TẠI SAO PHẢI NGẮT TỤ TÙ KHI CHẠY MÁY ĐIỆN

hcm 04/07/2015 _ ths.ks bùi kiến hòa_chuyên gia tư vấn thiết kế điện nước

1 bạn đọc hỏi: Chúng tôi có một máy phát điện diesel dự phòng 400kVA và trạm biến áp 1500kVA có gắn tụ bù hệ số công suất. Khi mất điện luới và máy phát hoạt động, chúng tôi phải ngắt tụ bù ra khỏi hệ thống thì máy phát mới hoạt động ổn định đựơc. Nếu để nguyên tụ bù thì điện áp giao động lên xuống mạnh và máy phát tự tắt. Vậy chúng tôi muốn hỏi tụ bù hệ số công suất có ảnh hưởng gì đến hoạt động của máy phát điện và cách xử lý trong trường hợp này là thế nào

Lý do như sau :

Trong lưới điện xoay chiều 3 pha của một nhà máy công nghiệp thông thường hay 1 công trình sử dụng nhiều tải như chung cư khách sạn văn phòng luôn tồn tại hai loại công suất:

- Công suất hữu dụng (kW) là công suất sinh ra công có ích trong các phụ tải.

- Công suất phản kháng (kVAr) loại điện cảm là công suất vô ích, gây ra do tính cảm ứng của các loại phụ tải dây quấn như mô tơ, ballast đèn cao áp... Công suất này không tiêu thụ nhiên liệu của nguồn điện, nhưng sinh ra dòng điện lớn làm quá tải dây dẫn và tăng hao hụt điện năng trên dây dẫn.

Người ta loại trừ thành phần công suất phản kháng (loại điện cảm) nói trên, người ta dùng tụ bù. Nguyên tắc quan trọng của bù phản kháng bằng tụ là không được bù quá mức, sẽ sinh ra công suất phản kháng loại điện dung. Công suất phản kháng loại điện dung ngoài các tác hại nói trên còn tăng cường tác hại của các thành phần nhiễu sóng tần số cao (do dung kháng của tụ giảm đi ở tần số cao hơn). Có hai cách bù phản kháng là:

- Bù chung: mắc tụ bù chung cho cả hệ thống phụ tải ở đầu nguồn biến áp (phổ biến).

- Bù riêng: mắc tụ bù song song với từng phụ tải và đóng cắt cùng với phụ tải (chỉ dùng trong trường hợp phụ tải lớn đáng kể)

Máy phát điện diesel công nghiệp (MPĐ): MPĐ bao gồm hai thành phần cấu tạo chính là động cơ diesel và đầu phát điện. Động cơ là thành phần sinh ra công suất hữu dụng (kW) và đầu phát ngoài việc truyền đi công suất hữu dụng này, chịu trách nhiệm sinh ra công suất phản kháng. Đầu phát nói chung bao gồm 1 phần phát điện lực chính và 1 phần phát điện nhỏ để kích từ cho phần phát điên chính.

Đầu phát điện nhỏ thông dụng hiện nay lấy nguồn công suất để kích từ dùng từ chính nguồn điện lực chính, bằng cách nối trực tiếp, hoặc thông qua một cuộn dây phụ. Bộ điều áp (AVR) sẽ đo diện áp ra của stator chính và điều khiểu công suất kích từ theo sơ đồ: stator chính- AVR- stator kích từ- rotor kích từ- bộ diode quay- rotor chính. Nhược điểm của hệ thống kích từ loại này là khi điện áp ra của stator bị dao dộng hoặc bị méo sóng thì AVR không thể khắc phục hoàn toàn sự dao động này do nguồn nuôi AVR cũng chính là nguồn bị dao động. Trong các hệ thống phát điện lớn hơn hoặc các trường hợp phụ tải đặc biệt, người ta phải dùng một máy phát kích từ độc lập hoàn toàn với stator chính.

Tụ bù và MPĐ: Trong trường hợp bù chung và tụ bù nằm trên đường cung cấp ra tải của MPĐ, quá trình xảy ra như sau: MPĐ khởi động - đóng phụ tải vô MPĐ. Tuy nhiên ban đầu các phụ tải mô tơ chưa được đóng điện nên phụ tải chính chỉ là bộ tụ điện và một vài phụ tải nhỏ khác. Như vậy phụ tải MPĐ lúc này mang tính điện dung (tương tự như trường hợp bù quá mức nói trên). Điện dung này kết hợp với điện cảm của stator MPĐ tạo nên một mạch dao động LC và sinh ra các dao động điện áp với tần số cộng hưởng nào đó. Tần số cộng hưởng không nhất thiết phải là 50Hz mà có thể là các sóng hài bậc cao hơn như 100Hz, 150Hz,.... Sóng hài là các thành phần có tần số cao hơn tần số chuẩn 50Hz, do chính đầu phát, hoặc các phụ tải phi tuyến gây ra, ít nhiều luôn tồn tại trên hệ thống điện.

Như nói trên, với một MPĐ thông dụng, cấu tạo hệ thống kích từ không cho phép loại trừ hiện tượng tự dao động này, và kết quả là điện áp của MPĐ không ổn định được trong phạm vi điều chỉnh của AVR.

Với máy biến áp thì điện cảm của phần lưới vô cùng nhỏ (trừ trường hợp lưới điện vùng xa...) và công suất nguồn gần như vô hạn nên các dao dộgn này không phát sinh và không tự khuyếch đại lên được.

Phương pháp khắc phục trong trường hợp này có thể là:

- Tụ bù chung chỉ được dùng với biến áp, và không được dùng với MPĐ.

- Sử dụng phương pháp bù riêng nếu bắt buộc phải bù.

- Sử dụng MPĐ có hệ thống kích từ độc lập.

Điển hình 1 tủ điều khiển tụ bù