Tụ bù trung thế: Cấu tạo, ứng dụng và lưu ý đấu lắp

Chu Văn An

Tụ điện trung thế là thiết bị quan trọng trong hệ thống của các doanh nghiệp sử dụng mạng điện trung thế hoặc có nhu cầu sử dụng điện cao. Tụ điện trung thế có cấu tạo, nguyên lý làm việc, công dụng và những lưu ý khi đấu nối, tất cả sẽ được Trường Chu Văn An thông tin trong bài viết dưới đây.

Tụ điện trung thế là gì?

Tụ điện trung thế là loại tụ điện được nối vào hệ thống điện trung thế, có nhiệm vụ tích trữ và phóng điện trong mạch để ổn định điện áp đường dây và bù công suất phản kháng. Tụ điện trung thế thường có điện áp từ 3kV đến 35kV và được chia thành sứ 1 pha 2, sứ 3 pha 3.

Cấu tạo và thông số của tụ điện trung thế

Tụ điện trung thế có khả năng cách điện tốt, gồm 2 dây dẫn là 2 tấm nhôm mỏng lót giấy cách điện, được uốn cong và đặt trong dầu cách điện bên trong một thùng kín làm bằng hợp kim nhôm và bọc nhựa. Các đầu dây trên tấm được đưa ra ngoài bằng chất cách điện bằng gốm để nối với nguồn điện.

Tụ điện trung thế có các thông số cơ bản bao gồm:

• Fdm: Tần số định mức (Hz)
• Qdm: Công suất phản kháng định mức (kVAR)
• Udm: Điện áp định mức của tụ điện (kV)
• Cdm: Công suất tụ điện (μF)

Nguyên lý hoạt động của tụ điện trung thế

Thông thường, công suất truyền từ nguồn tới tải bao gồm hai loại: công suất tác dụng và công suất phản kháng. Công suất tác dụng là công suất có ích của thiết bị (đơn vị là W/KW). Công suất phản kháng là công suất vô ích, đơn vị là VAr, kVA. Để giảm công suất phản kháng cần phải bù hệ số công suất cosφ. Tụ điện có khả năng bù công suất phản kháng, tránh bị ngành Điện phạt.

Nguyên lý hoạt động của tụ điện trung thế như sau: Khi tụ có điện kháng nghĩa là dòng điện lệch pha so với điện áp thì tụ điện trung thế được tích điện và tạo ra dòng điện dẫn pha điện áp. Dòng điện từ tụ điện cân bằng với dòng tải cảm ứng làm giảm công suất phản kháng và tăng cosφ. Tụ điện trung thế liên tục sạc và phóng điện để duy trì ngưỡng cosφ cao.

Ứng dụng của tụ điện trung thế

Tụ điện trung thế có những công dụng sau:

• Tiết kiệm tiền điện: Tụ điện trung thế tăng hệ số công suất cosφ lên trên mức phạt, đảm bảo hiệu suất của lưới điện, đồng thời tiết kiệm hóa đơn tiền điện.
• Giảm chi phí đầu tư, bảo trì, sửa chữa các thiết bị điện.
• Giúp giảm thiểu tổn thất điện năng và giảm sụt áp trong mạng điện.

Tụ điện trung thế thường được sử dụng trong các hệ thống điện có quy mô lớn như nhà máy, xí nghiệp… Ngoài ra, thiết bị này còn được sử dụng trong các hệ thống điện gió, hệ thống điện mặt trời, lưới điện truyền tải khu vực để giảm chi phí truyền tải.

Xem thêm: Tụ điện hạ thế: Thông số kỹ thuật và vai trò trong hệ thống

Một số phương pháp bù trên mạch trung thế

Có 3 phương pháp bù thường được sử dụng trên mạch trung thế:

• Bù cố định: Mặc dù sơ đồ đấu nối tụ điện này đơn giản và có chi phí đầu tư thấp nhưng nó không tương thích với biểu đồ tải. Khi tải yếu, công suất phản kháng sẽ bị đảo ngược gây tổn thất điện năng bổ sung. Vì vậy, bù cố định chỉ phù hợp với bù tải nền.
• Bồi thường dựa trên cosφ: Tính toán chính xác lượng cosφ cần bù để thiết kế và tính toán công suất tụ tương ứng đặt tại trạm biến áp. Tuy nhiên, loại này có thể gây ra một lượng tổn thất điện năng nhỏ cho lưới điện hạ thế. Bồi thường dựa trên cosφ phù hợp với các trạm biến áp chuyên dụng hoặc có bán kính đường dây hạ thế nhỏ.
• Bù theo thời gian: Thiết lập thời gian và công suất bù tùy theo thời điểm cao điểm – thấp điểm của phụ tải, yêu cầu về thời gian cần phải tương thích khi phụ tải biến động theo mùa, do thời tiết hoặc đặc điểm sản xuất.

Lưu ý lắp đặt tụ điện trung thế

Tụ điện trung thế thường ở dạng tụ điện một pha, có điện áp định mức tương đương với điện áp dây dẫn Ud. Khi đấu nối tụ điện vào lưới điện trung thế cần đấu nối theo sơ đồ hình tam giác. Với sơ đồ này, công suất bù được tạo ra lớn hơn 3 lần so với kết nối sao, khi giá trị điện dung C bằng nhau.

Tuy nhiên, trong một số trường hợp thực tế, phương pháp đấu nối tụ trung thế vẫn được áp dụng, khi đó điện áp mà tụ phải chịu nhỏ hơn 3 lần so với khi mắc theo hình tam giác. Điện áp chịu đựng của tụ điện được cố định. Trung bình, khi tăng mức chịu điện áp lên 10% thì chi phí đầu tư tụ điện sẽ tăng khoảng 20%, chưa tối ưu.

Ví dụ: Khi muốn bù 150kVAr cho lưới điện 22kV, có 2 cách:

• Phương pháp 1: Sử dụng 3 tụ điện có công suất 150kVAr – 12,7kV đấu nối theo sơ đồ hình sao. Lúc này, điện áp đặt vào các cực của tụ điện là điện áp pha và bằng 12,7kV – đúng bằng điện áp định mức của tụ điện. Mỗi tụ điện sẽ phát ra công suất bằng công suất định mức 50kVAr nên 3 tụ điện là 150kVAr.
• Phương pháp 2: Nếu đấu theo sơ đồ tam giác thì phải chọn 3 tụ có công suất 50kVAr – 22kV thì điện áp đặt vào các cực của tụ mới bằng điện áp định mức của tụ và thiết bị này sẽ phát ra đúng công suất định mức là 3 tụ, mỗi tụ 50kVAr là 150kVAr.

Đảo ngược vấn đề. Nếu sử dụng 3 tụ 50kVAr – 22kV đấu nối theo sơ đồ Y thì điện áp đặt vào các cực của tụ chỉ là điện áp pha: 12,7kV = (1/√3)x22 (điện áp định mức của tụ). Như vậy, công suất ra của tụ chỉ bằng 1/3 công suất định mức, nghĩa là mỗi tụ chỉ có thể xuất ra 17,67KVAr, gây lãng phí.

Nếu sử dụng 3 tụ điện có công suất 50kVAr – 12,7kV mắc theo sơ đồ tam giác thì các cực của tụ sẽ phải chịu điện áp gấp 3 lần điện áp định mức của tụ, dễ gây cháy nổ.

Theo đó, tụ điện chỉ chịu được quá áp là:

• 1.1Un (điện áp định mức) trong 12 giờ mỗi ngày
• 1.15Un trong 30 phút mỗi ngày
• 1,2Un trong 5 phút
• 1,3Un trong 1 phút

Vì vậy, trước khi lựa chọn và đấu nối tụ điện, yếu tố quan trọng nhất là tính toán công suất tụ phù hợp với điện áp định mức.

Trên đây, Trường Chu Văn An đã cung cấp những thông tin quan trọng liên quan đến tụ điện trung thế, bao gồm: định nghĩa, cấu tạo, ứng dụng và cách lựa chọn, đấu nối, vận hành. Để tìm hiểu thêm thông tin liên quan đến tụ điện, bạn có thể truy cập: https://etinco.vn/tin-tuc/kien-thuc/