I. Tổng quan về hệ số công suất
1. Hệ thống điện xoay chiều cung cấp 2 dạng năng lượng:
- Năng lượng tác dụng nó sinh công để chuyển hóa sang các dạng năng lượng khác như cơ năng, nhiệt năng, ánh sáng…
- Năng lượng phản kháng nó không sinh công. Dạng năng lượng này được chia thành hai loại
+ Năng lượng yêu cầu bởi mạch có tính cảm (Máy biến áp, động cơ điện…)
+ Năng lượng yêu cầu bởi mạch có tính dung (Điện dung tụ công suất..)
2. Theo thống kê
+ Động cơ không đồng bộ, chúng tiêu thụ khảng 60-65% công suất phản kháng của lưới.
+Máy biến áp khảng 20-25%
+ Đường dây trên không, điện kháng và các thiết bị điện khác tiêu thụ khảng 10%.
3. Công suất cung cấp cho tải tiêu thụ không nhất thiết phải lấy từ nguồn (máy phát điện, máy biến áp). Vì vậy để tránh việc truyền tải một lượng Q khá lớn trên đường dây , người ta đặt các tải tiêu thụ các thiết bị sinh ra Q (tụ điện, máy bù đồng bộ) để cung cấp Q trực tiếp cho tải. Làm như vậy là bù công suất phản khảng.
4. Khi bù công suất phản kháng thì góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch sẽ nhỏ đi do đó hệ số công suất Cosϕ của mạng điện được nâng cao
ϕ=artg 
- Khi P không đổi , nhờ có bù công suất phản kháng, lượng Q trên đường dây truyển tải được giảm xuống góc ϕ giảm và kết quả Cosϕ tăng lên
5. Hiệu quả của việc tăng hệ số công suất:
- Giảm tổn thất công suất trong mạng điện
- Giảm được tổn thất điện áp trong mạng điện
- Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp
II. Các biện pháp nâng cao hệ số công suất
1. Các biện pháp nâng cao hệ số công suất chia làm hai nhóm
1.1 Nâng cao hệ số công suất bằng phương pháp bù tự nhiên:
+ Thay đổi và cải tiến các quy trình công nghệ để thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất
+ Thay đổi các động cơ không đồng bộ chạy non tải bằng động cơ có công suất nhở hơn
+ Giảm điện áp của những động cơ làm việc non tải
+ Hạn chế động cơ chạy non tải
1.2 Nâng cao hệ số công suất bằng phương pháp bù
Bằng cách cách đặt các thiết bị bù ở gần tải tiêu thu điện để cung cấp công suất phản kháng Q, ta giảm được công suất phản kháng phải truyền tải trên đường dây. Do nâng cao được hệ số công suất phản kháng tiêu thụ của phụ tải mà chỉ làm giảm lượng công suất phản kháng phải truyền tải trên đường dây mà thôi.
Bù công suất phản kháng Q ngoài mục đích là nâng cao hệ số công suất để tiết kiệm điện mà còn có tác dụng không kém phần quan trọng là điều chỉnh và ổn định điện áp của mạng cung cấp.
1.3 Chọn thiết bị bù
- Tụ điện: là thiết bị điện tĩnh, làm việc với dòng điện vượt trước điện áp, do đó nó có thể sinh ra công suất phản kháng Q cung cấp cho mạng. Tụ điện có nhiều ưu điểm như tổn thất công suất tác dụng bé, lắp ráp và bảo quản dễ dàng. Tụ điện chế tạo thành nhiều đơn vị nhỏ vì thế có thể tùy theo sự phát triển của phụ tải trong quá trình sản xuất mà ghép thêm tụ điện vào mạng
Tụ điện được sử dụng rộng rãi nhất là ở các xí nghiệp, nhà máy trung bình và nhỏ, đòi hỏi dung lượng bù không lớn lắm. Thông thường, nếu dùng dung lượng bù nhỏ hơn 5000 KVAR thì dùng tụ điện và nếu lớn hơn thì có thể dùng máy bù đồng bộ.
- Máy bù đồng bộ: Là loại động cơ làm việc ở chế độ không tải. Ở chế độ quá kích thích máy bù sản xuất ra công suất phản kháng cung cấp cho mạng và ở chế độ thiếu kích thích máy bù tiêu thụ công suất phản kháng của mạng
Ngoài việc bù công suất phản kháng máy bù còn là thiết bị rất tốt để điều chỉnh điện áp mạng, nó thường đặt ở những điểm cần để điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện.
1.4 Tính toán dung lượng bù
Qbù = Ptt (tgφtrước bù – tgφsau bù)
- Tổng công suất tác dụng tính toán của công trình: Ptt = 712 kW
- Hệ số công suất trước khi bù của công trình : Cosφ = 0.8 à Tgφ = 0.75
- Hệ số công suất trước khi bù của công trình : Cosφ = 0.95 à Tgφ = 0.33
- Công thức tính bù công suất:
Qbù = Ptt (tgφtrước bù – tgφsau bù) = 712*(0.75-0.33)=299.04 kVAR
1.5 Vị trí đặt tụ bù
Theo 3 cách:
- Đặt tập chung tại thanh cái điện áp thấp của máy biến áp, phương pháp này có ưu điểm: Giảm tổn thất qua máy biến áp thích hợp khi dung lượng bù khá lớn và đễ thực hiện việc điều chỉnh dung lượng bù để ổn định điện áp. Nhược điểm: Không giảm được tổn thất trong mạng điện xí nghiệp
- Đặt thành nhóm ở tủ phân phối động lực. Ưu điểm: Hiệu suất sử dụng cao, giảm được tổn thất cả mạng điện áp cao và mạng điện áp thấp. Nhược điểm: Khó theo dõi trong vận hành cũng như thực hiện tự động hóa điều chỉnh dung lượng bù.
- Đặt phân tán đến từng thiết bị điện: Ưu điểm: Có lợi nhiều nhất và giảm tổn thất điện năng. Nhược điểm: Khi thiết bị nghỉ làm việc thì tụ cũng nghỉ theo đó hiệu quả không cao, khó quản lý.
III. Ví dụ về tính dung lượng bù
Một cơ sở sản xuất sử dụng điện vào giờ bình thường có công suất sử dụng trung bình là 200kW, điện năng tiêu thụ trung bình 48.000kWh/tháng, hệ số công suất tại điểm đo đếm là cosj= 0,8.
+ Tiền mua điện năng tác dụng trong 1 tháng:
Ta = 48.000(kWh)*895(đồng/kWh) = 42.960.000 đồng
+ Tiền mua công suất phản kháng là (do cosj = 0,8 < 0,85):
Tp = Ta*k% = 42.960.000*6,25/100 = 2.685.000 đồng
Trong đó k% = 6,25% (ứng với cosj = 0,8 theo hướng dẫn tại Thông tư 07/2006/TT-BCN ngày 27-10-2006 của Bộ Công nghiệp) là hệ số bù chi phí do bên mua điện sử dụng quá lượng công suất phản kháng theo quy định.
Vậy tổng số tiền điện mà khách hàng phải trả hàng tháng là: 45.645.000 đồng. Nhưng nếu khách hàng đầu tư 3 bộ tụ bù hạ thế công suất 20kVAr/bộ để lắp đặt tại điểm đo đếm thì hệ số công suất lúc này sẽ là 0,91, khi đó khách hàng không phải trả tiền mua công suất phản kháng. Chi phí đầu tư 3 bộ tụ bù là hơn 3 triệu đồng.
Như vậy, nếu khách hàng này đầu tư lắp đặt tụ bù hạ thế thì trong vòng chưa đầy 2 tháng sẽ thu hồi được vốn và từ tháng thứ 3 trở đi, khách hàng sẽ tiết kiệm được khoảng tiền tương ứng khoảng 2,68 triệu đồng/tháng.
HÌNH ẢNH VỀ TỤ BÙ - TỦ TÙ TRONG THỰC TẾ LẮP ĐẶT
