Trong các xí nghiệp công nghiệp nói chung, nhà máy xi măng nói riêng, hầu hết các phụ tải điện là động cơ không đồng bộ và máy biến áp. Đó là những thiết bị tiêu thụ nhiều công suất phản kháng nhất. Việc nâng cao hệ số công suất, bù công suất phản kháng trở thành vấn đề quan trọng, cần thiết trong các xí nghiệp công nghiệp.
Công suất phản kháng không sinh công mà chỉ dùng để từ hoá các máy điện. Việc truyền tải một lượng công suất phản kháng khá lớn trên đường dây làm cho hệ số công suất (cosf ) của mạng lưới điện giảm đi đáng kể. Hệ số công suất nhỏ đi gây lên những hiệu quả: Tăng tổn thất công suất, tăng tổn thất điện áp trên mạng lưới điện gây ra tổn thất điện năng và làm xấu đi chất lượng nguồn điện.
Để nâng cao hệ số công suất trong các mạng điện, người ta áp dụng các biện pháp:
- Cải tiến quy trình công nghệ để các thiết bị làm việc ở chế độ hợp lý;
- Thay thế động cơ làm việc non tải bằng động cơ có công suất nhỏ hơn;
- Hạn chế động cơ, máy biến áp chạy không tải;
- Dùng phương pháp bù công suất phản kháng.
Thực ra việc tạo ra công suất phản kháng không đòi hỏi tiêu tốn năng lượng của động cơ sơ cấp quay máy phát điện, mặt khác công suất phản kháng cung cấp cho hộ dùng điện không nhất thiết lấy từ nguồn (máy phát điện). Vì vậy để tránh truyền tải một lượng lớn công suất phản kháng trên đường dây, người ta đặt gần các hộ dùng điện các máy sinh ra công suất phản kháng (tụ điện, máy bù đồng bộ) để cung cấp trực tiếp cho phụ tải điện.
Các kiểu bù
Có 3 cách khác nhau cơ bản của việc thiết kế hệ thống bù, đó là bù riêng lẻ, bù theo nhóm và bù tập trung.
Trong trường hợp bù riêng lẻ (hình 2.1), mỗi phụ tải cảm ứng được nối với 1 tụ có chuyển mạch Đóng và Ngắt bằng 1 vài thiết bị đóng ngắt. Kiểu bù này làm giảm tải cho tất cả các thiết bị truyền dẫn tới hộ tiêu thụ. Tuy nhiên, vì các lý do kinh tế nó chỉ sử dụng các tải lớn, hoạt động liên tục với công suất không đổi (thời gian hoạt động >70%). Các ứng dụng phổ biến là bù cố định cho các máy biến áp.
Trong trường hợp bù theo nhóm (hình 2.2) mỗi tụ được nối cho một vài tải theo cùng một nhóm. Trong trường hợp này, thanh cái của mỗi hệ thống phân phối là độc lập. Nếu các tải được đóng ngắt riêng lẻ, công suất lắp đặt của tụ điện có thể thấp hơn so với bù riêng lẻ, tuy nhiên, bộ tụ yêu cầu thiết bị đóng ngắt cho riêng nó.
Đối với các hệ thống có các tải lâu dài, một vài cụm tụ điện thường được lắp đặt ở tủ điện phân phối chính (hình 2.3). Chúng được khóa Đóng và Ngắt bởi 1 thiết bị điều khiển phụ thuộc vào yêu cầu công suất phản kháng tương ứng. Vì rằng kiểu bù này chỉ dùng cho phụ tải lớn và đóng cùng một lúc, tổng công suất bù lắp đặt thấp hơn các kiểu bù khác. Đương nhiên, tải trong hệ thống phân phối không giảm, và nó phải đủ khoang cho tất cả các cụm tụ trong tủ điện phân phối chính.
Đối với các hệ thống có các tải lâu dài, một vài cụm tụ điện thường được lắp đặt ở tủ điện phân phối chính (hình 2.3). Chúng được khóa Đóng và Ngắt bởi 1 thiết bị điều khiển phụ thuộc vào yêu cầu công suất phản kháng tương ứng. Vì rằng kiểu bù này chỉ dùng cho phụ tải lớn và đóng cùng một lúc, tổng công suất bù lắp đặt thấp hơn các kiểu bù khác. Đương nhiên, tải trong hệ thống phân phối không giảm, và nó phải đủ khoang cho tất cả các cụm tụ trong tủ điện phân phối chính.
Chú ý:
Trong các nhà máy có các tải thay đổi nhanh (ví dụ như cẩu trục lớn) các hệ thống chuẩn RPC phản ứng chậm. Trong trường hợp đó bù công suất phản kháng chỉ có thể thông qua “các bộ điều khiển thời gian thực” có thyristor để đóng cắt bộ tụ điện.
Lựa chọn module và thiết kế hệ thống
1. Lựa chọn kiểu bù (bù riêng, nhóm hoặc tập trung)
2. Xác định dữ liệu hệ thống và thiết kế đặc điểm kỹ thuật cho phù hợp với các điều kiện riêng và điều kiện chung (ví dụ như tần số điều khiển gợn sóng)
Trợ giúp kỹ thuật: thiết kế sơ đồ dự án
3. Lựa chọn kiểu (ví dụ 7% tỉ lệ điện kháng)
Trợ giúp kỹ thuật: lược đồ thiết kế
Phân tích hệ thống
4. Tính toán công suất bù yêu cầu: Q¬C = Pmax . (tan φset – tan φact)
5. Chọn các modul bù:
- Bước công suất yêu cầu: Công suất mỗi bước QC.step.min nên trong khoảng từ 10 đến 15% của tổng công suất bù. Nếu các bước ứng dụng là nhỏ phải kết nối song song.
- Số bước đóng cắt yêu cầu: N = QC / QC.step (luôn được làm tròn lên)
6. Định nghĩa đặc điểm thiết kế của nhà máy
- Các tủ bù thuần túy:
+ Với thông gió tự nhiên nhiều nhất 5 module có cuộn kháng trên mỗi tủ được cho phép. Không có điện kháng, tủ lớn nhất 400 kVA được lắp đặt.
+ Trong trường hợp sử dụng nhiều hơn 1 tủ, đặt các modul theo hàng từ trái sang phải và từ dưới lên trên.
+ 4 vị trí thông gió tại đáy của cửa tủ.
+ Không có ngăn phân cáp (hoặc vách ngăn nằm ngang).
Tủ bù tích hợp vào tủ phân phối:
+ 1E khoảng không giữa các modul tụ bù và các thiết bị khác.
+ Khoảng không yêu cầu theo kiểu modul.
+ 1 cửa thông hơi trên mỗi modul thấp hơn các modul.
+ Trên vị trí mái các modul ≤ IP 30 hoặc 1 cửa thông hơi trên mỗi modul
+ Vách ngăn nằm ngang cho các ngăn cáp.
Điều khiển theo bước:
Để đạt được sự đồng nhất cao trong vận hành đóng cắt các cụm tụ, bộ điều khiển hình vòng được sử dụng. Các bước được kết nối như thế nào đó để các bước chuyển mạch liên tục được bố trí ở khoảng cách rộng với bước khác. Trong tủ có nhiều module đa bước thì bố trí theo cột, còn hệ thống có vài tủ thì bố trí theo hàng (theo thứ tự trong hình 2.4).
Trong các nhà máy có các tải thay đổi nhanh (ví dụ như cẩu trục lớn) các hệ thống chuẩn RPC phản ứng chậm. Trong trường hợp đó bù công suất phản kháng chỉ có thể thông qua “các bộ điều khiển thời gian thực” có thyristor để đóng cắt bộ tụ điện.
Lựa chọn module và thiết kế hệ thống
1. Lựa chọn kiểu bù (bù riêng, nhóm hoặc tập trung)
2. Xác định dữ liệu hệ thống và thiết kế đặc điểm kỹ thuật cho phù hợp với các điều kiện riêng và điều kiện chung (ví dụ như tần số điều khiển gợn sóng)
Trợ giúp kỹ thuật: thiết kế sơ đồ dự án
3. Lựa chọn kiểu (ví dụ 7% tỉ lệ điện kháng)
Trợ giúp kỹ thuật: lược đồ thiết kế
Phân tích hệ thống
4. Tính toán công suất bù yêu cầu: Q¬C = Pmax . (tan φset – tan φact)
5. Chọn các modul bù:
- Bước công suất yêu cầu: Công suất mỗi bước QC.step.min nên trong khoảng từ 10 đến 15% của tổng công suất bù. Nếu các bước ứng dụng là nhỏ phải kết nối song song.
- Số bước đóng cắt yêu cầu: N = QC / QC.step (luôn được làm tròn lên)
6. Định nghĩa đặc điểm thiết kế của nhà máy
- Các tủ bù thuần túy:
+ Với thông gió tự nhiên nhiều nhất 5 module có cuộn kháng trên mỗi tủ được cho phép. Không có điện kháng, tủ lớn nhất 400 kVA được lắp đặt.
+ Trong trường hợp sử dụng nhiều hơn 1 tủ, đặt các modul theo hàng từ trái sang phải và từ dưới lên trên.
+ 4 vị trí thông gió tại đáy của cửa tủ.
+ Không có ngăn phân cáp (hoặc vách ngăn nằm ngang).
Tủ bù tích hợp vào tủ phân phối:
+ 1E khoảng không giữa các modul tụ bù và các thiết bị khác.
+ Khoảng không yêu cầu theo kiểu modul.
+ 1 cửa thông hơi trên mỗi modul thấp hơn các modul.
+ Trên vị trí mái các modul ≤ IP 30 hoặc 1 cửa thông hơi trên mỗi modul
+ Vách ngăn nằm ngang cho các ngăn cáp.
Điều khiển theo bước:
Để đạt được sự đồng nhất cao trong vận hành đóng cắt các cụm tụ, bộ điều khiển hình vòng được sử dụng. Các bước được kết nối như thế nào đó để các bước chuyển mạch liên tục được bố trí ở khoảng cách rộng với bước khác. Trong tủ có nhiều module đa bước thì bố trí theo cột, còn hệ thống có vài tủ thì bố trí theo hàng (theo thứ tự trong hình 2.4).
Sơ đồ bản thiết kế kỹ thuật (hình 2.6)
ximang.vn * (Nguồn: Tạp chí Thông tin KHCN-Vicem)
