Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng
cho trạm biến áp 400KVA.
MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU
Trong lịch sử phát triển xã hội ,con người luôn tìm mọi cách để khai thác và sử
dụng các nguồn tài nguyên phong phú của tự nhiên nhằm tạo ra nhiều của cải , vật chất
giúp thoả mãn nhu cầu của mình. Cùng với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật, vấn
đề sử dụng các nguồn năng lượng luôn được con người quan tâm. Việc phát hiện và
ứng dụng năng lượng điện đã làm thay đổi về chất một cách cơ bản quá trình tạo ra của
cải cho xã hội.
Hệ thống cung cấp điện là yếu tố cốt lõi, bên cạnh đó yếu tố không kém phần quan
trọng là làm sao để tạo ra nguồn điện có chất lượng và có công suất phù hợp với mục
đích sử dụng tránh gây lãng phí ảnh hưởng đến nền kinh tế là vấn đề cần được giải
quyết.
Nguyên nhân lớn nhất ảnh hưởng đến chất lượng nguồn điện và nền kinh tế chính
là tổn hao công suất trên đường dây tải điện. Để khắc phục được nguyên nhân này thì
phương pháp hiệu quả nhất là sử dụng tủ tụ bù công suất phản kháng.
Với nguyên nhân trên cùng với sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Duy Ninh, chúng em đã
thực hiện niên luận 1 với đề tài " Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng
cho trạm biến áp 400KVA".

GVHD : Nguyễn Duy Ninh

1


Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng
cho trạm biến áp 400KVA.

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Duy Ninh, người đã tận tình giúp
đỡ, cung cấp kiến thức cũng như giải đáp những thắc mắc chúng em chưa hiểu và đã
hướng dẫn chúng em trong suốt thời gian thực hiện đề tài này.
Lời cảm ơn tiếp theo, chúng em trân trọn gửi đến quý thầy cô khoa Kỹ Thuật Công Ngệ tuy khoảng thời gian này không dài nhưng quý thầy cô đã dồn rất nhiều
công sức, tâm huyết để truyền đạt cho chúng em những kiến thức và kinh nghiệm quý
giá của mình.
Bên cạnh đó xin gửi lời cám ơn các bạn trong lớp đã nhiệt tình giúp đỡ trong suốt
thời gian thực hiện đề tài.
Do thời gian có hạn, với những kiến thức còn hạn chế và còn thiếu kinh nghiệm
thực tiễn, chúng em sẽ không tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được sự thông
cảm cũng như chỉ dạy, đóng góp của quý thầy cô và các bạn trong lớp để đề tài của
chúng em được hoàn thiện hơn .
Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn !
Cần Thơ ,Ngày 11 Tháng 04 Năm 2016.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Duy Linh
Bùi Quốc Trường

GVHD : Nguyễn Duy Ninh

2


Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng
cho trạm biến áp 400KVA.
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
------oo00oo-----NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................

........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
Cần Thơ,Ngày......Tháng.....Năm.....
Giáo viên hướng dẫn.

Nguyễn Duy Ninh

GVHD : Nguyễn Duy Ninh

3


Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng
cho trạm biến áp 400KVA.
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG VÀ TỤ BÙ CÔNG
SUẤT PHẢN KHÁNG.
1.1 Tổng quan về công suất phản kháng và hệ số công suất:
1.1.1 Công suất phản kháng là gì ?
Trong lưới điện tồn tại 2 loại công suất:
- Công suất hữu dụng P (kW) là công suất sinh ra công có ích trong các phụ tải.
- Công suất phản kháng Q (kVAr) là công suất vô ích, gây ra do tính cảm ứng của
các loại phụ tải như: động cơ điện, máy biến áp, các bộ biến đổi điện áp…

Đơn vị đo Q là var (volt amperes reactive), 1 kvar = 1000 var.
Để đánh giá ảnh hưởng của công suất phản kháng đối với hệ thống người ta sử dụng hệ
số công suất cosφ. Trong đó: φ = arctg P/Q.
1.1.2 Tại
sao
phải
bù
công
suất
phản kháng?
Sử dụng tụ bù để nâng cao hệ số công suất là một việc cần làm, và thực tế là các đơn vị
thiết kế, các công ty lắp tủ thực hiện như 1 thói quen. Họ có thể liệt kê được các lợi ích
của bù công suất phản kháng, nhưng ít ai biết rằng không phải trong trường hợp nào tụ
bù cũng phát huy hiệu quả.
1.1.2.1 Bù công suất phản kháng giúp giảm tiền phạt.
Tiền phạt hay còn gọi là tiền mua điện năng phản kháng. Đây là lợi ích thiết thực
nhất của việc nâng cao hệ số công suất Cos phi.

GVHD : Nguyễn Duy Ninh

4


Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng
cho trạm biến áp 400KVA.
Hàng tháng phải trả tiền phạt cos phi (tiền mua điện năng phản kháng). Điện lực sẽ
bắt chúng ta trả tiền điện năng phản kháng khi hệ số công suất Cos phi của chúng ta
nhỏ hơn 0.9
BẢNG HỆ SỐ PHẠT COS PHI MỚI THEO THÔNG TƯ 15/2014/TT-BCT
Hệ số công

suất

Hệ số công suất

Cosφ

k (%)

Cosφ

k (%)

Từ 0,9 trở lên

0

0,74

21,62

0,89

1,12

0,73

23,29

0,88


2,27

0,72

25

0,87

3,45

0,71

26,76

0,86

4,65

0,7

28,57

0,85

5,88

0,69

30,43


0,84

7,14

0,68

32,35

0,83

8,43

0,67

34,33

0,82

9,76

0,66

36,36

0,81

11,11

0,65


38,46

0,8

12,5

0,64

40,63

0,79

13,92

0,63

42,86

0,78

15,38

0,62

45,16

0,77

16,88


0,61

47,54

0,76

18,42

0,6

50

0,75

20

Dưới 0,6

52,54

GVHD : Nguyễn Duy Ninh

5


Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng
cho trạm biến áp 400KVA.
Cách tính Tiền mua công suất phản kháng:
Tq = Ta x k%
Trong đó:

Tq: Tiền mua công suất phản kháng (chưa có thuế giá trị gia tăng);
Ta: Tiền mua điện năng tác dụng (chưa có thuế giá trị gia tăng);
k : Hệ số bù đắp chi phí do bên mua điện sử dụng quá lượng công suất phản kháng
quy định (%)
1.1.2.2 Bù công suất phản kháng nhằm giảm tổn hao công suất :
Từ công thức tổn thất công suất trên đường dây truyền tải :

Ta thấy rằng
phần tổn hao công suất do 2 thành phần tạo ra. Thành phần do công suất tác dụng thì ta
không thể giảm, nhưng thành phần do công suất phản kháng thì ta hoàn toàn có thể
giảm được. Hệ quả là giảm tổn hao công suất dẫn đến giảm tổn thất điện năng. Nói
chung là giảm tiền điện. Vậy trường hợp này phát huy tác dụng như khi nào? Khi
đường dây của chúng ta kéo quá xa. Công tơ nhà nước lại tính ở đầu trạm. Trường hợp
này ta nên bù gần như tối đa 0.95 để giảm tổn thất điện năng.

1.1.2.3 Bù công suất phản kháng nhằm giảm sụt áp:
Từ công thức tổn thất điện áp trên đường dây truyền tải :

GVHD : Nguyễn Duy Ninh

6


Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng
cho trạm biến áp 400KVA.
Cũng như tổn hao công suất, ta thấy rằng phần tổn hao điện áp do 2 thành phần tạo ra.
Thành phần do công suất tác dụng thì ta không thể giảm, nhưng thành phần do công
suất phản kháng thì ta hoàn toàn có thể giảm được. Vậy trường hợp này phát huy tác
dụng như khi nào? Khi đường dây của chúng ta kéo quá xa, điện áp cuối đường dây sụt
giảm nhiều làm động cơ không khởi động được, phát nóng nhiều, dễ cháy. Trường hợp

này nên bù đến 0.98 hoặc 1.
1.1.2.4 Bù công suất phản kháng giúp tăng khả năng truyền tải điện của đường
dây và máy biến áp:
Dòng điện chạy trên đường dây gồm 2 thành phần : tác dụng và phản kháng. Nếu
ta bù ở cuối đường dây thì dòng phản kháng sẽ bớt. Vậy thì ta có thể cho phép đường
dây tải thêm dòng tác dụng.
Từ S=U.I ta thấy rằng dung lượng máy biến áp gồm 2 phần P và Q. Nếu ta bù tốt
thì S gần như bằng P
1.1.3 Các phương pháp nâng cao hệ số công suất phản kháng.
1.1.3.1 Phương pháp nâng cao hệ số cosφ tự nhiên:
Nâng cao cosφ tự nhiên có nghĩa là tìm các biện pháp để hộ tiêu thụ điện giảm bớt
được lượng công suất phản kháng mà chúng cần có ở nguồn cung cấp.
- Thay đổi và cải tiến quá trình công nghệ để các thiết bị điện làm việc ở chế độ
hợp lý nhất.
- Thay thế các động cơ làm việc non tải bằng những động cơ có công suất nhỏ
hơn.
- Hạn chế động cơ chạy không tải.
- Ở những nơi công nghệ cho phép thì dùng động cơ đồng bộ thay cho động cơ
không đồng bộ.
- Thay biến áp làm việc non tải bằng máy biến áp có dung lượng nhỏ hơn.
1.1.3.2 Phương pháp nâng cao hệ số cosφ nhân tạo:
GVHD : Nguyễn Duy Ninh

7


Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng
cho trạm biến áp 400KVA.
Phương pháp này được thực hiện bằng cách đặt các thiết bị bù công suất phản
kháng ở các hộ tiêu thụ điện. Các thiết bị bù công suất phản kháng bao gồm:

a. Máy bù đồng bộ: chính là động cơ đồng bộ làm việc trong chế độ không tải.
* Ưu điểm: máy bù đồng bộ vừa có khả năng sản xuất ra công suất phản kháng, đồng
thời cũng có khả năng tiêu thụ công suất phản kháng của mạng điện.
* Nhược điểm: máy bù đồng bộ có phần quay nên lắp ráp, bảo dưỡng và vận hành
phức tạp. Máy bù đồng bộ thường để bù tập trung với dung lượng lớn.
b. Tụ bù điện: làm cho dòng điện sớm pha hơn so với điện áp do đó, có thể sinh ra
công suất phản kháng cung cấp cho mạng điện.
* Ưu điểm:
- Công suất bé, không có phần quay nên dễ bảo dưỡng và vận hành.
- Có thể thay đổi dung lượng bộ tụ theo sự phát triển của tải.
- Giá thành thấp hơn so với máy bù đồng bộ.
* Nhược điểm:
- Nhạy cảm với sự biến động của điện áp và kém chắc chắn, đặc biệt dễ bị phá
hỏng khi ngắn mạch hoặc điện áp vượt quá định mức. Tuổi thọ tụ có giới hạn, sẽ
bị hư hỏng sau nhiều năm làm việc.
- Khi đóng tụ vào mạng điện sẽ có dòng điện xung, còn lúc cắt tụ điện khỏi mạng
trên cực của tụ vẫn còn điện áp dư có thể gây nguy hiểm cho nhân viên vận hành.
- Sử dụng tụ điện ở các hộ tiêu thụ công suất phản kháng vừa và nhỏ (dưới 5000
kVAr).
1.2 Các thiết bị bù công suất:
1.2.1 Bù trên lưới điện áp:
Trong mạng lưới hạ áp, bù công suất được thực hiện bằng :
- 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
GVHD : Nguyễn Duy Ninh

8


Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng

cho trạm biến áp 400KVA.
yêu cầu khi tải thay đổi.
Chú ý : Khi công suất phản kháng cần bù vượt quá 800KVAr 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.
1.2.2 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.

GVHD : Nguyễn Duy Ninh

9


Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng
cho trạm biến áp 400KVA.
1.2.3 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 rơley 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.
● Các qui tắc bù chung :
- 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
GVHD : Nguyễn Duy Ninh

10


Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng
cho trạm biến áp 400KVA.
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.
1.2.3.1 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:
- Giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng .
- Làm giảm công suất biểu kiến.
- Làm nhẹ tải cho máy biến áp và có khả năng phát triển thêm các phụ tải cần thiết.
Nhận xét :
- Dòng điện phản kháng tiếp tục đi vào tất cả lộ ra tủ phân phối chính của mạng hạ
thế.
- Vì lý do này kích cỡ dây dẫn , công suất tổn hao không được cải thiện ở chế độ bù tập
trung.
1.2.3.2 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.
GVHD : Nguyễn Duy Ninh

11


Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng
cho trạm biến áp 400KVA.
Ưu điểm:
- Làm giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng.

- Làm giảm công suất biểu kiến yêu cầu.
- 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 :
- Dòng điện phản kháng tiếp tục đi vào tất cả dây dẫn xuất phát từ tủ phân phối khu
vực.
- 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.
- 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.
1.2.3.3 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 :
Làm giảm tiền phạt do tiêu thụ công suất phản kháng (kVAr)
Giảm công suất biểu kiến yêu cầu.
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.
GVHD : Nguyễn Duy Ninh

12


Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng
cho trạm biến áp 400KVA.
1.2.3.4 Mức độ bù tối ưu :

Bảng số liệu tính toán công suất phản kháng cần thiết trong giai đoạn thiết kế. Qua
đó có thể xác định công suất phản kháng và công suất tác dụng cho mức độ bù khác
nhau.
Vấn đề tối ưu hoá kinh tế kỹ thuật cho một mạng điện đang hoạt động.
Việc tính toán định cáp, máy biến áp sau khimức bù tối ưu cho một mạng đã tồn tại
có thể thực hiện theo những lưu ý sau:
+ Tiền điện trước khi đặt bù
+ Tiền điện tương lai sau khi lắp tụ bù.
+ Các chi phí bao gồm :
- Mua tụ bù và mạch điều khiển.
- Lắp đặt và bảo trì
- Tổn thất trong tụ và tổn thất trên dây lắp tụ bù.
1.3 Chọn Tụ Bù :
1.3.1 Phương pháp tính đơn giản:
Để chọn tụ bù cho một tải nào đó thì ta cần biết công suất (P) của tải đó và hệ số
công suất (Cos φ) của tải đó :
Giả sử ta có công suất của tải là P
Hệ số công suất của tải là Cos φ1 → tg φ1 ( trước khi bù )
Hệ số công suất sau khi bù là Cos φ2 → tg φ2.
Công suất phản kháng cần bù là QC = P (tgφ1 – tgφ2 ).
Từ công suất cần bù ta chọn tụ bù cho phù hợp trong bảng catalog của nhà cung
cấp tụ bù.

GVHD : Nguyễn Duy Ninh

13


Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng
cho trạm biến áp 400KVA.

Để dễ hiểu ta sẽ cho ví dụ minh hoạ như sau:
Giả sử ta có công suất tải là P = 270 (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 = 270( 0.88 – 0.33 ) = 148.5 (KVAr)
Từ số liệu này ta chọn tụ bù trong bảng catalog của nhà sản xuất giả sử là ta có tụ
25KVAr. Để bù đủ cho tải thì ta cần bù 6 tụ 25 KVAr tổng công suất phản kháng là
6x25=150(KVAr).
1.3.2 Phương pháp bù tối ưu dựa vào điều kiện không đóng tiền phạt:
Xét hoá đơn tiền điện liên quan đến dung lượng kVArh đã tiêu thụ và ghi nhận số
kVArh phải trả tiền sau đó, chọn hoá đơn tiền giá kVArh cao nhất phải trả (không xét
đến trường hợp ngoại lệ).
Ví dụ: 15965 kVAr.h trong tháng giêng
Tính tổng thời gian hoạt động trong tháng đó ví dụ : 220h số giờ xét để tính là
những giờ mà hệ thống điện chịu tải lớn nhất và tải đạt giá trị đỉnh cao nhất. ngoài thời
gian kể trên việc tiêu thụ công suất phản kháng là miễn phí.
Giá trị công suất cần bù:
[kVAr] = Qbù
kVAr : số kVAr phải trả tiền.
T : số giờ hoạt động
Dung lượng bù thường được chọn cao hơn giá trị tính toán một chút.

GVHD : Nguyễn Duy Ninh

14


Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng
cho trạm biến áp 400KVA.

Một số hãng cung cấp qui tắc thước loga thiết kế đặt biệt cho việc tính toán này theo
các khung giá riêng. Công cụ trên và các dữ liệu kèm theo giúp ta chọn lựa thiết bị bù
và sơ đồ điều khiển thích hợp, đồng thời ràng buộc của các sóng hài điện áp trong hệ
thống điện . các sóng hài này đòi hỏi sử dụng định mức tụ dư ( liên quan đến giải nhiệt,
định mức áp và dòng điện ) và các cuộn kháng hoặc mạch để lọc sóng hài.
1.4 Giới thiệu một số loại tụ điện:
1.4.1

Tụ Ducati Modulo XD
Rated operating voltage(V) (Ue) 3 pha 415V (Điện
áp làm việc định mức)
Rated current(A) 34.8A (dòng điện định mức)
Công suất phản kháng định mức (Kvar) 25Kvar
Điện dung định mức (uF) (3x154) 462(uF)
Kích thước 116x255 (mm)
Frequency (Hz) 50Hz / 60Hz (tần số định mức)

1.4.2

Tụ shizuki RF-4

Rated operating voltage(V) (Ue) 3 pha 415V (Điện áp làm
việc định mức)
Rated current(A) 34.8A (dòng điện định mức)
Công suất phản kháng định mức (Kvar) 25Kvar
Điện dung định mức (uF) (3x154) 462(uF)
Kích thước 116x255 (mm)
Frequency (Hz) 50Hz / 60Hz (tần số định mức)

GVHD : Nguyễn Duy Ninh


15


Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng
cho trạm biến áp 400KVA.
1.4.3

Tụ Mikro
Rated operating voltage(V) (Ue) 3 pha 440V (Điện áp
làm việc định mức)
Rated current(A) 32.8A (dòng điện định mức)
Công suất phản kháng định mức (Kvar) 25Kvar
Điện dung định mức (uF) 3x137uF
Kích thước D96x275mm

1.4.4

Tụ samwha SMB-415030KT
Rated operating voltage(V) (Ue) 3 pha 415V (Điện
áp làm việc định mức)
Rated current(A) 41.7A (dòng điện định mức)
Công suất phản kháng định mức (Kvar) 30KVar
Điện dung định mức (uF) (3x184.83) 554.5 (uF)
Kích thước 210*220 (mm)
Frequency (Hz) 50Hz / 60Hz (tần số định mức)

GVHD : Nguyễn Duy Ninh

16



Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng
cho trạm biến áp 400KVA.

CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT ÁP DỤNG
Trên thực tế, từ nhà máy phát điện (thủy điện, nhiệt điện v.v.) nói chung là các dạng
Turbin-Generator khi phát ra năng lượng thì bên trong đó đã bao gồm hai thành phần
công suất hữu công (P) và công suất vô công (Q). Công suất tổng hợp cho 2 loại công
suất trên được gọi là công suất biểu kiến, đơn vị VA hoặc KVA. Ba loại công suất được
trình bày ở trên lại có một mối quan hệ mật thiết với nhau thông qua tam giác công
suất như hình sau:

●

Công suất vô

công

(Reactive

Power)

là

phần

công suất được tạo
ra bởi từ trường
trong máy phát và là thành phần quan trọng đối với các tải cảm. Công suất này góp

phần tạo nên từ trường trong trường hợp khởi động của các tải loại này. Nếu công suất
này bằng 0, đồng nghĩa với các tải loại này không khởi động được.
●

Do đó, trong trường hợp bình thường thì chính đường dây truyền tải đã truyền 2

loại công suất P và Q. Tuy nhiên, nếu ngay từ nhà máy điện đã phát ra công suất P và Q
thì chắc chắn cấp dây sẽ rất lớn, do đó bằng cách điều chỉnh kích từ, thông thường cos
phi của nhà máy thường được nâng lên tới giá trị gần như bằng 1. Có thể nói, công suất
truyền từ nhà máy điện đơn thuần là P.
●Vậy câu hỏi đặt ra là phần Q của đường dây truyền tải nằm ở đâu. Trên thực tế,
GVHD : Nguyễn Duy Ninh

17


Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng
cho trạm biến áp 400KVA.
điện lực sẽ lắp đặt các trạm bù ở ngay phía trên các nút phân phối nhằm đáp ứng cho
nhu cầu công suất phản kháng từ phía các tải tiêu thụ. Nhưng công suất kVAr của các
trạm này có giới hạn và không thể tăng theo yêu cầu từ phía tải do mức độ phát triển
của phụ tải ở Việt Nam là thất thường và rất khó kiểm soát.
●Trong sơ đồ truyền tải, từ nhà máy đến phía tải qua các trạm trung gian tại đây sử
dụng các máy biến áp với mục đích nâng áp nhằm giảm tổn thất trên đường dây truyền
tải. Các trạm biến áp có một công suất biểu kiến nhất định (kVA) đại diện cho mức
năng lượng trong giới hạn mà MBA không phải hoạt động vượt quá khả năng (gây
nóng lõi từ, nóng cuộn dây dẫn đến cháy MBA).
●Về phía tải, do đa phần các tải sử dụng trong lưới điện sinh hoạt cũng như sản
xuất là các loại tải cần có năng lượng từ trường (Q) để có thể khởi động được, nên tạo
ra nhu cầu về công suất Q rất lớn. Để đáp ứng nhu cầu này, lưới truyền tải sẽ phải đưa

tới một lượng Q để phục vụ cho các tải này. Khi lượng Q tăng, đồng nghĩa với cos phi
giảm (Q = S * sin phi, S không đổi, Q tăng, sin phi tăng, cos phi giảm), từ công thức
tính dòng điện trong trường hợp lưới 3 pha: I = P / (căn 3 * U * cos phi) có thể thấy
ngay rằng khi cos phi giảm thì I sẽ tăng, dòng điện tăng đồng nghĩa với cấp dây cáp
phải tăng theo và gây sụt áp (U = I * Z: lấy điều kiện tổng trở đường dây không đổi,
khi I tăng sẽ dẫn đến điện áp đòi hỏi tăng mạnh, gây sụt áp đường dây phân phối)
●Lý do Điện lực phạt tiền không phải vì công suất vô công, mà vì cơ sở vật chất
nói chung của lưới điện là rất khó thay đổi một sớm một chiều, từ nhà máy sản xuất tới
đường dây truyền tải. Vốn lượng P và Q được sản xuất và truyền tải là không đổi (xem
các tổn thất là không đáng kể), chỉ vì biến động trong tải tiêu thụ đòi hỏi nhiều Q hơn,
gây tăng cấp dây và sụt áp mà Điện lực phải đổi Máy phát điện, đổi các trạm biến áp,
thay hết đường dây truyền tải thì đó là phương án bất khả thi.
●

Với các trường hợp sử dụng máy phát điện đồng bộ, công suất Q có thể được điều
GVHD : Nguyễn Duy Ninh

18


Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng
cho trạm biến áp 400KVA.
chỉnh dựa vào bộ kích từ để thay đổi theo nhu cầu của tải. Nhưng xét trong một mạng
lưới điện phân phối rộng, qua nhiều trạm và MBA trung gian thì việc điều chỉnh kích
từ này là không thể. Dẫn đến phương án điều chỉnh linh động tại từng tải tương ứng và
giữ nguyên công suất phát tại nguồn.
●

Sẽ có nhiều thắc mắc, nếu nói rằng đường dây chịu tổn thất là do cùng một lúc phải


truyền cả công suất P lẫn Q, việc bù sẽ làm giảm nhu cầu về Q và giảm tổn thất. Vậy
câu hỏi đặt ra là khi bù, ta cung cấp Q đồng nghĩa với việc đường dây phải mang cả P
lẫn thêm lượng Q mà ta cung cấp, liệu có tổn thất hay không, liệu có phải tăng cấp dây
dẫn lên không. Các bạn hãy lưu ý rằng, khi ta bổ sung thêm công suất phản kháng,
phần công suất Q của đường dây lúc này xem như hao hụt không đáng kể, lượng Q nhu
cầu của tải được đáp ứng, điều này dẫn đến hệ số công suất cos phi được cải tạo về gần
bằng 1. Trong điều kiện đó, dòng điện I = P / (căn 3 * U * cos phi) giảm ( I và cos phi
tỉ lệ nghịch), dòng điện giảm kéo theo cấp dây cáp không đổi, sụt áp không còn nữa,
khi đó, cos phi thực chất được đưa về giá trị gần với giá trị cos phi ban đầu khi mới
được phát ra từ nhà máy điện. Tuy nhiên, lợi ích thực sự từ quá trình cải tạo này là cho
điện lực và mạng lưới truyền tải và tính từ điểm tiến hành bù công suất phản kháng trở
lên. Còn từ điểm này xuống phía tải, thực chất là chúng ta đã "tự cung cấp năng lượng
từ trường" để động cơ, thiết bị hoạt động. Lợi ích từ việc tiến hành bù công suất Q là
giảm sụt áp, đảm bảo hoạt động cho thiết bị tại giá trị định mức và tiết kiệm công suất
P cho điện lực.

GVHD : Nguyễn Duy Ninh

19


Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng
cho trạm biến áp 400KVA.
CHƯƠNG III : TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ TỦ TỤ BÙ CHO TRẠM BIẾN ÁP
400KVA
3.1

Tính Toán:

Tính toán thết kế tụ bù điều khiển bù tự động cho trạm S=400KVA .Biết hệ số công

suất của tải là Cosφ1=0,7 ,hệ số công suât sau khi bù là Cosφ1=0,92
Ta có: Công suất của tải là P=S.Cosφ=400.0,7=280(KW)
Hệ số công suất trước khi bù Cosφ1 = 0,7 tgφ1 = 1,02
Hệ số công suất sau khi bù Cos φ2 = 0,92

tgφ2 = 0,43

Vậy công suất phản kháng cần bù là Qbù = P ( tgφ1 - tgφ2 )
= 280 (1,02 – 0,43) = 165,2 (KVAr)
Vậy ta chọn tụ bù trong bảng catalog của nhà sản xuất giả sử là ta có tụ 20KAr.
Để bù đủ cho tải thì ta cần bù 8 tụ 20KAr tổng công suất phản kháng là
8x20=160(KVAr) với 8 tụ bù này ta chọn bộ điều khiển 8 cấp.
Giả sử trạm làm việc 24/24, trong quá trình hoạt động ta nhận thấy là trạm chỉ hoạt
động ở các mức công suất: 200(KW), 210(KW), 220(KW), 230(KW), 250(KW),
260(KW), 270(KW), 280(KW).
Thì bộ điều khiển của tụ hoạt động như sau :

Công suất (kw)

200

210

220

230

240

250


260

270

280

Dung lượng cần
bù (kvar)
Dung lượng bù
(kvar)
Sai số

118.0 123.9 129.8 135.7 141.6 174.5 153.4 159.3 165.2

120.0 120.0 120.0 140.0 140.0 140.0 160.0 160.0 160.0
-2

3.9

GVHD : Nguyễn Duy Ninh

9.8

-4.3

1.6

7.5


-7.4

-0.7

5.2

20


Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng
cho trạm biến áp 400KVA.
3.2

Các thiết bị trong tủ tụ bù 160 KVAr:
3.2.1

Tụ Bù:

- Thiết bị tham khảo:
Đối với tụ bù ta có nhiều sự lựa chọn với các tụ có giá khác nhau cũng như chất
lượng khác nhau của nhiều hãng. Dưới đây là các loại tụ với các giá khác nhau của một
số hãng cho ta tham khảo:

GVHD : Nguyễn Duy Ninh

21


Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng
cho trạm biến áp 400KVA.


- Chọn thiết bị:
Ở đây ta nên chọn tụ 20 KVAr của hãng Mikro loại tụ khô
Đơn giá chưa bao gồm 10% thuế VAT

GVHD : Nguyễn Duy Ninh

22


Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng
cho trạm biến áp 400KVA.
3.2.2

Bộ điều khiển tụ bù:

- Thiết bị tham khảo:
Dưới đây là hình ảnh và bảng giá một số bộ điều khiển tụ bù ta có thể tham khảo:

GVHD : Nguyễn Duy Ninh

23


Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng
cho trạm biến áp 400KVA.
- Chọn thiết bị: Do ở đây chọn 8 tụ 20KAr nên cần có bộ điều khiển 8 cấp,ta chọn bộ

điều khiển 8 cấp của hãng ShiZuKi


GVHD : Nguyễn Duy Ninh

24


Tính toán thiết kế tủ tụ bù công suất phản kháng
cho trạm biến áp 400KVA.
3.2.3

Contactor và Aptomat:

Như chúng ta đã biết, Công tắc tơ (Contactor) là khí cụ điện dùng để đóng, ngắt
thường xuyên các mạch điện động lực, từ xa, bằng tay (qua hệ thống nút bấm) hoặc tự
động. Việc đóng cắt công tắc tơ có tiếp điểm có thể được thực hiện bằng nam châm
điện, thủy lực hay khí nén. Thông thường ta gặp loại đóng cắt bằng nam châm điện.
- Thiết bị tham khảo:
Contactor đóng cắt tụ bù 20 kVAR, 2NC, 380 VAC LC1DLK02Q7
- Chuyên dụng cho đóng cắt tụ bù 10 kVAR (220V/240); 20
kVAR (400/440); 30 kVAR (660/690).
- Điện áp cuộn dây điều khiển: 380 VAC
- Số tiếp điểm phụ: 2NC.
- Giá : 1.500.000₫

Contactor loại CJ19 dùng để đóng cắt tụ bù
- Phù hợp tiêu chuẩn: IEC/EN 60947-4-1
- Số cực: 3P
- Dòng đinh mức (A): 25; 32; 43; 63; 95; 200; 275A
- Công suất (kVar): 12; 18; 20; 30; 50; 60; 80; 90 kVar
- Tiếp điểm: 1NO; 1NC; 1NO+1N; 2NO; 2NC
- Giá : 440.000₫


- Chọn thiết bị: Do hệ thống có 8 tụ bù 20 KVAr nên cần 8 contactor để đóng cắt cho 8
tụ bù,ta chọn 8 Contactor đóng cắt tụ bù 20 kVAR, 2NC, 380 VAC - LC1DLK02Q7.
GVHD : Nguyễn Duy Ninh

25