Công suất phản kháng mạch điện xoay chiều hình sin 3 pha có công thức

Trong hệ thống lưới điện, tồn tại hai loại công suất là công suất hữu dụng P và công suất phản kháng Q . Công suất hữu dụng P là công suất sinh ra công có ích trong các phụ tải, trong khi công suất phản kháng Q là công suất vô ích, gây ra do tính cảm ứng của các loại phụ tải như: động cơ điện, các bộ biến đổi điện áp… Để đánh giá ảnh hưởng của công suất phản kháng đối với hệ thống người ta sử dụng: hệ số công suất cosφ, trong đó: φ=arctg P/Q.

Khái niệm công suất phản kháng Q

Công suất phản kháng ( Reactive power ) là một phần công suất được tạo ra bởi từ trường trong tuabin máy phát điện , nó rất quan trọng đặc biệt với các tải cảm .

Reactive power góp phần quan trọng tạo nên từ trường trong quá trình khởi động , nếu như không có nó đồng nghĩa với việc không khởi động được các phụ tải có tính cảm .

Công suất phản kháng có thể được hiểu là năng lượng vô công, được sinh ra bởi các thành phần phản kháng trong trong hệ thống điện xoay chiều .

Phân tích Q trên mạch DC và AC

Trong mạch điện một chiều DC, tích số “Vôn x Ampe” thể hiện năng lượng tiêu thụ trong mạch . Tuy nhiên, mặc dù công thức này đúng với các mạch AC thuần trở, nó phức tạp hơn với các mạch AC có tính phản kháng vì tích số “Vôn x Ampe” này có thể thay đổi theo tần số.

Trong mạch xoay chiều, tích số “Vôn x Ampe” được gọi là Công suất biểu kiến, có kí hiệu là S. Trong các mạch điện thuần trở thì trở kháng gần như bằng không, và tổng trở mạch bao gồm hầu hết là điện trở.

Dòng điện và điện áp cùng pha với nhau trong mạch xoay chiều thuần trở, và năng lượng tiêu thụ tại một thời điểm được tính bằng cách nhân điện áp và dòng điện tại thời điểm đó với nhau.

Vì dòng điện và điện áp cùng pha với nhau, giá trị RMS có thể được dùng để quy đổi sang mạch một chiều DC hoặc tính toán lượng nhiệt tỏa ra từ mạch.

Tuy nhiên, trong mạch xoay chiều chứa thành phần phản kháng, dạng sóng của áp và dòng sẽ bị lệch pha với nhau một lượng tùy vào góc lệch pha của mạch.

Nếu góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện đạt tới ngưỡng 90 độ, tích số “Vôn x Ampe” (V-A) trung bình bằng 0. Nói cách khác, mạch xoay chiều phản kháng trả lại cho lưới điện một lượng công suất bằng chính lượng công suất mà nó tiêu thụ.

Ảnh hưởng của công suất phản kháng

Như đã đề cập, công suất phản kháng Q gây ra những ảnh hưởng xấu về kinh tế và kỹ thuật.

Lượng công suất phản kháng tiêu thụ không sinh công nên gây ra lãng phí về mặt kinh tế.

Về kỹ thuật, công suất phản kháng gây ra sụt áp trên đường dây và tổn thất công suất trên đường truyền.

Vì vậy, chúng ta cần có biện pháp bù công suất phản kháng Q để hạn chế ảnh hưởng của nó, tức là ta nâng cao hệ số cosφ. Theo quy định của Tập đoàn Điện lực Việt Nam, hệ số công suất cosφ hạ thế từ 0,90 trở lên.

Quy định này nhằm mục đích giảm tổn thất công suất trên phần tử của hệ thống cung cấp điện (máy biến áp, đường dây …), giảm tổn thất điện áp trên đường truyền tải đồng thời tăng khả năng truyền tải điện của đường dây và máy biến áp.

Cách tính công suất phản kháng cần bù

Muốn tính công suất phản kháng cần bù để chọn tụ bù cho tải nào đó thì ta cần biết công suất (P) và hệ số công suất (Cosφ) của tải đó: Giả sử ta có công suất của tải là P, hệ số công suất của tải là Cosφ1 → tgφ1 (trước khi bù), hệ số công suất sau khi bù là Cosφ2 → tgφ2. Công suất phản kháng cần bù là:

Qb = P*(tgφ1 – tgφ2)

Các biện pháp nâng cao hệ số công suất phản kháng

Có 2 cách nâng cao công suất phản kháng là :

– Phương pháp nâng cao hệ số cosφ tự nhiên

– Phương pháp nâng cao hệ số cosφ nhân tạo

Phương pháp nâng cao hệ số cosφ tự nhiên

Nâng cao cosφ tự nhiên có nghĩa là tìm các biện pháp để hộ tiêu thụ điện giảm bớt được lượng công suất phản kháng mà chúng cần có ở nguồn cung cấp.

– Thay đổi và cải tiến quá trình công nghệ để các thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất. – Thay thế các động cơ làm việc non tải bằng những động cơ có công suất nhỏ hơn. – Hạn chế động cơ chạy không tải. – Ở những nơi công nghệ cho phép thì dùng động cơ đồng bộ thay cho động cơ không đồng bộ.

– Thay biến áp làm việc non tải bằng máy biến áp có dung lượng nhỏ hơn.

Phương pháp nâng cao hệ số cosφ nhân tạo

Phương pháp này được thực hiện bằng cách đặt các thiết bị bù công suất phản kháng ở các hộ tiêu thụ điện. Các thiết bị bù công suất phản kháng bao gồm:

– Máy bù đồng bộ: chính là động cơ đồng bộ làm việc trong chế độ không tải.

* Ưu điểm: máy bù đồng bộ vừa có khả năng sản xuất ra công suất phản kháng, đồng thời cũng có khả năng tiêu thụ công suất phản kháng của mạng điện.
* Nhược điểm: máy bù đồng bộ có phần quay nên lắp ráp, bảo dưỡng và vận hành phức tạp. Máy bù đồng bộ thường để bù tập trung với dung lượng lớn.

 – Bù bằng tụ : là phương pháp làm cho dòng điện sớm pha hơn so với điện áp do đó, có thể sinh ra công suất phản kháng cung cấp cho mạng điện.

* Ưu điểm: – Công suất nhỏ, không có phần quay nên dễ bảo dưỡng và vận hành. – Có thể thay đổi dung lượng bộ tụ bù theo sự phát triển của tải.

– Giá thành thấp hơn so với máy bù đồng bộ.

* Nhược điểm: – Nhạy cảm với sự biến động của điện áp và kém chắc chắn, đặc biệt dễ bị phá hỏng khi ngắn mạch hoặc điện áp vượt quá định mức. Tuổi thọ tụ bù có giới hạn, sẽ bị hư hỏng sau nhiều năm làm việc. – Khi đóng tụ bù vào mạng điện sẽ có dòng điện xung, còn lúc cắt tụ điện khỏi mạng trên cực của tụ vẫn còn điện áp dư có thể gây nguy hiểm cho người vận hành.

– Sử dụng tụ bù điện ở các hộ tiêu thụ công suất phản kháng vừa và nhỏ (dưới 5000 kVAr).

Công suất phản kháng là 1 trong 2 loại công suất tồn tại trong hệ thống lưới điện. Công suất này có thể gây lãng phí về mặt kinh tế, sụt áp trên đường truyền,… Để giúp mọi người hiểu rõ hơn, chúng tôi sẽ cập nhật đầy đủ các thông tin liên quan về công suất phản kháng trong bài viết dưới đây. Mời các bạn cùng tham khảo.

Công suất phản kháng là gì?

Công suất phản kháng là năng lượng vô công được sinh ra bởi các thành phần phản kháng trong điện xoay chiều, nó còn có tên gọi khác là công suất hư kháng, công suất ảo (Ký hiệu công suất phản kháng là Q). Vậy công suất phản kháng tiếng Anh là gì? Trong tiếng Anh, công suất phản kháng là Reactive Power.

Tìm hiểu công suất phản kháng điện là gì?

Có thể nói, công suất này hoàn toàn không có lợi của mạch điện, vì nó gây là lãng phí cho kinh tế. Do đó, người ta thường áp dụng cách tính công suất phản kháng để đưa ra những phương pháp bù lại cho hợp lý.

Công suất phản kháng có tác dụng gì?

Sau khi tìm hiểu thế nào là công suất phản kháng, chúng ta sẽ đi tìm hiểu sâu hơn về mức ảnh hưởng, tác dụng của loại công suất này trong dòng điện. Cụ thể như sau:

• Do lượng công suất Q sinh ra nhưng lại không sinh công nên gây lãng phí về mặt kinh tế.
• Còn về mặt kỹ thuật, Q gây tổn thất công suất trên đường truyền và gây ra tình trạng sụt áp đường dây.

Công suất phản kháng sinh ra từ đâu?

Hiểu một cách đơn giản nhất thì Q được sinh ra từ  sự lệch pha giữa hiệu điện thế U(t) và dòng điện I(t). Sau đó công suất này sẽ được chuyển ngược về nguồn cung cấp trong mỗi chu kỳ.

Công suất Q được sinh ra từ sự lệch pha giữa U(t) và I(t)

Công thức tính công suất phản kháng Q

Công thức để tính được công suất phản kháng trong hệ thống điện được áp dụng như sau:

Q = U*I*sinφ. Trong đó

Q: là công suất phản kháng

U: là điện áp

I: là dòng điện.

φ: Chính là sự lệch pha giữa U(t) và I(t).

Đơn vị công suất phản kháng được là VAR, tên đầy đủ là Volt amperes reactive. Quy đổi 1kvar = 1000var.

Nếu dòng điện bạn sử dụng là 3 pha thì sẽ áp dụng công thức tính công suất phản kháng 3 pha sau đây:

Q3p = √3 Ud * Id * Sinφ. Trong đó.

Ud: là điện áp xoay chiều 3 pha (Ud = 380V).

Id: là dòng điện xoay chiều 3 pha, kí hiệu là A.

Hiện nay, để biết chính xác lượng Q sinh ra thì ngoài công thức tính trên. Người ta sử dụng thêm đồng hồ đo công suất phản kháng. Giúp cho việc ước lượng mức lãng phí nhanh hơn và hiệu quả hơn.

Tại sao phải bù công suất phản kháng để làm gì?

Theo những tác dụng của công suất phản kháng mà chúng tôi đã đề cập ở trên, thì những hao tổn mà Q gây ra ảnh hưởng đến cả kinh tế lẫn kỹ thuật. Vì vậy cần phải bù lại lượng công suất tiêu thụ không sinh công này. 

Bù công suất Q để giảm bớt sự lãng phí kinh tế và ảnh hưởng đến kỹ thuật

Để có thể tính được bù công suất phản kháng bao nhiêu bạn sẽ áp dụng vào công thức sau:

Qb = P*(tgφ1 – tgφ2). Trong đó:

Qb: là công suất phản kháng cần phải bù.

P: Công suất của tải.

tgφ1: Hệ số công suất tải  trước khi bù

tgφ2:  Hệ số công suất tải sau khi bù công suất phản kháng.

Thông thường, để bù công suất phản kháng, mọi người sẽ phải nâng cao hệ số cosφ bằng 2 biện pháp, gồm:

• Phương pháp nâng cao hệ số công suất phản kháng cosφ tự nhiên: Thay đổi hoặc cải tiến quá trình công nghệ để các thiết bị làm việc ở chế độ ổn định và hợp lý. Hạn chế các động cơ chạy không tải hoặc thay biến áp làm việc có dung lượng nhỏ hơn ở những nơi non tải.
• Phương pháp nâng cao hệ số công suất phản kháng nhân tạo:  Sử dụng các thiết bị bù Q như máy bù đồng bộ, bù bằng tụ ở các hộ tiêu thụ điện.

Một số câu hỏi thường gặp liên quan đến công suất phản kháng

Tiền công suất phản kháng là gì?

Đây là số tiền mà người mua điện phải trả cho bên bán điện. Nhằm mục đích bù đắp lại các khoản chi phí phát sinh do người mua điện sử dụng quá lượng công suất Q theo quy định.

Tiền công suất Q là số tiền người dùng điện phải trả cho người bán điện

Mua công suất phản kháng là gì?

Mua công suất Q sẽ áp dụng cho các hộ gia đình đăng ký mua bán điện từ 80kG trở lên hoặc có sử dụng máy biến áp 100kVA trở lên. Điều này sẽ khiến cho hệ số cosφ <0.85. Do đó nếu trong kỳ sử dụng điện hệ số cosφ dưới 0.85 người sử dụng sẽ phải mua công suất phản kháng.

Quy định nào liên quan đến việc mua bán công suất phản kháng?

Quy định đó chính là thông tư 15 mua bán công suất phản kháng, được Bộ Công Thương ban hành ngày 28/05/2014 và có hiệu lực chính thức từ ngày 10/12/2014.

Trên đây là toàn bộ những thông tin về công suất phản kháng và những vấn đề xoay quanh. Hy vọng sẽ hữu ích cho mọi người để có phương pháp bù dư công suất phản kháng, tránh lãng phí, ảnh hưởng đến kinh tế khi sử dụng điện năng.