Nguyên tắc cơ bản thiết lập 1 hệ thống tụ bù cho mạng điện

1. Cấu tạo và cách thức lắp đặt của bộ tụ bù:
a. Điện trở phóng điện:
Các tụ điện thường lắp sẵn điện trở phóng điện để dập điện tích dư ở bên trong. Điện trở phóng điện của tụ thường được đấu song song với tụ. Khi cắt điện tụ, điện tích dư sẽ phóng điện qua các điện trở song song. Gây ra tổn thất điện năng của tụ điện. Phải lựa chọn điện trở phóng điện phù hợp để vừa phát huy tác dụng giải phóng điện tích thừa và hạn chế sự tổn hao công suất. Thông thường lựa chọn trở phóng điện theo nguyên tắc 1W / 1kVAR.
b. Cách đấu nối tụ bù:
– Các tụ điện cao thế thường được chế tạo 1 pha, khi đấu vào lưới phải đấu tụ theo sơ đồ tam giác.
– Các tụ điện hạ thế thường được chế tạo kiểu 3 pha được đấu sẵn theo sơ đồ tam giác chịu điện áp dây. Các tụ bù CSPK được đấu nối vào mạng điện theo sơ đồ hình tam giác.

2. Vị trí đặt tụ bù trong mạng điện phân phối:
– Đặt tù bù ở phía cao áp
– Đặt tụ bù tại thanh cái hạ áp của TBA
– Đặt tụ bù tại tủ động lực
– Đặt tụ bù tại cực của các động cơ.

3. Các phương thức bù CSPK bằng tụ bù:
Có hai phương thức bù tụ chính là:
a. Bù tĩnh (bù nền): bố trí bù gồm một hoặc nhiều tụ tạo nên lượng bù không đổi. việc điều khiển có thể thực hiện bằng:
    – Bằng tay: dùng CB hoặc LBS (load – break switch)
    – Bán tự động: dùng contactor
Mắc trực tiếp vào tải đóng điện cho mạch bù đồng thời khi đóng tải.
    + Ưu điểm : đơn giản và giá thành không cao.
    + Nhược điểm : khi tải dao động có khả năng dẫn đến việc bù thừa.Việc này khá nguy hiểm đối với hệ thống sử dụng máy phát.
⇒ Vì vậy, phương pháp này áp dụng đối với những tải ít thay đổi. 
b. Bù động (sử dụng bộ tụ bù tự động): sử dụng các bộ tụ bù tự động, có khả năng thay đổi dung lượng tụ bù để đảm bảo hệ số công suất đạt được giá trị mong muốn.
    + Ưu điểm: không gây ra hiện tượng bù thừa và đảm bảo được hệ số công suất mông muốn.
    + Nhược điểm: chi phí lớn hơn so với bù tĩnh.
⇒ Vì vậy, phương pháp này áp dụng tại các vị trí mà công suất tác dụng và công suất phản kháng thay đổi trong phạm vi rất rộng.
4. Tính toán công suất phản kháng và chọn tủ tụ bù:
a. Phương pháp tính đơn giản:
Để chọn tụ bù cho một tải nào đó thì ta cần biết công suất (P) và hệ số công suất (Cos φ) của tải đó:
Giả sử ta có công suất của tải là P
Hệ số công suất của tải là Cos φ1 → tg φ1 (trước khi bù)
Hệ số công suất sau khi bù là Cos φ2 → tg φ2.
Công suất phản kháng cần bù là Qb = P (tgφ1 – tgφ2).
Từ công suất cần bù ta chọn tụ bù cho phù hợp trong bảng catalog của nhà cung cấp tụ bù.
b. Phương pháp bù tối ưu dựa vào điều kiện không đóng tiền phạt:
– Xét hoá đơn tiền điện liên quan đến dung lượng kVArh đã tiêu thụ và ghi nhận số kVArh phải trả tiền sau đó, chọn hoá đơn tiền giá kVArh cao nhất phải trả (không xét đến trường hợp ngoại lệ).
Ví dụ: 15,965 kVArh trong tháng giêng
Tính tổng thời gian hoạt động trong tháng đó, ví dụ: 220h số giờ xét để tính là những giờ mà hệ thống điện chịu tải lớn nhất và tải đạt giá trị đỉnh cao nhất. Ngoài thời gian kể trên việc tiêu thụ công suất phản kháng là miễn phí.
– Giá trị công suất cần bù:
[kVAr] = Qbù
kVAr: số kVAr phải trả tiền.
T: số giờ hoạt động
– Dung lượng bù thường được chọn cao hơn giá trị tính toán một chút.
– Một số hãng cung cấp qui tắc thước loga thiết kế đặt biệt cho việc tính toán này theo các khung giá riêng. Công cụ trên và các dữ liệu kèm theo giúp ta chọn lựa thiết bị bù và sơ đồ điều khiển thích hợp, đồng thời ràng buộc của các sóng hài điện áp trong hệ thống điện. các sóng hài này đòi hỏi sử dụng định mức tụ dư (liên quan đến giải nhiệt, định mức áp và dòng điện) và các cuộn kháng hoặc mạch để lọc sóng hài.
5. Tủ tụ bù tự động (PFR)
a. Nguyên lý làm việc của bộ tụ bù tự động

– Tủ tụ bù tự động gồm các thành phần cơ bản sau:
       + Bộ điều khiển (PFR)
       + Các bộ tụ bù được nối với tải thông qua atomat và tiếp điểm của các contactor.
       + Cảm biến dòng điện CT
– Nguyên lý hoạt động của PFR dựa theo sơ đồ trên :
       + Tín hiệu dòng điện được đo thông qua biến dòng CT và tín hiệu điện áp được chuyển về bộ điều khiển PFR.
       + Sau đó, vi điều khiển trong bộ điều khiển PFR sẽ tính toán sự sai lệch giữa dòng điện và điện áp.
⇒ Tính ra được hệ số công suất cosphi. Do sử dụng phương pháp số nên sẽ đo được chính xác hệ số công suất ngay cả khi có sóng hài.
Bộ điều khiển được thiết kế tối ưu hóa việc điều khiển bù công suất phản kháng. Công suất bù được tính bằng cách đo liên tục công suất phản kháng của hệ thống và sau đó được bù bằng cách đóng ngắt các bộ tụ.
b. Giới thiệu bộ tụ bù tự động Mikro
Trên thị trường hiện nay có nhiều loại tụ bù tự động như Shizuki, Epcos, Toyo, Mikro… Nhưng được sử dụng nhiều ở các tổng trạm là Mikro.
Mikro có 4 chương trình hoạt động như sau:

+ Chế độ rotational (rot): chế độ này sẽ tự động đóng ngắt các cấp tụ theo hệ số công suất đặt, cài đặt độ nhạy và thời gian đóng lặp lại đã đặt trước. Các bước tụ được đóng luân chuyển dựa trên nguyên tắc đóng trước – ngắt trước (first in – first out).
+ Chế độ automatic (aut): chế độ này nhằm tối ưu hóa trình tự đóng cắt các cấp tụ điện. Chế độ này sử dụng trình tự đóng ngắt thông minh. Trình tự đóng ngắt không cố định, chương trình sẽ tự động lựa chọn những cấp đóng thích hợp nhất để đóng hay ngắt để có thời gian tác động ngắn nhất với số cấp nhỏ nhất. Để cho tuổi thọ các khởi động từ và tụ là bằng nhau chương trình sẽ tự động chọn bước tụ ít sử dụng nhất để đóng ngắt trong trường hợp có hai bước tụ giống nhau.
Với chế độ này, PFR sẽ tự động phát hiện cực tính của CT khi đóng nguồn. Một khi cực tính của CT đã được xác định, nếu phát hiện thấy có bất kỳ một sự phát công suất trở lại tất cả các bước tụ sẽ được nhả ra.
+ Chế độ four-quarant (Fqr): như chế độ aut nhưng cho phép hoạt động ở cả chế độ thu và phát công suất phản kháng.
Các tham số quan trọng của PFR:
+ Hệ số công suất đặt (Set cosφ) : thường nằm trong khoảng 0,92 – 0,95
+ Hệ số C/K:
Hệ số này được tính theo công thức sau: 
        Q: cấp tụ nhỏ nhất (var)
        V: Điện áp hệ thống sơ cấp danh định (V)
         I: Dòng điện sơ cấp định mức của CT (A)
Hoặc được xác định theo:
+ Độ nhạy : Thông số này thiết lập tốc độ đóng cắt. Độ nhạy lớn tốc độ đóng sẽ chậm và ngược lại độ nhạy nhỏ tốc độ cắt sẽ nhanh. Độ nhạy này hiệu ứng cho cả thời gian đóng và cắt tụ. Độ nhạy = 60s/ bước
+ Thời gian đóng lặp lại : Đây là khoảng thời gian an toàn để ngăn chặn việc đóng lại tụ của cùng một cấp khi tụ này chưa xả điện hoàn toàn. Thông số này thường đặt lớn hơn thời gian xả của tụ lớn nhất đang sử dụng.
+ Cấp định mức : là bước tụ nhỏ nhất sử dụng.
+ Độ méo dạng tổng do sóng hài :
Bộ PFR chỉ có thể đo được TDH khi tổng tải phải lớn hơn 10% tổng tải định mức.
Giá trị các tham số quan trọng của bộ tụ bù PFR được thống kê trong bảng sau :
Thủ tục cài đặt các thông số điều khiển:
Bước 1: chọn mục cần cài đặt bằng việc ấn phím “MODE/SCROLL”. Đèn tương ứng với mục đó sẽ sáng lên. Để cài đặt cho mục “Rate step”, từng cổng ra được chọn nhờ phím “UP” hay “DOWN”, khi cổng nào được chọn thì đèn cổng đó sẽ sáng lên.
Bước 2 : nhấn phím “PROGRAM”, đèn của mục được chọn sẽ sáng nhấp nháy như vậy hệ thống đang ở chế độ cài đặt.
Bước 3: sử dụng phím “UP” hay “DOWN” để thay đổi giá trị.
Bước 4: Để lưu giá trị vừa cài đặt, nhấn phím “PROGRAM” một lần nữa, đèn hết nhấp nháy và thông số vừa cài đặt đã được lưu.
Để không lưu giá trị vừa cài đặt, nhấn phím “MODE/SCROLL”.
Các cảnh báo thường gặp:

+ Chế độ manual (n-A): Khi chương trình này được chọn, các cấp của tụ sẽ được điều khiển bằng tay bằng cách nhấn phím “UP” hay “DOWN”. Các bước tụ được đóng luân chuyển dựa trên nguyên tắc đóng trước – ngắt trước (first in – first out).+ Chế độ rotational (rot): chế độ này sẽ tự động đóng ngắt các cấp tụ theo hệ số công suất đặt, cài đặt độ nhạy và thời gian đóng lặp lại đã đặt trước. Các bước tụ được đóng luân chuyển dựa trên nguyên tắc đóng trước – ngắt trước (first in – first out).+ Chế độ automatic (aut): chế độ này nhằm tối ưu hóa trình tự đóng cắt các cấp tụ điện. Chế độ này sử dụng trình tự đóng ngắt thông minh. Trình tự đóng ngắt không cố định, chương trình sẽ tự động lựa chọn những cấp đóng thích hợp nhất để đóng hay ngắt để có thời gian tác động ngắn nhất với số cấp nhỏ nhất. Để cho tuổi thọ các khởi động từ và tụ là bằng nhau chương trình sẽ tự động chọn bước tụ ít sử dụng nhất để đóng ngắt trong trường hợp có hai bước tụ giống nhau.Với chế độ này, PFR sẽ tự động phát hiện cực tính của CT khi đóng nguồn. Một khi cực tính của CT đã được xác định, nếu phát hiện thấy có bất kỳ một sự phát công suất trở lại tất cả các bước tụ sẽ được nhả ra.+ Chế độ four-quarant (Fqr): như chế độ aut nhưng cho phép hoạt động ở cả chế độ thu và phát công suất phản kháng.Các tham số quan trọng của PFR:+ Hệ số công suất đặt (Set cosφ) : thường nằm trong khoảng 0,92 – 0,95+ Hệ số C/K:Hệ số này được tính theo công thức sau:Q: cấp tụ nhỏ nhất (var)V: Điện áp hệ thống sơ cấp danh định (V)I: Dòng điện sơ cấp định mức của CT (A)Hoặc được xác định theo:+ Độ nhạy : Thông số này thiết lập tốc độ đóng cắt. Độ nhạy lớn tốc độ đóng sẽ chậm và ngược lại độ nhạy nhỏ tốc độ cắt sẽ nhanh. Độ nhạy này hiệu ứng cho cả thời gian đóng và cắt tụ. Độ nhạy = 60s/ bước+ Thời gian đóng lặp lại : Đây là khoảng thời gian an toàn để ngăn chặn việc đóng lại tụ của cùng một cấp khi tụ này chưa xả điện hoàn toàn. Thông số này thường đặt lớn hơn thời gian xả của tụ lớn nhất đang sử dụng.+ Cấp định mức : là bước tụ nhỏ nhất sử dụng.+ Độ méo dạng tổng do sóng hài :Bộ PFR chỉ có thể đo được TDH khi tổng tải phải lớn hơn 10% tổng tải định mức.Giá trị các tham số quan trọng của bộ tụ bù PFR được thống kê trong bảng sau :Thủ tục cài đặt các thông số điều khiển:Bước 1: chọn mục cần cài đặt bằng việc ấn phím “MODE/SCROLL”. Đèn tương ứng với mục đó sẽ sáng lên. Để cài đặt cho mục “Rate step”, từng cổng ra được chọn nhờ phím “UP” hay “DOWN”, khi cổng nào được chọn thì đèn cổng đó sẽ sáng lên.Bước 2 : nhấn phím “PROGRAM”, đèn của mục được chọn sẽ sáng nhấp nháy như vậy hệ thống đang ở chế độ cài đặt.Bước 3: sử dụng phím “UP” hay “DOWN” để thay đổi giá trị.Bước 4: Để lưu giá trị vừa cài đặt, nhấn phím “PROGRAM” một lần nữa, đèn hết nhấp nháy và thông số vừa cài đặt đã được lưu.Để không lưu giá trị vừa cài đặt, nhấn phím “MODE/SCROLL”.Các cảnh báo thường gặp: