Do ñoù Nhaø Nöôùc ñaõ ban haønh caùc chính saùch khuyeán khích caùc xí nghieäp phaán ñaáu naâng cao heä soá coâng
suaát cosΦ. Hieän nay, heä soá coâng suaát cos cuûa caùc xí nghieäp nöôùc ta noùi chung ñang coøn khaù thaáp
(khoaûng 0.6-0.7), chuùng ta caàn phaán ñaáu ñeå naâng cao daàn leân (ñeán treân 0.9)

I.Vậy tại sao cần cải thiện hệ số công suất:

1. Giảm giá thành tiền điện:

-Trong giai đoạn sủ dụng điện có giới hạn theo qui định. Việc tiêu thụ năng
lượng phản kháng vượt quá 40% năng lượng tác dụng (tgφ
> 0,4) đây là giá trị thoã thuận với công ty cung cấp điện) thì người sử
dụng năng lượng phản kháng phải trả tiền hàng tháng theo giá hiện hành.

- Do đó, tổng năng lượng phản kháng được tính tiền cho thời gian sử dụng sẽ là:

kVAr( phải trả tiền ) = KWh ( tgφ – 0,4)

-Mặc dù được lợi về giảm bớt tiền điện, người sử dụng cần cân nhắc đến yếu tố
phí tổn do mua sắm, lắp đặt bảo trì các tụ điện để cải thiện hệ số công suất.

2. Tối ưu hoá kinh tế - kỹ thuật

- Cải thiện hệ số công suất cho phép người sử dụng máy biến áp, thiết bị đóng
cắt và cáp nhỏ hơn V.V…đồng thời giảm tổn thất điện năng và sụt áp trong mạng
điện.

-Hệ số công suất cao cho phép tối ưu hoá các phần tử cung cấp điện. Khi ấy các
thiết bị điện không cần định mức dư thừa. Tuy nhiên để đạt được kết quả tốt
nhất, cần đặt tụ cạnh cạnh từng phần tử của thiết bị tiêu thụ công suất phản
kháng.

Cải thiện hệ số công suất
- Để cải thiện hệ số công suất của mạng điện, cần một bộ tụ điện làm nguồn phát
công suất phản kháng. Cách giải quyết này được gọi là bù công suất phản kháng.
-Tải mang tính cảm có hệ số công suất thấp sẽ nhận thành phần dòng điện phản
kháng từ máy phát đưa đến qua hệ thống truyền tải phân phối. Do đó kéo theo tốn
thất công suất và hiện tượng sụt áp.

-Khi mắc các tụ song song với tải, dòng điện có tính dung của tụ sẽ có cùng
đường đi như thành phần cảm kháng của dòng tải. vì vậy hai dòng điện này sẽ
triệt tiêu lẫn nhau I_C = I_L. Như vậy không còn tồn tại
dòng phản kháng qua phần lưới phía trước vị trí đặt tụ.

-Đặc biệt ta nên tránh định mức động cơ quá lớn cũng như chế độ chạy không tải
của động cơ. Lúc này hệ số công suất của động cơ rất nhỏ (0,17) do lượng công
suất tác dụng tiêu thụ ở chế độ không tải rất nhỏ.

II. Các thiết bị bù công suất:

1. Bù trên lưới điện áp

Trong mạng lưới hạ áp, bù công suất được thực hiện bằng :

- Tụ điện với lượng bù cố định (bù nền).

- Thiết bị điều chỉnh bù tự động hoặc một bộ tụ cho phép điều
chỉnh liên tục theo yêu cầu khi tải thay đổi.

Chú ý: Khi công suất phản kháng cần bù vượt quá 800KVAr và tải có tính liên tục và
ổn định, việc lắp đặt bộ tụ ở phía trung áp thường có hiệu quả kinh tế tốt hơn.

2. Tụ bù nền

Bố trí bù gồm một hoặc nhiều tụ tạo
nên lượng bù không đổi. việc điều khiển có thể thực hiện:

- 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.

Các tụ điện được đặt:

- Tại vị trí đấu nối của thiết bị tiêu thụ điện có tính cảm (động cơ điện và máy biến áp ).

- Tại vị trí thanh góp cấp nguồn cho nhiều động cơ nhỏ và các
phụ tải có tính cảm kháng đối với chúng việc bù từng thiết bị một tỏ ra quá tốn kém.

- Trong các trường hợp khi tải không thay đổi.

3. Bộ tụ bù điều khiển tự động ( bù ứng động )

- Bù công suất thường được hiện bằng
các phương tiện điều khiển đóng ngắt từng bộ phận công suất.

- Thiết bị này cho phép điều khiển
bù công suất một cách tự động, giữ hệ số công suất trong một giới hạn cho phép
chung quanh giá trị hệ số công suất được chọn.

- Thiết bị này được lắp đặt tại các
vị trí mà công suất tác dụng và công suất phản kháng thay đổi trong phạm vi rất
rộng. ví dụ: tại thanh góp của tủ phân phối chính, tại đầu nối của các cáp trục
chịu tải lớn.

Các nguyên lý và lý do sử dụng bù tự động:

- Bộ tụ bù gồm nhiều phần và mỗi
phần được điều khiển bằng contactor. Việc đóng một contactor sẽ đóng một số tụ
song song với các tụ vận hành. Vì vậy lượng công suất bù có thể tăng hay giảm
theo từng cấp bằng cách thực hiện đóng hoặc cắt contactor điều khiển tụ. Một
rơley điều khiển kiểm soát hệ số công suất của mạng điện sẽ thực hiện đóng và
mở các contactor tương ứng để hệ số công suất cả hệ thống thay đổi ( với sai số
do điều chỉnh từng bậc ).Để điều khiển rơle máy biến dòng phải đặt lên một pha
của dây cáp dẫn điện cung cấp đến mạch được điều khiển. Khi thực hiện bù chính
xác bằng các giá trị tải yêu cầu sẽ tránh được hiện tượng quá điện áp khi tải
giảm xuống thấp và do đó khử bỏ các điều kiện phát sinh quá điện áp và tránh
các thiệt hại xảy ra cho trang thiết bị.

- Quá điện áp xuất hiện do hiện tượng bù dư phụ thuộc một phần vào giá trị tổng trở nguồn.

Các qui tắc bù chung

- Nếu công suất bộ tụ ( kVar ) nhỏ
hơn hoặc bằng 15% công suất định mức máy biến áp cấp nguồn, nên sử dụng bù nền.

- Nếu ở trên mức 15%, nên sử dụng bù kiểu tự động.

- Vị trí lắp đặt tụ áp trong mạng
điện có tính đến chế độ bù công suất; hoặc bù tập trung, bù nhóm, bù cục bộ,
hoặc bù kết hợp hai phương án sau cùng.

- Về nguyên tắc, bù lý tưởng có nghĩa
là bù áp dụng cho từng thời điểm tiêu thụ và với mức độ mà phụ tải yêu cầu cho
mỗi thời điểm.

- Trong thực tiễn, việc chọn phương cách bù dựa vào các hệ số kinh tế và kỹ thuật.

3.1 Bù tập trung : áp dụng cho tải ổn định và liên tục.

Nguyên lý : bộ tụ đấu vào thanh góp hạ áp của tủ phân phối chính và
được đóng trong thời gian tải hoạt động.

Ưu điểm: - Giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng .

- Làm giảm công suất biểu kiến.

- Làm nhẹ tải cho máy biến áp và do đó nó có khả năng phát triển thêm các phụ tải cần thiết.

Nhận xét : - Dòng điện phản kháng tiếp tục đi vào tất cả lộ ra tủ phân phối chính của mạng hạ thế.

- Vì lý do này kích cỡ dây dẫn , công suất tổn hao không được cải thiện ở chế độ
bù tập trung.

3.2 Bù nhóm ( từng phân đoạn ) Bù nhóm nên sử dụng khi mạng điện quá lớn và khi chế độ tải tiêu thụ theo thời
gian của các phân đoạn thay đổi khác nhau.

Nguyên lý : bộ tụ được đấu vào tủ phân phối khu vực . hiệu quả do bù
nhóm mang lại cho dây dẫn xuất phát từ tủ phân phối chính đến các tủ khu vực có
đặt tụ được thể hiện rõ nhất.

Ưu điểm:

-  Làm giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng.

- Làm giảm công suất biểu kiến yêu cầu.

- Kích thước dây cáp đi đến các tủ phân phối khu vực sẽ giảm đi hoặc với cùng dây
cáp trên có thể tăng thêm phụ tải cho tủ phân phối khu vực.

Nhận xét :

- Dòng điện phản kháng tiếp tục đi vào tất cả dây dẫn xuất phát từ tủ phân phối
khu vực.

- Vì lý do này mà kích thước và công suất tổn hao trong dây dẫn nói trên không
được cải thiện với chế độ bù nhóm.

- Khi có sự thay đổi đáng kể của tải, luôn luôn tồn tại nguy cơ bù dư và
kèm  theo hiện tượng quá điện áp.

3.3 Bù riêng: Bù riêng nên được xét đến khi công suất động cơ lớn đáng kế so với mạng điện.

Nguyên lý: bộ tụ mắc trực tiếp vào đầu dây nối của thiết bị dùng điện
có tính cảm ( chủ yếu là các động cơ ).

Bộ tụ định mức ( kVAr) đến khoảng 25%  giá trị công suất động cơ. Bù bổ sung
tại đầu nguồn điện cũng có thể mang lại hiệu quả tốt.

Ưu điểm :

Làm giảm tiền phạt do tiêu thụ công suất phản kháng (kVAr)

Giảm công suất biểu kiến yêu cầu.

Giảm kích thước và tổn hao dây dẫn đối với tất cả dây dẫn.

Nhận xét : Các dòng điện phản kháng có giá trị lớn sẽ không còn tồn tại trong mạng điện.

3.4 Mức độ bù tối ưu

Phương pháp chung

Bảng số liệu tính toán công suất phản kháng cần thiết trong giai đoạn thiết kế. qua
đó có thể xác định công suất phản kháng và công suất tác dụng cho mức độ bù
khác nhau.

Vấn đề tối ưu hoá kinh tế kỹ thuật cho một mạng điện đang hoạt động.

Việc tính toán định mức bù tối ưu cho một mạng đã tồn tại có thể thực hiện theo
những lưu ý sau:

+ Tiền điện trước khi đặt bù

+ Tiền điện tương lai sau khi lắp tụ bù.

+ Các chi phí bao gồm :

-     Mua tụ bù và mạch điều khiển.

-         Lắp đặt và bảo trì

-         Tổn thất trong tụ và tổn thất trên dây cáp, máy biến áp sau
khi lắp tụ bù.

III. Chọn Tụ Bù :

1. Phương pháp tính đơn giản:

(để chọn tụ bù cho một tải nào đó
thì ta cần biết công suất(P) của tải đó 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 Q_C = P (tgφ₁ – tgφ₂ ).

Từ công suất cần bù ta chọn tụ bù
cho phù hợp trong bảng catalog của nhà cung cấp tụ bù.
Để dễ hiểu ta sẽ cho ví dụ minh hoạ như sau:
Giả sử ta có công suất tải là P = 270 (KW).
Hệ số công suất trước khi bù là cosφ₁ = 0.75 →
tgφ₁ = 0.88
Hệ số công suất sau khi bù là Cosφ₂ = 0.95 →
tgφ₂ = 0.33
Vậy công suất phản kháng cần bù là Q_bù = P (tgφ₁ – tgφ₂ )
Q_bù = 270( 0.88 – 0.33 ) = 148.5 (KVAr)
Từ số liệu này ta chọn tụ bù trong bảng catalog của nhà sản xuất giả sử là ta
có tụ 25KVAr. Để bù đủ cho tải thì ta cần bù 6 tụ 25 KVAr tổng công suất phản
kháng là 6x25=150(KVAr) với 6 tụ bù này ta chọn bộ điều khiển 6 cấp

2. 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: 15965 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] =T = Q_bù

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.