kVAr là gì? Phân biệt kVAr với kVA, kW và kVArh

kVAr là đơn vị đo lường thường thấy trong các hệ thống điện công nghiệp, đặc biệt là các ứng dụng sử dụng tải cảm ứng như động cơ điện, máy biến áp và bộ biến điện áp. kVAr dễ bị nhầm lẫn với kVA hoặc kW. Vậy chính xác kVAr là gì? Làm sao để phân biệt được với các đơn vị trên? Hãy cùng theo dõi bài viết sau đây của KTH ELECTRIC để tìm hiểu nhé.

kVAr là gì?

kVAr là đơn vị của công suất phản kháng (tên tiếng Anh là Kilovolt-Ampere Reactive).

Công suất phản kháng (còn gọi là công suất phản kháng, công suất ảo) được hiểu là năng lượng nhàn rỗi, được tạo ra bởi các thành phần phản kháng trong hệ thống điện xoay chiều như cuộn kháng, tụ điện.

Công suất phản kháng góp phần tạo ra từ trường khi khởi động, đóng vai trò quan trọng đối với các tải cảm ứng (động cơ, máy biến áp) và tải điện dung (tụ điện). Loại năng lượng này được truyền trở lại nguồn điện trong mỗi chu kỳ do sự chênh lệch giữa điện áp (U) và dòng điện (I). kVAr cao hơn sẽ làm tăng tổn thất đường dây và giảm hiệu suất hệ thống.

Mặc dù không có lợi cho mạch điện nhưng nguồn điện ảo Q cần thiết để duy trì mức điện áp cần thiết để nguồn điện thực tế thực hiện công hữu ích.

Công thức tính kVAr

kVAr biểu thị hiệu giữa hai đại lượng U và I. Khi có giá trị điện áp và cường độ dòng điện, công thức tính kVAr được áp dụng như sau:

Trong đó:

• Q: Công suất phản kháng (kVAr)
• U: Điện áp (V)
• Tôi: Hiện tại (A)
• φ: Độ lệch pha giữa điện áp (U) và dòng điện (I)

Tại sao phải bù công suất phản kháng?

Lưới điện có hai loại công suất phổ biến:

• Công suất tác dụng P (kW): Là công suất sinh ra công có ích ở phụ tải.
• Công suất phản kháng Q (kVAr): Là công suất vô ích, được tạo ra do cảm ứng của động cơ điện, máy biến áp, bộ biến điện…

Hai loại năng lực này có mối quan hệ chặt chẽ với nhau, được thể hiện qua các công thức:

Trong đó:

• S: Sức mạnh biểu kiến
• P: Công suất hoạt động
• Hỏi: Công suất phản kháng

Công suất phản kháng không sinh ra công nhưng có tác dụng âm về mặt kinh tế – kỹ thuật:

• Kinh tế: Người dùng phải trả tiền cho lượng công suất phản kháng tiêu thụ.
• Kỹ thuật: Công suất phản kháng gây sụt áp, tổn thất điện năng trên đường dây truyền tải.

Vì vậy, cần có biện pháp bù công suất phản kháng Q, tức là tăng hệ số cos phi để hạn chế tác động của loại công suất vô dụng này.

Lợi ích của việc cải thiện hệ số công suất cosφ:

• Tránh bị phạt điện (theo Thông tư Quy định mua bán điện phản kháng có hiệu lực từ ngày 10/12/2014 của Bộ Công Thương).
• Giảm tổn thất điện năng trên các phần tử của hệ thống cung cấp điện (máy biến áp, đường dây…).
• Giảm tổn thất điện năng trên đường dây truyền tải đường dài.
• Tăng công suất truyền tải của đường dây và máy biến áp.

Các biện pháp nâng cao công suất phản kháng

Trước khi bù công suất phản kháng cần tính toán lượng Q cần bù. Công thức tính công suất phản kháng cần bù:

Trong đó:

• Qb: là lượng điện năng cần bù (kVAr)
• P: Công suất hữu ích
• cosφ1: Hệ số công suất của tải trước khi bù
• cosφ2: Hệ số công suất của tải sau khi bù

Sau khi tính toán bù Q, có thể áp dụng hai phương pháp để tăng công suất phản kháng một cách tự nhiên hoặc nhân tạo.

Nâng cao hệ số Cosφ tự nhiên

Cải thiện hệ số cosφ tự nhiên, tức là tìm biện pháp điều chỉnh hệ số công suất trên hệ thống điện hiện có. Một số biện pháp có thể áp dụng bao gồm:

• Cải tiến công nghệ để tối ưu hóa hiệu suất thiết bị.
• Thay thế động cơ kém tải bằng động cơ có công suất thấp hơn.
• Tránh sử dụng động cơ ở chế độ không tải.
• Thay thế động cơ không đồng bộ bằng động cơ đồng bộ.
• Thay máy biến áp không tải bằng máy biến áp công suất nhỏ.

Tăng hệ số Cosφ nhân tạo

Phương pháp này về cơ bản sử dụng các thiết bị bù công suất phản kháng để tránh bị phạt tiền từ Điện lực. Những thiết bị này bao gồm:

Bộ bù đồng bộ

Đây là động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ không tải.

• Lợi thế: Có khả năng sản xuất công suất phản kháng, đồng thời có khả năng tiêu thụ công suất phản kháng của lưới điện.
• Nhược điểm: Quá trình lắp ráp, bảo trì và vận hành rất phức tạp. Máy bù đồng bộ thường cung cấp bù tập trung với công suất lớn nên không phù hợp với các hộ gia đình, nhà máy quy mô nhỏ.

Tụ điện

Việc sử dụng bộ tụ điện làm cho dòng điện pha sớm hơn điện áp, do đó có thể tạo ra công suất phản kháng và cải thiện hệ số công suất, chống lại tải cảm ứng bằng cách cung cấp công suất phản kháng chủ đạo.

Lợi thế:

• Công suất nhỏ, dễ vận hành và bảo trì.
• Công suất tụ điện có thể thay đổi tùy theo sự phát triển của tải.
• Chi phí thấp hơn so với máy bù đồng bộ.

Nhược điểm:

• Nhạy cảm với sự dao động điện áp, dễ bị hư hỏng do đoản mạch hoặc quá điện áp.
• Tuổi thọ của tụ điện bị hạn chế.
• Khi tụ điện được nối vào mạng điện sẽ xuất hiện dòng điện xung. Khi ngắt tụ điện, trên các cực của tụ vẫn còn điện áp dư, có thể gây nguy hiểm cho người vận hành.

Có 2 phương pháp bù công suất phản kháng bằng tụ điện bao gồm:

• Bù tĩnh (bù nền) là phương pháp cố định tụ điện có khả năng đóng cắt bù không đổi. Việc điều khiển có thể thực hiện thủ công bằng CB hoặc LBS, bán tự động bằng contactor hoặc nối trực tiếp với tải để bù đồng thời khi đóng tải. Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, chi phí thấp nhưng chỉ nên áp dụng cho các tải có công suất thay đổi ít để tránh tình trạng bù quá mức.
• Bù động là sử dụng dàn tụ điện có bộ điều khiển tụ điện tự động, có khả năng thay đổi công suất tụ điện để đảm bảo hệ số công suất đạt giá trị mong muốn. Phương pháp này không gây ra tình trạng bù quá mức nhưng chi phí lại lớn hơn so với bù tĩnh. Do đó, bù động chỉ nên được áp dụng ở những vị trí có công suất tác dụng và công suất phản kháng thay đổi trong phạm vi rất rộng.

Bộ lọc sóng hài AHF

Không chỉ có chức năng lọc sóng hài, AHF còn được thiết kế để chuyển hướng dòng tải để cân bằng pha và bù công suất phản kháng. Tuy nhiên, thiết bị này chỉ phù hợp với hệ thống cơ khí trong khu công nghiệp và không phù hợp với hộ gia đình do chi phí đầu tư cao.

Phân biệt kVAr với kVA, kW và kVArh

Mối quan hệ giữa kW, kVA và kVAr

• kVA (Kilôvolt-ampe) là đơn vị đo công suất biểu kiến, biểu thị tổng công suất được sử dụng trong một hệ thống, bao gồm cả công suất thực và công suất phản kháng.
• kW (Kilôwatt) là đơn vị công suất thực tế để tải thực hiện công có ích.
• kVAr (Kilovolt-ampere phản ứng) là đơn vị công suất phản kháng, biểu thị công suất dao động giữa nguồn và các thành phần phản kháng như cuộn cảm, tụ điện.

Mối quan hệ giữa ba đại lượng này được thể hiện như sau:

Trong đó:

• S: Công suất biểu kiến ​​(kVA)
• P: Công suất thực tế (kW)
• Q: Công suất phản kháng (kVAr)

Dựa vào công thức trên, hệ số công suất được tính: Đây cũng là giá trị cosφ: PF = cosφ

Công suất phản kháng được tính khi biết công suất biểu kiến ​​và công suất thực tế:

Ví dụ: Một hệ thống có công suất thực tế là 200kW, hệ số công suất = 0,8.

Công suất biểu kiến ​​được tính:

Công suất phản kháng tính toán:

Phân biệt kVAr và kVArh

kVAr đề cập đến công suất phản kháng, trong khi kVArh đề cập đến năng lượng phản kháng:

• kVAr là thước đo công suất phản kháng tức thời trong hệ thống điện, biểu thị sự dao động công suất giữa nguồn và phụ tải.
• kVArh (kilovolt) là đơn vị đo năng lượng phản kháng được tiêu thụ hoặc tạo ra trong một khoảng thời gian nhất định, biểu thị sự tích lũy công suất phản kháng theo thời gian.

Một số câu hỏi về kVAr

Câu 1: kVar có xuất hiện trong mạch điện một chiều không?

Hồi đáp: Bản chất của mạch điện một chiều không có sự khác biệt giữa công suất biểu kiến ​​S và công suất thực P nên không tạo ra công suất phản kháng Q. Do đó kVAr chỉ xuất hiện trên mạch điện xoay chiều.

Câu 2: KVAr ảnh hưởng đến hóa đơn tiền điện như thế nào?

Hồi đáp: Nếu hệ số công suất cosΦ thấp (do kVAr cao), đơn vị tiêu thụ điện sẽ bị Điện lực phạt. Bù công suất phản kháng giúp tiết kiệm hóa đơn hàng tháng.

Câu 3: Cách đo kVAr trong hệ thống?

Hồi đáp: Cách đơn giản nhất là sử dụng máy đo công suất phản kháng (kVAr mét) hoặc máy phân tích công suất (Power Analyser).