TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
LỜI NÓI ĐẦU
* * *
Cùng với quá trình phát triển kinh tế và xã hội của đất nước, nghành điện luôn phải đi
trước một bước trong công cuộc công nghiệp hóa. Các nhà máy xí nghiệp, các khu công
nghiệp ngày càng phát triển nhanh chóng đòi hỏi tiêu thụ công suất phản kháng càng
tăng, điều này làm giảm hệ số cos
ϕ
. Do đó hệ số công suất cos
ϕ
có giá trị nhỏ điều này
ảnh hưởng rất lớn đến các tham số kinh tế kỹ thuật của mạng điện như: Giảm chất lượng
điện áp, tăng tổn thất công suất và tăng đốt nóng dây dẫn, tăng tiết diện dây dẫn, hạn
chế khả năng truyền tải công suất tác dụng, không sử dụng hết khả năng của động cơ sơ
cấp, giảm chất lượng điện, tăng giá thành điện năng.
Vấn đề bù công suất phản kháng là giải pháp giảm tổn thất điện năng rất được coi
trọng ở các nước tiên tiến .Giải pháp này được quan tâm ngay từ khâu thiết kế, lựa chọn
thiết bị và dây truyền công nghệ sản xuất.
Với đề tài: “Tìm hiểu các thiết bị bù công suất phản kháng”, nhóm em đã cố gắng
tìm kiếm, học hỏi và tổng hợp để hoàn thành một cách tốt nhất đề tài. Song do kiến thức
còn hạn chế nên bài làm của nhóm em không thể tránh khỏi những thiếu sót, do vậy
nhóm em kính mong nhận được sự góp ý, bảo ban của thầy, cùng với sự giúp đỡ của các
bạn để nhóm em có thể hoàn thiện đề tài của mình và hoàn thành tốt việc học tập trong
nhà trường cũng như công việc sau này.
Nhóm em xin chân thành cảm ơn!
Tháng 9 năm 2014.
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG


CHƯƠNG III MÁY BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
3.1. Máy bù đồng bộ.
3.1.1. Cấu tạo
3.1.2. Nguyên lý làm việc cơ bản….
3.1.3. Đặc tính góc công suất phản kháng
3.1.4. Chế độ làm việc của máy bù đồng bộ
3.1.5. Công suất và khả năng bù của MBĐB
3.2. Động cơ không đồng bộ rotor dây quấn được đồng bộ hóa.
CHƯƠNG IV PHÂN PHỐI DUNG LƯỢNG BÙ TRONG MẠNG ĐIỆN
CHƯƠNG V – KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
1.1. Cơ sở lý thuyết về công suất phản kháng.
• Khái niệm công suất phản kháng : Công suất phản kháng (Công suất hư kháng,
công suất ảo) Q là một khái niệm trong ngành kỹ thuật điện dùng để chỉ phần công
suất điện được chuyển ngược về nguồn cung cấp năng lượng trong mỗi chu kỳ do
sự tích lũy năng lượng trong cá thành phần cảm kháng và dung kháng, được tạo
ra bởi sự lệch pha giữa hiệu điện thế u(t) và dòng điện i(t).[1]
• Khi u(t),i(t) biến đổi theo đồ thị hàm sin thì :
Q = U.I.sinφ (1.1)
Trong đó : - U,I : Giá trị hiệu dụng của u(t),i(t).
- φ : Pha lệch giữa u(t),i(t).
• Công suất phản kháng Q là phần ảo của công suất biểu kiến S :
S = P + iQ (1.2)
• Đơn vị đo Q là VAr ( Volt Amperes ractive ).
1.2. Sự tiêu thụ công suất phản kháng.
Trên lưới điện, công suất phản kháng (CSPK) được tiêu thụ ở : Động cơ không đồng
bộ, máy biến áp, kháng điện trên đường dây tải điện và ở các phần tử, các thiết bị có liên

– 0,9 hoặc cao hơn nữa. Vì lý do kinh tế người ta không chế tạo các máy phát có khả năng
phát nhiều CSPK cho phụ tải. Các máy phát chỉ đảm đương một phần nhu cầu CSPK của
phụ tải, phần còn lại do các thiết bị bù đảm trách (Máy bù đồng bộ, tụ điện).
Ngoài ra trong hệ thống điện nói chung, phải kể đến một nguồn phát CSPK nữa, đó là
các đường dây tải điện, đặc biệt là các đường cáp và đường dây siêu cao áp.
Tuy nhiên ở đây ta chỉ xét đến lưới điện phân phối, do vậy chỉ lưu ý đến các trường
hợp đường dây 35 kV dài và các đường cáp ngầm. Nhưng CSPK phát ra từ các phần này
5
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
cũng không đáng kể nên nguồn CSPK chính trong lưới phân phối vẫn là tụ điện, động cơ
đồng bộ và máy bù.[2]
1.4. Bù công suất phản kháng.
1.4.1. Tiêu chí kỹ thuật.
a) Yêu cầu về cosφ.
Phụ tải của các hộ gia đình thường có hệ số công suất cao, thường là gần bằng 1, do
đó mức tiêu thụ CSPK rất ít không thành vấn đề lớn cần quan tâm .Trái lại, các xí nghiệp,
nhà máy, phân xưởng…đại bộ dùng động cơ không đồng bộ, là nơi tiêu thụ chủ yếu CSPK.
Hệ số công suất của động cơ không đồng bộ phụ thuộc vào điều kiện làm việc của động
cơ, các yếu tố chủ yếu như sau :
• Dung lượng của động cơ càng lớn thì hệ số công suất càng cao, suất tiêu thụ CSPK
càng nhỏ.
• Hệ số công suất của động cơ phụ thuộc vào tốc độ quay của động cơ, nhất là đối
với các động cơ nhỏ.
• Hệ số công suất của động cơ không đồng bộ phụ thuộc rất nhiều vào hệ số phụ tải
của động cơ, khi quay không tải lượng CSPK cần thiết cho động cơ không đồng bộ
cũng đã bằng 60% – 70% lúc tải định mức.
b) Đảm bảo mức điện áp cho phép.
Khi có điện chạy trong dây dẫn thì bao giờ cũng có điện áp rơi, cho nên điện áp ở
từng điểm khác nhau trên lưới không giống nhau. Tất cả các thiết bị tiêu thụ điện đều
được chế tạo để làm việc tối ưu với một điện áp đặt nhất định, nếu điện áp đặt trên đầu

b) Chi phí khi đặt bù.
• Vốn đầu tư và chi phí vận hành cho trạm bù.
• Tổn thất điện năng trong tụ bù.
Kết luận
7
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Qua quá trình tìm hiểu, nghiên cứu và phân tích chúng ta thấy được rằng :
CSPK là một phần không thể thiếu của MBA, động cơ điện, đèn huỳnh quang…
Tuy nhiên do truyền tải trên đường dây lại gây ảnh hưởng đến hao tổn điện năng,
hao tổn điện áp, làm tăng công suất truyền tải dẫn đến tăng chi phí lắp đặt…, vì vậy phải
có những biện pháp để giảm lượng công suất này. Một trong những biện pháp đơn giản
và hiệu quả nhất đó là bù CSPK, sau khi bù sẽ làm cải thiện được các nhược điểm trên.
Việc bù CSPK có thể được thực hiện bằng các nguồn bù khác nhau, tuy nhiên qua
phân tích và với sự ứng dụng của khoa học kỹ thuật thì việc sử dụng tụ bù tĩnh là hiệu
quả hơn, vì vậy mà nó được ứng dụng rộng rãi.
Khi tiến hành bù CSPK có thể phân chia thành 2 chỉ tiêu bù :
• Bù theo kỹ thuật tức là nhằm nâng cao điện áp nằm trong giới hạn cho phép.
• Bù kinh tế nhằm giảm hao tổn điện năng trên đường dây từ đó sẽ đưa đến lợi ích
kinh tế.
Tuy nhiên trong quá trình thực hiện bù, không thể tách biệt 2 phương pháp này mà
nó hỗ trợ lẫn nhau.[2]
8
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
CHƯƠNG II
TỤ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Tổn thất điện áp của lưới điện phụ thuộc rất nhiều vào công suất truyền tải và thông
số đường dây. Khi vận hành phải đảm bảo sao cho sự thay đổi điện áp tại vị trí trên lưới
so với định mức nằm trông phạm vi điện áp cho phép.
Trong lưới truyền tải điện, chúng ta sử dụng các thiết bị bù (SVC, STATCOM, tụ bù
ngang, tụ bù dọc, kháng bù ngang…) nhằm mục đích cải thiện điện áp các nút, ngoài ra

bù
.
2.1.2. Cấu tạo, đặc điểm.
Các bản cực tụ điện thường được làm bằng các lá kim loại được cách điện bởi các
màng giấy mỏng tẩm dung môi và được cuốn lại với nhau thành các lớp xen kẽ và được
nhúng trong dầu cách điện. Để có các bộ tụ cao áp, người ta ghép nối nhiều ổ tụ nhỏ để
chia đều điện áp đặt lên mỗi tổ tụ.
Đặc điểm của phương pháp dùng tụ bù ngang :
• Chỉ phát Q nên có tác dụng tăng điện áp.
• Điều chỉnh điện áp theo từng cấp cố định tùy theo dung lượng bù.
• Lượng Q phát ra phụ thuộc vào điện áp lưới.
2.1.3. Ví dụ về hệ thống tụ bù tại trạm Sóc Sơn.
a) Số liệu cả dàn tụ :
• Công suất : 62,5 MVAr.
• Điện áp định mức : 123 kV.
• Sơ đồ nối : YY không nối đất.
• Tổng số bình tụ : 66 bình.
b) Thông số từng bình tụ :
• Công suất : 947 KVAr.
• Điện dung : 72,32 mF.
• Điện áp định mức : 6456,50 Hz.
Sơ đồ nguyên lý :
10
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý.
c) Các bảo vệ chính như :
• Bảo vệ quá dòng : Tụ không chịu được dòng liên tục vượt quá dòng định mức theo
hệ số quy định.
• Bảo vệ kém dòng : Đề phòng điện dung của tụ bị giảm quá mức dẫn tới sự cố.
• Bảo vệ dòng không cần bằng : Không vượt quá 20% giá trị dòng vận hành.

• Cấu trúc nguyên lý của cuộn kháng tương tự như của máy biến áp, nhưng vì
tất cả dòng chảy vào quận kháng là dòng kích từ (dòng không tải) nên nếu
dùng khung từ như máy biến áp thông thường, nó sẽ bão hòa rất nhanh, trở
kháng của cuộn kháng sẽ rất lớn và dòng chảy qua quận kháng sẽ nhỏ.
• Trong quận kháng, đường khép mạch từ khác so với máy biến áp. Mạch từ
được khép kín qua khe hở của không khí (từ thông được khép vòng qua không
khí) nhằm tránh bão hòa nhanh cho khung từ. Muốn được như vậy trong phần
ứng của cuộn kháng bằng thép, người ta tạo rất nhiều những khoảng trống
bằng nêm chèn vào trong lõi thép.[3]
2.2.3. Cuộn kháng tại trạm Hà Tĩnh.
Cuộn kháng 500 kV do hãng ABB chế tạo đóng vai trò bù ngang hệ thống truyền tải
đường dây 500 kV Bắc – Nam .
• Công suất : 128 MVAr.
• Trở kháng : 30,5 W.
12
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Hình 2.4. Sơ đồ lắp đặt.
Các công việc bảo dưỡng kiểm tra :
• Thường xuyên kiểm tra bên ngoài của bề mặt kháng, làm sạch bụi bẩn.
• Kiểm tra dò dầu tại những điểm nối trong hệ thống dẫn dầu, nếu cần phải xiết lại.
• Kiểm tra bình silicagen: Khi 2/3 lượng silicagen đổi mầu thì phải thay thế.
• Kiểm tra mức dầu trên bình dầu phụ có phù hợp với bảng chỉ thị không.
• Kiểm tra nhiệt độ của dầu cách điện và cuộn dây.
• Thường xuyên kiểm tra và làm sạch bề mặt bộ phận làm mát, nếu cần thiết phải
phun nước với áp lực cao.
• Với sứ cao áp: Thường xuyên làm sạch bụi bẩn. Để tránh tăng nhiệt độ tại chỗ tiếp
xúc điện, cần kiểm tra và xiết lại các bu lông, đai ốc tại đầu cốt. Nếu có thể, dùng
camera quan sát nhiệt độ tại chỗ tiếp xúc.[3]
2.3. Tụ bù dọc.
2.3.1. Chức năng tác dụng.

TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Như vậy, U sẽ giảm khi lắp thêm tụ bù dọc.[3]
2.3.3. Giới thiệu về tụ bù dọc tại trạm 500 kV Hà Tĩnh.
a) Sơ đồ nguyên lý tổ hợp tụ bù dọc 1 pha :
Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý tổ hợp tụ bù dọc(1 pha).
1 – Tụ điện. 4 – Máy cắt.
15
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
2 – Khe hở phóng điện. 5 – Mạch cảm dịu.
3 – Điện trở phi tuyến.
b) Chức năng của các thiết bị trên dàn tụ :
• Khe hở phóng điện : Làm việc dựa trên sự quá điện áp của khe hở, dùng để bảo vệ
quá áp dàn tụ.
• Điện trở phi tuyến Varisto : Đấu song song với tụ là tổ hợp điện trở phi tuyến MOV,
ở điện áp làm việc, MOV có điện trở rất cao và không cho dòng chạy qua, khi có
điện áp tới ngưỡng của MOV, điện trở của nó bằng không và dòng sẽ chạy qua nó.
MOV có tác dụng hạn chế điện áp của tổ hợp tụ trong trị số giới hạn (khi có ngắn
mạch, dòng điện chạy qua tụ sẽ vượt nhiều lần so với dòng định mức của tụ hệ quả
xuất hiện quá điện áp đột biến đối với các bình tụ).
• Mạch cảm dịu : Dùng để giới hạn và dập tắt dòng hồ quang phóng qua khe hở tới
giá trị đảm bảo an toàn cho các thiết bị khác của tổ hợp tụ. Mạch cảm dịu sẽ dập
tắt các dao động phóng sao cho biên độ phóng lần thứ hai nhỏ hơn 50% lần phóng
thứ nhất.
• Máy cắt tụ : Đấu song song với giàn tụ. Khi máy cắt đóng, giàn tụ bị nối ngắn mạch
và bị tách ra khỏi vận hành. Khi máy cắt mở sẽ đưa giàn tụ vào vận hành.
c) Các thông số kỹ thuật :
Thông số của cả dàn tụ :
• Điện áp hệ thống : 500 kV. ● Số nhánh song song : 2.
• Tần số : 50 Hz. ● Điện dung sai lệch cho phép ở 20º : ± 3%.
• Công suất : 91,5 MVAr. ● Số bình tụ song song trong 1 pha: 5 + 5.

nó được dùng để điều chỉnh điện áp và tăng khả năng ổn định của hệ thống điện. Yếu tố
static cho thấy, SVC sử dụng các thiết bị không chuyển động hay nói rõ hơn là sử dụng
các thiết bị điện tử công suất để điều chỉnh thông số thiết bị hơn là sử dụng máy cắt và
dao cách ly.
SVC là thiết bị tự động điều chỉnh điện kháng, được chế tạo để điều chỉnh điện áp tại
các nút đặt SVC và điều chỉnh điện kháng. Nếu hệ thống thừa công suất phản kháng hay
điện áp tại các nút cao hơn giá trị cho phép , SVC sẽ đóng vai trò là các kháng bù ngang.
Khi đó, SVC sẽ tiêu thụ công suất phản kháng từ hệ thống và hạ thấp điện áp tại nút điều
chỉnh.
17
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Ngược lại, nếu hệ thống thiếu công suất phản kháng, các tụ bù ngang sẽ được tự động
đóng vào. Do đó, công suất phản kháng được bơm thêm vào hệ thống, điện áp của nút
được cải thiện.
SVC cũng thường được đặt tại các vị trí có tải thay đổi nhiều với tốc độ cao, như lò
điện. SVC dùng để làm trơn dao động điện áp.
Hình 2.8. Sơ đồ 1 sợi của một SVC, một cuộn dây điện cảm được điều khiển bằng
thyristor(TCR) được nối với ba bộ tụ đóng cắt bằng cơ khí.
2.4.1. Cấu tạo.
SVC gồm 3 bộ phận chính:
• TCR (Thyristor Controlled Reactor): Đây là quận kháng có điều khiển, cho phép
điều khiển lượng CSPK tiêu thụ trên X
K
bằng cách dùng thyristor để điều khiển
dòng điện chạy qua X
K
.
• TSR (Thyristor Switched Reactor) : Đây là quận kháng được đóng mở trực tiếp
bằng thyristor.
• TSC(Thyristor Switched Capacitor): Đây là tụ điện được đóng mở trực tiếp bằng

thường được đặt trong nhà.
19
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
2.4.4. Lợi ích.
Lợi ích chính của việc sử dụng SVC so với các tụ bù được đóng cắt cơ khí là chũng
phản ứng gần như tức thời với sự thay đổi điện áp của hệ thống. Vì lý do này, chũng
thường hoạt động ở gần sát nút điều chỉnh để đạt hiệu quả điều chỉnh cao nhất khi có
nhu cầu. SVC nói chung rẻ hơn, có dung lượng cao hơn, điều chỉnh nhanh hơn và tin cậy
hơn so với các thiết bị bù khác như máy bù đồng bộ.[5]
2.5. STATCOM.
STATCOM là một thiết bị chuyển đổi nguồn áp (VSI – Voltage – Source Inverter), nó
chuyển đổi nguồn áp một chiều thành điện áp xoay chiều để bù CSPK cho hệ thống.
STATCOM là một thiết bị bù ngang, nó điều khiển điện áp tại vị trí nó lắp đặt đến giá trị
cài đặt (Vref) thông qua việc điều chỉnh điện áp và góc pha từ STATCOM.
Hình 2.9. Cấu trúc cơ bản của STATCOM.
Bằng cách khống chế điện áp của STATOM, cùng pha với điện áp hệ thống, nhưng có
biên độ lớn hơn, dòng điện và CSPK chạy từ STATCOM vào hệ thống, để nâng điện áp lên.
Ngược lại,nếu điều khiển điện áp của STATCOM thấp hơn điện áp hệ thống, dòng điện và
dòng công suất chạy từ lưới vào STATCOM, do vậy hạn chế quá điện áp trên lưới điện.[6]
20
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
CHƯƠNG 3
MÁY BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
3.1. Máy bù đồng bộ.
Máy bù đồng bộ thực chất là động cơ điện đồng bộ làm việc ở chế độ không tải với
dòng kích từ được điiều chỉnh để phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng Q, do đó duy
trì được điện áp quy định của lưới điện ở khu vực tập trung hộ dùng điện.
Máy bù đồng bộ thường được đặt tập trung ở những điểm quan trọng của hệ thống
điện.
3.1.1. Cấu tạo.

hình và ghép trên giá đỡ rôto. Cực từ đặt trên rôto ghép bằng các lá thép dày từ 1-1,5
mm.
22
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Dây quấn kích thích được quấn định hình vào lồng và thân cực từ (Hình 3.1).
Trên bề mặt cực từ có một bộ dây quấn ngắn mạch, như dây quấn lồng sóc của máy
điện không đồng bộ (Hình 3.2)
3.1.2. Nguyên lý làm việc cơ bản.
Khi ta đưa dòng điện kích thích một chiều i
t
vào dây quấn kích thích đặt trên cực từ,
dòng điện i
t
sẽ tạo nên một từ thông Φ
t.
Nếu ta quay rôto lên đến tốc độ n (vg/ph), thì từ
trường kích thích sẽ quét qua dây quấn phần ứng và cảm ứng nên trong dây quấn đó
suất điện động và dòng điện phần ứng biến thiên với tần số f
1
= p.n/60. Trong đó p là số
cặp cực của máy.
Với máy điện đồng bộ ba pha, dây quấn phần
ứng nối sao (Y) hoặc nối tam giác (Δ) như hình 3.3.
Khi máy làm việc dòng điện phần ứng I
ư
chạy
trong dây quấn 3 pha sẽ tạo nên một từ trường
quay. Từ trường này quay với tốc độ đồng bộ n
1
=

3.1.4. Chế độ làm việc của máy bù đồng bộ.
• Chế độ quá kích thích.
Chế độ làm việc bình thường (giờ cao điểm) của máy bù đồng bộ là chế độ quá kích
thích (tăng kích từ) phát công suất điện cảm vào lưới điện hay nói cách khác đi, tiêu thụ
công suất điện dung của lưới điện. Ở trường hợp này máy bù đồng bộ có tác dụng như
một bộ tụ điện làm tăng cos
ϕ
và bù điện áp rơi trên lưới điện, được gọi là máy phát công
suất phản kháng.
• Chế độ thiếu kích thích.
Khi tải của các hộ dùng điện giảm, ví dụ về đêm hoặc vào những giờ thấp điểm, điện
áp của lưới tăng thì cho máy bù đồng bộ làm việc ở chế độ thiếu kích thích (giảm dòng
kích từ), tiêu thụ công suất phản kháng (điện cảm) của lưới điện và gây thêm điện áp rơi
trên đường dây để duy trì điện áp khỏi tăng quá mức quy định. Việc điều chỉnh dòng điện
kích thích để duy trì điện áp của lưới (ở đầu cực của máy bù đồng bộ) không đổi, thường
được tiến hành tự động. Máy bù đồng bộ tiêu thụ rất ít công suất tác dụng vì công suất
tác dụng dùng để bù vào các tổn hao công trong nó.
3.1.5. Công suất và khả năng bù của máy bù đồng bộ.
24
TÌM HIỂU CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
Công suất định mức của máy bù đồng bộ được quy định ứng với chế độ làm việc quá
kích thích có trị số : S
đm
= mU
đm
I
đm
(3.4)
Khi làm việc ở chế độ thiếu kích thích tối đa, công suất của máy bằng :
S’ = mU