Tủ tụ bù là gì? Cấu tạo và ứng dụng của tủ tụ bù

Tủ tụ bù là gì? Cấu tạo và ứng dụng của tủ tụ bù

1. Định nghĩa tủ tụ bù

Tủ tụ bù là một thiết bị điện được sử dụng trong các hệ thống điện để cung cấp công suất phản kháng (kVAR) cho hệ thống, giúp cải thiện hệ số công suất (Cosφ) và nâng cao hiệu quả sử dụng điện. Tủ tụ bù thường được lắp đặt trong các nhà máy, xí nghiệp hoặc các công trình có các thiết bị tiêu thụ điện cảm kháng lớn (như động cơ điện, máy biến áp, các thiết bị điện công nghiệp) để bù lại công suất phản kháng mà các thiết bị này tiêu thụ, từ đó giảm tổn thất điện năng và tiết kiệm chi phí vận hành.

Tủ tụ bù có thể tự động điều chỉnh số lượng tụ điện kết nối vào hệ thống dựa trên yêu cầu thực tế, giúp duy trì hệ số công suất ổn định và cải thiện hiệu quả hoạt động của toàn bộ hệ thống điện.

2. Cấu tạo tủ tụ bù

2.1 Vỏ tủ điện

Tủ tụ bù được thiết kế trong một vỏ kim loại chắc chắn, giúp bảo vệ các thành phần bên trong khỏi bụi, nước và các yếu tố môi trường khác. Khung tủ giúp cố định các thiết bị bên trong và đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành

2.2 Thiết bị đóng cắt 

Thiết bị đóng cắt bao gồm MCCB, MCB, Contacter giúp bảo vệ và ngắt kết nối tụ điện ra khỏi hệ thống khi xảy ra sự cố như quá tải, ngắn mạch, hoặc sự cố điện. Điều này giúp bảo vệ tủ tụ bù và toàn bộ hệ thống điện khỏi các tình huống nguy hiểm.

2.3 Tụ điện 

Là thành phần chính của tủ tụ bù, có nhiệm vụ cung cấp công suất phản kháng cho hệ thống điện. Tụ điện giúp điều chỉnh và bù lại công suất phản kháng mà các thiết bị tiêu thụ trong hệ thống, từ đó nâng cao hệ số công suất và giảm tổn thất điện năng

2.4 Bộ điều khiển 

Bộ điều khiển giúp tự động điều chỉnh các tụ điện trong tủ tụ bù. Nó có thể kích hoạt hoặc ngắt tụ điện dựa trên sự thay đổi của tải, giúp duy trì hệ số công suất ổn định và tối ưu trong suốt quá trình vận hành.

2.5 Dây dẫn và hệ thống nối đất 

Các dây dẫn kết nối các tụ điện, bộ điều khiển, và các thành phần khác trong tủ tụ bù. Đồng thời, hệ thống nối đất đảm bảo an toàn cho thiết bị và người sử dụng, ngăn ngừa các sự cố điện giật.

2.6 Đồng hồ đo truyền dữ liệu

Một số tủ tụ bù hiện đại có thể được trang bị các đồng hồ đo điện áp, dòng điện, công suất thực, công suất phản kháng và các cảm biến giúp giám sát và điều chỉnh hệ thống tự động từ xa. Điều này giúp đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả 

3. Tầm quan trọng của tủ tụ bù trong hệ thống điện

Tầm quan trọng của tủ tụ bù trong hệ thống điện là rất lớn vì nó không chỉ giúp nâng cao hiệu suất sử dụng điện mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự ổn định và bảo vệ các thiết bị trong hệ thống điện. Hãy cùng Hưng Việt Automation tìm hiếu tại sao tủ tụ bù lại quan trọng:

3.1 Cải thiện hệ số công suất (Cosφ)

Một trong những chức năng chính của tủ tụ bù là cải thiện hệ số công suất (Cosφ) của hệ thống điện. Hệ số công suất thấp (thường do các tải cảm kháng như động cơ điện, máy biến áp...) dẫn đến việc tiêu thụ năng lượng không hiệu quả, đồng thời làm giảm hiệu suất hoạt động của hệ thống. Tủ tụ bù cung cấp công suất phản kháng (kVAR), giúp hệ thống điện có hệ số công suất gần với giá trị lý tưởng (Cosφ = 1), từ đó giảm thiểu các tổn thất và tiết kiệm năng lượng.

3.2 Tiết kiệm chi phí điện năng

Khi hệ số công suất của hệ thống được cải thiện, năng lượng tiêu thụ được sử dụng hiệu quả hơn. Các công ty điện lực thường tính toán phí theo công suất phản kháng, vì vậy việc duy trì hệ số công suất cao giúp giảm chi phí vận hành cho các doanh nghiệp. Tủ tụ bù giúp giảm công suất phản kháng cần cung cấp từ nguồn điện, giảm chi phí cho doanh nghiệp và tạo ra hiệu quả kinh tế.

3.3 Giảm tổn thất điện năng

Khi hệ thống điện hoạt động với hệ số công suất thấp, công suất phản kháng gây ra tổn thất trong hệ thống truyền tải và phân phối điện. Tủ tụ bù giúp giảm thiểu các tổn thất này bằng cách cung cấp công suất phản kháng trực tiếp vào hệ thống, giúp điện năng được truyền tải hiệu quả hơn và giảm nhiệt độ sinh ra do tổn thất.

3.4 Bảo vệ các thiết bị điện

Tủ tụ bù giúp bảo vệ các thiết bị trong hệ thống điện khỏi các sự cố như quá tải và sự thay đổi đột ngột của công suất. Việc duy trì hệ số công suất ổn định giúp các động cơ, máy biến áp và các thiết bị điện khác hoạt động hiệu quả hơn, tránh được các tình trạng làm hư hỏng do làm việc trong điều kiện không ổn định.

3.5 Tăng tuổi thọ thiết bị điện

Khi hệ số công suất được tối ưu hóa, các thiết bị trong hệ thống điện sẽ không phải chịu tải quá mức và giảm thiểu sự hao mòn trong quá trình hoạt động. Điều này giúp kéo dài tuổi thọ của các thiết bị điện, giảm chi phí bảo trì và thay thế thiết bị.

3.6 Tăng cường độ ổn định của hệ thống điện

Tủ tụ bù giúp duy trì sự ổn định của điện áp và dòng điện trong hệ thống. Việc bù công suất phản kháng sẽ giúp duy trì mức điện áp ổn định, đặc biệt trong các hệ thống có tải cảm kháng lớn. Điều này giúp tránh tình trạng sụt giảm điện áp hay các sự cố mất điện ngoài ý muốn.

3.7 Hỗ trợ trong việc tuân thủ các quy định pháp lý về hiệu quả năng lượng

Nhiều quốc gia và tổ chức quy định các tiêu chuẩn về hiệu suất năng lượng và hệ số công suất đối với các doanh nghiệp và nhà máy. Tủ tụ bù giúp các doanh nghiệp tuân thủ các quy định này, tránh bị phạt hoặc phải trả thêm chi phí do vi phạm các quy định về hiệu quả năng lượng.

3.8 Giảm nguy cơ xảy ra sự cố trong hệ thống điện

Hệ thống điện có thể gặp phải các sự cố do mất cân bằng công suất, như quá tải hoặc điện áp giảm. Tủ tụ bù giúp cân bằng công suất trong hệ thống, giảm nguy cơ xảy ra các sự cố không mong muốn như chập cháy, ngắn mạch hay quá tải, giúp bảo vệ an toàn cho toàn bộ hệ thống điện.

4. Phân loại

4.1 Tụ bù khô

• Đặc điểm: Dạng bình tròn thon dài, thiết kế nhỏ gọn, khối lượng nhẹ.

• Ưu điểm: Dễ dàng lắp đặt, thay thế, chiếm ít không gian.

• Ứng dụng: Phù hợp với các hệ thống bù công suất nhỏ, có chất lượng điện tương đối tốt.

• Chi phí: Thấp hơn so với tụ bù dầu.

4.2 Tụ bù dầu

• Đặc điểm: Dạng bình hình chữ nhật, có độ bền cao hơn tụ bù khô.

• Ưu điểm: Bền hơn, ổn định trong các hệ thống có công suất lớn và chất lượng điện kém.

• Ứng dụng: Được sử dụng cho các hệ thống điện lớn, nơi cần ổn định và bù công suất hiệu quả.

4.3 Tụ bù hạ thế 1 pha

• Điện áp: 230V, 250V.

• Ứng dụng: Thường dùng cho các hệ thống điện nhỏ, sử dụng trong các thiết bị điện gia dụng hoặc hệ thống điện dân dụng.

4.4 Tụ bù hạ thế 3 pha

• Điện áp: 230V, 380V, 400V, 415V, 440V, 525V, 660V, 690V, 720V, 1100V.

• Ứng dụng: Được sử dụng cho các hệ thống điện công nghiệp, nơi có yêu cầu bù công suất lớn và ổn định.

4.5 Tổng kết

• Tụ bù khô thích hợp cho các hệ thống nhỏ và không yêu cầu công suất lớn, trong khi tụ bù dầu thích hợp cho các hệ thống có công suất lớn và môi trường điện không ổn định.

• Tụ bù 1 pha thường được dùng cho các ứng dụng gia đình hoặc công suất nhỏ, còn tụ bù 3 pha được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng công nghiệp và hệ thống điện có tải lớn.

5. Cách tính toán và chọn tủ tụ bù

Để tính dung lượng tụ bù chính xác, như bạn đã nêu, cần phải xác định hệ số công suất và công suất tải. Dưới đây là công thức chuẩn xác để tính công suất phản kháng cần bù (Qb) và dung lượng tụ bù.

Công thức tính công suất phản kháng cần bù (Qb): 

• Qb​=P×(tan𝜑1​−tan𝜑2​)

Trong đó: 

• P là công suất tải (kW). 

• φ1 ​ là góc pha trước khi bù (tính từ hệ số công suất cosφ1).

• 𝜑2 ​ là góc pha sau khi bù (tính từ hệ số công suất cos𝜑2).

• tan𝜑1 ​và tan𝜑2 là giá trị tang của các góc tương ứng trước và sau khi bù.

Các bước tính dung lượng tụ bù

• Công suất tải là P = 100 (kW).

• Hệ số công suất của tải trước khi bù là cosφ1 = 0.75 → tgφ1 = 0.88.

• Hệ số công suất của tải sau khi bù là Cosφ2 = 0.95 → tgφ2 = 0.33.

• Suy ra, công suất phản kháng cần bù là Qb = P*(tgφ1 – tgφ2) = 100*(0.88 – 0.33) = 55 (kVAr).

6. Tủ tụ bù và các tiêu chuẩn kỹ thuật

6.1 Tiêu chuẩn quốc tế

• IEC 60831 - Shunt power capacitors: Quy định yêu cầu kỹ thuật và thử nghiệm cho tụ điện bù công suất phản kháng, bao gồm tính năng điện, hiệu suất và độ bền.

• IEC 60931 - Shunt power capacitors for power systems: Đưa ra yêu cầu về chất lượng, độ an toàn và hiệu suất của tụ bù trong các hệ thống điện công nghiệp.

• IEC 60071 - Insulation coordination: Quy định về phối hợp cách điện, đặc biệt quan trọng cho việc xác định mức cách điện an toàn trong các thiết bị điện, bao gồm tủ tụ bù.

• IEC 61439 - Low-voltage switchgear and controlgear assemblies: Đưa ra yêu cầu về tủ điện và thiết bị điều khiển điện trong hệ thống hạ thế, bao gồm tủ tụ bù.

• IEEE 18 - IEEE Recommended Practice for Shunt Capacitors: Hướng dẫn cách lựa chọn, lắp đặt và bảo trì tụ bù công suất phản kháng trong các hệ thống điện công nghiệp.

6.2 Tiêu chuẩn Việt Nam

• TCVN 5667:2009 - Hệ thống điện - Các yêu cầu kỹ thuật đối với tụ bù công suất phản kháng: Quy định yêu cầu kỹ thuật về lắp đặt và vận hành hệ thống tụ bù công suất phản kháng.

• TCVN 7445:2004 - Yêu cầu về lắp đặt và vận hành tụ bù trong hệ thống điện hạ áp: Quy định về lắp đặt, bảo trì và yêu cầu an toàn đối với tụ bù khô và tụ bù dầu trong hệ thống điện hạ áp.

• TCVN 5047:2018 - Thiết bị điện hạ thế – Tủ điện phân phối: Quy định yêu cầu kỹ thuật về tủ điện phân phối, bao gồm các tủ tụ bù.

• TCVN 6473:2013 - Yêu cầu chung về thiết bị điện trung thế và hạ thế: Quy định yêu cầu về cách điện, bảo vệ và bảo trì thiết bị điện, bao gồm tủ tụ bù.

7. Các sự cố tủ tụ bù thường gặp và cách khắc phục

7.1 Sự cố quá tải hoặc quá dòng

• Nguyên nhân: Tụ bù quá tải do công suất bù vượt mức yêu cầu hoặc tải thay đổi đột ngột.

• Khắc phục:

• Điều chỉnh dung lượng tụ bù phù hợp.

• Lắp thiết bị bảo vệ (cầu chì, công tắc quá tải).

Kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ hệ thống.

7.2 Sự cố ngắn mạch trong tụ bù

• Nguyên nhân: Ngắn mạch do tụ bù hỏng hoặc lỗi trong tủ bù.

• Khắc phục:

• Kiểm tra và thay thế tụ bù hỏng.

• Kiểm tra kết nối điện và dây dẫn.

• Lắp cầu chì bảo vệ.

7.3 Sự cố quá nhiệt

• Nguyên nhân: Tụ bù quá nhiệt do môi trường nhiệt độ cao hoặc quá tải.

• Khắc phục:

• Lắp đặt tủ tụ bù ở vị trí thoáng mát.

• Kiểm tra hệ thống làm mát và quạt.

• Sử dụng tụ bù phù hợp với công suất và điện áp hệ thống.

7.4 Sự cố sụt áp và dao động điện áp

• Nguyên nhân: Tụ bù không ổn định gây dao động hoặc sụt áp.

• Khắc phục:

• Điều chỉnh hệ số công suất.

• Lắp đặt thiết bị ổn áp.

• Sử dụng tụ bù tự điều chỉnh.

7.5 Sự cố mất kết nối hoặc hỏng công tắc điều khiển

• Nguyên nhân: Hỏng công tắc điều khiển hoặc mất kết nối.

• Khắc phục:

• Thay thế công tắc hoặc thiết bị điều khiển.

• Kiểm tra kết nối và mạch điều khiển.

7.6 Sự cố rò rỉ điện

• Nguyên nhân: Rò rỉ điện do hỏng cách điện hoặc tổn thất điện năng.

• Khắc phục:

• Kiểm tra và thay thế lớp cách điện hỏng.

• Đảm bảo môi trường khô ráo cho tủ tụ bù.

7.7 Sự cố do lỗi bảo vệ

• Nguyên nhân: Thiết bị bảo vệ không hoạt động đúng cách.

• Khắc phục:

• Kiểm tra và thử nghiệm thiết bị bảo vệ (cầu chì, rơ-le).

• Lựa chọn thiết bị bảo vệ phù hợp với hệ thống.

7.8 Sự cố do lỗi trong mạch điều khiển

• Nguyên nhân: Lỗi trong mạch điều khiển hoặc linh kiện bảng điều khiển.

• Khắc phục:

• Kiểm tra và thay thế linh kiện hỏng trong bảng điều khiển.

• Kiểm tra kết nối dây điện.

Liên Hệ Với Hưng Việt Automation

Công Ty TNHH Điện Tự Động Hưng Việt luôn sẵn sàng tư vấn và cung cấp các giải pháp điện phù hợp nhất cho nhu cầu của bạn. Hãy liên hệ với chúng tôi để được hỗ trợ kỹ thuật và nhận báo giá chi tiết.

Công Ty TNHH Điện Tự Động Hưng Việt

• Địa chỉ: 1/33 KP Bình Đức 1, P Bình Hòa, TP Thuận An, Bình Dương (Đối diện Lotte Bình Dương).

• Hotline: 0915 400 880

• Website: https://hungvietautomation.com