Trong lưới điện, có 2 hệ số công suất đó chính là công suất hữu dụng và công suất phản kháng. Vậy công suất phản kháng là gì? Hãy cùng tìm hiểu chi tiết trong nội dung bài viết dưới đây của dientusangtaovn nhé.
Khái niệm công suất phản kháng là gì?
Công suất phản kháng (Reactive power) ký hiệu là Q, là một phần công suất được tạo ra bởi từ trường trong tuabin của máy phát điện. Bạn có thể hiểu đơn giản đây là năng lượng vô công, được sinh ra bởi thành phần phản kháng trong hệ thống điện xoay chiều. Thông số này rất quan trọng, đặc biệt đối với các tải cảm.
Công suất phản kháng đóng vai trò quan trọng tạo nên từ trường khi tuabin khởi động. Nếu không có nó thì sẽ không khởi động được các phụ tải có tính cảm.
Reactive power sẽ được chuyển ngược về nguồn cung cấp năng lượng trong mỗi chu kỳ do sự tích lũy năng lượng trong các thành phần dung kháng và phản kháng. Yếu tố này được tạo ra bởi sự lệch pha giữa hiệu điện thế và dòng điện. Công suất phản kháng không có lợi của mạch điện nhưng cần có trong các động cơ tuabin.
Phân tích công suất phản kháng Q trong mạch một chiều và xoay chiều
Trong mạch 1 chiều DC và xoay chiều AC thuần trở, công suất sẽ được tính bằng công thức P = U*I để thể hiện năng lượng tiêu thụ trong mạch. Tuy nhiên, nó sẽ phức tạp hơn trong các mạch AC có tính phản kháng vì chúng sẽ thay đổi theo tần số.
Trong mạch xoay chiều, Vôn x Ampe được gọi là công suất biểu kiến S. Trong mạch thuần trở thì trở kháng gần bằng 0, tổng trở mạch hầu hết chỉ là điện trở. Khi đó, dòng điện và điện áp cùng pha với nhau nên năng lượng tiêu thụ tại một thời điểm chính là tích số của điện áp và dòng điện.
Tuy nhiên, trong mạch xoay chiều có chứa thành phần phản kháng thì điện áp và dòng điện bị lệch pha. Nếu góc lệch pha bằng 90 độ thì tích số Vôn x Ampe trung bình sẽ bằng 0. Hay nói cách khác là mạch điện xoay chiều khi đó sẽ trả lại cho lưới điện một lượng công suất mà nó đã tiêu thụ.
Công thức tính công suất phản kháng Q
Giá trị công suất phản kháng được xác định bởi công thức sau:
Q = U.I.sinφ
Trong đó:
- Q là công suất phản kháng (Var)
- U là điện áp (V)
- I là dòng điện (A)
- φ là góc lệch pha giữa hiệu điện thế và dòng điện tại thời điểm t.
Để đánh giá ảnh hưởng của Q đến hệ thống điện thì chúng ta có hệ số công suất phản kháng cosφ.
Trong đó:
- φ = arctg P/Q
- P là công suất hữu dụng
- Q là công suất phản kháng
Tại sao phải bù công suất phản kháng trong hệ thống điện
Trên thực tế. công suất phản kháng không sinh công nhưng lại có những ảnh hưởng xấu về kỹ thuật và kinh tế, cụ thể là:
- Về mặt kỹ thuật, công suất phản kháng sẽ gây sụt áp trên dây dẫn, tổn thất công suất trên đường truyền.
- Do Q không sinh công nên gây lãng phí về mặt kinh tế.
Đó là lý do mà chúng ta phải bù công suất phản kháng để hạn chế những ảnh hưởng của thông số này. Và hệ số cosφ sẽ phải được nâng cao. Theo quy định của EVN thì hệ số cosφ cho điện hạ thế phải từ 0.9 trở lên.
Khi nâng cao hệ số công suất phản kháng cosφ sẽ đem lại nhiều lợi ích:
- Giảm tổn thất điện áp trên hệ thống truyền tải
- Giảm tổn thất công suất trên phần tử của máy biến áp
- Tăng khả năng truyền tải điện trên đường dây
Công thức tính công suất phản kháng cần bù cho hệ thống
Trước tiên, ta phải biết được công suất P và hệ số công suất cosφ của tải.
Khi ta có công suất tải là P, hệ số công suất cosφ1 → tgφ1 (trước khi bù), hệ số công suất sau khi bù là cosφ2 → tgφ2 thì sẽ có công thức tính công suất phản kháng cần bù như sau:
Qb = P.(tgφ1 – tgφ2)
Trong đó:
- Qb: Công suất phản kháng cần bù (Var)
- P: Công suất tải
- tgφ1: hệ số công suất tải trước khi bù
- tgφ2: hệ số công suất tải sau khi bù
Khi hệ số công suất cosφ được nâng cao sẽ đem lại nhiều lợi ích như đã trình bày ở trên. Chúng ta sẽ tìm hiểu các phương pháp nâng cao hệ số cosφ dưới đây.
Cách nâng cao hệ số công suất phản kháng cosφ
Có 2 phương pháp nâng cao hệ số cosφ đó là tự nhiên và nhân tạo.
Cách nâng cao hệ số công suất phản kháng cosφ tự nhiên
Nâng cao cosφ tự nhiên tức là các biện pháp để hộ tiêu thụ điện giảm bớt được công suất phản kháng mà chúng cần có ở nguồn cung cấp.
- Thay đổi và cải tiến công nghệ để thiết bị điện làm việc ở chế độ phù hợp nhất.
- Thay thế động cơ non tải bằng những động cơ có công suất thấp hơn.
- Hạn chế các động cơ chạy không tải trong hệ thống.
- Sử dụng những động cơ đồng bộ thay thế cho các động cơ không đồng bộ.
- Thay thế biến áp non tải bằng biến áp có dung lượng nhỏ hơn.
Phương pháp nâng cao hệ số cosφ nhân tạo
Ở phương pháp này, chúng ta sẽ đặt các thiết bị bù công suất phản kháng ở các nơi tiêu thụ điện. Các thiết bị đó bao gồm:
Máy bù đồng bộ
Là những động cơ đồng bộ làm việc trong chế độ không tải.
Ưu điểm: Máy bù đồng bộ vừa sản xuất ra công suất phản kháng, vừa tiêu thụ công suất phản kháng của hệ thống điện.
Nhược điểm: Việc lắp ráp, bảo dưỡng và vận hành máy bù đồng bộ khá phức tạp. Máy bù đồng bộ thường dùng để bù với dung lượng lớn.
Sử dụng tụ điện
Làm cho dòng điện sớm pha hơn so với điện áp nên có thể sinh ra công suất phản kháng cung cấp cho mạng điện.
Ưu điểm:
- Công suất nhỏ, dễ bảo dưỡng và vận hành.
- Có thể thay đổi dung lượng bộ tụ bù theo sự thay đổi của tải.
- Giá thành thấp, dễ triển khai
Nhược điểm:
- Nhạy cảm với sự thay đổi của điện áp và kém chắc chắn
- Dễ bị phá hỏng khi bị ngắn mạch hoặc vượt điện áp định mức.
- Tuổi thọ của tụ bù có giới hạn, bị hư hỏng sau nhiều năm làm việc.
- Khi đặt tụ bù vào mạng điện sẽ tạo ra dòng điện xung. Khi cắt tụ điện khỏi mạng điện thì cực của tụ vẫn còn điện áp dư có thể gây làm người vận hành bị nguy hiểm.
- Chỉ dùng tụ bù điện ở các hộ tiêu thụ công suất phản kháng vừa và nhỏ dưới 5000 kVAr.
Trên đây là những thông tin về công suất phản kháng và phương pháp bù hiệu quả. Mong rằng bài viết đã cung cấp đến bạn nhiều kiến thức hữu ích về mạch điện.
