Giáo trình Mô đun 20: Cung cấp điện - Điện công nghiệp

 30%, tra sổ tay tìm được hệ số sử dụng 
ksd = 0,48. 
179 
Lấy hệ số dự trữ k = 1,3 và hệ số tính toán Z = 1,1. Xác định được quang 
thông mỗi đèn là: 
 (lumen) 2483 
36.0,48
0.1,11,3.30.100
 n.k 
 kESZ
 F
sd
 Tra bảng chọn bóng sợi đốt 200W có F = 2528 lumen. 
Ngoài chiếu sáng trong nhà xưởng, còn đặt thêm 4 bóng 100W cho 2 phòng 
thay quần áo và 2 phòng WC. Tổng công suất chiếu sáng toàn xưởng là: 
 P = 36 x 200 + 4 x 100 = 7600 (W) = 7,6 (kW) 
2. Thiết bị lưới điện chiếu sáng: 
Đặt riêng 1 tủ chiếu sáng cạnh cửa ra vào lấy điện từ tủ phân phối phân xưởng 
về. Tủ gồm 1 áptômát ba pha và 10 áptômát nhánh một pha, mỗi áptômát cấp điện 
cho 4 bóng đèn. Sơ đồ cấp điện trên mặt bằng và sơ đồ nguyên lý như hình 4.4 và 
4.5. 
- Chọn áptômát đặt tại tủ phân phối và áptômát đặt tại tủ chiếu sáng. 
 A)(56,11
1.38,0.3
6,7
cos .U.3
P
 I
dm
tt 
tt 
- Chọn dùng áptômát 3 pha 50A do Clipsal chế tạo có thông số ghi trong bảng: 
Tên áptômát Mã số 
Uđm 
(V) 
Iđm 
(A) 
Số 
cực 
Icđm 
(kA) 
Áptômát tổng và Áptômát nhánh 
đặt tại tủ phân phối 
G4CB3050C 400 50 3 6 
- Chọn cáp từ tủ phân phối đến tủ chiếu sáng: 
 Chọn cáp đồng 4 lõi vỏ PVC do Clipsal chế tạo, tiết diện 6mm2 có Icp = 45 
(A) PVC(3 x 6 + 1,4) 
 k1k2Icp = 1 . 1 . 45 Itt = 11,56 (A) 
 - Chọn áptômát nhánh: A)(64,3
1220
204
 I tt 
x
x
Tên áptômát Mã số 
Uđm 
(V) 
Iđm 
(A) 
Số cực 
Icđm 
(kA) 
Số 
lượng 
Áptômát nhánh G4CB2010C 400 10 2 6 10 
 - Chọn dây dẫn từ áptômát nhánh đến cụm 4 đèn: 
Với Itt = 3,64A chọn dây đồng bọc nhựa, tiết diện 2,5mm
2 có Icp = 27A M (2 x 
2.5) 
Kiểm tra dây dẫn kết hợp áptômát bảo vệ: 
180 
+ Với dây PVC(3 x 6 + 1,4): 
 A)(6,41
5,1
50.25,1
)A(45 
 A)(33,8
5,1
10.25,1
)A(27 
+ Với dây M (2 x 2.5): 
Hình 4-5. Sơ đồ nguyên lý mạng chiếu sáng xưởng cơ khí 
TO-50EC-50A 
ĐL1 ĐL2 
50A 
Tủ PP 
ĐL3 ĐL4 
PVC (3X6+1.4) 
10xQCE-10A 
Tủ CS 
181 
2. Nâng cao hệ số công suất 
Mục tiêu: 
- Chọn được giải pháp nâng cao hệ số công suất phù hợp tình hình thực tế, 
theo tiêu chuẩn Việt Nam. 
- Tính chọn được tụ bù thích hợp để nâng cao được hệ số công suất. 
2.1. Hệ số công suất (cos ) và ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất 
a. Hệ số công suất 
Các đại lượng biểu diễn công suất có liên quan mật thiết với nhau qua tam giác 
công suất. 
Trị số của góc có ý nghĩa rất quan trọng: 
- Nếu  thì P, Q; khi = 0 thì P  S, Q = 0 
- Nếu  thì P, Q; khi = 90o thì Q  S, P = 0 
Trong nghiên cứu và tính toán thực tế người ta thường dùng khái niệm hệ số 
công suất (cos ) thay cho góc giữa S và P ( ). 
Khi cos càng nhỏ (tức càng lớn) thì lượng công suất phản kháng tiêu thụ 
(hoặc truyền tải) càng lớn và công suất tác dụng càng nhỏ, ngược lại cos càng lớn 
(tức càng nhỏ) thì lượng Q tiêu thụ (hoặc truyền tải) càng nhỏ. 
Lượng Q truyền tải trên lưới điện các cấp từ nhà máy điện đến hộ tiêu thụ càng 
lớn càng gây tổn thất lớn trên lưới điện. 
b. Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất 
Các xí nghiệp công nghiệp sử dụng nhiều động cơ không đồng bộ ba pha, 
thường xuyên non tải hoặc không tải, tiêu thụ lượng Q rất lớn, cos thấp. Ví dụ các 
xí nghiệp cơ khí thường có cos = 0,5  0,6. Lượng Q mà các xí nghiệp công 
nghiệp tiêu thụ chiếm khoảng 65%  70% tổng công suất Q phát ra từ các nhà máy 
điện. 
Hình 4-7. Tam giác công suất 
S: Công suất toàn phần 
P: Công suất tác dụng 
Q: Công suất phản kháng 
 : Góc giữa S và P 
S Q 
P 
182 
 Nếu các xí nghiệp công nghiệp, bằng các giải pháp kỹ thuật nâng cao cos , 
nghĩa là làm giảm lượng công suất phản kháng truyền tải trên lưới điện từ các nhà 
máy điện đến xí nghiệp, thì sẽ dẫn tới làm tăng tính kinh tế vận hành lưới điện. Cụ 
thể là: 
+ Làm giảm tổn thất điện áp trên lưới điện: 
Giả thiết công suất tác dụng không đổi, cos của xí nghiệp tăng từ cos 1 lên 
cos 2, nghĩa là lượng công suất phản kháng truyền tải giảm từ Q1 xuống Q2. Khi 
đó, do Q1 Q2 
U
XQPR
U 11
 2
2 U
U
XQPR
+ Làm giảm tổn thất công suất trên lưới điện: 
Z
U
QP
S
2
2
1
2
1
 22
2
2
2
SZ
U
QP
+ Làm giảm tổn thất điện năng trên lưới điện: 
.
2
2
1
2
1 R
U
QP
A
 RAR
U
QP
.. 22
2
2
2
  
Ta thấy S và A giảm tỉ lệ với bình phương lượng giảm Q. 
+ Làm tăng khả năng tải của đường dây và máy biến áp: 
Từ hình MĐ 19-05-08 nhận thấy S2 S1, nghĩa là đường dây và máy biến áp 
chỉ cần tải công suất S2 sau khi giảm lượng Q truyền tải. Nếu đường dây và máy 
biến áp đã chọn để tải S1 thì với Q2 có thể tải lượng P lớn hơn (xem hình 4.8). Điều 
này cho thấy, khi làm giảm Q có thể làm tăng khả năng tải công suất P từ P1 lên P2 
của đường dây và máy biến áp. 
Hình 4-8. Trị số Q tương ứng với trị số góc 
 2 
 1 
S1 
S2 Q2 
Q1 
(Q1 - Q2) = QB 
Q2 
P2 P1 
183 
2.2. Các giải pháp bù cos tự nhiên 
Bù cos tự nhiên cũng là một thuật ngữ chỉ những giải pháp không cần đặt 
thiết bị bù mà đã làm tăng được trị số cos . Đó chính là những giải pháp đơn giản, 
rẻ tiền làm giảm lượng tiêu thụ Q của xí nghiệp. Các giải pháp bù cos tự nhiên 
thường dùng là: 
a. Thay động cơ thường xuyên non tải bằng động cơ có công suất bé hơn 
Trị số cos của động cơ tỉ lệ với hệ số tải của động cơ, động cơ càng non tải 
thì cos càng thấp. 
Mỗi xí nghiệp công nghiệp lớn có hằng ngàn động cơ các loại, nếu các động 
cơ thường xuyên non tải được thay bằng động cơ có công suất nhỏ hơn (làm cho hệ 
số tải tăng lên) thì sẽ làm cho cos từng động cơ tăng lên dần đến cos của toàn xí 
nghiệp tăng lên đáng kể. 
Ví dụ, động cơ máy tiện 10kW, nhưng do quá trình gia công chỉ cần sử dụng 
công suất 5,5kW, khi đó hệ số tải: 
 55,0
10
5,5
 tk 
Nếu thay động cơ máy tiện 10kW bằng động cơ 7kW sẽ có hệ số tải là: 
 8,0
7
5,5
 tk 
Kinh nghiệm chỉ ra rằng: 
+ Với những động cơ có kt 0,45 thì nên thay. 
+ Với những động cơ có kt 0,75 thì không nên thay. 
+ Với những động cơ có kt = 0,45  0,75 thì cần phải so sánh kinh tế 2 
phương án: thay và không thay, xem phương án nào có lợi hơn, sau đó mới quyết 
định có thay động cơ non tải đó bằng động cơ có công suất nhỏ hơn không. 
b. Tăng cường chất lượng sửa chữa động cơ 
Động cơ sau khi sửa chữa thường có cos thấp hơn so với trước sửa chữa, 
mức độ giảm thấp cos tùy thuộc vào chất lượng sửa chữa động cơ. 
Mỗi xí nghiệp lớn thường xuyên có hằng trăm động cơ thay nhau sửa chữa, 
chính vì thế ở những xí nghiệp này phải xây dựng phân xưởng sửa chữa cơ khí, 
chủ yếu làm nhiệm vụ sửa chữa động cơ. 
Nếu chất lượng sửa chữa đảm bảo sẽ góp phần không nhỏ vào việc giảm mức 
tiêu thụ Q của động cơ sau sửa chữa và góp phần làm tăng cos của xí nghiệp. Vì 
thế, tăng cường chất lượng sửa chữa động cơ rất cần được các xí nghiệp công 
nghiệp lưu ý đúng mức. 
184 
Tóm lại, bằng các giải pháp tổng hợp và đồng bộ kể trên, chắc chắn sẽ giúp 
cho cos của xí nghiệp được nâng cao trước khi sử dụng các thiết bị bù, điều này 
đem lại lợi ích kinh tế rõ rệt cho các xí nghiệp. 
Ví dụ: một xí nghiệp cơ khí cỡ trung bình, qui mô có tổng công suất tính toán 
là P = 10.000 kW, cos = 0,5 thì lượng Q tiêu thụ sẽ là: 
 Q = P.tg = 10.000 x 1,732 = 17,320 (kVAr) 
Giả sử sử dụng các giải pháp bù nhân tạo nêu trên nâng được cos lên 0,6, 
khi đó lượng Q tiêu thụ chỉ còn: 
 Q = 10.000 x 1,33 = 13,300 (kVAr) 
Nghĩa là giảm được một lượng tiêu thụ Q là: 
 17,320 - 13,300 = 4,020 (kVAr) 
Như vậy xí nghiệp bớt được khoản tiền mua, lắp đặt, quản lý, bảo dưỡng 
4,020 (kVAr) tự bù. 
2.3. Các thiết bị bù cos 
Bù cos tại xí nghiệp là một thuật ngữ của ngành điện, thực chất là xí nghiệp 
tự đặt thiết bị phát ra Q để tự túc một phần hoặc toàn bộ nhu cầu tiêu thụ Q trong 
xí nghiệp, làm giảm lượng Q truyền tải trên lưới điện cung cấp cho xí nghiệp. 
Thiết bị để phát ra Q thường dùng trên lưới điện là máy bù và tụ bù. Máy bù, 
hay còn gọi là máy bù đồng bộ, là động cơ đồng bộ chạy quá kích thích chỉ phát ra 
Q. Ưu khuyết điểm của hai loại thiết bị bù này giới thiệu trong (bảng 4-3) 
Bảng 4-3. So sánh đặc tính kinh tế kỹ thuật của máý bù và tụ bù. 
Máy bù Tụ bù 
Cấu tạo, vận hành, sửa chữa phức tạp Cấu tạo, vận hành, sửa chữa đơn giản 
Đắt Rẻ 
Tiêu thụ nhiều điện năng 
 P = 5%Qb 
Tiêu thụ ít điện năng 
 P = (2 5)%Qb 
Tiếng ồn lớn Yên tĩnh 
Điều chỉnh Qb trơn Điều chỉnh Qb theo cấp 
Qua bảng so sánh trên, ta nhận thấy tụ bù có nhiều ưu điểm hơn máy bù, 
nhược điểm duy nhất của tụ là công suất Qb phát ra không trơn mà thay đổi thay 
cấp (bậc thang) khi tăng, giảm số tụ bù. Tuy nhiên, điều này không quan trọng vì 
bù cos mục đích là làm sao cho cos của xí nghiệp lớn hơn cos quy định là 0,85 
chứ không cần có trị số thật chính xác. Thường bù cos lên trị số từ 0,9 đến 0,95. 
185 
Tóm lại, trên lưới điện xí nghiệp công nghiệp, dịch vụ và dân dụng chỉ nên bù 
bằng tụ điện. 
2.4. Phân phối tối ưu công suất bù trên lưới điện xí nghiệp 
a. Xác định tổng công suất phản kháng cần phải bù 
Từ Hình MĐ 19-05-02, nếu công suất tác dụng không thay đổi thì: 
- Ứng với cos 1 có: 
 Q1 = P.tg 1 
- Ứng với cos 2 có : 
 Q2 = P.tg 2 
Công suất cần bù tại xí nghiệp để nâng hệ số công suất của xí nghiệp từ cos 1 
lên cos 2 là: 
 Qb = Q1 - Q2 = P.tg 1 - P.tg 2 
 Qb = P(tg 1 - tg 2) (4-5) 
Trong đó: P là công suất tác dụng tính toán của xí nghiệp (kW) 
b. Phân phối tối ưu công suất bù 
(Hình 4-9). giới thiệu các vị trí có thể đặt tụ bù cos trên lưới điện xí nghiệp. 
Hình 4-9. vị trí đặt tụ bù trên lưới điện xí nghiệp 
TPP 
2 
Đ Đ 
4 4 
3 
Đ Đ 
4 4 
3 
Đ Đ 
4 4 
3 
TĐL TĐL TĐL
1 
186 
1. Đặt tụ bù phía cao áp của xí nghiệp: đặt tại vị trí này có lợi là giá thành tụ cao áp 
thường rẻ hơn tụ hạ áp, tuy nhiên chỉ làm giảm tổn thất điện năng từ 1 trở lên lưới 
điện, không giảm được tổn thất điện năng trong trạm biến áp và lưới hạ áp xí 
nghiệp. 
 2. Đặt tụ bù tại thanh cái hạ áp của trạm biến áp xí nghiệp. Tụ điện đặt tại vị 
trí này, so với vị trí 1, làm giảm thêm tổn thất điện năng trong trạm biến áp và cũng 
không giảm được tổn thất điện năng trên lưới hạ áp xí nghiệp. 
 3. Đặt tụ bù tại tủ động lực. Đặt tụ bù tại các vị trí này làm giảm được tổn 
thất điện năng trên các đường dây từ tủ phân phối tới các tủ động lực và trong trạm 
biến áp xí nghiệp. 
 4. Đặt tụ bù tại cực của tất cả động cơ. Đặt tụ bù tại cực của động cơ có lợi 
nhất về giảm tổn thất điện năng, tuy nhiên vốn đầu tư sẽ cao và tăng chi phí quản 
lý, vận hành, bảo dưỡng tụ. 
 Đặt tụ bù ở những vị trí nào với công suất bao nhiêu là lời giải của bài toán 
“Phân phối tối ưu thiết bị bù trong lưới điện xí nghiệp”. Giải chính xác bài toán 
này rất khó khăn và phức tạp. 
 Trong thực tế, để bù cos cho xí nghiệp, người ta tiến hành bù như sau: 
 1. Với một xưởng sản xuất hoặc xí nghiệp nhỏ nên đặt tập trung tụ bù tại 
thanh cái hạ áp trạm biến áp xí nghiệp. 
 2. Với xí nghiệp loại vừa có một trạm biến áp và một số phân xưởng với 
công suất khá lớn và khá xa trạm biến áp, để giảm tổn thất điện năng trên đường 
dây từ trạm biến áp đến các phân xưởng có thể đặt phân tán tụ bù tại các tủ phân 
phối phân xưởng và tại cực động cơ có công suất lớn (năm bảy chục kW). 
 3. Với xí nghiệp qui mô lớn bao gồm hàng chục phân xưởng, thường lưới 
điện khá phức tạp bao gồm trạm phân phối trung tâm và nhiều trạm biến áp phân 
xưởng, khi đó để xác định vị trí và công suất bù thường tính theo hai bước: 
• Bước 1: xác định công suất bù đặt tại thanh cái hạ áp tất cả các trạm biến 
áp phân xưởng. 
• Bước 2: phân phối công suất bù của từng trạm (đã xác định được từ bước 
1) cho các phân xưởng mà trạm biến áp đó cấp điện. 
 4. Cũng có thể xét đặt tụ bù toàn bộ phía cao áp. hoặc một phần bù bên cao 
áp và một phần bù bên hạ áp tùy thuộc vào độ chênh lệch giá tụ cao và hạ áp. 
 Trong trường hợp bù tụ nhiều điểm (trường hợp 2 và 3), công suất bù tối ưu 
tại điểm thứ i nào đó xác định theo biểu thức: 
i
td
R
R
)Q(Q - Q Q bibi  (4-6) 
187 
Trong đó: 
 iQ là công suất phản kháng yêu cầu tại nút i. 
 Q là tổng công suất phản kháng yêu cầu 
 bQ là tổng công suất bù, xác định theo (4.5) hoặc theo bước 1 của 
trường hợp 3. 
 iR là điện trở nhánh đến vị trí nút i. 
 tdR là điện trở tương đương của lưới điện. 
Chú ý: ở biểu thức (4.6) khi giải ra chỉ lấy giá trị dương ( 0), nếu khi giải ra 
xuất hiện giá trị âm thì có nghĩa là tại đó không nên đặt tụ bù, tại đó Qb = 0, ta bỏ 
ẩn đó đi và giải lại bài toán (n – 1) ẩn, cứ thế cho đến khi nào được một tập nghiệm 
dương. 
+ Ví dụ 
Xí nghiệp cơ khí gồm biến áp phân xưởng có mặt bằng và số liệu phụ tải cho trong 
hình MĐ 19-05-10. Yêu cầu đặt tụ bù bên cạnh các tủ phân phối của biến áp phân 
xưởng để nâng cos lên 0,95. 
 
n
i
1
QQ
n
td
RRR
R
1
...
11
1
21
 Px3 S3 = 50 + j 70 (kVA) 
 Px2 S2 = 50 + j 50 (kVA) 
 Px1 S1 = 80 + j 120 (kVA) 
PVC (3x16+1.10).100m 
PVC (3x25+1.16).70m 
PVC (3x50+1.35).50m 
Hình 4-10. Mặt bằng cấp điện cho xí nghiệp 
188 
Giải: 
Tổng công suất tính toán của xí nghiệp là: 
 S = S1 + S2 + S3 = 180 +J240 
 cos 2 = 0,95 tg 2 = 0,33 
Tổng công suất phản kháng cần bù tại 3 phân xưởng để nâng cos của xí 
nghiệp lên 0,95 là: 
 Qb = P(tg 1 - tg 2) = 180(1,33 – 0,33) = 180 (kVAr) 
Các đường cáp từ TBA về 3 phân xưởng dùng cáp do CADIVI chế tạo có các 
số liệu cho trong bảng sau: 
Đường dây Loại cáp l (m) 
r0 
(/km) 
R () 
TBA-PX1 PVC(3x50+1,35) 50 0,387 0,0194 
TBA-PX2 PVC(3x25+1,16) 70 0,727 0,0509 
TBA-PX3 PVC(3x16+1,10) 100 1,15 0,115 
33,1
180
240
P
Q
tg 1 
TBA 
R1 
TBA 
R2 R3 Rtđ 
Q2 - Qb2 Q1 - Qb1 Q3 - Qb3 Q - Qb 
Hình 4-11. Sơ đồ thay thế và sơ đồ tương đương lưới điện hạ áp dùng xác định Qbi 
189 
Điện điện trở tương đương của lưới điện hạ áp xí nghiệp:. 
Công suất các tủ tụ bù đặt tại biến áp phân xưởng là: 
Áp dụng công thức: 
i
td
R
R
)Q(Q - Q Q bibi  
Ta có: 
 (kVAr)81
0194,0
0126,0
).180402( - 120 Qb1 
 (kVAr)35
0509,0
0126,0
).180402( - 50 Qb2 
 (kVAr)64
0115,0
0126,0
).180402( - 70 Qb3 
 Vậy chọn dùng các bộ tụ bù do Dac Yeong chế tạo có các thông số kỹ thuật 
cho trong bảng sau: 
Nơi đặt Loại tụ SL 
Qb 
(kVAr) 
Uđm (V) 
Iđm 
(A) 
Số pha 
PX1 DLE- 4D40 K5S 2 40 440 52,4 3 
PX2 DLE- 4D40 K5S 1 40 440 52,4 3 
PX3 DLE- 4D75 K5S 1 75 440 98,4 3 
CÂU HỎI ÔN TẬP 
1. Phân tích các yêu cầu của chiếu sáng nhân tạo? 
2. Trình bầy nội dung tính chọn công suất chiếu sáng, dây dẫn, bố trí hệ thống 
chiếu sáng phù hợp với điều kiện làm việc? 
3. Trình bầy giải pháp nâng cao hệ số công suất phù hợp tình hình thực tế, theo tiêu 
chuẩn Việt Nam? 
4. Trình bầy phương pháp tính chọn tụ bù thích hợp để nâng cao được hệ số công 
suất? 
)(0126,0
115,0
1
0509,0
1
0194,0
1
1
111
1
321
 
RRR
Rtd
190 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]- Trần Quang Khánh, Hệ thống cung cấp điện – tập 1,2 Nxb KHKT 2006. 
[2]- Nguyễn Công Hiền, Hệ thống cung cấp điện của xí nghiệp công nghiệp đô 
thị và nhà cao tầng Nxb KHKT 2005 
[3]- Trần Quang Khánh, Bài tập cung cấp điện Nxb KHKT 2006 
[4]- Nguyễn Ngọc Cẩn, Máy cắt kim loại, NXB Đại học Quốc gia TPHCM 
2005