Tụ bù – Cấu tạo, phân loại và cách lắp tụ bù tiết kiệm điện

Tụ bù được sử dụng để nâng cao hệ số cos phi – hệ số công suất phản kháng. Đối với doanh nghiệp việc lắp đặt tụ bù là vô cùng cầng thiết giúp tiết kiệm chi phí, mang lại lợi ích kinh tế nhiều mặt. Giảm tiền điện lên đến 30% hàng tháng, chống sụt áp, bảo vệ hệ thống máy móc công nghiệp, giảm chi phí bảo hành hệ thống, chi phí đầu tư ban đầu. Tụ bù là thiết bị tối ưu cho hệ thống của bạn.

Tụ bù - Cấu tạo, phân loại và cách lắp tụ bù tiết kiệm điện
Tụ bù – Cấu tạo, phân loại và cách lắp tụ bù tiết kiệm điện

Tụ bù là gì?

Tụ bù là một thiết bị điện gồm 2 vật dẫn đặt gần nhau và cách nhau bởi điện môi, nhiệm vụ của nó trong mạch là tích trữ điện năng và phóng điện. Để hiểu được tụ bù, ta có khái niệm điện dung. Điện dung( ký hiệu: C ) là một đơn vị đại lượng đặc trưng cho khả năng tích trữ điện năng. Được tính bằng điện tích của chia cho hiệu điện thế của 2 đầu vật dẫn của nó.

Công thức tính điện dung: C=Q/U

Trong đó:

  • C là điện dung.
  • Q : điện tích của tụ bù.
  • U : hiệu điện thế 2 đầu cực.

Để đảm bảo lưới điện hoạt động một cách hiệu quả, tụ bù được lắp đặt để bù đắp công suất phản kháng và nâng công suất cos-phi bên trong lưới điện. Lắp đặt tụ bù sẽ giúp chúng ta giảm lượng điện năng tiêu thụ hàng tháng xuống mức tối thiểu, lên đến 20-30%. Trong tủ điện bù ngoài tụ bù ra còn có bộ điều khiển, công tắc, cuộn kháng, dụng cụ đo, màn hình hiển thị để đảm bảo cho lưới điện ổn định và hệ thống bù hoạt động ổn định thì không thể thiếu các thành phần này. Ngoài ra, các tên gọi như tụ cosphi, cục bù công suất, bù công suất phải kháng đều là tên gọi khác của tụ bù.

Cấu tạo tụ bù

Vỏ ngoài của tụ bù là dạng kín bằng kim loại hoặc nhựa, đầu tụ bù có 2 bản cực được đưa lên trên. 2 bản này thường là nhôm được nối kín vào bên trong và được quấn bên ngoài với loại giấy ngâm dầu cách điện đặc biệt.

Cấu tạo tụ bù
Cấu tạo tụ bù

Phân loại tụ bù

Có một số tiêu chí có thể căn cứ để phân loại tụ bù

Dựa vào điện áp

Người ta chia tụ bù điện ra làm 2 loại: tụ bù điện 1 pha và tụ bù điện 3 pha.

  • Tụ bù điện 1 pha là loại có điện áp 230V-250V thường dùng trong các gia đình hoặc những nơi tiêu thụ ít điện năng.
  • Tụ bù điện 3 pha: tụ bù điện 3 pha sử dụng được cho nhiều loại điện áp khác nhau, nhưng phổ biến nhất vẫn là loại điện áp 415V và 440V. Tụ bù điện sử dụng cho 2 loại điện áp này thường được lắp đặt trong các hệ thống điện áp tương đối ổn định ở mức điện áp chuẩn. Tụ bù điện 3 pha được sử dụng nhiều trong hệ thống điện lưới của những công trình xây dựng lớn như cao ốc, bệnh viện, chung cư hay sử dụng trong các nhà máy, khu công nghiệp,…
Có một số tiêu chí có thể căn cứ để phân loại tụ bù
Có một số tiêu chí có thể căn cứ để phân loại tụ bù

Dựa vào cấu tạo

Ta có tụ bù khô và tụ bù dầu.

  • Tụ bù khô: Tụ bù điện khô là loại tụ bù có hình tròn dài, tương đối nhỏ gọn và dễ dàng lắp đặt. Tụ bù điện khô chiếm rất ít diện tích trong tủ điện. Tụ bù điện khô thường được lắp đặt và sử dụng cho các hệ thống điện có công suất hoạt động nhỏ, chất lượng điện lưới tương đối tốt. Tụ bù điện khô có giá thành tương đối thấp, phù hợp với nhiều đối tượng khách hàng.
  • Tụ bù điện dầu: Tụ bù điện dầu là loại tụ bù điện có hình chữ nhật, có độ bền cao hơn tụ bù khô. Tụ bù điện dầu sử dụng được cho tất cả các loại hệ thống điện, đặc biệt là các hệ thống điện có công suất lớn, cần bù một lượng công suất có ích lớn.

Ngoài ra, có thể phân loại tụ bù theo điện áp thành 2 loại: tụ bù hạ thế 1 pha và hạ thế 3 pha.

Tụ bù hạ thế 1 pha: là loại tụ có điện áp khoảng 230V và 250V.

Tụ bù hạ thế 3 pha: là loại tụ có nhiều loại điện áp hơn, từ 230V, 380V, 400V, 415V, 440V, 525V, 660V, 690V, 720V và 1100V. Thông dụng nhất là loại 400V, 415V. Loại tụ bù 415V thường dùng trong điều kiện lưới điện cung cấp điện áp ổn định chuẩn 380V. Loại tụ 440V là loại lớn dùng chung với cuộn lọc sóng hài, trong điều kiện điện áp không ổn định và cao hơn mức chuẩn 380V.

Tại sao nên lắp đặt tụ bù

Trong sản xuất công nghiệp và đời sống, người ta sử dụng nhiều thiết bị điện có cảm kháng cao như động cơ, các loại biến áp …Các thiết bị này ngoài tiêu thụ điện để sử dụng còn có điện năng hao phí, gọi là công suất hửu công và công suất vô công( công suất phản kháng). Công suất hửu công được tính bằng công thức: P = S.Cosφ, công suất vô công: Q = S.Sinφ. Giữa điện áp và dòng điện thực ra có 1 góc lệch pha φ, đọc là phuy. Công suất phản kháng này làm tiêu hao điện năng vô ích và tăng tải cho toàn lưới điện làm sụt áp, quá tải và lãng phí.

Tổng công suất được tính bằng công suất hửu công cộng với công suất vô công theo công thức:

S = P + iQ

Thông thường thì cosφ được tự động cài đặt ở phức 0.95, lắp đặt tụ bù làm cho góc lệch pha này không bao giờ vượt quá 0.9 sẽ không bị phạt tiền điện. Lắp đặt tụ bù là giải pháp để giảm tiền điện ( có thể lên đến hơn 30%). Vậy câu hỏi đặt ra là, tại sao lắp đặt tụ bù là tiết kiệm tiền?

tại sao lắp đặt tụ bù là tiết kiệm tiền?
tại sao lắp đặt tụ bù là tiết kiệm tiền?

Lắp đặt tụ bù sẽ giảm được góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện -> công suất phản kháng giảm, điều này có nghĩa là giảm được điện năng hao phí và tiết kiệm tiền điện, ngoài ra còn không bị phạt tiền.

Lắp đặt tụ bù là giải pháp giảm thiểu chi phí đầu tư ban đầu và chi phí bảo trì, sửa chửa, thay thế. Đối với các động cơ hay máy móc cở lớn, việc khi động cơ khởi động hay chạy quá tải làm sụt áp trên toàn lưới là việc thường xuyên xãy ra. Khi lắp đặt, tổng công suất được giảm thì điện áp trên toàn lưới cũng giảm sẽ chống được sụt áp và quá tải, hư hỏng máy móc sử dụng chung lưới điện và tốn kém tiền bảo trì, sửa chửa đường dây. Thực tế, khi cớ tụ bù trong lưới điện, chi phí ban đầu đầu tư cho đường dây,thiết bị đóng ngắt, biến áp không cần phải là loại quá tốt, làm giảm chi phí đầu tư ban đầu.

Cách lắp đặt tụ bù tiết kiệm điện

Đối với cơ sở sản xuất nhỏ:

Đặc điểm:

  • Tổng công suất tiêu thụ thấp chỉ khoảng vài chục kW
  • Các thiết bị sinh ra sóng hài nhỏ nên không cần lọc sóng hài.
  • Công suất phản kháng thấp.
  • Trong trường hợp này tiền phạt cos phi hàng tháng chỉ khoảng vài trăm nghìn đồng nếu chi phí lắp đặt tủ tụ bù cao quá thì mặc dù tiết kiệm điện nhưng không mang lại hiệu quả kinh tế.

Giải pháp lắp đặt tụ bù tiết kiệm điện:

Đối với nhu cầu cần bù công suất phản kháng thấp để tiết kiệm chi phí chỉ cần dùng phương pháp bù tĩnh (bù nền). Tủ tụ bù có cấu tạo rất đơn giản, gọn nhẹ và chi phí vật tư ở mức thấp nhất. Thiết bị gồm có:

  • Vỏ tủ kích thước 500x350x200mm (thông số tham khảo).
  • 01 Aptomat bảo vệ tụ bù và để đóng ngắt tụ bù bằng tay. Có thể kết hợp với Rơ le thời gian để tự động đóng ngắt tụ bù theo thời gian làm việc trong ngày.
  • 01 tụ bù công suất nhỏ 2.5, 5, 10kVAr.
  • Chi phí lắp đặt tụ bù tiết kiệm điện chỉ khoảng vài triệu đồng có thể tiết kiệm hàng trăm nghìn tiền điện hàng tháng.
Cách lắp đặt tụ bù tiết kiệm điện
Cách lắp đặt tụ bù tiết kiệm điện

Đối với cơ sở sản xuất trung bình:

Đặc điểm:

  • Tổng công suất tiêu thụ vào khoảng vài trăm kW.
  • Các thiết bị sinh ra sóng hài nhỏ nên không cần lọc sóng hài.
  • Công suất phản kháng vào khoảng vài chục tới vài trăm kVAr.
  • Tiền phạt có thể từ vài triệu đồng lên tới hơn chục triệu đồng hàng tháng.

Giải pháp lắp đặt tụ bù tiết kiệm điện:

Đối với trường hợp này không thể dùng phương pháp bù tĩnh (cố định) 1 lượng công suất thường xuyên mà cần phải chia ra nhiều cấp tụ bù. Có 2 cách là bù thủ công (đóng ngắt các cấp tụ bù bằng tay) và bù tự động (sử dụng bộ điều khiển tụ bù tự động).

Đóng ngắt các cấp tụ bù bằng tay không chính xác và không kịp thời do người vận hành dựa vào quan sát đồng hồ đo hoặc theo kinh nghiệm để ra quyết định. Cách này rất mất công khi vận hành. Trong thực tế vẫn có một số ít đơn vị chọn cách này để giảm chi phí đầu tư thiết bị nhưng đây không phải là cách nên áp dụng.

Giải pháp lắp đặt tụ bù tiết kiệm điện
Giải pháp lắp đặt tụ bù tiết kiệm điện

Bù tự động là phương pháp chủ đạo hiện nay được hầu hết các đơn vị sử dụng. Ưu điểm là bộ điều khiển tự động đo và tính toán lượng công suất cần bù để quyết định đóng ngắt bao nhiêu cấp tụ bù cho phù hợp. Ngoài ra bộ điều khiển có chế độ đóng ngắt luân phiên các cấp tụ bù ưu tiên đóng các tụ bù ít sử dụng để cân bằng thời gian sử dụng của tụ bù và thiết bị đóng cắt sẽ kéo dài tuổi thọ thiết bị.

Bộ điều khiển tự động có nhiều loại từ 4 cấp đến 14 cấp. Đối với các hệ thống trung bình thường chia từ 4 cấp tới 10 cấp.

Hệ thống tủ tụ bù tự động tiêu chuẩn gồm có:

  • Vỏ tủ chiều cao 1m – 1.2m.
  • Bộ điều khiển tụ bù tự động.
  • Aptomat tổng bảo vệ.
  • Aptomat nhánh bảo vệ từng cấp tụ bù.
  • Contactor đóng ngắt tụ bù được kết nối với bộ điều khiển.
  • Tụ bù.
  • Các thiết bị phụ: đồng hồ đo Volt, Ampe, đèn báo pha,…
  • Tủ tụ bù tiết kiệm điện

Đối với cơ sở sản xuất lớn:

Đặc điểm:

  • Tổng công suất thiết bị lớn từ vài trăm tới hàng nghìn kW.
  • Thường có trạm biến áp riêng.
  • Có thể có thiết bị sinh sóng hài cần biện pháp lọc sóng hài bảo vệ tụ bù.

Giải pháp lắp đặt tụ bù tiết kiệm điện:

  • Sử dụng hệ thống bù tự động chia nhiều cấp gồm các tụ bù công suất lớn.
  • Nếu trong hệ thống có nhiều thiết bị sinh sóng hài lớn thì cần phải lắp cuộn kháng lọc sóng hài để bảo vệ tụ bù tránh gây cháy nổ tụ bù.

Cách kiểm tra dung lượng tụ bù

Sử dụng đồng hồ vạn năng KYORITSU hay FLUKE để đo dung lượng tụ:

Nối tắt 2 pha, đo pha còn lại với 2 pha nối tắt, giá trị đọc được chia đôi thì được dung lượng 1 pha ghi trên nhãn. Tiếp tục lần lượt các cặp cực còn lại để được dung lượng 3 pha. Thông thường các hãng sẽ có thông số như sau? Khi đấy việc quân tâm là µF.

  • Ưu điểm là chính xác
  • Nhược điểm phải có đồng hồ chuyên dụng
Cách kiểm tra dung lượng tụ bù
Cách kiểm tra dung lượng tụ bù

Kiểm tra tụ bù bằng ampe kềm

Chúng ta có thể kiểm tra tụ gián tiếp bằng cách đo dòng điện lúc tụ vận hành. Đây là cách đo gián tiếp khá chính xác và dễ thực hiện. Điều kiện để phép đo có độ tin cậy cao là đo lúc điện áp trong phạm vi cho phép. Từ dòng điện vận hành, chúng ta so sánh với dòng điện định mức để đánh giá chất lượng tụ. Thông thường, khi tụ sử dụng lâu ngày, dòng điện này bị giảm xuống dần.

Ưu điểm đơn giản

Ý nghĩa của Cosφ và bù công suất phản kháng

Ý nghĩa của Cosφ, ta có S(KvA) là công suất biểu kiến, P(Kw) là công suất tiêu thụ và Q(KvAr) là công suất phản kháng. Cosφ này chính là tỉ số giữa công suất tiêu thụ và công suất biểu kiến

Hình ảnh: Góc φ, góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp
Hình ảnh: Góc φ, góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp

Thành phần Q trong công thức này là công suất phản kháng hay còn gọi là công suất tổn hao, tổn hao nhiệt trên dây dẫn trong quá trình truyền tải và phân phối. Đây chính là thành phần công suất không có tác dụng gì trong việc vận hành máy móc của bạn. Thành phần Q này cũng có 2 loại, 1 là đối với những máy phát và thiết bị mang tính cảm và mang tính chung cho cả hệ thống. Tạo ra dòng điện vô công mang tính cảm và gây ra hiện tượng ngược pha, sụt áp đối với bộ nguồn và cả lưới điện. Nguyên nhân chính làm tăng độ lớn của góc φ là thành phần điện áp này( hiểu nôm na là các nhiệt năng và từ trường hao phí trong quá trình vận hành hệ thống điện).

Do tổn hao công suất trong quá trình vận hành và truyền tải, buộc chúng ta phải giảm công suất vô công( tức là giảm độ lớn của Cos φ. Các nhà phân phối điện thì luôn muốn nâng cao Cos φ này lên để được tính thêm tiền điện.

Do công suất biểu kiến S là không đổi, nên ta thấy trong công thức Cosφ =

P lớn thì Q nhỏ và P nhỏ thì Q lớn. Giảm Q nghĩa là nâng cao hệ số công suất. Về cung cấp và tiêu thụ thì điện năng tiêu thụ P là điện năng tiêu thụ thực, còn Q là cái chính mà chúng ta tốn tiền, Q nhỏ thì dòng tổn hao là nhỏ( công suất trao đổi giữa nguồn và tải, có giá trị trung bình bằng 0 và không bị mất đi). Để cải thiện hệ số bù cho lưới thì buộc phải lắp 1 hệ thống tủ bù điện.

Tính toán tụ bù theo phụ tải

Bạn đang thắc mắc nên chọn tụ bù ra sao để lắp đặt cho lưới điện của mình? Nếu lắp đặt loại tụ quá lớn sẽ tốn tiền nhưng nếu lắp loại quá nhỏ thì không đảm bảo bù được công suất.

Do tổn hao công suất máy biến áp, tổn hao công suất phản kháng, để triệt tiêu hoàn toàn công suất vô công hao phí mà chúng ta vẫn phải trả tiền, chúng tôi xin giới thiệu đến các bạn cách tính toán tụ bù theo phụ tải đã được ứng dụng thành công trong thi công xưởng  :

Giả sử, chúng ta có 1 xưởng cần thi công gồm có

Máy biến áp 200 KvA

Tổng công suất( công suất đặc) S = 250KvA

Điện áp đặt vào là u = 10,04 kV.

Xưởng này xài động cơ 3 pha không đồng bộ và các thiết bị điện khác

Máy lạnh + đèn + động cơ 3 pha không đồng bộ

Thông thường, hệ số cosφ = 0.7 -> 0.8

Tiến hành tính công suất của tụ bù như sau:

Theo quy định của điện lực tại Việt Nam thì Cosφ = 0.86

Nâng Cosφ = 0.9 hoặc 0.92

Công suất có tác dụng cho xưởng này ta có : S =  P/Cosφ

=> P = S. Cosφ = 250 x 0.8 = 200kW

Công suất cần bù nâng cao Cosφ từ 0.8 lên tới 0.9

Cosφ = 0.9 => tanφ = 0.48 ( giảm gần 1 nửa so với tanφ ban đầu là 0.75 )

Q = P(tanφ1 – tanφ2) = 200(0.75 – 0.48) = 54 KvAr

Có nghĩa là chúng ta sẽ bù 54 KvAr để được Cosφ là 0.9

Kết

Ưu điểm của hệ thống bù điện là tăng hệ số Cosφ để giảm điện năng hao phí và tiết kiệm tiền điện, ngoài ra còn giảm tải cho tổng lưới điện,biến áp, giảm sụt áp. Cần lắp đặt tụ bù với từng thiết bị điện tiêu hao nhiều điện năng. Chúng ta đã thấy được hàng loạt những điểm lợi khi lắp đặt tụ bù, còn chờ gì nửa, nhanh chân chọn loại tụ  thích hợp cho hệ thống của mình hoặc nhận tư vấn từ phía nhân viên của chúng tôi.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *