Trong hệ thống lưới điện, chúng ta gặp hai loại công suất: công suất hữu dụng P và công suất phản kháng Q. Công suất hữu dụng P là công suất tạo 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, ta sử dụng hệ số công suất cosφ, trong đó: φ=arctg P/Q.
Khái Niệm Công Suất Phản Kháng Q
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. Công suất phản kháng góp phần quan trọng tạo nên từ trường trong quá trình khởi động. Nếu không có công suất phản kháng, các phụ tải có tính cảm sẽ không thể khởi động được. Công suất phản kháng có thể được hiểu là năng lượng vô công, được sinh ra bởi các thành phần phản kháng trong hệ thống điện xoay chiều.
Phân Tích Q Trên Mạch DC và AC
Trong mạch điện một chiều DC, tích số “Vôn x Ampe” thể hiện năng lượng tiêu thụ trong mạch. Tuy nhiên, công thức này phức tạp hơn với các mạch AC có tính phản kháng vì tích số “Vôn x Ampe” này có thể thay đổi theo tần số.
Trong mạch xoay chiều AC, tích số “Vôn x Ampe” được gọi là Công suất biểu kiến, có kí hiệu là S. Trong các mạch điện thuần trở, trở kháng gần như bằng không và tổng trở mạch chủ yếu là điện trở. Dòng điện và điện áp cùng pha với nhau trong mạch xoay chiều thuần trở, và năng lượng tiêu thụ tại một thời điểm được tính bằng cách nhân điện áp và dòng điện tại thời điểm đó với nhau.
Tuy nhiên, trong mạch xoay chiều chứa thành phần phản kháng, dạng sóng của áp và dòng sẽ bị lệch pha với nhau một lượng tùy theo góc lệch pha của mạch. Khi góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện đạt tới ngưỡng 90 độ, tích số “Vôn x Ampe” trung bình bằng 0. Điều này có nghĩa là mạch xoay chiều phản kháng trả lại cho lưới điện một lượng công suất bằng chính lượng công suất mà nó tiêu thụ.
Ảnh Hưởng Của Công Suất Phản Kháng
Công suất phản kháng Q gây ra những ảnh hưởng xấu về kinh tế và kỹ thuật. Lượng công suất phản kháng tiêu thụ không sinh công, gây ra lãng phí về mặt kinh tế. 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 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 và đồng thời tăng khả năng truyền tải điện của đường dây và máy biến áp.
Cách Tính Công Suất Phản Kháng Cần Bù
Muốn tính công suất phản kháng cần bù để chọn tụ bù cho tải nào đó, ta cần biết công suất P và hệ số cosφ của tải đó. Giả sử ta có công suất của tải là P, hệ số công suất của tải là cosφ1 (trước khi bù), hệ số công suất sau khi bù là cosφ2. Công suất phản kháng cần bù là:
Qb = P*(tgφ1 – tgφ2)
Các Biện Pháp Nâng Cao Hệ Số Công Suất Phản Kháng
Có 2 cách nâng cao hệ số công suất phản kháng:
-
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. Các biện pháp có thể là thay đổi và cải tiến quy trình công nghệ, 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, sử dụng 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, v.v.
-
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 và bù bằng tụ. Máy bù đồng bộ đồng thời có khả năng sản xuất ra công suất phản kháng và tiêu thụ công suất phản kháng của mạng điện, nhưng lắp ráp, bảo dưỡng và vận hành phức tạp. Bù bằng tụ dễ bảo dưỡng và vận hành, giá thành thấp hơn, nhưng nhạy cảm với biến động của điện áp và có giới hạn tuổi thọ.
Hãy trang bị kiến thức về công suất phản kháng và áp dụng các biện pháp cần thiết để nâng cao hiệu suất và giảm tổn thất trong hệ thống điện của bạn. Để biết thêm thông tin về các khóa học và chuyên ngành liên quan đến công nghệ điện, hãy truy cập LADEC, trang web chuyên về đào tạo ngành điện.