Công suất phản kháng là một khái niệm cơ bản trong mạng điện thường không được chú ý nhưng có thể có tác động đáng kể đến hiệu quả sử dụng năng lượng và hóa đơn tiền điện của nhiều công ty. Mặc dù công suất phản kháng không được chuyển thành công hữu ích nhưng việc quản lý đúng cách nó là rất quan trọng để tránh phát sinh thêm chi phí và tối ưu hóa việc sử dụng mạng điện.
Trong suốt bài viết này, chúng ta sẽ đi sâu tìm hiểu công suất phản kháng là gì, cách đo công suất phản kháng, tác dụng của nó đối với việc lắp đặt điện và những biện pháp nào có thể được thực hiện để tránh những vấn đề mà nó gây ra. Ngoài ra, chúng tôi sẽ khám phá các khái niệm liên quan như hệ số công suất, công suất phản kháng cảm ứng và điện dung, đồng thời đưa ra các ví dụ cụ thể về cách giảm tác động của công suất phản kháng lên lưới điện của bạn. Chúng ta hãy đến đó!
Công suất phản kháng là gì?
La công suất phản kháng Đó là một trong những dạng năng lượng lưu thông trong mạng điện nhưng không trực tiếp chuyển hóa thành công hữu ích như điện năng. điện năng hoạt động. Thay vì được thiết bị tiêu thụ, công suất phản kháng lại dao động giữa nguồn và phụ tải do tác dụng của cuộn dây và tụ điện trong thiết bị điện. Loại năng lượng này cần thiết cho hoạt động của các thiết bị như động cơ, máy biến áp hoặc thiết bị chiếu sáng.
Trong mạch điện xoay chiều (AC), công suất phản kháng được tạo ra do sự lệch pha giữa dòng điện và điện áp. Lý tưởng nhất là điện áp và dòng điện phải cùng pha, điều này sẽ cho phép tất cả nguồn điện tuần hoàn hoạt động và hoàn toàn có thể sử dụng được. Tuy nhiên, do tính chất của nhiều thiết bị, sóng dòng điện và điện áp lệch pha nhau nên tạo ra công suất phản kháng.
Đơn vị đo công suất phản kháng là volt ampe phản kháng (VAr) và công suất này có thể được tính bằng công thức:
Công suất phản kháng (Q) = V * I * sinϕ, trong đó ϕ là góc pha giữa điện áp và dòng điện.
Sự khác biệt giữa công suất tác dụng và công suất phản kháng
La điện năng hoạt động Nó là thứ được tiêu thụ và thực hiện các công việc hữu ích, chẳng hạn như vận hành máy móc hoặc thắp sáng bóng đèn. Nó được đo bằng watt (W) và là công suất mà chúng ta thực sự sử dụng và được phản ánh trong hóa đơn tiền điện của chúng ta.
Mặt khác, công suất phản kháng không tạo ra công có ích nhưng cần thiết để duy trì hoạt động của một số thiết bị điện. Mặc dù không được tiêu thụ trực tiếp nhưng nó có tác động đến hệ thống điện vì nó chiếm không gian trong mạng truyền tải và ảnh hưởng đến khả năng truyền tải công suất tác dụng.
Cả hai quyền lực đều liên quan đến sức mạnh rõ ràng, đó là sự kết hợp giữa công suất tác dụng và công suất phản kháng. Đây là tổng vectơ của cả hai và được đo bằng volt ampe (VA). Công thức liên hệ chúng là:
(Công suất biểu kiến)2 = (Công suất hoạt động)2 + (Công suất phản kháng)2
Tam giác công suất này cho phép chúng ta hiểu cách tối ưu hóa mức tiêu thụ điện: công suất phản kháng càng thấp thì phần công suất tác dụng hữu ích mà chúng ta có thể sử dụng càng lớn.
Hệ số công suất và cosin phi
El hệ số công suất, còn được gọi là cosine phi (cos φ), là tỷ số giữa công suất tác dụng và công suất biểu kiến. Hệ số công suất phản ánh mức độ hiệu quả của việc lắp đặt sử dụng lưới điện. Nếu hệ số công suất là 1 thì điện áp và dòng điện hoàn toàn đồng bộ và không có công suất phản kháng. Trong thực tế, giá trị này thường thấp hơn, chẳng hạn như 0,85 hoặc 0,9, tùy thuộc vào cách cài đặt.
Nếu ông cosin phi nhỏ hơn 0,85 thì có thể xảy ra sự cố quá dòng, sụt áp và tổn thất bổ sung trong truyền tải điện, ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất năng lượng. Và trong nhiều trường hợp, các nhà khai thác mạng áp đặt hình phạt cho người tiêu dùng lớn với hệ số công suất thấp.
Các loại công suất phản kháng
Công suất phản kháng có thể được chia thành hai loại chính:
- Công suất phản kháng cảm ứng: Nó được tạo ra trong các thiết bị tạo ra từ trường, chẳng hạn như động cơ điện, máy biến thế và nam châm điện. Trong trường hợp này, dòng điện chậm hơn điện áp.
- Công suất phản kháng điện dung: Nó được tạo ra trong các bộ phận như tụ điện và một số loại đèn chiếu sáng hiện đại (đèn huỳnh quang và đèn LED). Ở đây, dòng điện dẫn điện áp.
Để giữ lại hệ số công suất Ở mức tối ưu, nhiều cơ sở công nghiệp sử dụng tụ điện pin, bù cho sự lệch pha do công suất phản kháng cảm ứng gây ra.
Tác động của công suất phản kháng đến hóa đơn tiền điện
Một trong những hậu quả trực tiếp nhất của việc có hệ số công suất thấp và nhiều công suất phản kháng trong hệ thống lắp đặt của bạn là tăng chi phí điện. Nhiều công ty bị ảnh hưởng hình phạt do đơn vị vận hành lưới áp đặt, đặc biệt khi hệ số công suất xuống dưới 0,85.
Ví dụ, ở Tây Ban Nha, người tiêu dùng lớn với công suất theo hợp đồng lớn hơn 15 kW, họ phải đặc biệt chú ý đến khía cạnh này, vì họ phải đối mặt với chi phí bổ sung cho mỗi kilovolt ampe phản kháng (kVAR) tiêu thụ nếu công suất phản kháng quá cao.
Điều thú vị cần lưu ý là nhiều khoản phụ phí này xảy ra vào ban đêm, khi các công ty có xu hướng ít hoạt động hơn và do đó tiêu thụ ít năng lượng hoạt động hơn. Điều này có thể khiến tỷ lệ năng lượng phản ứng tăng lên đáng kể trong giai đoạn này.
Cách giảm công suất phản kháng
Giảm công suất phản kháng là điều cần thiết để cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng của hệ thống lắp đặt và tránh các chi phí không cần thiết. Các biện pháp phổ biến nhất bao gồm:
- Lắp đặt các dàn tụ điện: Giải pháp phổ biến nhất để bù công suất phản kháng cảm ứng là lắp đặt tụ điện, thiết bị tạo ra công suất phản kháng điện dung để cân bằng độ lệch pha do thiết bị tạo ra bằng các cuộn dây.
- Máy tạo VAR: Các thiết bị này đưa dòng điện phản kháng vào mạng để kiểm soát sự dịch pha. Chúng có thể bù cả công suất phản kháng cảm ứng và điện dung.
- Bảo trì thiết bị đúng cách: Bảo trì tốt các thiết bị điện là điều cần thiết để tránh phát sinh công suất phản kháng không mong muốn. Một số thiết bị, chẳng hạn như động cơ được điều chỉnh kém hoặc hệ thống chiếu sáng huỳnh quang, có thể tạo ra nhiều công suất phản kháng hơn mức cần thiết.
Thiết bị tạo ra công suất phản kháng
Hầu hết các thiết bị tạo ra công suất phản kháng là những thiết bị sử dụng cuộn dây điện từ hoặc tụ điện. Trong số phổ biến nhất chúng tôi tìm thấy:
- Động cơ và máy nén, chẳng hạn như động cơ trong tủ lạnh, tủ đông và hệ thống điều hòa không khí.
- chiếu sáng với đèn huỳnh quang hoặc đèn LED, đặc biệt là những người lớn tuổi.
- Máy biến thế và nam châm điện dùng trong máy công nghiệp và đồ dùng gia đình.
Điều quan trọng cần lưu ý là ngay cả các thiết bị hàng ngày trong nhà, chẳng hạn như máy tính hoặc một số thiết bị gia dụng nhất định, cũng có thể tạo ra một lượng nhỏ công suất phản kháng, mặc dù nhìn chung các công ty lớn mới phải đối mặt với những vấn đề lớn nhất do mức tiêu thụ cao.
Khi công nghệ phát triển, chúng ta ngày càng tìm thấy nhiều thiết bị giúp bù đắp lượng công suất phản kháng thay vì tạo ra công suất phản kháng. Ví dụ, một số hệ thống HVAC hiện đại được thiết kế với khả năng bù đắp tích hợp để ngăn chặn độ trễ.
Đo công suất phản kháng
Không có thiết bị vật lý nào đo trực tiếp công suất phản kháng trong hệ thống lắp đặt điện. Thay vào đó, một công thức toán học được sử dụng có tính đến độ căng, cường độ và độ lệch pha giữa cả hai biến. các máy phân tích mạng điện Chúng là những công cụ cho phép ghi lại các giá trị này và tính toán công suất phản kháng.
Hơn nữa, ở nhiều khu vực, các công ty phân phối đo lường các giá trị này theo định kỳ để tính toán mức phạt tương ứng trên hóa đơn tiền điện, bất cứ khi nào mức tiêu thụ năng lượng phản ứng vượt quá giới hạn nhất định.
Lợi ích của việc giảm công suất phản kháng
Giảm công suất phản kháng có nhiều lợi ích cả về mặt kinh tế và vận hành. Trong số đó:
- Tiết kiệm hóa đơn tiền điện: Bằng cách giảm thiểu lượng công suất phản kháng, có thể tránh được các hình phạt liên quan đến hệ số công suất thấp.
- Kéo dài thời gian sử dụng của thiết bị: Công suất phản kháng thấp hơn có nghĩa là ít quá tải hơn trong các cơ sở, giúp giảm nguy cơ hỏng hóc.
- Tối ưu hóa dung lượng mạng: Bằng cách giảm công suất phản kháng, công suất được giải phóng trên lưới để mang thêm công suất tác dụng, nghĩa là có thể tăng sản lượng mà không cần tăng cơ sở hạ tầng điện.
Do đó, việc duy trì kiểm soát tốt công suất phản kháng không chỉ giúp tránh những chi phí không cần thiết mà còn nâng cao hiệu quả vận hành chung của hệ thống lắp đặt của bạn.