Công suất phản kháng là gì? Tại sao phải bù công suất phản kháng

Công suất phản kháng là một trong ba loại công suất tồn tại trong hệ thống điện. Vậy tại sao phải bù công suất phản kháng? Chúng ta cùng tìm hiểu chi tiết thông qua bài viết dưới đây.

Trong lưới điện AC có ba loại công suất chúng tạo thành một tam giác công suất đó là:

• Công suất biểu kiến ký hiệu là S đơn vị đo VA
• Công suất thực ký hiệu là P đơn vị đo W (theo tên nhà Bác học James Watt)
• Công suất phản kháng ký hiệu là S đơn vị đo VAR.

Khái niệm công suất phản kháng Q

Công suất phản kháng là một loại công suất vô ích, gây ra do tính cảm ứng của các loại phụ tải như động cơ điện, máy biến áp, các bộ biến đổi điện áp. Loại công suất này được ký hiệu bằng chữ Q và được tính bằng công thức: Q = S * sinφ.

Trong đó:

• S là công suất biểu kiến.
• sinφ là góc lệch giữa điện áp và dòng điện.

Phân tích Công suất phản kháng trên mạch xoay chiều AC và một chiều DC.

Công suất phản kháng Q chỉ tồn tại trên các mạch AC. Trên mạch DC, không có sự khác biệt giữa công suất thực (P) và công suất biểu kiến (S), do đó, không có công suất phản kháng. Còn trên mạch AC, Q là một loại công suất vô dụng được tạo ra bởi tính dẫn của các tải cảm như động cơ điện và biến áp.

Ảnh hưởng của công suất phản kháng

Công suất phản kháng gây ra các hạn chế kinh tế và kỹ thuật, chẳng hạn như tăng chi phí điện năng, giảm điện áp và tổn thất năng lượng trong quá trình truyền tải điện năng. Do đó, cần phải bù công suất phản kháng để giảm thiểu những hạn chế này và cải thiện khả năng truyền tải của hệ thống.

Cách tính công suất phản kháng cần bù

Để tính công suất phản kháng cần bù để chọn tụ bù cho một tải nào đó, chúng ta cần biết giá trị công suất (P) và hệ số công suất (Cosφ) của tải đó. Trong trường hợp này, giả sử chúng ta biết giá trị công suất của tải là P, hệ số công suất của tải trước khi bù là Cosφ1 → tgφ1 và hệ số công suất của tải sau khi bù là Cosφ2 → tgφ2. Công suất phản kháng cần bù sẽ được tính bằng công thức: Qb = P * (tgφ1 - tgφ2).

Công suất phản kháng cần bù là một yếu tố quan trọng trong hệ thống điện và cần được bù trừ để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống.

Vậy khi nào thì chúng ta biết công suất phản kháng cần bù đã tính đúng và đủ? Đó chính là dựa vào hệ số công suất Cos φ.

Hệ số công suất Cos φ là gì?

Hệ số công suất (ký hiệu là PF) là tỉ lệ giữa công suất thực P (hay còn gọi là công suất tác dụng) và công suất biểu kiến S của một thiết bị điện, được ký hiệu là cos φ và có giá trị từ 0 đến 1. Hệ số công suất cos φ thể hiện độ phù hợp giữa điện áp và dòng điện xoay chiều trong một mạch điện.

Công thức tính hệ số công suất: PF = cos φ = P/S

Hệ số công suất có vai trò quan trọng trong việc tiết kiệm năng lượng như thế nào?

PF giúp so sánh hiệu suất giữa hai hệ thống hoặc sản phẩm điện. Một PF thấp có nghĩa là nhiều năng lượng bị lãng phí dưới dạng nhiệt, giảm công suất truyền tải và tăng kích thước dây điện. Việc cải thiện hệ số công suất rất quan trọng để tăng độ hiệu quả tiêu thụ năng lượng và giảm chi phí. Hệ số công suất càng cao thì hệ thống sử dụng năng lượng điện hiệu quả hơn và giảm thiểu thiệt hại cho các thiết bị điện tử. Việc điều chỉnh và nâng cao hệ số công suất còn giúp tăng độ tin cậy cung cấp điện và giảm các sự cố liên quan đến điện như giảm quá tải mạng điện, giảm nhiễu điện và giảm thiểu sự cố khi khởi động các thiết bị điện. Nếu hệ số công suất gần bằng 1, thì mạch điện sử dụng hiệu quả và không có quá tải.

Lợi ích của việc cải thiện hệ số công suất

• Tiết kiệm tiền điện: Hệ số công suất thấp đòi hỏi phải tăng khả năng phát và truyền tải của hệ thống điện để đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng, dẫn đến tăng giá thành tiền điện. Việc cải thiện hệ số công suất sẽ giảm lượng công suất phản kháng và tăng hệ số công suất cos phi, giúp tiết kiệm tiền điện.
• Tăng hiệu quả tiêu thụ năng lượng: Hệ số công suất cos phi tốt giúp tăng độ hiệu quả tiêu thụ năng lượng, giảm tổn thất điện năng và giảm lượng nhiệt được sinh ra.
• Giảm thiểu tải cho hệ thống điện: Việc cải thiện hệ số công suất sẽ giảm lượng công suất phản kháng và giảm tải cho hệ thống điện, giúp tăng tuổi thọ của các thiết bị điện và làm giảm chi phí bảo trì.
• Bảo vệ môi trường: Việc tăng hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm lượng công suất phản kháng sẽ giảm lượng khí thải và tiết kiệm nguồn năng lượng, góp phần vào việc bảo vệ môi trường.

Nhược điểm của hệ số công suất thấp

Nhược điểm của hệ số công suất thấp là gây tổn thất điện năng trong hệ thống phân phối điện, tăng chi phí hoạt động và bảo trì hệ thống điện. Hệ số công suất thấp cũng làm tăng dòng điện xoay chiều trong hệ thống, làm gia tăng tải trên mạch, gây thiệt hại cho các thành phần điện và làm giảm tuổi thọ của chúng. Hơn nữa, hệ số công suất thấp làm giảm hiệu quả sử dụng năng lượng và gây lãng phí năng lượng, ảnh hưởng xấu đến môi trường.

Các biện pháp nâng cao hệ số công suất phản kháng

Phương pháp nâng cao hệ số công suất cosφ tự nhiên

Nâng cao hệ số cosφ tự nhiên đồng nghĩa với tìm cách giảm lượng công suất phản kháng mà hộ tiêu thụ điện cần từ nguồn cung cấp. Có một số biện pháp để thực hiện điều này, bao gồm:

• Cải tiến quá trình công nghệ để các thiết bị điện hoạt động ở mức tiêu thụ tối ưu
• Thay thế các động cơ làm việc không tải bằng những động cơ có công suất nhỏ hơn.
• Giảm thiểu tình trạng động cơ chạy không tải.
• Sử dụng động cơ đồng bộ thay vì động cơ không đồng bộ nếu công nghệ cho phép.

Thay thế máy biến áp làm việc không tải bằng máy biến áp có dung lượng nhỏ hơn

Phương pháp nâng cao hệ số công suất cosφ nhân tạo

Để thực hiện phương pháp nâng cao hệ số cosφ nhân tạo, người ta thường đặt các thiết bị bù công suất phản kháng tại các hộ tiêu thụ điện. Các thiết bị này bao gồm:

• Máy bù đồng bộ
  Máy bù đồng bộ là thiết bị hoạt động trong chế độ không tải của động cơ đồng bộ. Loại máy này có nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng sản xuất công suất phản kháng cũng như tiêu thụ công suất phản kháng của mạng điện. Tuy nhiên, thiết bị này có phần quay nên lắp ráp, bảo dưỡng và vận hành phức tạp. Ngoài ra, máy bù đồng bộ thường được sử dụng để bù tập trung với dung lượng lớn.
• Tụ bù điện
  Tụ bù điện là một thiết bị quan trọng trong hệ thống điện. Chúng giúp cung cấp công suất phản kháng, cải thiện hệ số công suất và giảm thiểu tổn thất năng lượng. Tuy nhiên, tụ bù điện cũng có những ưu và nhược điểm. Ưu điểm của tụ bù điện là dễ bảo dưỡng, có thể thay đổi dung lượng và giá thành thấp. Tuy nhiên, tụ bù điện cũng có nhược điểm như nhạy cảm với biến động điện áp, dễ bị hư hỏng và gây nguy hiểm cho người vận hành. Do đó, việc sử dụng tụ bù điện chỉ thích hợp cho các hộ tiêu thụ công suất phản kháng vừa và nhỏ.

• Tủ bù công suất phản kháng

 Tủ bù công suất phản kháng hay còn gọi là tủ bù công suất, đây là một thiết bị được sử dụng để cải thiện hệ số công suất của một hệ thống điện. Hệ số công suất thấp có thể gây ra nhiều vấn đề, bao gồm giảm hiệu quả hoạt động của thiết bị điện và tăng chi phí tiền điện. Tủ bù công suất phản kháng giúp cải thiện hệ số công suất bằng cách thêm điện dung vào hệ thống điện.

Tuy nhiên, việc sử dụng tủ bù công suất phản kháng cũng có những ưu và nhược điểm cần được lưu ý. Một số ưu điểm của tủ bù công suất phản kháng bao gồm giảm chi phí tiền điện, tăng hiệu suất của hệ thống điện, và giảm tải cho máy biến áp. Tuy nhiên, tủ bù công suất phản kháng cũng có nhược điểm là nó nhạy cảm với điện áp và có thể gây nguy hiểm nếu không được xử lý đúng cách. Ngoài ra, khi cắt tắt tủ bù công suất phản kháng có thể xảy ra điện áp dư thừa, gây nguy hiểm cho những người xung quanh.

Vì vậy, khi sử dụng tủ bù công suất phản kháng, cần tuân thủ các quy định an toàn và đảm bảo rằng thiết bị được sử dụng đúng cách. Chúng ta cũng nên lựa chọn tủ bù công suất phản kháng có chất lượng tốt và được sản xuất bởi các nhà sản xuất uy tín để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong sử dụng.

Trên đây là thông tin chi tiết về công suất phản kháng và giải đáp cho câu hỏi tại sao phải bù công suất phản kháng. Mong rằng kiến thức bài viết sẽ giúp ích cho công việc và nghiên cứu của quý khách hàng cũng như bạn đọc.

Công ty A&E có các giải pháp đáp ứng các yêu cầu để bù công suất và đã làm các dự án cải tạo hệ số công suất. Quý khách hàng quan tâm có thể liên hệ cùng chúng tôi để được tư vấn tốt nhất.