Qbù1.r1  + +  + Q∑ − Q1.r1  + +  = Qbù ∑
 r2 r2 r3 
 r2 r2 r3 
1 1 1
1 1
1
Qbù1.r1  + +  = Qbù ∑ − Q∑ + Q1.r1  +
+ 
 r2 r2 r3 
 r2 r 2 r 3 
( Q − Qbù ∑ ) .r
Qbù1 = Q1 − ∑
tđ
r1

Trong đó:

rtđ =

1
1 1 1
+ +
r1 r2 r3

Tương tự như trên ta có:
Qbù 2 = Q2 −


( Q∑ − Qbù ∑ ) .r

Qbù 3 = Q3 −

( Q∑ − Qbù ∑ ) .r

r2

tđ

r3

tđ

Tổng quát: Qbùn = Qn −

( Q∑ − Qbù ∑ ) r
rn

tđ

Trong đó:
rtđ =

1
1 1
1
+ + ... +
r1 r2

rn
n

 Q∑ = ∑ Qi là tổng công suất phản kháng của mạng trước khi bù.
i =1

 Qbù ∑ là tổng công suất cần bù trong toàn mạng.
Nếu công suất bù tối ưu ở 1 nút nào đó âm, khi đó cần tính lại điện trở tương
đương rtđ sau khi đã bỏ nhánh i (cả tổng trở và công suất) và tính lại công suất bù.
Ví dụ: cho mạng điện hình tia với các số liệu trên hình (4.2), hãy xác định dung
lượng bù cho các nhánh.

24


Hình 4.2: Mạng điện hình tia
Giải
 Tổng phụ tải phản kháng của mạng:
q = q1 + q2 + q3 + q4 = 400 + 600 + 500 + 200 = 1700 kvar
 Điện trở tương đương của các nhánh:
−1

−1

1 1 1 1
1
1
1 
 1
rtđ =  + + +  = 

+
+
+
 = 0,0194
 0,1 0,05 0,06 0,02 
 r1 r2 r3 r4 

(Ω)

 Dung lượng bù của từng nhánh:
qbù1 = 400 −

(1700 − 1200) .0,0194 = 303

(kvar)

qbù 2 = 600 −

(1700 − 1200) .0,0194 = 406

(kvar)

qbù 3 = 500 −

(1700 − 1200) .0,0194 = 338

(kvar)

qbù 4 = 200 −


(1700 − 1200) .0,0194 = 153

(kvar)

0,1

0,05

0,06

0,02

4.1.3. Phân phối lượng bù trong mạng phân nhánh.
Xét một mạng phân nhánh như hình vẽ (hình 4.3), có thể coi là nhiều mạng
hình tia ghép lại.

25