Cách tính công suất phản kháng là gì? Có cần phải bù công suất phản kháng?

Trong hệ thống lưới điện, bên cạnh công suất hữu dụng P thì chúng ta còn có công suất phản kháng Q. Đây là công suất vô ích gây ra do tính cảm ứng của những loại phụ tải như: động cơ điện, bộ biến đổi điện áp,… Cùng tìm hiểu chi tiết hơn về công suất phản kháng này qua những chia sẻ ngay sau đây nhé.

Công suất phản kháng là gì?

Hệ thống lưới điện có hai loại công suất là công suất phản kháng và công suất tác dụng. Thực tế mọi người thường biết về công suất tác dụng P hơn và ít người biết thế nào là công suất phản kháng. Vậy công suất phản kháng tiếng anh là gì? Công suất phản kháng trong tiếng Anh được gọi là Reactive power. Đây là một phần công suất được sinh ra bởi từ trường ở trong tuabin máy phát điện, nó rất quan trọng đặc biệt với những tải cảm. Ký hiệu công suất phản kháng được viết là Q.

Công suất phản kháng góp phần quan trọng tạo ra từ trường trong quá trình khởi động. Nếu như không có nó thì sẽ không khởi động được các phụ tải có tính cảm.

Công suất phản kháng hay còn được gọi là công suất hư kháng, công suất ảo Q. Công suất phản kháng sinh ra từ đâu? Công suất phản kháng là năng lượng vô công, nó được sinh ra bởi những thành phần phản kháng trong hệ thống điện xoay chiều.

Công suất phản kháng có tác dụng gì? Thực tế, công suất là công suất vô ích, tác dụng của công suất phản kháng không có lợi cho mạch điện. Công suất phản kháng trong hệ thống điện được chuyển ngược về nguồn cấp năng lượng trong mỗi chu kỳ do có sự tích lũy năng lượng trong những thành phần cảm kháng và dung kháng, được tạo ra nhờ sự lệch pha giữa hiệu điện thế U(t) và dòng điện I(t). 

Công thức tính công suất phản kháng Q

Chúng ta có công suất phản kháng công thức tính như sau:

Q = U . I .sinφ

Trong đó:

• Q: Công suất phản kháng (Var)
• U: Điện áp (V)
• I: Dòng điện (A)
• φ: độ lệch pha giữa hiệu điện thế U(t) và dòng điện I(t)

Đơn vị công suất phản kháng là Var (volt amperes reactive), 1 kvar = 1000 var.

Để đánh giá độ ảnh hưởng của công suất phản kháng tới hệ thống điện thì người ta sử dụng hệ số công suất phản kháng cosφ.

 φ=arctg P/Q

•  P: Công suất hữu dụng
•  Q: Công suất phản kháng

Có cần phải bù công suất phản kháng?

Thực tế cho thấy, công suất phản kháng Q không sản sinh công nhưng lại gây ra các ảnh hưởng xấu về kinh tế và kỹ thuật như tình trạng sụt áp, tiêu hao năng lượng, chi phí tiền điện,… Về kỹ thuật, công suất phản kháng có thể gây ra sụt áp trên đường dây, tổn thất công suất trên đường truyền.

Vì vậy, chúng ta cần phải có biện pháp bù công suất phản kháng Q để hạn chế những ảnh hưởng của nó. Bù công suất phản kháng trong hệ thống điện tức là chúng ta sẽ nâng cao hệ số cosφ. Theo quy định của Tập đoàn Điện lực Việt Nam, thì hệ số công suất cosφ hạ thế sẽ từ 0,90 trở lên. 

Quy định này nhằm làm giảm tổn thất công suất trên phần tử của hệ thống cấp điện (đường dây, máy biến áp,…), giảm tổn thất điện áp ở trên đường truyền tải đồng thời gia tăng khả năng truyền tải điện của đường dây cũng như máy biến áp. Đó cũng chính là ý nghĩa của việc bù công suất phản kháng. Do đó, ta cần có biện pháp bù công suất phản kháng Q nhằm hạn chế ảnh hưởng của nó. Cũng tức là chúng ta cần phải nâng cao hệ số công suất phản kháng cosφ.

Cách tính công suất phản kháng cần bù

Sau khi đã biết bù công suất phản kháng để làm gì thì chúng ta hãy cùng tính bù dư công suất phản kháng. Muốn tính công suất phản kháng cần bù để lựa chọn tụ bù cho tải nào đó thì chúng ta cần biết công suất hữu dụng (P) và hệ số công suất (Cosφ) của tải đó: Giả sử chúng ta có công suất của tải là P, hệ số công suất của tải trước khi bù là Cosφ1 → tgφ1, hệ số công suất sau khi đã bù là Cosφ2 → tgφ2.

Công thức tính mức công suất phản kháng Q cần bù:

Qb = P*(tgφ1 – tgφ2)

Trong đó       

• Qb: Công suất phản kháng cần phải bù (Var)
• P: Công suất thực
• tgφ1: hệ số công suất trước khi bù
• tgφ2: hệ số công suất sau khi bù

Việc nâng cao hệ số công suất cosφ sẽ giúp giảm tối thiểu công suất phản kháng trên phần tử của toàn hệ thống cấp điện. ĐỒng thời giảm tổn thất điện áp trên đường truyền, giúp tăng khả năng truyền tải điện ở trên đường dây và máy biến áp.

Tiền công suất phản kháng là gì?

Bên cạnh giấy báo tiền điện, các doanh nghiệp tổ chức sản xuất, kinh doanh còn có thể nhận được giấy báo tiền công suất phản kháng. Vậy bạn có biết tiền công suất phản kháng điện là gì? mua công suất phản kháng là gì? 

Thực tế, tiền mua công suất phản kháng điện chính là số tiền bên mua điện phải chi trả cho bên bán điện để bù đắp cho các khoản chi phí phát sinh thêm do bên mua điện dùng quá lượng công suất phản kháng đã quy định. Bên mua điện là các tổ chức, cá nhân có ký hợp đồng mua điện với bên bán điện để kinh doanh, sản xuất, dịch vụ hoặc bán lại cho cá nhân, tổ chức khác có công suất sử dụng cực đại đăng ký tại hợp đồng mua bán điện từ trên 80kW hoặc máy biến áp có dung lượng từ trên 100kVA  và có hệ số công suất cosφ < 0,85 sẽ phải mua công suất phản kháng.

Hệ số công suất cosφ được tính theo chu kỳ ghi chỉ số công tơ như là chu kỳ tính tiền điện. Trong kỳ ghi chỉ số nếu cosφ < 0,85 thì khách hàng mới phải mua công suất phản kháng. Tiền mua công suất phản kháng được tính bằng tiền điện nhân với hệ số k (tương ứng với cosφ).

Bạn có thể tìm hiểu thêm tại thông tư số 07/2006/TT-BCN, thông tư 15 mua bán công suất phản kháng (thông tư số 15/2014/TT-BCT ) để biết thêm chi tiết.  

Một số biện pháp giúp nâng cao hệ số công suất phản kháng

Nâng cao hệ số công suất phản kháng chính là nâng cao hệ số cosφ. Hiện nay có hai cách để nâng cao hệ số cosφ, cụ thể là:

Nâng cao hệ số cosφ tự nhiên

Nâng cao hệ số cosφ tự nhiên có nghĩa là tìm những biện pháp để bên tiêu thụ điện giảm được lượng công suất phản kháng mà chúng cần phải có ở nguồn cung cấp.

• Thay thế những động cơ hoạt động non tải bằng những động cơ có công suất nhỏ hơn.
• Thay đổi, cải tiến công nghệ để các thiết bị điện có thể làm việc ở chế độ hợp lý nhất.
• Hạn chế các động cơ hoạt động không tải.
• Ở những nơi công nghệ cho phép thì nên sử dụng động cơ đồng bộ thay cho  những động cơ không đồng bộ.
• Thay biến áp làm việc non tải bằng những máy biến áp có dung lượng nhỏ hơn.

Nâng cao hệ số cosφ nhân tạo

Phương pháp này sử dụng các thiết bị bù công suất phản kháng ở những hộ tiêu thụ điện. Các thiết bị bù công suất phản kháng phổ biến bao gồm:

Máy bù đồng bộ

Máy bù đồng bộ chính là động cơ điện đồng bộ làm việc không tải ở dòng điện kích từ được điều chỉnh để bù hệ số cos φ và điều chỉnh điện áp mạng điện 12. Máy bù đồng bộ có thể vận hành để cung cấp hoặc tiêu thụ công suất phản kháng của lưới.

• Ưu điểm: máy bù đồng bộ vừa có thể sản xuất ra công suất phản kháng, vừa có khả năng tiêu thụ công suất phản kháng của mạng điện.
• Nhược điểm: thiết bị này có phần quay nên lắp ráp, bảo dưỡng cũng như vận hành phức tạp. Máy bù đồng bộ thường chỉ dùng để bù tập trung với dung lượng lớn.

Bù bằng tụ

Bù bằng tụ sẽ làm cho dòng điện sớm pha hơn so với điện áp.  Cho nên có thể sinh ra được công suất phản kháng cấp cho mạng điện.

• Ưu điểm: Công suất nhỏ, tụ không có phần quay nên dễ bảo dưỡng và vận hành. Bộ tụ bù có thể thay đổi dung lượng theo sự phát triển của tải. Giá thành của phương pháp này thấp hơn so với máy bù đồng bộ.
• Nhược điểm: Bù bằng tụ nhạy cảm với sự biến động của điện áp. Nó khá kém chắc chắn, dễ bị phá hỏng khi ngắn mạch hoặc là điện áp vượt quá định mức. Tuổi thọ tụ bù có giới hạn và sẽ bị hư hỏng sau nhiều năm làm việc. Khi bạn đóng tụ bù vào mạng điện thì sẽ có dòng điện xung, còn khi cắt tụ điện khỏi mạng điện thì trên cực của tụ vẫn còn điện áp dư có thể gây ra nguy hiểm cho người vận hành. Sử dụng tụ bù điện ở những hộ tiêu thụ có công suất phản kháng vừa và nhỏ (dưới 5000 kVAr).

Trên đây là một số thông tin khái lược về công suất phản kháng. Hy vọng những chia sẻ trên đây có thể giúp các bạn tìm được phương pháp nâng cao hệ số công suất phản kháng.