Công Suất Phản Kháng Là Gì? Tại Sao Phải Bù Công ... - Hoàng Vina

Trong hệ thống lưới điện, tồn tại hai loại công suất là công suất hữu dụng P và công suất phản kháng Q . Công suất hữu dụng P là công suất sinh ra công có ích trong các phụ tải, trong khi công suất phản kháng Q là công suất vô ích, gây ra do tính cảm ứng của các loại phụ tải như: động cơ điện, các bộ biến đổi điện áp… 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. Công suất phản kháng là gì?

a. Khái niệm

Công suất phản kháng (Reactive power) là một phần công suất được tạo ra bởi từ trường trong tuabin máy phát điện , nó rất quan trọng đặc biệt với các tải cảm .

Reactive power góp phần quan trọng tạo nên từ trường trong quá trình khởi động, nếu như không có nó đồng nghĩa với việc không khởi động được các phụ tải có tính cảm.

Công suất phản kháng hay gọi là công suất hư kháng, công suất ảo Q(kW), là năng lượng vô công, được sinh ra bởi các thành phần phản kháng trong trong hệ thống điện xoay chiều.

Công suất phản kháng được chuyển ngược về nguồn cung cấp năng lượng trong mỗi chu kỳ do sự tích lũy năng lượng trong các thành phần cảm kháng và dung kháng, được tạo ra bởi sự lệch pha giữa hiệu điện thế U(t) và dòng điện I(t). Nó là loại công suất không có lợi của mạch điện.

b. Công thức tính công suất phản kháng

Công suất tính công suất phản kháng : Q = U . I .sinφ

Trong đó:     Q: Công suất phản kháng (Var)

                     U: Điện áp (V)

                      I: Dòng điện (A)

                     φ: Lệch pha giữa hiệu điện thế U(t) và dòng điện I(t)

Để đánh giá ảnh hưởng của công suất phản kháng đối với hệ thống người ta sử dụng hệ số công suất phản kháng cosφ,

•  φ=arctg P/Q
•  P: Công suất hữu dụng
•  Q: Công suất phản kháng

2. Tại sao phải bù công suất phản kháng?

Trên thực tế công suất phản kháng Q không sinh công nhưng lại gây ra những ảnh hưởng xấu về kinh tế và kỹ thuật như sụt áp, tiêu hao năng lượng và chi phí tiền điện.

Về kỹ thuật, công suất phản kháng gây ra sụt áp trên đường dây và tổn thất công suất trên đường truyền.

Vì vậy, chúng ta cần có biện pháp bù công suất phản kháng Q để hạn chế ảnh hưởng của nó, tức là ta nâng cao hệ số cosφ. Theo quy định của Tập đoàn Điện lực Việt Nam, hệ số công suất cosφ hạ thế từ 0,90 trở lên.

Quy định này nhằm mục đích giảm tổn thất công suất trên phần tử của hệ thống cung cấp điện (máy biến áp, đường dây …), giảm tổn thất điện áp trên đường truyền tải đồng thời tăng khả năng truyền tải điện của đường dây và máy biến áp.

Lợi ích khi nâng cao hệ số công suất phản kháng cosφ:

• Giảm tổn thất công suất trên phần tử của hệ thống cung cấp điện (máy biến áp, đường dây …).
• Giảm tổn thất điện áp trên đường truyền tải.
• Tăng khả năng truyền tải điện của đường dây và máy biến áp.

Vì vậy, ta cần có biện pháp bù công suất phản kháng Q để hạn chế ảnh hưởng của nó. Cũng tức là ta nâng cao hệ số công suất phản kháng cosφ.

3. Công thức tính công suất phản kháng cần bù

Muốn tính công suất phản kháng cần bù để chọn tụ bù cho tải nào đó thì ta cần biết công suất (P) và hệ số công suất (Cosφ) của tải đó: Giả sử ta có công suất của tải là P, hệ số công suất của tải là Cosφ1 → tgφ1 (trước khi bù), hệ số công suất sau khi bù là Cosφ2 → tgφ2.

Công thức tính công suất phản kháng Q cần bù:

• 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 tối thiểu công suất trên phần tử của toàn hệ thống cấp điện và giảm tổn thất điện áp trên đường truyền, tăng khả năng truyền tải điện trên đường dây và máy biến áp.

4. Các biện pháp nâng cao hệ số công suất phản kháng

Có hai cách nâng cao công suất phản kháng là: Phương pháp nâng cao hệ số cosφ tự nhiên và phương pháp nâng cao hệ số cosφ nhân tạo.

a. 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.

b. Phương pháp nâng cao hệ số cosφ nhân tạo

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:

Máy bù đồng bộ

Máy bù đồng bộ là động cơ điện đồng bộ làm việc không tải với dòng điện kích từ được điều chỉnh để bù hệ số công suất (cos φ) và điều chỉnh điện áp mạng điện12. Máy bù đồng bộ có thể hoạt động cung cấp hoặc tiêu thụ công suất phản kháng của lưới.

• 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.

Bù bằng tụ

Là phương pháp 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 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 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 bù có giới hạn, sẽ bị hư hỏng sau nhiều năm làm việc.
• Khi đóng tụ bù 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 người vận hành.
• Sử dụng tụ bù điện ở các hộ tiêu thụ công suất phản kháng vừa và nhỏ (dưới 5000 kVAr).

Hi vọng sau khi hiểu được định nghĩa, nắm được cách tính, các bạn sẽ lựa chọn được phương pháp tốt nhất để nâng cao hệ số công suất phản kháng!

>>> Xem thêm: Bù công suất phản kháng mang lại lợi ích gì?