Thiết bị đo công suất tiêu thụ điện ngày càng được quan tâm từ việc giám sát công suất tủ điện điều khiển cho tới giám sát công suất tiêu thụ của một nhà xưởng. Để đo công suất điện ta dùng các dụng cụ đo công suất điện như đồng hồ đo công suất điện năng, máy đo công suất điện chuyên dụng. Tùy vào mục đích sử dụng mà chúng ta lựa chọn các thiết bị đo công suất tiêu thụ điện cho phù hợp.
Tóm Tắt Nội Dung
Công suất điện được đo bằng đơn vị nào ?
Đơn vị Watt được xem là đơn vị đo công suất điện tiêu chuẩn trong hệ thống đo lường quốc tế. Watt được đặt theo tên của nhà phát minh ra động cơ hơi nước góp phần thay đổi sự phát triển của nhân loại.
1 W = 1J/s tương ứng với khả năng tiêu thụ năng lượng của 1 Jun trên mỗi giây. Nói cách khác Watt là đơn vị tiêu thụ năng lượng.
Đơn vị đo công suất điện
Các đơn vị đo công suất điện bạn cần phải biết :
- Watt : W
- Kilowatt : KW
- Megawatt : MW
Chúng ta sẽ có : 1 MW = 1.000KW = 1.000.000W
Các loại công suất điện xoay chiều
- Công suất phản kháng Q ( kVAR )
- Công suất hiệu dụng P ( kW )
- Công suất biểu kiến S ( kVA )
kVA = kVAR + kW
Trong các loại công suất này thì chúng ta chỉ quan tâm tới công suất hiệu dụng P ( kW ). Đây là công suất tiêu thụ điện thực tế mà chúng ta dùng trong cuộc sống.
Tuy nhiên, công suất phản kháng Q ( VAR ) lại là một thành phần không thể thiếu trong quá trình truyền tải và sử dụng. Nó được sinh ra từ các máy phát điện, nhiệt điện, thủy điện song song với công suất thực sử dụng. Chúng ta cần hiểu rằng công suất phản kháng là thành phần không có ít và càng thấp thì càng tốt.
Tác hại của công suất phản kháng
Công suất phản kháng không sinh ra Công nhưng lại làm ảnh hưởng tới kinh tế lẫn kỹ thuật :
- Về kinh tế, người sử dụng điện phải trả thêm tiền cho công suất phản kháng
- Về kỹ thuật, công suất phản kháng gây sụt áp trên đường dây. Điều này gây tổn thất công suất tiêu thụ điện. Ngoài ra, sụt áp làm nguy cơ cháy các thiết bị điện bởi điện áp càng thấp thì dòng càng cao. Dòng điện cao sẽ làm hư hỏng các thiết bị tiêu thụ điện.
Tụ bù công suất phản kháng
Để nâng hiệu suất điện và giảm công suất phản kháng người ta tìm cách nâng cao hệ số cosφ. Chúng đều được học công suất hiệu dụng P = U x I x cosφ
Cosφ càng lớn thì công suất hiệu dụng càng cao. Cosφ lớn nhất là 1 ( theo tính toán ). Trên thực tế người ta tìm cách để nâng Cosφ gần nhất bằng 1 để tránh bị phạt Cosφ, các cơ sở sản xuất công nghiệp sẽ bị phạt Cosφ nếu để Cosφ thấp hơn định mức quy định. Tại Việt Nam thì Cosφ cho phép 0,9 – quy định theo thông tư 32 của Chính Phủ Việt Nam.
Khi hệ số công suất thấp, điện lực và người sử dụng điện phải dùng dây dẫn điện có tiết diện lớn hơn, máy biến áp lớn hơn, các thiết bị đóng cắt cũng lớn hơn … do công suất phản kháng vượt mức quy định. Nói chính xác hơn là chúng ta phải nuôi thêm một công suất dư thừa dù nó không có lợi gì.
Việc bù công suất phản kháng không chỉ thực hiện ngay tại trạm trung thế mà cũng phải được thực hiện ngay tại các trạm hạ thế. Thông thường các nhà máy sử dụng rất nhiều các tụ bù công suất phản kháng ngay trạm trung thế nhằm tăng Cosφ và giảm công suất phản kháng.
Thiết bị đo công suất tiêu thụ điện
Ngày nay, các thiết bị ngày càng tiên tiến, tối tân có thể tự tính công suất tiêu thụ điện một cách chính xác. Tất cả các thiết bị đo công suất tiêu thụ điện đều hoạt động dựa vào công thức tính công suất tiêu thụ điện mà chúng ta đã từng được học trên ghế nhà trường.
Trước tiên chúng ta cùng xem công thức tính công suất tiêu thụ điện. Sau đó, chúng ta sẽ tìm hiểu về cách đo công suất tiêu thụ điện trên thực tế.
Công thức tính công suất tiêu thụ điện
Công thức tính công suất tiêu thụ điện là:
P= U x I x Cosφ
- P : Công suất sử dụng điện. Ký hiệu ( W )
- U : Điện áp giữa 2 đầu dòng điện xoay chiều ( V )
- I : cường độ dòng điện ( A )
- Cosφ : hệ số công suất
Tôi sẽ lấy 1 ví dụ cho các bạn dễ hiểu. Giả sử bạn sử dụng 1 cái TV có công suất 100W. Như vậy, trong 1h sử dụng bạn sẽ sử dụng 100W tương đương 0,1 kWh.
Giả sử, P = 100W = 0,1kW, điện áp 220Vac, Cosφ =1. Khi đó:
P = U x I x Cosφ
- I = P/ U = 100 / 220V = 0,45 Ampe ( A )
Điều này nói lên điều gì ? Công suất của các thiết bị trong nhà hoặc các motor trong nhà máy là cố định. Tuy nhiên, điện áp có thể thay đổi do sụt áp hoặc do Cosφ thấp … Khi đó cường độ dòng điện sẽ tăng tương ứng, khi cường độ dòng điện vượt mức cho phép của các thiết bị sử dụng điện sẽ làm cho :
- Dây dẫn điện nóng, cháy
- Thiết bị sử dụng điện bị cháy do dòng điện quá cao
Đây chính là lý do mà chúng ta phải quan tâm đến hệ số Cosφ. Hay nói chính xác chúng ta phải quan tâm đến việc theo dõi các chỉ số điện : dòng điện, điện áp, Cosφ, công suất tiêu thụ điện.
Cách đo công suất tiêu thụ điện
Cách đo công suất tiêu thụ điện hoàn toàn dựa vào công thức tính công suất tiêu thụ điện và không hề có sự khác biệt nào. Thiết bị đo cần phải có : dòng điện và điện áp trực tiếp thiết bị đo.
Bộ chuyển đổi công suất AC
Bộ chuyển đổi công suất AC Model Z203-2 của Seneca được dùng cho dòng điện AC 220V cho các tủ điện, nhà xưởng hoặc các tủ điện với mục đích giám sát dòng điện, điện áp, công suất, Cosφ và cả tần số của điện lưới.
Thông số kỹ thuật của Z203-2
- Hãng sản xuất : Seneca – Italy
- Model : Z203-2
- Nguồn cấp : 24Vdc
- Input điện áp : max 500Vac, tần số 35 …75Hz
- Input dòng : 5 Arms, max 15A
- Output 1 : 4-20mA, 0-10V, 0-5V, 0-20mA
- Output 2 : Digital Output cho bộ đếm xung, mỗi xung 200ms, I max = V/R = 50mA
- Output 3 : Modbus RTU RS 485. Nếu bạn dùng modbus RRU thì bạn có thể đọc tất cả các thông số liên quan tới dòng điện đi vào thiết bị
- Kiểu lắp đặt : DIN RAIL trên tủ điện
- Cài đặt bằng DIP Switch hoặc phần mềm easy setup ( free ) của hãng Seneca
- Cách ly chống nhiễu tại 3750Vac
- Đèn Led báo hiệu : nguồn cấp, ngõ ra TX, TX, báo lỗi
- Các tín hiệu ngõ ra sẽ được tùy chọn cho các thông số : dòng điện, điện áp, tần số, công suất hiệu dụng, công suất phản kháng, Cosφ
Cách đo công suất tiêu thụ điện của Z203-2 hoàn toàn như công thức tính toán công suất tiêu thụ điện năng cổ điển. Bộ chuyển đổi công suất Z203-2 sẽ nhận điện áp lưới 220V-500Vac và dòng điện 0-5A thông qua biến dòng sơ cấp.
Đối với điện áp chúng ta có thể lấy trực tiếp từ điện áp lưới. Tuy nhiên, dòng điện thì bộ chuyển đổi công suất AC chỉ có thể nhận theo tiêu chuẩn 0-5A. Trên thực tế, các thiết bị sử dụng điện có công suất lớn điều đó đồng nghĩa với dòng điện lớn. Lúc này, chúng ta phải đo dòng điện một cách gián tiếp bằng biến dòng hay còn gọi là CT dòng sơ cấp.
Biến dòng sơ cấp này sẽ có nhiều tỉ lệ khác nhau như : 75A, 100A, 150A, 200A, 300A, 500A, 1000A … Tất cả các biến dòng sơ cấp này thường dùng chuẩn 0-5A. Tức là, biến dòng 100/5A thì sẽ có tỉ lệ chia là 100 ampe thành 5 ampe tương ứng giảm xuống 20 lần.
Tương tự, các hệ thống có dòng điện lớn hơn như 1000A, 2000A thì ngõ ra vẫn là 0-5A tương ứng với dòng điện của CT dòng đó. Chuẩn ngõ ra 0-5A được hầu hết các hãng dùng chung thành một tiêu chuẩn chung đối với việc đo dòng điện.
Bộ chuyển đổi công suất AC Z203-2 nhận cùng lúc dòng điện và điện áp. Khi đó, Z203-2 đóng vai trò như một máy tính thu nhỏ được dùng để tính công suất tiêu thụ điện AC đi qua nó. Chính vì thế mà bộ chuyển đổi công suất AC Z203-2 có thể xuất ra tất cả các giá trị liên quan tới hệ thống điện đi qua nó.
Như vậy, đối với các tủ điện AC cần giám sát công suất điện năng hoặc bạn cần một thiết bị để giám sát Cosφ chính xác để tránh bị phạt thì thiết bị đo công suất tiêu thụ điện Z203-2 là một thiết bị nhỏ gọn, đơn giản, dễ dùng đáp ứng được tất cả các yêu cầu liên quan tới hệ thống điện AC.
Thiết bị đo công suất tiêu thụ điện 3 pha
Việc sử dụng Z203-2 đóng vai trò là một thiết bị chuyển đổi công suất điện và truyền tín hiệu được về PLC thông qua 4-20mA, 0-10V hoặc Modbus RTU. Thiết bị đo công suất tiêu thụ điện 3 pha gắn tủ điện S711EROG được xem là một thiết bị tiên tiến hiển thị đầy đủ các giá trị : dòng điện, điện áp, công suất hiệu dụng, công suất phản kháng và công suất biểu kiến, Cosφ, tần số … của từng pha cũng như tổng 3 pha.
Thông số kỹ thuật của S711EROG
- Hãng sản xuất : Seneca – Italy
- Model : S711EROG
- Nguồn cấp : 220Vac
- Input điện áp : max 500Vac, tần số 35 …75Hz
- Input dòng : 500, 4000, 20.000 Ampe
- Output 1 : 4-20mA, 0-10V, 0-5V, 0-20mA
- Output 2 : Digital Output cho bộ đếm xung, mỗi xung 200ms, I max = V/R = 50mA
- Output 3 : Modbus RTU RS 485. Nếu bạn dùng modbus RTU thì bạn có thể đọc tất cả các thông số liên quan tới dòng điện đi vào thiết bị
- Output 4 : Modbus TCP – IP thông qua cổng RJ45 kết nối qua Ethernet.
- Kiểu lắp đặt : mặt tủ điện
- Cài đặt bằng phím trên thiết bị hoặc phần mềm của hãng
- Các tín hiệu ngõ ra sẽ được tùy chọn cho các thông số : dòng điện, điện áp, tần số, công suất hiệu dụng, công suất phản kháng, Cosφ của từng pha và 3 pha.
Thiết bị đo công suất tiêu thụ điện 3 pha Seneca S711 Series có nhiều phiên bản. Trong đó, có phiên bản S711EROG đi kèm 3 dây cảm biến dòng điện Rogowski coil tích hợp có thể đo dòng điện lên tới 20.000 ampe.
S711EROG có 3 tùy chọn 500A, 4000A, 20.000A bên trong phần cài đặt. Nếu bạn không muốn tìm hiểu thì S711EROG vẫn đọc được nhỏ nhất tới 1A mà không cần lo lắng về sai số bởi sai số của toàn thang đo là 0,4%.
Một trong những ưu điểm lớn nhất của thiết bị đo công suất tiêu thụ điện S711EROG đó chính là bạn không cần phải tắt nguồn điện lưới để lắp đặt. Dây biến dòng Rogowski coil có thể tháo rời dễ dàng để lắp vào các busbar trực tiếp mà không sợ bị điện giật.
Chính vì dễ lắp đặt, không cần tắt nguồn điện lưới mà vẫn có thể đo dùng S711EROG để đo công suất điện năng nên nó còn được dùng để TEST công suất tiêu thụ điện di động cho các máy móc, nhà xưởng khác nhau trong một thời điểm nhất định nào đó.
Seneca S711EROG là một thiết bị đo công suất tiêu thụ điện hoàn chỉnh nhất với việc đo chính xác, đo được dòng điện lớn, có màn hình hiển thị 3 pha và truyền tín hiệu về trung tâm thông qua tín hiệu : 4-20mA, modbus RTU, Ethernet …với nhiều phiên bản khác nhau.
Trong bài viết này mình chia sẻ hai thiết bị đo công suất tiêu thụ điện Z203-2 và S711EROG với tương ứng với điện áp 1 pha và 3 pha. Tất nhiên, bạn có thể dùng Z203-2 với các chức năng khác đơn giản để giám sát Cosφ, dòng điện, điện áp. Trong khi đó, S711EROG là một phiên bản hoàn chỉnh có thể dùng cho nhiều trường hợp khác nhau từ 1 pha cho tới 3 pha cũng như có màn hình tích hợp.
S711EROG cũng có nhiều phương thức truyền tín hiệu khác nhau : Analog 4-20mA, 0-10V, Modbus RTU, Modbus TCP-IP ( ethernet ). Chính vì điều này mà S711EROG có giá thành cao hơn Z203-2 khá nhiều. Tất nhiên, tùy vào mục đích sử dụng mà chúng ta sẽ chọn thiết bị nào cho phù hợp.
Nếu các bạn có thắc mắc hoặc tìm hiểu về thiết bị đo công suất tiêu thụ điện, đừng ngần ngại hãy liên hệ với chúng tôi để được tư vấn.
Chúc các bạn thành công !
Kỹ Sư Cơ – Điện Tử
Nguyễn Minh Hòa
Mobi : 0937.27.55.66
Mail : hoa.nguyen@huphaco.vn
BÀI VIẾT LIÊN QUAN