CHƯƠNG 5 HỆ SÔ CÔNG SUẤT COScs - NÂNG CAO COScs VÀ TIÊT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG CHIÊU SÁNG 5.1 COScp - NÂNG CAO HỆ số CÔNG SCAT COSíp 5.1 Các định nghĩa về hệ sô công suất hay cos ự) Hệ s‹c‹ng suất: là tỉ số giữa công suất tác dụng tính bằng KW, và công suất biểu kiến tính bằng KVA. Hệ số công suất càng lớn càng có lợi cho việc cung cấp điện lẫn khách hàng tiêu thụ điện. Hệ số công suất lớn nhất bằng 1. P[KW] _ p S[KVÃ1 ~ Tãui Hình 5.2 Ỷ nghĩa của việc nâng cao hệ sô công suất cos(p Nâng cao hệ sô' công suất costp là một trong những biện phấp quan trọng để tiết kiệm điện năng.
Sau đây chúng ta sẽ phân tích hiệu quả do việc nâng cao hệ sô' công suất đem lại. Phần lớn các thiết bị dùng điện đều tiêu thụ công suất tác dụng p và công suất phản kháng Q. những thiết bị tiêu thụ nhiều công suất phản kháng là: - Động cơ không đồng bộ, chúng tiêu thụ khoảng 60 - 65% tổng công suất phản kháng của mạng. - Máy biến áp tiêu thụ khoảng 20 - 25%.
- 183 - - Đường dây trên không, điện kháng và các thiêt bị điện khác tiêu thụ khoảng 10%. Sau đây là bảng cho ta giá trị của cosọ và tg(p trung bình của máy móc thiết bị điện phổ biến.1 Giá trị cosọ và tg(p của các máy móc thiết bị điện Máy móc thiết bị costp tg<p Động cơ không đồng bộ mang tải 0% 0.80 thông thường 25% 0.0 0 Đèn huỳnh quang (không có tụ) 0.73 Đèn huỳnh quang có bù 0.39 Đèn phóng điện 0.33 Các máy hàn loại điện trỏ 0.48 Máy hàn hồ quang một pha 0.73 Máy hàn hồ quang dạng động cơ - máy phát 0.48 Máy hàn hồ quang có điện áp + chỉnh lưu 0.62 Lò kiểu điện môi 0.62 ^Nâng cao costp sẽ dẫn đến kết quá l‚: 1) Giả… được tổn thất của …áy biến áp: - 184- -12 PsT cos Tải Ta biết tổn thất máy biến áp: APÐ = AP0 + APk p, ' dm COS <PGm Nếu cosọ tải tăng thì APÐ sẽ giảm 2) Giả… đưực tổn thát t„ong …ạng điện do t„uyền tải a) Giả… đưực tổn thát c‹ng suất Nếu nâng costpi đến C0S(p2 thì tổn thất công suất trên dường dây giảm: p p___ 1 R- u2 R <ƯCOS(p2 , R=772 AP.G@ờ:F d°y ZAr k Ư COSCPị , cosqjj y ựoscp2) b) Giả… đưực kích cỡ đường dây hay tăng đưực c‹ng suất tải của đường dây.1 cho ta kết quả sự tăng kích thước dây dẫn cáp khi hệ số công suất thay đổi trong phạm vi từ 0,4 đến 1 Bảng 5.1 Bội số tiết diện lõi cáp 1 1.4 Rõ ràng từ bảng ta thấy cosọ = 0.4 thì tiết diện cáp phải tăng gâp 2. So với trường hợp coscp = 1. Nói cách khác, khi costp tăng, ta có thể giảm tiết diện dây dẫn hay cùng tiết diện dây dẫn đó ta có thể tăng công suất truyền tải của đường dây.
Người tạ còn thây tổng quát rằng: nếu giảm dòng tổng đi qua dây dẫn 10% sẽ giảm được tổn thất gần bằng 20%. c) Cải thiện hệ s‹ c‹ng suất coscp sẽ cho phép sử dụng máy biến áp có công suất nhỏ hơn; hay nói một cách khác, với máy biến áp công suất không đổi, ta có thể tăng khả năng mang tải của nó. - 185 - Bằng cách cải thiện hệ số công suất của phụ tải được cung cấp từ máy biến áp, dòng điện đi qua máy biến áp sẽ giảm, do đó cho phép ta tăng thêm phụ tải mắc vào máy biến áp. Do dó, trên thực tố, biện pháp cải thiện hệ sô' công suất có thể cho ta dỡ tốn kém hơn do việc phải thay thế máy biến áp cỡ lớn khi có yêu cầu.
Ví dụ: Có một siêu thị dược cung cấp điện từ trạm biến áp 200 KVA (máy biến áp TG5344G) ủa CHLB Đức, hệ số công suất cosípi của hộ tiêu thụ là 0.7 tức là công suất tác dụng là 140 KW. Nếu siêu thị này dùng các biện pháp để nâng lên đến COSỌ2 = 0.95 thì công suất của trạm cần thiết chi’ là: 14% 95 = 147-4 KVA Do vậy chỉ cần máy biến áp có dung lượng 150 KVA đã đủ để cung cấp điện cho siêu thị. Như vậy, sẽ rút bớt đưực công suất biến áp, chỉ còn = 75% công suất máy hiện nay; hoặc nói một cách khác, đôi với máy biến áp 200 KVA, ta có thể tăng thêm khả năng tải công suất tác dụng là AP = P[ - P2 (Hình 5. Trong trường hợp này, ta đã tăng được dung lượng thực tế là AP = 200 X 0.95 - 140 = 50 KW, hay tăng dung lượng biểu kiến: AS= 5(>- = 52.2 3) Nâng cao cos<p sẽ giả… sự sụt áp (tổn thất điện áp sẽ ít đi) của lưới điện, do đó nâng cao đưực chất lưựng điện năng.
Vì các tụ điện điều chính hệ số công suất coscp cụ thể giảm bớt đường dòng tâi của công suât phản kháng từ lưới điện xuống các tải. Do vậy tổn thất điện áp của dòng tải từ lưới đưa đến cũng giâm —> (I giảm) nên AU = 1R cũng giâm.2 Giới thiệu khả năng tải p của máy biến áp, với giá trị costp khác nhau. tg<p cosọ Đị:; mức KVA của ;iế: ás 100 160 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 0.70 70 112 175 220 280 350 441 560 700 875 1120 1400 4) Khi coscp giả…, hiệu suất cua …áy biến áp cũng giả… Chúng ta đều biết, hiệu suất của máy được xác định bằng tỉ số Pjp. sau: Công suất đầu ra của máy biến áp (P.ra) Hin ba — ~ ~ ~ “ - Công suât đâu vào cúa máy biên áp (P.vào) Công suất tác dụng đầu vào gồm: 4- Công suất đầu ra pra hay p2 - 188- + Tổn thất công suất thông qua lõi thép hay gọi tổn thất sắt APsắt, được đo lường khi không tải, hay APsắt = AP0.
4- Tổn thất công suất thông qua cuộn dây hay gọi là tổn thất đồng APđàng, được đo bằng tổn thất ngắn mạch. Nếu máy biến tải đinh mức thì Sptmax = Sđm, do đó tổn thất trong máy biến áp là: APmba = AP() + APngm. sra Hay: ^mba ~---- Pra + AP„ + APngm S2 cosọ2 r’"lb'1 = S2 cosọ, + AP() + APngnl Ví dụ: các số liệu đo được ở máy biến áp Sra = 500 VA là: - Tổn thất không tải AP() = low - Tổn thất ngắn mạch APngm = 25 w Hãy tìm hiệu suất ở cos(p = 1 và C0S(p = 0.2 a) Ở coscp = 1 ta tính được: 500x1 nmba = —— = 0.2 ta tính được: Omba = 500x0.2 + 10 + 25 Rõ ràng coscp giảm thì hiệu suất của máy biến áp cũng giảm tức là hiệu suất của máy biến áp giảm hay kém đi do vì hệ sô' công suất phía thứ cấp bị giảm. Từ đây chúng ta cũng rút ra được kết luận: nếu cos(pphía thứ cấp máy hiến áp tăng, thì hiệu suấ sử dụng máy biến áp cũng sẽ tăng theo.
Việc nâng cao hệ s‹' c‹ng suất coscp đã đe… lại những ưu điể… về kinh tế v‚ kỹ thuật như đã nêu t„ên, đặc biệt l‚ giả… tiền điện 13. BẢO TOÀN NĂNG LƯỢNG - 189- Ở các nước châu Âu, qui tấc thanh toán tiền điện thực tế áp đụng dựa trên cơ sở khuyên khích người dùng điện giảm tối đa việc tiêu thụ năng lượng phản kháng. Theo qui định về dịch vụ cung câp điện, các công ty điện lực, hoặc nhà phân phôi điện sẽ cung cấp công suất phản kháng miễn phí nếu: - Năng lượng phản kháng chỉ giới hạn ở mức 40% năng lượng tác Q(KVAr) _ A A ___________________________ > dụng, tức là tg(p = —pyyyợy-= 0.4, trong thoi gian toi đa 16 giờ trong ngày (từ 6 giờ sáng đến 22 giò' đêm) trong suốt thời gian tải lớn nhất (thường xảy ra trong mùa đông). Trong giai đoạn sử dụng điện có giới hạn theo qui định này, nếu việc tiêu thụ năng lượng điện phản kháng vượt quá 40% năng lượng tác dụng, tức là tg(p > 0.4 thì người sử dựng năng lượng phản kháng sẽ phải trả tiền hàng tháng theo giá hiện hành.
Do vậy, tổng năng lượng phản kháng được tính tiền cho thời gian sử dụng sẽ là: AAÛ = h X AQphải trả tiền là = P(tg<p - 0.4) X h hoặc KV Arhphải trả tiền = KWh(tg(p - 0.4) Ở đây: ® KWh - là nàng lượng tiêu thụ trong giai đoạn bị hạn chế • KWh.tgcp - là tổng năng lượng phản kháng trong thời gian áp dụng quy định hạn chế.4 KWh - tổng nàng lượng phản kháng được tính miễn phí trong thời gian chịu qui định hạn chế.4 tương ứng với hệ số coscp = 0.93 Vì thế nếu người dùng điện thực hiện biện pháp nào đó, ví dụ đặt tụ điện để điều chỉnh hệ số công suất trong các mạng điện, để đảm bảo hệ số’ công suất không tháp hơn 0.93 trong thời gian bị hạn chế thì người dùng điện sẽ khổng phải trả tiền cho năng lượng phản kháng đã tiêu thụ. - 190- Mặc dù được lợi về giảm tiền điện, song người dùng điện cũng phải cân nhắc các yếu tố phí tổn do mua sắm, lắp đặt, bảo trì các tụ điện để cải thiện hệ sô' công suất, đồng thời cũng tính đến các thiết bị điều khiển tự động khi có yêu cầu bù nhiều cấp và công suất tác dụng do tổn hao điện môi (tính bằng KW) xuất hiện trong các tụ điện. Thực tế bài toán điều chỉnh hệ sô'công suất là bài toán tô'i líu.3 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất coscp Các biện pháp nâng cao hệ sô' công suất costp được chia làm hai nhóm chính: nhóm các biên pháp nâng cao hệ sô' cosip tự nhiên (không dùng thiết bị bù) và nhóm các biện pháp nâng cao hệ sô' coscp bằng cách bù công suất phản kháng. Các biện pháp nâng cao hệ s‹' cosọ tự nhiên a) Thay đổi và cải tiến quy trình câng nghệ để các thiết bị điện làm việc ở chê độ hợp lý nhất.
Căn cứ vào điều kiện cụ thể cần sắp xếp quy trình công nghệ một cách hợp lý nhất. Việc giảm bớt những động tác, những nguyên công thừa và áp dụng các phương pháp gia công tiên tiến v. đều đưa tới hiệu quả tiết kiệm điện, giảm bớt điện năng tiêu thụ cho một đơn vị sản phẩm. Ví dụ, phương pháp đúc tiên tiến cho phép giảm độ dư của phôi, do đó giảm bớt các nguyên công cắt gọt.
Phương pháp gia công cắt gọt tốc độ cao hoặc phương pháp gia công nhiều dao có thể rút ngắn thời gian gia công và giảm được điện năng tiêu hao.