Khi mà mọi người tìm hiểu hoặc có nhu cầu mua thiết bị điện thì điều đầu tiên cần quan tâm là hệ số công suất. Thông qua hệ số công suất cosφ thì chúng ta có thể đánh giá được khả năng tiết kiệm điện của hệ thống. Nếu bạn đang tìm thông tin thì hãy đọc ngay bài viết này nhé.

Hệ số công suất là gì?

Chúng ta nghe nhắc nhiều đến hệ số công suất tuy nhiên thì vẫn chưa biết. Nó là gì?

Đó chính là tỷ lệ công suất thực được hấp thụ bởi tải, công suất biểu kiến chảy trong mạch điện đang sử dụng. Có tên đầy đủ là hệ số công suất Cosφ của hệ thống điện xoay chiều.

Đây là 1 thông số cần phải được quan tâm. Nó là đại lượng không thứ nguyên, nằm trong khoảng đóng từ -1 đến 1.

Khi tính toán, ta có thể áp dụng công thức chung cho hệ số công suất là: Cosφ = PS.

Trong đó: S là công suất biểu kiến với đơn vị VA.

P là suất hiệu dụng có đơn vị là W.

Công thức tính hệ số công suất

Ngày nay, có 3 loại đó là: tự nhiên, thức thời, trung bình. Mỗi một hệ số sẽ có công thức tính toán riêng.

Hệ số công suất tự nhiên

Đầu tiên là hệ số công suất tự nhiên hay gọi là hệ số công suất Cosφtb. Nó được tính cho cả 1 năm khi hệ thống không có thiết bị bù. Hệ số này dùng để làm căn cứ cho tính toán, nâng cao hệ số công suất hiệu dụng, bù công suất phản kháng hiệu quả.

Hệ số công suất trung bình

Hệ số công suất Cosφ được tồn tại trong 1 khoảng thời gian xác định, có thể là 1 ca, 1 ngày hay 1 tháng thì người ta gọi chung là hệ số công suất trung bình.

Công thức tính là: Cosφtb = Ahc (Ahc2 + Avc2)

Trong công thức này có:

Cosφtb: hệ số công suất trung bình.

Avc: điện năng phản kháng trong chu kỳ xác định và.

Ahc: điện năng tác dụng đo trong chu kỳ xác định.

Lưu ý: Hệ số Cosφtb sẽ được dùng để đánh giá chính mức độ sử dụng điện của một đơn vị, xem có tiết kiệm hay không tiết kiệm.

Hệ số công suất tức thời

Là hệ số công suất tại 1 thời điểm nhất định và được đo bằng các dụng cụ đo điện áp, công suất, dòng điện hoặc dụng cụ đo Cosφ.

Hệ số tức thời này không cố định, nó luôn biến động nên sẽ không sử dụng tính toán liên quan đến các thông số khác.

Chúng ta có thể áp dụng công thức tính sau: Cosφ = P3UI.

Các loại công suất trong hệ thống dòng điện xoay chiều

Trong hệ thống dòng điện xoay chiều thì có 3 loại công suất như sau:

Công suất hiệu dụng

Công suất hiệu dụng hay còn gọi là công suất thực, công suất tác dụng. Ký hiệu của nó là P. Nó chính là phần điện năng trong mạch điện, có thể biến đổi thành các dạng năng lượng có ích cho con người khác như: Hóa, nhiệt, cơ.

Khác với công suất phản kháng thì đây là phần công suất có lợi của mạch điện. Đơn vị của nó là W. Công thức tính toán sẽ là:

P = U. I.cosφ

Trong đó, các đơn vị lần lượt là:

U: Là điện áp, đơn vị là V.

P là công suất hiệu dụng.

Cosφ: Chính là hệ số công suất.

I là cường độ dòng điện, đơn vị là A.

Công suất phản kháng

Một loại công suất mà chúng ta hay gặp nữa đó là công suất phản kháng. Ký hiệu của nó là Q.

Đây chính là phần năng lượng điện được chuyển ngược về nguồn cung cấp năng lượng trong mỗi 1 chu kỳ do có sự tích kuyx năng lượng trong các thành phần dung kháng, cảm kháng của mạch.

Theo các bạn thì nó là phần có lợi hay không có lợi? Nó là phần công suất không có lợi cho mạch điện. Đơn vị tính của nó là VAR hay gọi đầy đủ là volt amperes reactive. Công thức áp dụng tính là:

P = U. I.sinφ

Trong đó:

φ: Chính là pha lệch giữa U và I.

U là điện áp có đơn vị là (V).

P là công suất phản kháng và đơn vị của nó là var.

I: Nó là cường độ dòng điện có đơn vị là A.

Công suất biểu kiến

Công suất biểu kiến chính là công suất tổng của 1 mạch điện bao gồm cả công suất phản kháng và công suất hiệu dụng. Đơn vị tính của nó là VA hay đầy đủ hơn là vôn ampe.

1 kVA tương đương với 1000VA.

Để tính công suất biểu kiến thì TKĐ thường áp dụng công thức sau:

P= U. I = √(P2 + Q2)

Trong công thức này thì ta có:

+ P là công suất hiệu dụng, đơn vị là W.

+ S là công suất biểu kiến đơn vị là VA+.

+ U là điện áp, đơn vị là V.

+ Q là công suất phản kháng, đơn vị var.

+ I là cường độ dòng điện, đơn vị là A.

Ý nghĩa của hệ số công suất

Ý nghĩa sẽ được thể hiện ở 2 phương diện là đường dây truyền tải và nguồn cấp.

Phương diện đường dây truyền tải

Ta cần phải quan tâm đến dòng điện được truyền trong đường dây. Chính dòng điện này mà dây sẽ bị nóng lên, sụt áp sẽ xuất hiện trên đường dây truyền tải.

Những hệ thống 1 pha thì công suất biểu kiến được tính bằng công thức như sau:

S = U*I

Những hệ thống 3 pha, công suất biểu kiến sẽ được tính thông qua công thức

S = căn(3)U*I

Trong công thức này có 2 thông số: I chính là dòng điện dây còn U là điện áp dây.

Ở trong điện lưới 3 pha, điện lưới 1 pha thì dòng điện sẽ luôn tỉ lệ với công suất biểu kiến S.

Công suất biểu kiến được cấu thành bởi công suất tác dụng và công suất phản kháng.

Có hai trường hợp xảy ra:

+ Nếu như cùng 1 tải thì cần trang bị tụ bù để phát công suất phản kháng ngay tại tải. Đường dây sẽ chỉ dùng truyền tải dòng điện của công suất tác dụng. Nó sẽ được mát hơn, không còn nóng nữa.

+ Nếu như ta chấp nhận dây dẫn phát nhiệt ở mức độ như hiện tại thì trang bị thêm tụ bù phát công suất phản kháng tại tải. Người dùng phải bắt thêm đường dây tải, nhiều hơn so với lượng hiện nay.

Phương diện nguồn cấp

Nếu tính trên diện nguồn cấp là máy phát điện hay máy biến áp thì cùng 1 dung lượng của máy biến áp hoặc công suất của máy phát điện, đơn vị KVA thì hệ số công suất càng cao thì thành phần công suất tác dụng sẽ cao. Máy sẽ sinh ra được nhiều công hữu ích.

Một số người cho rằng nếu duy trì hệ cos phi xấp xỉ 1 thì máy biến áp, máy phát điện sẽ hoạt động hiệu quả. Tuy nhiên, trên thực tế thì hệ số công suất bao nhiêu sẽ phụ thuộc vào tải hay còn gọi là thiết bị sử dụng điện. Điều kiện để thiết bị hoạt động tốt đó là công suất tác dụng, công suất phản kháng sẽ đáp ứng đủ cho tải.

Giải pháp đơn giản hơn là nguồn sẽ chỉ cung cấp cho tải 1 phần công suất phản kháng. Đối với phần thiếu còn lại, thì khách hàng gắn thêm tụ bù để trang bị.

Vì sao nên nâng cao hệ số công suất cosφ?

Theo chúng tôi thì nó sẽ mang đến rất nhiều hiệu quả như: Giảm tổn thất điện áp trong mạng điện, giảm tổn thất công suất trong mạng điện, tăng khả năng truyền tải của máy biến áp, đường dây.

Đầu tiên là giảm tổn thất công suất trong mạng điện:

Đây chính là công thức để chúng ta có thể áp dụng khi cần biết tổn thất công suất trên đường dây là bao nhiêu.

Khi ta giảm Q truyền tải trên đường dây thì cũng là lúc ta giảm được thành phần tổn thất công suất ∆Q(Q) do chính Q gây ra.

Tiếp theo là tổn thất điện áp. Nó được tính như sau:

Khi chúng ta giảm Q truyền tải trên đường dây thì đồng thời ta cũng giảm được thành phần ∆U(Q) tổn thất điện áp do Q gây ra.

Tiếp theo chính là khả năng truyền tải của máy biến áp, đường dây. Yếu tố này phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện phát nóng hay còn gọi là phụ thuộc vào dòng điện cho phép của chúng. Để tính được dòng điện chạy trên đường dây, máy biến áp thì chúng ta sẽ tính như sau:

Theo như biểu thức này thì: Với cùng 1 tình trạng phát nóng nhất định của đường dây, máy biến áp, khi đó I = const thì chúng ta có thể tăng khả năng truyền tải công suất tác dụng P thông qua cách giảm công suất phản kháng Q mà chúng trong quá trình vận hành phải tải đi.

Ngoài ra, nâng cao hệ số công suất cos phi còn mang thêm nhiều lợi ích như: Giảm được chi phí, giảm được tiền chi trả mua kim loại màu, ổn định điện áp, tăng khả năng phát điện của các máy phát điện, hệ thống được năng suất hơn.

Giải pháp nâng cao hệ số công suất cosφ

Tùy theo từng điều kiện mà khách hàng phải lựa chọn giải pháp tự nhiên hay nhân tạo để nâng cao, cải thiện hệ thống công suất cos phi.

Nâng cao hệ số cos phi tự nhiên

Để nâng cao hệ số cos phi theo phương pháp tự nhiên thì chính người dùng cần phải tìm ra được biện pháp nào để hộ tiêu thụ điện có thể giảm bớt lượng công suất phản kháng mà chúng cần phải có ở nguồn cấp như:

+ Hạn chế động cơ chạy không tải.

+ Cải tiến và thay đổi quá trình công nghệ để thiết bị điện có điều kiện làm việc ở chế độ hợp lý nhất.

+ Sử dụng các động cơ đồng bộ, thay thế dần cho những động cơ không đồng bộ.

+ Thay thế máy biến áp, động cơ đang làm việc bị non tải bằng các động cơ hay máy biến áp có công suất nhỏ hơn nhưng phù hợp.

Nâng cao hệ số cos phi nhân tạo

Ngoài phương pháp tự nhiên để nâng cao hệ số cos phi thì chúng ta còn có 1 phương pháp khác đó là nhân tạo. Ở đây chính là sử dụng các thiết bị bù CSPK và đặt nó ở các hộ tiêu thụ điện năng.

Cấu trúc của thiết bị này sẽ gồm 2 phần chính đó là:

+ Máy bù đồng bộ: Khi động cơ đồng bộ làm việc trong chế độ không có tải. Máy này sẽ là 1 thiết bị có thể vừa sản xuất ra CSPK nhưng cũng tiêu tụ những CSPK mà mạng điện đó sản sinh ra.

+ Tụ bù điện: Thiết bị này sẽ giúp cho dòng điện sớm pha hơn so với điện áp đang sử dụng. Từ đó, nó có thể sinh ra công suất phản kháng để cung cấp cho mạng điện.

Với thiết kế gọn, công suất nhỏ, dễ vận hành nên các công tác lắp đặt, bảo dưỡng đặc biệt là thay đổi dung lượng bộ tụ theo sự phát triển của tải cũng trở nên dễ dàng hơn.

Trên đây là những kiến thức liên quan đến dòng điện, hệ số công suất mà Thủy Khí Điện muốn chia sẻ với các bạn. Hy vọng là bài viết được đón nhận và chia sẻ đến những bạn đang quan tâm đến vấn đề này.