Tụ bù là gì? Tụ bù công suất là gì? Cách tính tụ bù công suất phản kháng?

Tụ bù là gì? Tụ bù công suất phản kháng là gì? Cách tính chọn dung lượng tụ bù công suất cho hệ thống để nâng hệ số công suất cosϕ? Chúng ta cùng nhau thảo luận về một đề tài mới mà không mới này nhé!

Tụ bù là gì

Tụ bù là tên gọi chung của tụ bù công suất, tụ bù cosϕ, tụ bù hệ số công suất, tụ bù công suất phản kháng, tụ bù điện…

Tụ bù là một linh kiện điện, điện tử thụ động rất phổ biến, có tác dụng tích điện và phóng điện trong mạch điện.

Có ký hiệu là C. Đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ ở một điện áp nhất định gọi là điện dung.

Công thức tính điện dung là:  C=Q/U

Nhìn chung, việc sử dụng tụ bù trong hệ thống điện để giảm lượng công suất phản kháng sinh ra từ nguồn phát điện. Đồng thời giúp nâng cao hệ số công suất cosϕ theo đúng quy định của công ty điện lực.

 Tụ bù công suất

Tụ bù công suất dùng để bù công suất phản kháng xuất hiện trên mạng hệ thống điện. Nằm nâng cao chất lượng điện, giảm hiện tượng sụt áp trên đường dây, tăng khả năng mang tải của đường dây. Tụ bù nâng cao hệ số công suất cosϕ cho các hệ thống điện tại nhà máy đang có cosϕ < 0.85 để tránh phải những chi phí mua công suất vô công, công suất phản kháng không đáng có.

Tụ bù công suất phản kháng

Tủ tụ bù công suất phản kháng là hệ tủ điện hoàn chỉnh. Trong đó gồm có những tụ bù công suất điện mắc song song với phụ tải. Tuỳ theo từng hệ thống điện mà sử dụng số lượng tụ bù nhiều hay ít để đạt được hệ số công suất tối ưu. Ngoài ra, trong tủ còn có các thiết bị như: bộ điều khiển tụ bù, dây cáp, CB, rơle đóng ngắt, …để điều khiển cũng như bảo vệ cho tụ bù công suất.

Cấu tạo tụ bù

Tụ bù có 2 loại cấu tạo thường bắt gặp nhất là tụ bù dầu và tụ bù giấy cách điện. Trong đó, hai bản cực tụ được đặt song song nhau và được cách điện với nhau bằng gốm hoặc bằng giấy cuộn lại và thấm dầu.

Bên ngoài vỏ tụ thường cấu tạo bằng kim loại hoặc keo phủ. Hai chân của bản cực tụ được để lộ ra ngoài.

Nguyên lý tụ bù công suất

Nguyên lý hoạt động của tụ bù công suất là đo độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện trên hệ thống. Nếu giá trị này nhỏ hơn giá trị cài đặt (thường là 0.95) thì tụ bù công suất sẽ phóng điện vào hệ thống cho đến khi đạt được trị số như yêu cầu và giữ hệ số công suất quanh giá trị cài đặt. Tụ bù công suất thường được lắp đặt trong tủ điện riêng biệt, hoặc trong tủ điều khiển động lực. Các tủ này thường được đặt trong nhà xưởng sản xuất hay đặt trực tiếp ngoài trời tại các trạm hạ áp.

Các tủ điện tụ bù công suất cũng có thể lắp kết hợp với tủ phân phối tổng MSB.

Việc đóng ngắt tụ bù công suất trong tủ dựa vào một bộ điều khiển thông minh, dựa vào giá trị đặt của hệ số công suất cos phi.

Các loại tụ bù

Hiện nay trên thị trường, có nhiều loại tụ bù và phương pháp bù ứng với nhu cầu sử dụng của các doanh nghiệp sản xuất.

Điều này đem đến cho người sử dụng có nhiều lựa chọn hơn. Tuỳ vào mục đích và chi phí đầu tư của mình mà người sử dụng có thể được tư vấn hay chọn phương án phù hợp.

Tụ bù công suất có thể được phân loại dựa theo: vật liệu cấu tạo hoặc dựa vào điện áp hoạt động

Phân loại tụ bù công suất theo điện áp

Theo cách này, các nhà sản xuất dựa vào tính chất của điện áp mà phân loại. Do điện áp có điện 1 pha và điện 3 pha, cho nên tụ bù công suất cũng có 2 loại riêng biệt tương ứng là tụ bù công suất 1 pha và tụ bù công suất 3 pha. Cụ thể 2 loại này chúng ta có thể hiểu như sau:

• Tụ bù công suất dùng cho mạng điện 1 pha thường có điện áp trong khoảng 230V-250V. Loại này chủ yếu sử dụng ở những khu vực công suất tiêu thụ điện thấp như: hộ kinh doanh cá thể, hộ gia đình sử dụng…
• Tụ bù công suất dùng trong mạng điện 3 pha thường được lắp đặt trong các hệ thống điện áp tương đối ổn định ở mức điện áp chuẩn và tương thích với dải điện áp lên đến 415-440V. Một số khu vực có sự xuất hiện nhiều tụ bù công suất như trong hệ thống điện lưới của các toà nhà, bệnh viện, trung tâm mua sắm… hay sử dụng trong các công trình xây dựng, trong nhà máy sản xuất, trong các khu công nghiệp,…

Ngoài ra, tụ bù còn được phân loại theo cấp, chẳng hạn như cấp 6 hay là cấp 12…

Phân loại tụ bù công suất theo vật liệu cấu tạo

Như thông tin đã biết ở mục cấu tạo tụ bù. Chúng ta sẽ xếp chúng làm 2 loại cụ thể như sau:

• Tụ bù công suất dạng khô: Loại tụ bù công suất này có hình dáng trụ tròn dài, tương đối nhỏ gọn. Chiếm rất ít diện tích trong tủ điện cho nên thao tác lắp đặt rất dễ. Tụ bù công suất dạng khô này có một số đặc điểm như: giá thành rẻ, phù hợp hệ thống nhỏ, chất lượng điện vào loại khá tốt…nên phù hợp với nhiều đối tượng khách hàng sử dụng.
• Tụ bù công suất dạng dầu: Loại này thường có hình dạng chữ nhật, hơn hẳn dạng khô về độ bền. Đặc điểm của tụ bù công suất dạng dầu là có thể dùng cho nhiều loại hệ thống điện, có công suất lớn, cần bù công suất phản kháng nhiều. Ở thị trường Việt Nam loại tụ bù công suất này còn được gọi là tụ bù trung thế, thường được sử dụng cho các cấp điện áp như: 6.6kV, 7.2kV, 22kV, 35kV, có 2 dạng gọi là 1 pha 2 sứ và 3 pha 3 sứ cho công suất phản kháng từ 50kVAR đến 500kVAR.

Tụ bù công suất có tác dụng gì

Một số tác dụng của tụ bù công suất đem lại cho hệ thống điện mà chúng ta có thể thấy như:

• Giúp tăng công suất máy biến áp
• Tăng khả năng mang tải của đường dây
• Giảm hiện tượng sụt áp trên hệ thống điện
• Giảm tổn hao công suất
• Tránh chi phí mua công suất phản kháng
• Tăng hệ số công suất cosϕ

Để hiểu rõ hơn từng tác dụng, ưu điểm của tụ bù công suất đem lại. Chúng ta cùng thảo luận nhé!

Tụ bù công suất giúp tăng công suất máy biến áp

Khi nói đến vấn đề này, có lẽ chúng ta cần xem lại công thức: S= . Cho nên khi công suất phản kháng Q được bù tối ưu thì công suất biểu kiến S coi như xấp xỉ với công suất thực P rồi.

Điều này sẽ giúp tăng công suất của máy biến áp.

Tăng khả năng mang tải của đường dây

Trên đường dây truyền tải điện năng lúc nào cũng có 2 thành phần năng lượng tồn tại. Đó là công suất tiêu thụ và công suất phản kháng.

Khi xảy ra hao tổn trên đường dây thường là do nguyên nhân truyền tải điện đi quá xa, cách xa trạm nguồn.

Chính vì thế, để khắc phục vấn đề này thì người ta sẽ can thiệp vào phần công suất phản kháng trên đường dây, bằng cách sử dụng tụ bù công suất lắp ở cuối đường dây.

Thông thường, trong những trường hợp như thế này, thì hệ số công suất khuyến nghị cần bù phải đạt đến mức cosϕ= 0.95 để đảm bảo công suất tải sử dụng.

Giảm hiện tượng sụt áp trên hệ thống điện

Khi một hệ thống có quá nhiều phụ tải, hoặc phụ tải ở cách xa trạm nguồn, sẽ gây ra hiện tượng sụt áp trên đường truyền. Điều này cũng tương tự như vấn đề truyền tải điện đi xa vậy.

Chúng ta cần phải bù phần công suất phản kháng khá lớn sinh ra trên hệ thống bằng cách sử dụng các tủ điện tụ bù công suất có dung lượng thích hợp. Để kéo phần công suất phản kháng xuống thấp đồng thời tăng công suất thực lên bằng cách tăng hệ số sông suất qua các tụ bù công suất. Từ đó, giúp giảm đi hiện tượng sụt áp trên đường dây cũng như hệ thống điện.

Giảm tổn hao do công suất phản kháng

Để giảm tổn hao do công suất phản kháng gây ra, chúng ta cần phải can thiệp vào chúng.  Nguyên nhân có thể là do các phụ tải mang tính cảm nhiều như động cơ…có hệ số công suất thấp và nhận phần công suất phản kháng từ nguồn dẫn đến tổn hao công suất.

Cách tốt nhất là chúng ta cần lắp các tụ bù công suất để giảm đi phần công suất phản kháng này, đồng thời làm ổn định chất lượng nguồn điện.

Tránh chi phí mua công suất vô công

Hay nói thẳng ra là bị công ty điện lực phạt vì sử dụng điện kém hiệu quả. Đây có thể nói là rất phổ biến với các doanh nghiệp sản xuất non trẻ. Vì chưa hiểu hết vấn đề hoặc chưa có bộ phận vận hành hệ thống điện chuyên nghiệp nên thường xuyên để cho hệ số công suất cosϕ < 0.9 nhỏ hơn mức quy định.

Theo quy định của ngành điện lực thì, khi doanh nghiệp để cho hệ số công suất cosϕ<0.9 thì bắt buộc phải mua công suất phản kháng tính theo tỉ lệ phần trăm của tổng công suất tiêu thụ. Được bên cung cấp điện quy định rõ ràng và ràng buộc bằng hợp đồng mua bán điện.

Để giải quyết tình huống này, các doanh nghiệp có 2 cách xử lý:

• Cải thiện lại hệ thống máy móc phụ tải, tránh vận hành motor không tải, giảm công suất motor theo tải làm việc…
• Lắp đặt các tủ bù công suất tại tủ phân phối hoặc tủ động lực để nâng hệ số công suất lên.

Thông thường, bên điện lực sẽ tư vấn nên chọn phương án thứ 2, vì chi phí đầu tư cho tủ bù công suất cũng không quá tốn kém. Mặt khác, nó còn đem lại nhiều ưu điểm như trên mình vừa thảo luận: ổn định điện áp, tránh bị phạt, tránh tổn thất đường dây, cải thiện chất lượng điện…

Tăng hệ số công suất cosφ

Có lẽ đây là mục đích mà các nhà quản lý doanh nghiệp quan tâm nhất sau khi nhận hoá đơn tính tiền điện vào mỗi cuối tháng. Tại sao lại bị tính chi phí công suất phản kháng Q nhiều như vậy? Tại sao hệ số công suất thấp như vậy? Hệ thống vẫn chạy có tải bình thường mà?

Để trả lời cho câu hỏi này thì cần phải xem lại cách làm việc của bộ phận quản lý hệ thống điện.

Còn giải pháp để tránh mất tiền oan là lắp đặt tụ bù công suất cho hệ thống. Để kéo hệ số công suất lên trên mức 0.9 thì sẽ không còn bị phạt nữa, không còn phải trả thêm tiền cho lượng công suất vô công nữa!

Mặt khác, hệ số công suất cao giúp chúng ta tối ưu được các thành phần cung cấp điện, các thiết bị điện không cần phải chọn dư định mức. Đồng thời giúp chúng ta tiết kiệm trong chi phí đầu tư thiết bị đóng cắt, dây dẫn…vì không phải chọn những thiết bị lớn.

Cách tính tụ bù công suất

Có nhiều cách để tính chọn tụ bù công suất như dựa vào kinh nghiệm,… Nhưng cách tốt nhất là sử dụng công thức để tính toán dựa vào cơ sở hệ thống của chúng ta. Có nghĩa là chúng ta cần biết giá trị công suất tiêu thụ P và hệ số công suất Cosφ của tải.

Lấy ví dụ cho các bạn dễ hình dung: Tính toán chọn tụ bù cho hệ thống điện có công suất tiêu thụ là P=50Kw. Có hệ số công suất cosφ1 =0.8. Yêu cầu cần nâng hệ số công suất của hệ thống lên cosφ2 =0.95

Ta có:

Công suất của tải là P= 50kW

Cosφ1 =0.8 Hệ số công suất trước khi bù

Cosφ2 =0.95 Hệ số công suất sau khi bù

Khi đó, chúng ta áp dụng công thức tính công suất phản kháng cần bù như sau:

Q = P*(tanφ1 – tanφ2)

Cosφ1 = 0.8 → tanφ1 = 0.75

Cosφ2 = 0.95 → tanφ2 = 0.33

Vậy công suất phản kháng cần bù là:

Q = P*(tanφ1 – tanφ2) = 50*(0.75 – 0.33) = 21 (kVAr)

Cách kiểm tra tụ bù bằng đồng hồ vạn năng

Trong quá trình làm việc ở môi trường khắc nghiệt như nhà máy,…thì không tránh khỏi việc phát sinh những sự cố, hỏng hóc của hệ thống tụ bù công suất. Do đó, mục này, chúng ta cùng tìm hiểu các cách để đo đạc cũng như kiểm tra hoạt động của tụ bù trong hệ thống tủ điện tụ bù công suất nhé! Thật may là chúng ta có thể sử dụng 2 thiết bị đo điện phổ biến sau để kiểm tra:

• Dùng đồng hồ đo VOM: Để dùng đồng hồ Vom đo điện dung của tụ bù công suất thì trước tiên ta phải xả điện trong tụ và đảm bảo tụ đang không tải. Đo tụ bù cũng giống như chúng ta đo một tụ điện dung thông thường vậy.
• Dùng Ampe kềm: Với việc đo bằng ampe kềm thì việc đo đạc chúng ta phải đo gián tiếp khi tụ đang làm việc. Ta dựa vào phép so sánh giữa dòng điện định mức và dòng điện vận hành tụ để xác định chất lượng của tụ bù công suất. Vì thông thường, khi tụ không còn tốt thì dòng điện vận hành sẽ giảm đi rõ rệt.

Ngoài ra, trong những hệ thống điện lớn, người ta còn sử dụng những thiết bị đo đạc thông minh để giám sát nguồn điện cung cấp từ những thông số như: điện áp, dòng điện, công suất tiêu thụ, tần số, công suất phản kháng, công suất biểu kiến…

Chọn dây dẫn cho tụ bù

Việc chọn dây dẫn cho tụ bù công suất cũng khá đơn giản. Cũng dựa vào một số nguyên tắc như:

• Chọn dây có tiết diện phù hợp. Cần nắm rõ các quy ước chọn dây ví dụ như đọc các thông số trên dây để tính toán được dạng dây phù hợp với phụ tải.
• Chọn dây dẫn chính hãng để đảm bảo chất lượng dây
• Chọn dây lõi đồng để có khả năng truyền tải tốt nhất…

Nguyên nhân nổ tụ bù tụ điện

Trong quá trình vận hành, sẽ có những trường hợp tụ bù công suất bị phù, phồng lên, và cuối cùng là xảy ra xì hay thậm chí là nổ tụ. Vậy nguyên nhân là do đâu? Và cách khắc phục như thế nào?

Nguyên nhân

Cũng có khá nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng này. Nhưng chủ yếu vẫn là do sóng hài quá lớn tác động đến tụ bù.

Sóng hài này được sinh ra trong quá trình vận hành, cấp nguồn cho phụ tải như các biến tần điều khiển động cơ, bộ chuyển đổi sang DC, các bóng đèn,…

Các tác động của sóng hài gây ra hiện tượng quá tải, quá nhiệt, quá áp trực tiếp lên hệ thống tụ bù công suất.

Cách khắc phục

Để khắc phục sức ảnh hưởng của sóng hài tác động lên tụ bù công suất. Người ta thường lắp thêm các bộ lọc sóng hài trong hệ thống tụ bù công suất. Những bộ lọc này thường chia ra làm 2 dạng: dạng lọc thụ động và dạng lọc tích cực dựa trên nguyên lý hoạt động của chúng.

Một bài viết khá dài nói về tụ bù công suất. Hy vọng nội dung bài viết này sẽ cung cấp đầy đủ những kiến thức cần thiết cho các bạn đang nghiên cứu về hệ thống điện nói chung, và nghiên cứu về hệ số công suất nói riêng.

Qua bài viết này, sẽ giúp các bạn nắm được:

• Khái niệm tụ bù là gì
• Nguyên nhân và cách khắc phục tụ bù hư hỏng
• Cách kiểm tra tụ bù công suất bằng đồng hồ đo
• Công dụng cũng như cách tính chọn tụ bù công suất…

Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các bạn giúp cho bài viết ngày một hay hơn, hoàn thiện hơn. Cảm ơn các bạn!