Tụ bù trung thế – Cấu tạo, ứng dụng và cách đấu nối

Lê Hồng Phong

Tụ điện trung thế là thiết bị quan trọng trong dàn tụ điện, rất được ưa chuộng với các doanh nghiệp vận hành đường dây trung thế hoặc có nhu cầu sử dụng điện cao. Trong bài viết dưới đây KTH ELECTRIC sẽ giúp bạn tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và những lưu ý khi đấu nối tụ điện trung thế vào hệ thống.

Tụ điện trung thế là gì?

Tụ điện trung thế là thiết bị điện trung thế có khả năng 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 kỹ thuật của tụ điện trung thế

Các thông số cơ bản của tụ điện trung thế:

• 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)

Loại tụ điện này có cấu tạo bên trong gồm 2 dây dẫn là 2 cực, thực chất là 2 lá nhôm mỏng có lớp lót cách điện, được uốn cong và đặt trong môi trường cách điện. Bên ngoài tụ điện là lớp vỏ kín làm bằng hợp kim nhôm và phủ nhựa. Các đầu tấm nhô ra phía trên tụ điện để nối với nguồn điện.

Nguyên lý hoạt động của tụ điện trung thế

Tụ điện trung thế được sử dụng để nâng cao hệ số công suất cosφ. Đầu tiên cần phân biệt công suất từ ​​nguồn đến tải bao gồm công suất tác dụng và công suất phản kháng. Công suất tác dụng là công suất hữu ích, đơn vị là W/kW. Công suất phản kháng là công suất vô ích, đơn vị là VAr, kVAr. Để giảm công suất phản kháng cần phải bù hệ số công suất cosφ.

Tụ điện có khả năng chuyển đổi điện năng để bù công suất phản kháng, làm mát đường dây, tránh sụt áp và một số lợi ích khác. 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. Tụ điện trung thế được tích điện và tạo ra dòng điện dẫn pha tương ứng với điện áp. Dòng điện từ tụ điện cân bằng với dòng điện từ 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 cosφ ở mức cao.

=>> Đọc thêm: 3 cách kiểm tra dung lượng tụ điện chính xác

Ứng dụng thực tế của tụ điện trung thế

Công dụng của tụ điện trung thế bao gồm:

• Bù công suất phản kháng (tăng cosφ) do thiết bị cảm ứng (như động cơ điện, máy biến thế) tạo ra trong hệ thống điện trung thế. Khi cosφ sẽ làm cho hệ thống điện hoạt động hiệu quả hơn, giảm tổn thất điện năng, giảm sụt áp, tiết kiệm điện và giảm chi phí tiền điện do bị phạt.
• Giảm tải cho máy biến áp, giúp máy biến áp hoạt động bền bỉ hơn, bảo vệ các thiết bị điện nhạy cảm, giảm tổn thất trên dây dẫn và thiết bị điện.
• Giảm chi phí đầu tư cho hệ thống điện, giảm chi phí bảo trì, bảo trì các thiết bị điện.

Nhờ những công dụng trên mà tụ điện trung thế được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực từ sản xuất điện đến truyền tải điện. Tại các nhà máy, khu công nghiệp có nhiều động cơ điện, máy biến thế tạo ra công suất phản kháng lớn đều sử dụng tụ điện trung thế. Quan trọng hơn, thiết bị này 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: Lợi ích của tụ điện hạ thế và sơ đồ đấu nối

Lưu ý khi đấu nối và vận hành tụ điện trung thế

Tụ điện trung thế thường được chế tạo dưới dạng tụ điện một pha, điện áp định mức tương đương với điện áp dây dẫn Ud. Khi đấu nối tụ điện vào lưới trung thế (kể cả lưới 22kV) phải đấu nối theo sơ đồ tam giác. Với sơ đồ này, công suất bù được tạo ra lớn gấp 3 lần so với nối sao khi cùng giá trị điện dung C:

Tuy nhiên, trên thực tế phương pháp đấu nối bằng tụ điện trung thế vẫn được áp dụng. Lý do là vì khi mắc hình sao thì điện áp mà tụ phải chịu nhỏ hơn gấp 3 lần so với khi mắc theo hình tam giác. Ngoài ra, điện áp chịu đựng của tụ điện được cố định. Trung bình, nếu cần tăng mức chịu điện áp lên 10% thì chi phí đầu tư tụ điện sẽ tăng khoảng 20%, ảnh hưởng đến chi phí ban đầu.

Ví dụ, công suất 300kVAr cần được bù cho lưới điện 22kV.

• Cách 1: Sử dụng 3 tụ điện có công suất 100kVAr – 12,7kV nối theo hình ngôi sao. Khi đó điện áp đặt vào cực tụ là điện áp pha 12,7kV, bằng điện áp định mức của tụ. Lúc này, mỗi tụ điện sẽ phát ra công suất định mức 100kVAr, tương ứng với 3 tụ điện có tổng công suất 300kVAr.
• Cách 2: Sử dụng 3 tụ điện có công suất 100kVAr – 22kV nối thành hình tam giác. Khi đó điện áp đặt vào cực tụ phải đúng bằng điện áp pha 22kV. Công suất mỗi tụ hiện nay là 100kVAr và 3 tụ là 300kVAr.

Nếu sử dụng 3 tụ điện trung thế 100kVAr – 22kV đấu nối hình sao thì điện áp cấp vào các cực của tụ chỉ là 12,7kV. Khi đó, công suất ra của mỗi tụ chỉ đạt ⅓ công suất định mức, tương đương 33,33kVAr, gây lãng phí.

Ngược lại, sử dụng 3 tụ điện có công suất 100kVAr – 12,7kV đấu nối theo hình tam giác thì điện áp đặt vào các cực của tụ cao gấp 3 lần so với đế định mức và tụ sẽ nổ ngay lập tức.

Ngoài ra, với những hệ thống bù trung thế phức tạp, bạn nên cân nhắc sử dụng thêm bộ điều khiển tụ trung thế

Trước khi vận hành tụ điện trung thế, bạn có thể tham khảo các phương pháp bù sau:

• Bù cố định: Sơ đồ nối tụ điện đơn giản, chi phí đầu tư thấp nhưng không tương thích với đồ thị phụ tải. Khi tải yếu, công suất phản kháng sẽ bị đảo ngược gây tổn thất điện năng bổ sung. Phương pháp này phù hợp để bù tải cơ sở.
• 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, nhược điểm là nó gây ra một lượng tổn thất điện năng nhỏ cho lưới điện hạ áp. Phương pháp này phù hợp với các trạm biến áp chuyên dùng hoặc có bán kính đường dây hạ áp 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.

Những thông tin trên có thể giúp bạn hiểu rõ hơn về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của tụ điện trung thế cũng như những lưu ý khi lắp đặt loại tụ này vào hệ thống điện. Ngoài ra các bạn có thể tìm hiểu thêm các bài viết về tụ điện trên website Điện BTB.