Power Factor Correction Device: Guide

A power factor correction device cung cấp công suất phản kháng gần tải cảm kháng, làm giảm dòng điện phản kháng lấy từ lưới điện. Nếu được áp dụng đúng cách, một bộ tụ bù có thể làm giảm dòng điện, giải phóng công suất của máy biến áp và cáp, giảm tổn thất và giúp tránh các khoản phạt từ công ty điện lực. Thiết kế phải phù hợp với biểu đồ phụ tải thực tế và môi trường sóng hài; việc chỉ lắp đặt bộ tụ lớn nhất có thể gây ra hiện tượng bù quá mức, cộng hưởng hoặc hư hỏng thiết bị.

Việc hiệu chỉnh hệ số công suất thay đổi những gì

Hệ số công suất là tỷ số giữa công suất tác dụng tính bằng kilôoát và công suất biểu kiến tính bằng kilôvôn-ampe: PF = kW ÷ kVA. Động cơ, máy biến áp, máy hàn và thiết bị chiếu sáng phóng điện tiêu thụ công suất phản kháng cảm kháng. Tụ điện sản sinh công suất phản kháng theo hướng ngược lại, do đó hệ thống phía nguồn mang ít dòng điện không cần thiết hơn trong khi công suất hữu ích kW vẫn hầu như không đổi.

Ưu điểm chính của việc hiệu chỉnh hệ số công suất là dòng điện trên đường dây thấp hơn, giảm sụt áp và tổn thất I²R, tăng công suất khả dụng trong máy biến áp và thiết bị đóng cắt, đồng thời có thể giảm phí nhu cầu điện năng. Nó không làm giảm trực tiếp năng lượng tiêu thụ bởi tải cơ học, và nó không thể khắc phục hiệu suất kém hoặc sự mất cân bằng tải.

Cách tính chọn dung lượng tụ bù

Đối với tải thực đã biết, việc hiệu chỉnh cần thiết thường được ước tính bằng Qc = P × (tan φ1 − tan φ2), trong đó P là tải tính bằng kW, φ1 là góc ở hệ số công suất hiện tại, và φ2 là góc ở hệ số công suất mục tiêu. Ví dụ, việc cải thiện hệ số công suất cho tải 500 kW từ 0,75 lên 0,95 đòi hỏi khoảng 277 kVAr. Kích thước cuối cùng nên sử dụng các khoảng thời gian nhu cầu được đo đạc thay vì chỉ dựa vào nhãn thông số của thiết bị.

Một mục tiêu như từ 0,95 đến 0,98 thường an toàn hơn là cố gắng duy trì hệ số công suất bằng 1 trong mọi điều kiện vận hành. Nếu tải thay đổi, hãy chia tổng số kVAr thành các cấp. Cấp nhỏ nhất quyết định độ phân giải của bộ điều khiển, trongขณะที่ một trình tự cấp hợp lý sẽ ngăn chặn việc đóng cắt liên tục quanh giá trị mục tiêu.

Các phương pháp hiệu chỉnh cố định, tự động và nhanh chóng

Tụ điện cố định

Tụ điện cố định phù hợp với một tải đơn lẻ ổn định, chẳng hạn như một động cơ hoạt động liên tục. Nó nên được đóng cắt cùng với tải và được kiểm tra đối với các giới hạn tự kích thích. Việc bù cố định trên một máy biến áp hoặc động cơ đang non tải có thể tạo ra hệ số công suất cảm ứng vượt trước.

Tụ bù tự động

An automatic power factor correction device bank uses a controller to add or remove contactor-switched stages. It is the usual choice for a main low-voltage distribution board serving multiple variable loads. The bank should coordinate with the incoming breaker and the site’s trạm biến áp lắp sẵn dung tích.

Các giải pháp chuyển mạch bằng thyristor và chủ động

Các tải biến thiên nhanh có thể cần chuyển mạch bằng thyristor vì các công tắc tơ thông thường không thể theo kịp các thay đổi đủ nhanh. Việc hiệu chỉnh hệ số công suất chủ động trong thiết bị điện tử và bộ lọc sóng hài chủ động sử dụng điện tử công suất; những thiết bị này khác với tụ bù song song thông thường. Thiết bị hiệu chỉnh hệ số công suất phù hợp phụ thuộc vào thời gian đáp ứng, phổ sóng hài, điện áp và đặc tính của tải.

Sóng hài và cuộn kháng lọc sóng hài

Tụ điện và điện cảm của hệ thống thượng nguồn có thể tạo thành một mạch cộng hoàe. Các ổ đĩa biến tần, hệ thống UPS, bộ chỉnh lưu và các tải phi tuyến tính tương tự có thể bơm các sóng hài được khuếch đại tại điểm cộng hưởng. Các triệu chứng bao gồm quá nhiệt tụ điện, cầu chì hoạt động, hỏng contactor, méo điện áp và rút ngắn tuổi thọ dịch vụ.

Do đó, một khảo sát về sóng hài nên được thực hiện trước khi thiết kế trên một hệ thống công nghiệp. Các cuộn kháng khử điều hưởng mắc nối tiếp với các cấp tụ điện sẽ dịch chuyển tần số cộng hưởng xuống dưới mức sóng hài gây phiền toái và hạn chế dòng điện khởi động. Trường hợp méo dạng nghiêm trọng, có thể cần đến một bộ tụ lọc hoặc bộ lọc sóng hài chủ động. Bộ tụ cũng phải được phối hợp với tủ điện trung thế và các rơ-le bảo vệ hiện hữu.

Bảo vệ, đóng cắt và lắp đặt

Dòng điện của tụ điện có thể vượt quá giá trị danh định do dung sai điện áp và sóng hài. Hãy chọn cáp, thanh cái,aptomat, cầu chì, khởi động từ và cuộn kháng phù hợp với các chế độ làm việc liên tục và dòng điện khởi dòng do nhà sản xuất quy định. Khởi động từ chuyên dụng cho tụ điện sử dụng điện trở nạp trước hoặc các bố trí hạn chế để kiểm soát quá trình quá độ khi đóng cắt.

Cung cấp điện trở phóng điện, thông gió vỏ tủ, nối đất, nhãn cảnh báo và khoảng cách hợp lý. Nhiệt độ đặc biệt quan trọng vì tuổi thọ của tụ điện giảm nhanh chóng khi chất điện môi hoạt động ở nhiệt độ quá cao. Các bộ tụ điện trung thế cũng có thể yêu cầu bảo vệ mất cân bằng, thiết bị chống sét lan truyền, thiết bị đóng cắt chuyên dụng và các khóa liên động tương thích với các thiết bị như Tủ đóng cắt bọc kim loại 40.5 kV.

Danh mục kiểm tra vận hành và bảo trì

Trước khi đóng điện, hãy kiểm tra điện dung, điện trở cách điện, hệ thống dây điện, lực siết ốc, nối đất, định mức cầu chì, các ngõ vào của bộ điều khiển, cực tính của biến dòng và thời gian xả. Đóng điện từng cấp một và ghi lại dòng điện, điện áp, kVAr, hệ số công suất, nhiệt độ và tổng méo dạng sóng hài. Xác nhận rằng bộ điều khiển ngắt các cấp khi tải giảm.

Trong quá trình vận hành, hãy kiểm tra hiện tượng phồng, rò rỉ, đổi màu, lỏng mối nối, quạt hỏng, tiếng ồn bất thường, dòng điện các pha không đều và cầu chì hoạt động lặp đi lặp lại. Theo dõi xu hướng các chỉ số hệ số công suất và sóng hài thay vì chỉ dựa vào màn hình hiển thị của bộ điều khiển. Sự cố lặp lại là một cảnh báo hệ thống đòi hỏi phải điều tra, chứ không chỉ đơn thuần là thay thế một tụ điện khác.

Cách xác định hệ thống hiệu chỉnh phù hợp

Cung cấp cho nhà cung cấp điện áp và tần số hệ thống, các biểu đồ kW/kVAr/PF đã đo, công suất định mức và tổng trở của máy biến áp, mức độ ngắn mạch, phổ sóng hài, chu kỳ chuyển mạch tải, điều kiện môi trường xung quanh, yêu cầu về vỏ tủ, mức độ sự cố khả dụng và hệ số công suất mục tiêu mong muốn. Thông tin này cho phép nhà sản xuất lựa chọn kích thước các cấp, điện áp định mức của tụ điện, kháng lọc sóng hài, công nghệ chuyển mạch, thiết bị bảo vệ và hệ thống thông gió như một hệ thống đồng bộ.

Power factor correction device selection

A correction device may be a fixed capacitor, automatic capacitor bank, detuned bank, active filter, synchronous device or inverter control. Select the method from the measured load profile, target, harmonic spectrum, switching frequency, available space and utility requirement. The calculated kvar is only a starting point; verify continuous current, inrush, discharge, protection and thermal duty with the manufacturer.

Place current transformers where the controller can see the power flow it is intended to regulate. Check CT polarity, phase mapping, deadband, switching delay, discharge time and minimum load. Review whether the equipment can become leading at night or during production breaks. A harmonic study may be required before connecting capacitors to a system with drives, UPS units or rectifiers.

Video kỹ thuật trung lập

This neutral power-quality video supplements the calculation; final correction settings require measured site data and an approved engineering review.