Trong hệ thống điện, công suất phản kháng đóng vai trò quan trọng nhưng thường bị bỏ qua vì không trực tiếp sinh công hữu ích. Tuy nhiên, nếu không được quản lý và bù đắp đúng cách, công suất phản kháng có thể gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng, từ sụt áp, tăng tổn thất điện năng đến giảm hiệu suất truyền tải. Hiểu rõ công suất phản kháng và các phương pháp bù là yếu tố then chốt để đảm bảo hoạt động ổn định, hiệu quả của hệ thống điện.

Công suất phản kháng là gì?

Công suất phản kháng (Reactive power) là một phần công suất được tạo ra bởi từ trường trong tuabin máy phát điện. Đây là dạng năng lượng vô công, được sinh ra bởi các thành phần phản kháng trong hệ thống điện xoay chiều. Đặc biệt với các tải cảm, công suất phản kháng đóng vai trò rất quan trọng.

Công suất phản kháng tạo nên từ trường trong quá trình khởi động. Không có nó, các phụ tải có tính cảm sẽ không thể hoạt động được.

Bù công suất phản kháng là gì?

Công suất phản kháng là một khái niệm cơ bản và quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật điện. Trong hệ thống điện xoay chiều, công suất này được sử dụng để chỉ phần công suất điện đặc biệt, có đặc tính sẽ được chuyển ngược trở lại về nguồn cung cấp năng lượng trong mỗi chu kỳ của dòng điện xoay chiều.

Công suất phản kháng (Reactive power) là một thành phần công suất được sinh ra bởi từ trường trong quá trình hoạt động của tuabin máy phát điện. Đây là một yếu tố đóng vai trò then chốt, đặc biệt quan trọng đối với việc vận hành các thiết bị và phụ tải có tính chất cảm kháng trong hệ thống điện.

Reactive power đảm nhận vai trò thiết yếu trong việc tạo nên và duy trì từ trường trong suốt quá trình khởi động các thiết bị điện. Sự hiện diện của công suất phản kháng là điều kiện không thể thiếu, bởi nếu không có nó, hệ thống sẽ không thể khởi động được các phụ tải có tính cảm kháng, dẫn đến sự gián đoạn trong hoạt động của toàn bộ hệ thống điện.

Công suất phản kháng thường được các kỹ sư điện định nghĩa như một dạng năng lượng vô công đặc biệt, được tạo ra từ sự tương tác của các thành phần phản kháng trong hệ thống điện xoay chiều. Mặc dù không trực tiếp thực hiện công có ích, nhưng nó là yếu tố không thể thiếu để duy trì sự hoạt động ổn định của hệ thống điện.

Phân loại bù công suất phản kháng

Công thức tính công suất phản kháng cần bù:

Để biết các phương pháp bù công suất phản kháng, trước hết ta cần hiểu cách tính công suất phản kháng cần bù.

Công thức tính công suất phản kháng Q cần bù:

Qb = P(tgφ1 – tgφ2)*

Trong đó:

Qb: Công suất phản kháng cần bù (Var)

P: Công suất thực

tgφ1: Hệ số công suất tải trước khi bù

tgφ2: Hệ số công suất tải sau khi bù

Việc nâng cao hệ số công suất cosφ giúp giảm công suất tiêu thụ của hệ thống cấp điện, giảm tổn thất điện áp trên đường truyền, đồng thời tăng khả năng truyền tải điện trên đường dây và máy biến áp.

Tại sao phải bù công suất phản kháng? Lợi ích của việc đó:

A. Tại sao phải bù công suất phản kháng:

Trong thực tế, công suất phản kháng Q không sinh công nhưng gây ra những ảnh hưởng xấu về kinh tế và kỹ thuật:

– Về kinh tế: Chúng ta phải trả chi phí tiền điện cho lượng công suất phản kháng tiêu thụ mà không được lợi ích thực tế.

– Về kỹ thuật: Công suất phản kháng gây ra hiện tượng sụt áp và tiêu hao năng lượng trong quá trình truyền tải điện năng.

B. Lợi ích của việc bù công suất phản kháng:

• 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 φ.
• BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG GIẢM TỔN HAO CÔNG SUẤT: Giảm tổn hao công suất dẫn đến giảm tổn thất điện năng, tức là giảm tiền điện. Điều này đặc biệt hiệu quả khi đường dây kéo quá xa và công tơ tính ở đầu trạm. Trong trường hợp này, nên bù gần đến mức tối đa 0,95 để giảm tổn thất điện năng.
• BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG GIẢM SỤT ÁP
• BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG GIÚP TĂNG KHẢ NĂNG MANG TẢI CỦA ĐƯỜNG DÂY
• BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG GIÚP TĂNG KHẢ NĂNG MÁY BIẾN ÁP

Các phương pháp nâng cao hệ số công suất cos φ

1. Phương pháp nâng cao hệ số cos φ tự nhiên:

• Nâng cao cos φ tự nhiên nghĩa là tìm các biện pháp để hộ tiêu thụ điện giảm bớt lượng công suất phản kháng cần từ nguồn cung cấp.
• Thay đổi và cải tiến quy 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 động cơ có công suất nhỏ hơn.
• Hạn chế động cơ chạy không tải.
• Ở những nơi công nghệ cho phép, 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.

2. Phương pháp nâng cao hệ số cos φ nhân tạo: Phương pháp này 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 gồm:

a. Máy bù đồng bộ: Là động cơ đồng bộ làm việc trong chế độ không tải

• Ưu điểm: Máy bù đồng bộ vừa có khả năng sản xuất công suất phản kháng, vừa có khả năng tiêu thụ công suất phản kháng của mạng điện.
• Nhược điểm: Máy bù đồng bộ có phần quay nên việc lắp ráp, bảo dưỡng và vận hành phức tạp. Máy bù đồng bộ thường dùng để bù tập trung với dung lượng lớn.

b. Tụ bù điện: Làm cho dòng điện sớm pha hơn so với điện áp, từ đó sinh ra công suất phản kháng cung cấp cho mạng điện.

• Ưu điểm:

– Công suất nhỏ, không có phần quay nên dễ bảo dưỡng và vận hành.

– Có thể thay đổi dung lượng bộ tụ bù theo sự phát triển của tải.

– Giá thành thấp hơn so với máy bù đồng bộ.

• Nhược điểm:

– Nhạy cảm với biến động điện áp và kém chắc chắn, dễ bị hỏng khi ngắn mạch hoặc điện áp vượt quá định mức. Tuổi thọ có giới hạn, sẽ hư hỏng sau nhiều năm sử dụng.

– Khi đóng tụ bù vào mạng điện sẽ có dòng điện xung, khi cắt tụ khỏi mạng, trên cực tụ vẫn còn điện áp dư có thể gây nguy hiểm cho người vận hành.

– Thích hợp sử dụng cho các hộ tiêu thụ công suất phản kháng vừa và nhỏ (dưới 5000 kVAr).

Tụ bù trong hệ thống cung cấp điện:

a. Vị trí đặt tụ bù trong mạng điện phân phối:

• Đặt tụ bù ở phía cao áp
• Đặt tụ bù tại thanh cái hạ áp của TBA
• Đặt tụ bù tại tủ động lực
• Đặt tụ bù tại cực của các động cơ

b. Các phương thức bù công suất phản kháng bằng tụ bù:

• Bù tĩnh (bù nền): Bố trí một hoặc nhiều tụ tạo nên lượng bù không đổi. Việc điều khiển có thể thực hiện bằng:
• 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. Ưu điểm: đơn giản và giá thành thấp. Nhược điểm: khi tải dao động có thể dẫn đến bù thừa, điều này nguy hiểm đối với hệ thống sử dụng máy phát. Vì vậy, phương pháp này chỉ nên áp dụng cho những tải ít thay đổi.

– Bù động (sử dụng bộ tụ bù tự động): Sử dụng các bộ tụ bù tự động có khả năng thay đổi dung lượng để đảm bảo hệ số công suất đạt giá trị mong muốn.

• Ưu điểm: Không gây ra hiện tượng bù thừa và đảm bảo được hệ số công suất mong muốn.
• Nhược điểm: Chi phí lớn hơn so với bù tĩnh.

Vì vậy, phương pháp này thích hợp cho các vị trí có công suất tác dụng và công suất phản kháng thay đổi trong phạm vi rộng.

Bù công suất phản kháng không chỉ giúp cải thiện hiệu quả vận hành hệ thống điện mà còn mang lại lợi ích kinh tế rõ rệt, từ việc giảm tổn thất đến giảm chi phí tiền điện. Với các phương pháp bù đa dạng, từ máy bù đồng bộ đến tụ bù điện, việc lựa chọn phương án phù hợp sẽ giúp các doanh nghiệp và cá nhân tối ưu hóa hiệu quả năng lượng. Đầu tư vào bù công suất phản kháng chính là đầu tư cho một hệ thống điện bền vững, ổn định và kinh tế.