Đề tài Các giải pháp tiết kiệm điện năng

2 kWh. Trong khi đó tổn hao đồng tỉ lệ với bình phương dòng điện. - Giảm tổn thất điện năng trong các khâu truyền tải, phân phối điện năng Tính chung toàn hệ thống điện khoảng 8-10% năng lượng điện được phát ra bị tổn hao trong quá trình truyền tải, phân phối điện năng (tổn hao kỹ thuật). Bảng 2.1 phân tích tổn thất điện năng trong hệ thống điện (chỉ xét đến đường dây và máy biến áp). Bảng 2.1 Phân tích tổn thất điện năng trong HTĐ Mạng có điện áp Tổn thất điện năng % Đường dây Máy biến áp Tổng % U ≥ 110kV 13,3 12,4 25,7 U = 35kV 6,9 3,0 9,9 U = 0,1 ¸ 10kV 47,8 16,6 64,4 Tổng cộng 68,0 32,0 100 Từ bảng phân tích ta thấy rằng điện năng trong mạng có điện áp U = 0,1 ÷ 10 kV ( tức mạng điện trong các xí nghiệp) chiếm tới 64,4% tổng số điện năng bị tổn thất. Sở dĩ như vậy bởi vì mạng điện xí nghiệp thường dùng điện áp tương đối thấp, đường dây lại dài phân tán đến từng phụ tải nên gây ra tổn thất điện năng lớn. Vì thế việc thực hiện các biện pháp tiết kiệm điện trong xác xí nghiệp công nghiệp có ý nghĩa rất quan trọng, không những có lợi cho bản thân các xí nghiệp, mà còn có lợi chung cho nền kinh tế quốc dân. Tổn hao công suất trong các khâu truyền tải, phân phối điện năng được tính bằng công thức: DP = 3I2.R Trong đó: P,Q : công suất tác dụng, phản kháng truyền tải. R : điện trở đường dây. Muốn giảm tổn hao trong các khâu truyền tải, phân phối điện năng cần giảm công suất phản kháng truyền tải bằng cách bù cosj, phải phân phối công suất, chọn đường truyền, chọn điện áp hợp lý. III.3. Nâng cao hệ số công suất Hệ số công suất là một chỉ tiêu để đánh giá xí nghiệp dùng điện có hợp lý và tiết kiệm hay không. Do đó Nhà nước đã ban hành các chính sách để khuyến khích các xí nghiệp phấn đấu nâng cao hệ số công suất . Việc nâng cao hệ số công suất là một trong những biện pháp quan trọng để tiết kiệm điện năng. Hệ số công suất có ý nghĩa rất quan trọng về kinh tế và kỹ thuật. Đối với nguồn điện cao sẽ sử dụng tốt dung lượng của nguồn. Ví dụ máy phát điện có công suất biểu kiến định mức là Sdm = 100 MVA, nếu = 0,7 thì công suất tác dụng của máy phát là P = Sdm = 100.0,7 = 70 MVA, nghĩa là chỉ bằng 0,7 dung lượng định mức của nó. Đối với việc truyền tải nếu truyền tải công suất P trên đường dây thì dòng điện trên đường dây là: Ta nhận thấy càng cao thì dòng điện trên đường dây càng giảm do đó có thể chọn tiết diện dây dẫn nhỏ hơn, đồng thời tổn hao công suất trên đường dây và điện áp rơi trên đường dây cũng giảm. Trong thực tế tải thường có tính chất điện cảm nên thấp. Để nâng cao ta phải sử dụng tụ điện C nối song song với tải như hình 2.7 C U IC I1 I U Hình 2.7 Bù bằng tụ điện Tăng hệ số công suất đưa đến những hiệu quả sau đây: Giảm tổn thất điện năng trong mạng điên: Ta biết tổn thất điện năng trên đường dây được tính bằng công thức: DP = 3I2R = . = = DP(P) +DP(Q) Khi giảm Q truyền tải trên đường dây sẽ giảm được thành phần tổn hao công suất DP(Q) do Q gây ra. Giảm tổn thất điện áp trong mạng điên: Tổn thất điện áp trên đường dây được tính bằng công thức: DU = . = = DU(P) +DU(Q) Giảm Q truyền tải trên đường dây sẽ giảm được thành phần DU(Q) do Q gây ra. Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp: Khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp phụ thuộc vào điều kiện phát nóng, tức là phụ thuộc vào dòng điện cho phép của chúng I = Khi I = const ta có thể tăng khả năng truyền tải công suất tác dụng P bằng cách giảm công suất phản kháng Q mà đường dây và máy biến áp phải tải đi. Do đó một thiết bị, hoặc đường dây dẫn, nếu cosj cao (Q nhỏ), hệ thống có khả năng truyền tải công suất P lớn. Ngoài ra, việc nâng cao hệ số công suất còn đưa đến hiệu quả là giảm được chi phí kim loại màu, góp phần làm ổn định điện áp, tăng khả năng phát điện của máy phát điên v.v... Vì ý nghĩa quan trọng của hệ số công suất nên các công ty điện lực buộc các hộ dùng điện phải quan tâm bằng cách quy định hệ số công suất tiêu chuẩn = 0,85. Nếu dưới giá trị này tiền điện ngoài việc tính theo công suất tác dụng Ta phải cộng thêm tiền mua công suất phản kháng TR tính như sau: TR = Ta x k %. Trong đó k là hệ số khi tải sử dụng hệ số công suất thấp, giá trị của k được cho theo bảng 2.2. Bảng 2.2 Hệ số khi tải sử dụng hệ số công suất thấp TT Hệ số công suất K% TT Hệ số công suất K% 1 0,85 0 15 0,71 19,72 2 0,84 1,19 16 0,70 21,43 3 0,83 2,41 17 0,69 23,19 4 0,82 3,66 18 0,68 25,00 5 0,81 4,94 19 0,67 26,87 6 0,80 6,25 20 0,66 28,79 7 0,79 7,95 21 0,65 30,77 8 0,78 8,97 22 0,64 32,81 9 0,77 10,39 23 0,63 34,92 10 0,76 11,84 24 0,62 37,10 11 0,75 13,33 25 0,62 39,34 12 0,74 14,86 26 0,60 41,67 13 0,73 16,44 27 dưới 0,60 44,07 14 0,72 18,06 Để nâng cao hệ số công suất thường sử dụng tụ bù được đặt trên thanh cái hạ áp. Các tụ bù được nối tam giác vì khi đó điên áp trên tụ là điện áp dây. Nếu nối hình sao dung lượng bộ tụ điện sẽ giảm đi 3 lần. Trong thực tế vì công suất tác dụng và công suất phản kháng luôn thay đổi nên cần có mạch tự động đóng cắt bộ tụ điện. Cần thấy rằng việc thực hiện tiết kiệm điện và nâng cao hệ số công suất không phải là những biện pháp tạm thời đối phó với tình trạng thiếu điện, mà phải coi đó là một chủ trương lâu dài gắn liền với mục đích phát huy hiệu quả cao nhất quá trình sản xuất, phân phối và sử dụng điện năng. Hiệu quả của việc nâng cao hệ số công suất trong thực tế: Một cơ sở sản xuất sử dụng điện vào giờ bình thường có công suất sử dụng trung bình là 200 kW, điện năng tiêu thụ trung bình 48 000 kWh/tháng, hệ số công suất tại điểm đo đếm là = 0,8, với giá điện là 1000 đ/kWh. + Tiền mua điện năng tác dụng trong 1 tháng:Ta = 48000 . 1000 = 48 ( triệu đồng) + Tiền mua công suất phản kháng là (do = 0,8 < 0,85):TR = Ta . k = = 3 (triệu đồng) Với k% = 6,25% + Tổng số tiền điện mà khách hàng phải trả hàng tháng là: 48 + 3 = 51 (triệu đồng) Nhưng nếu cơ sơ sản xuất đầu tư 3 bộ tụ bù hạ thế công suất 20kVAr/bộ để lắp đặt tại điểm đo đếm thì hệ số công suất lúc này sẽ là 0,91, khi đó khách hàng không phải trả tiền mua công suất phản kháng. Chi phí đầu tư 3 bộ tụ bù là hơn 5 triệu đồng. Như vậy, nếu cơ sở sản xuất này đầu tư lắp đặt tụ bù hạ thế thì trong vòng chưa đầy 2 tháng sẽ thu hồi được vốn và từ tháng thứ 3 trở đi, khách hàng sẽ tiết kiệm được khoảng tiền tương ứng khoảng 3 triệu đồng/tháng. III.4. Biện pháp tiết kiệm điện năng trong phụ tải có đặc tính phi tuyến Các tải có đặc tính phi tuyến cao như thiết bị điện tử công suất, các lò hồ quang, đèn phóng điện chất khí… là nguồn gốc phát sinh các sóng hài gây ảnh hưởng xấu đến sự hoạt động của thiết bị, gây tổn hao công suất. Trên hình 2.8 biểu diễn dạng sóng và phân tích phổ của một số phần tử phi tuyến. Hình 2.8 Phân tích phổ của một số tải phi tuyến III.4.1 Bộ bù động Bộ bù động trong thời gian thực cho phép tiết kiệm năng lượng và nâng cao chất lượng điện áp. Đây là bộ bù tự động trong thời gian thực ứng dụng cho các tải phi tuyến. Hình 2.9 Bộ bù động trong thời gian thực Hiệu quả của việc sử dụng bộ bù động: Xét hệ thống bù cho nhà máy chế tạo chi tiết ô tô Concord (Ontario, Canada). Nhà máy được trang bị một MBA 2000 kVA 27,6/0,6 kV, Un = 5,23%. Nhà máy sản xuất ống xả bằng công nghệ hàn điểm. Những vấn đề mà nhà máy gặp phải là: Khi máy hàn làm việc điện áp lưới dao động làm cho quang thông các đèn chiếu sáng thay đổi gây mỏi mắt cho người lao động. Khi hàn phát sinh âm thanh và làm các máy cơ khí chóng bị già hóa. Không cho phép bổ sung thiết bị nếu không tăng công suất MBA nguồn. Hàng năm bị phạt 6000USD do hệ số công suất thấp < 0,75 Phế phẩm nhiều do khuyết tật máy hàn uốn ống, công suất máy hàn không đủ do điện áp giảm thấp. Giải pháp: Vấn đề nhà máy gặp phải là sự dao động điện áp kéo theo giảm năng lượng cần thiết cho máy hàn. Việc bù công suất phản kháng bằng tụ điện đóng cắt bằng công tắc tơ cơ điện không đạt yêu cầu về thời gian vì thế cần bù nhanh biến thiên công suất phản kháng điều khiển thời gian thực qua phần tử điện tử công suất theo sơ đồ hình 2.9. Ta nhận thấy dòng điện đỉnh đã giảm từ 2000 A xuống 1250 A, công suất phản kháng từ 600-1200 kVAr xuống 0-300 kVAr cho phép nhận thêm tải mà không cần tăng công suất MBA. Nhà máy không phải phạt hệ số công suất nữa vì > 0,92. Kết quả trước và sau khi bù được cho trong bảng 2.3 như sau: Bảng 2.3 So sánh chất lượng điện năng khi bù động và không bù Trước khi bù Sau khi bù Điện áp (V) 584 599 Độ lõm điện áp % 5,8 3,2 Kéo dài (chu kỳ) 20-25 10-15 Dòng điện trung bình (A) 1000 550 Dòng điện đỉnh (A) 2000 1250 Hệ số công suất 0,75 > 0,92 Độ méo điều hòa 5-12 4-12 III.4.2 Bộ lọc điều hòa bậc ba Do ảnh hưởng của các tải phi tuyến như lò hồ quang, đèn phóng điện chất khí, các thiết bị điện tử công suất làm việc theo nguyên lý cắt, băm dạng sóng điện áp, dòng điện nên điện áp ra của thiết bị này có dạng không hình sin. Khi dòng điện không hình sin ta có thể áp dụng công thức Fourier phân tích dạng sóng không hình sin bằng tổng một chuỗi các điều hòa hình sin có tần số khác nhau. Thành phần có tần số bằng tần số sóng không hình sin có biên độ lớn nhất là thành phần sóng cơ bản còn các thành phần sóng hài khác có biên độ giảm dần. Trong số các điều hòa bậc cao điều hòa bậc ba có tần số bằng 3 . 50 = 150 Hz có biên độ lớn nhất. Bây giờ chúng ta xét ảnh hưởng của điều hòa bậc ba đối với hệ thống điện. Hình 2.10 biểu diễn dạng sóng cơ bản dòng điện hình sin ba pha có biên độ bằng nhau và lệch pha 1/3 chu kỳ. Khi hệ thống đối xứng tổng giá trị tức thời của các dòng điện luôn bằng không và dòng điện trong dây trung tính bằng không. Hình 2.10 Dạng sóng dòng điện cơ bản và dòng bậc ba trong mạch ba pha Trên hình 2.10 b, c, d biểu diễn dạng sóng cơ bản và dòng điện bậc 3 của pha A (L1), pha B (L2) và pha C (L3). Ta nhận thấy các dòng điện bậc ba trong các pha luôn trùng pha nên tổng của chúng sẽ gấp 3 lần. Vì dòng điện trong dây trung tính bằng tổng dòng điện của cả ba pha nên sẽ bằng 3 lần dòng điện bậc ba của các pha. Dòng điện bậc ba khép mạch trong dây trung tính và có giá trị khoảng 1 A/kW đối với phụ tải chiếu sáng và 4 A/kW đối với phụ tải điện tử công suất, máy tính, vì thế điều hòa bậc ba có thể làm quá tải thiết bị điện, gây tổn hao công suất, phát nóng quá mức. Ngoài ra điều hòa bậc ba có thể gây ra điện từ trường nhiễu, máy cắt và các thiết bị bảo vệ có thể tác động sai. Nghiên cứu mới đây cho thấy khi dòng điện các pha là 1000A nhưng do ảnh hưởng của điều hòa bậc ba dòng điên trong dây trung tính có thể đến 1250A. Dây trung tính thường có tiết diện bằng ¼ dây pha do đó dòng điều hòa bậc ba gây quá tải toàn bộ hệ thống. Để khắc phục hiện tượng này ta có thể sử dụng bộ lọc điều hòa bậc ba THF (Third Harmonic Filter) như hình 2.11. R L C Hình 2.11 Bộ lọc điều hòa bậc ba THF Bộ lọc điều hòa bậc ba thực chất là mạch RLC song song có trở kháng bằng vô cùng lớn đối với điều hòa bậc ba và bằng không đối với điều hòa cơ bản. Khi nối vào trung tính (hình 2.12) chúng ngăn cản và triệt tiêu điều hòa bậc ba. Vì được nối vào trung tính bộ lọc điều hòa bậc ba không gây cộng hưởng đối với dòng điện các pha, có mức ổn áp thấp nhờ có điện cảm L bộ lọc có thể chịu được các xung điện áp. Bộ lọc điều hòa bậc ba còn có tác dụng giảm 50% từ trường xung quanh thiết bị điện. Hình 2.12 Nối bộ lọc điều hòa bậc ba Bộ lọc thành phần bậc ba không chỉ nâng cao tuổi thọ các thiết bị điện mà còn tiết kiệm điện đáng kể. Thực tế vận hành cho thấy bộ lọc điều hòa bậc ba tiết kiệm từ 4-5% điện năng tiêu thụ. Bộ lọc điều hòa bậc ba được thiết kế theo công suất của MBA, theo độ méo của dòng điện tải. Công ty ABB đã chế tạo bộ lọc điều hòa bậc ba đặt trong nhà và ngoài trời có dòng điện định mức từ 25 đến 3000 A. Từ năm 1994 các bộ lọc điều hòa bậc ba đã được lắp đặt rộng rãi tại các công sở, khách sạn và quá trình công nghiệp làm giảm 95% dòng điện trong dây trung tính và tiết kiệm 4% điện năng tiêu thụ của các phụ tải có tính phi tuyến cao. Như vậy bộ lọc điều hòa bậc ba là bộ tiết kiệm điện. III.4.3 Nâng cao chất lượng điện áp và tiết kiệm điện bằng bộ bù tĩnh trong thời gian thực Để điều chỉnh công suất phản kháng dẫn đến điều chỉnh điện áp của máy phát điện là điều chỉnh kích từ của máy phát. Tuy nhiên điều chỉnh kích từ chỉ có giới hạn về cả kinh tế và kỹ thuật. Bộ bù tĩnh ra đời nó thay thế máy bù đồng bộ và cuộn kháng bão hòa ở hầu hết ứng dụng. Phần chủ yếu đóng vai trò chuyển mạch các tụ điện và cuộn kháng là các van tiristo nối song song ngược. Trên hình 2.13 là sơ đồ tụ điện được chuyển mạch bằng tiristo TSC (Thyristor Switched Capacitor) và điện kháng được điều khiển bằng tiristo (Thyristor Controlled Reactor). Các tiristo công suất được mắc nối tiếp với số lượng phụ thuộc vào điện áp lưới. Việc đóng cắt các tiristo sẽ điều chỉnh công suất phản kháng của tụ điện và kháng điện do đó có thể: Điều chỉnh công suất phản kháng. Điều chỉnh điện áp. Hạn chế quá điện áp khi tải thay đổi. Cản dịu dòng công suất trong lưới. Hình 2.13 TSC và TCR III.5. Quản lý nhu cầu điện năng DSM (Demand Side Management) DSM là tập hợp các giải pháp kỹ thuật - công nghệ - kinh tế - xã hội nhằm sử dụng điện năng một cách có hiệu quả và tiết kiệm. Chương trình DSM là giải pháp tổng thể phối hợp từ chính sách, tiêu chuẩn thiết kế, sản xuất, chế tạo các thiết bị điện, biểu giá điện hợp lý và tiết kiệm năng lượng, thực hiện các giải pháp kỹ thuật để thực hiện DSM. Mục tiêu cuối cùng của DSM là nâng cao hiệu quả sử dụng và tiết kiệm năng lượng, san bằng đồ thị phụ tải và hạ thấp yêu cầu sử dụng của toàn hệ thống nhưng vẫn đảm bảo tốt mọi hoạt động sản xuất và đời sống. Nội dung cơ bản của DSM là: Sử dụng các thiết bị (điện, nhiệt, cơ khí...) có hiệu suất cao, Cải tạo lưới điện nhằm giảm tổn hao công suất truyền tải và phân phối. Bù công suất phản kháng, Vận hành tối ưu toàn hệ thống. Các giải pháp kỹ thuật của DSM là: Đối với hệ thống điện: cần xây dựng các nhà máy thủy điện tích năng. Nhà máy này sẽ bơm nước từ hạ lưu trong giờ thấp điểm lên hồ chứa trên thượng lưu và phát điện trong giờ cao điểm. Hình 2.14 vẽ nguyên lý vận hành nhà máy thủy điện tích năng. Hình 2.14 Sơ đồ nguyên lý vận hành nhà máy thủy điện tích năng a) Chế độ bơm ở giờ thấp điểm; b) Chế độ phát ở giờ cao điểm Trong giờ cao điểm, nhà máy phát điện vào lưới nhờ nguồn nước tích trữ được ở hồ chứa 1 (trên), vào giờ thấp điểm, nhà máy vận hành ở chế độ bơm nước từ hồ chứa 2 (bên dưới) lên hồ phái trên làm nguồn dự trữ. Thủy điện tích năng tuy có hiệu suất thấp nhưng mang lại hiệu quả kinh tế cao vì đã tận dụng được điện năng giờ thấp điểm để dự phòng và phát điện vào giờ cao điểm. Lượng nước được tích trữ tương ứng với thời gian sử dụng vào khoảng 400h. Đối với sản xuất: nên bố trí các ca làm việc, tránh giờ cao điểm. Đảm bảo không sử dụng các phụ tải sinh hoạt có công suất lớn trong giờ cao điểm. Xây dựng chính sách năng lượng khuyến khích các sản phẩm năng lượng có hiệu suất cao. . Xây dựng biểu giá điện khuyến khích chuyển nhu cầu sử dụng điện trong giờ cao điểm sang giờ thấp điểm: Theo thông tư 05/2009/TT-BCT của Bộ Công Thương từ 1-03-2009 tiền điện phải trả theo hình thức ba giá, theo giờ sử dụng trong ngày, theo nguyên tắc giờ thấp điểm có giá thấp nhất và giờ cao điểm có giá cao nhất. Từ thứ hai đến thứ bẩy giờ bình thường từ 4h-9h30, 11h30-17h, 20h-22h. Giờ cao điểm từ 9h30-11h30, 17h-20h. Ngày chủ nhật giờ bình thường từ 4h-22h, không quy định giờ cao điểm. Giờ thấp điểm từ 22h-4h ngày hôm sau, áp dụng cho tất cả các ngày. Giá bán lẻ chỉ áp dụng cho sản xuất, kinh doanh có MBA chuyên dùng 25 kVA trở lên, điện năng trung bình trong ba tháng liên tục từ 2000 kWh trở lên. Tiền điện tiêu thụ tính theo giá lũy tiến 7 bậc: - 50 kWh đầu tiên có giá 600 đ/ kWh 51-100 kWh có giá 865 đ/ kWh 101-150 kWh có giá 1135 đ/ kWh 151-200 kWh có giá 1495 đ/ kWh 201-300 kWh có giá 1620 đ/ kWh 301-400 kWh có giá 1740 đ/ kWh trên 401 kWh có giá 1790 đ/ kWh Giá bán buôn điện khu vực nông thôn tại công tơ tổng 50 kWh đầu tiên 420 đ/ kWh và từ 401 kWh trở lên là 1345 kWh theo 7 bậc. Đẩy mạnh công tác truyền thông tuyên truyền về chương trình mục tiêu sử dụng năng lượng tiết kiệm vả hiệu quả. Kết quả của việc thực hiện DSM ngoài việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu còn nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng được đảm bảo. Có sự phối hợp giữa các đơn vị điện lực và khách hàng. III.6. Tiết kiệm điện năng trong thiết kế chế tạo, lắp đặt, vận hành sử dụng thiết bị điện công nghiệp III.6.1. Máy biến áp (MBA) 1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp Máy biến áp gồm có hai phần chính: lõi thép và dây quấn (hình 2.15). Hình 2.15 Máy biến áp một pha Lõi thép dùng làm mạch dẫn từ, đồng thời làm khung để quấn dây quấn. Lõi thép MBA phải có tính dẫn từ tốt, khi bị từ hóa bằng dòng điện xoay chiều trong mạng tinh thể của lõi thép xuất hiện dòng điện xoáy (dòng điện Fucô) và hiện tượng từ trễ gây tổn hao công suất. Để giảm tổn hao công suất lõi thép được làm bằng lá tôn Silic cán nguội (lá thép kỹ thuật điện) có chiều dầy 0,3-0,5 mm với hàm lượng Silic từ 3-5%. Khi ghép lõi thép người ta thực hiện mối ghép xiên để giảm tổn hao. Dây quấn là bộ phận dẫn điện của máy biến áp, làm nhiệm vụ thu năng lượng vào và truyền năng lượng ra. Kim loại làm dây quấn thường bằng đồng, cũng có thể dùng dây quấn bằng nhôm nhưng không phổ biến. Dây quấn sơ cấp là dây quấn nối với nguồn, dây quấn thứ cấp nối với tải. Nguyên lý Khi từ thông biến thiên hình sin thì sức điện động cảm ứng trong dây quấn sơ cấp có số vòng dây W1 cũng biến thiên hình sin bằng: Tương tự sức điện động cảm ứng trong dây quấn thứ cấp có số vòng dây W2 là: Trong đó : Là giá trị hiệu dụng của các sức điện động dây quấn 1 và 2. Người ta định nghiã tỷ số biến áp của máy biến áp như sau: Nếu bỏ qua điện áp rơi trên dây quấn thì có thể coi do đó k được xem như là tỷ số điện áp giữa dây quấn 1và 2 2. Cơ hội tiết kiệm năng lượng khi thiết kế chế tạo và vận hành sử dụng máy biến áp Khi thiết kế chế tạo máy biến áp: - Chế tạo mạch từ có tiết diện lớn hơn, điều này sẽ làm cho từ cảm B trong mạch từ và tổn hao không tải (tổn hao sắt) sẽ nhỏ hơn so với MBA tiêu chuẩn. Do đó sẽ làm giảm được tổn hao trong máy biến áp. - Chọn dây quấn của MBA có hiệu suất cao có tiết diện lớn hơn MBA tiêu chuẩn, do đó tổn hao đồng nhỏ hơn tổn hao đồng của MBA tiêu chuẩn. -  Thiết kế MBA có tổn hao không tải nhỏ bằng cách sử dụng tôn silic chất lượng cao, sử dụng công nghệ cắt tôn và xử lí tôn sau gia công. Ngày nay do tiến bộ khoa học kỹ thuật, chất lượng thép silic có tổn hao thấp, đưa tổn hao không tải chỉ còn (0,1 ¸ 0,4%)Sđm. Trong đó MBA tiêu chuẩn là MBA được thiết kế với tổng chi phí vật liệu tác dụng và chi phí vận hành nhỏ nhất. Việc thay đổi cấu tạo của MBA tiêu chuẩn thành MBA có hiệu suất cao sẽ làm cho giá thành của MBA hiệu suất cao lớn hơn giá thành MBA tiêu chuẩn, tuy nhiên lợi ích của việc giảm chi phí vận hành do tổn hao công suất giảm sẽ bù lại. Khi vận hành sử dụng máy biến áp: - Không để MBA vận hành không tải hoặc quá non tải MBA có hiệu suất cực đại khi tổn hao đồng bằng tổn hao sắt từ. Theo thống kê, các máy biến áp luôn làm việc non tải (do có tính đến dự trữ công suất), các nhà thiết kế đã cho sản xuất các MBA có hiệu suất cực đại khi hệ số mang tải β = 0,45 – 0,7. Để thấy rõ lợi ích của việc sử dụng MBA hiệu suất cao ta tiến hành so sánh tổn hao, tổn thất hàng năm và chi phí vòng đời sau 15 năm của MBA tiêu chuẩn và MBA có hiệu suất cao có Sdm = 750 kVA, thời gian vận hành 6000 giờ tải với 75% và 2760 giờ không tải. Giả thiết giá 1 kWh = 1000 đ. Bảng 2.4 Lợi ích của máy biến áp hiệu suất cao Các thông số vận hành MBA tiêu chuẩn MBA hiệu suất cao Tổn hao không tải P0 (kW) 1,647 1,018 Tổn hao đồng Pđ (kW) 5,348 3,808 Điện năng tổn hao không tải (kWh) 1,645.8760 = 14410 1,018.8760 = 8918 Điện năng tổn hao đồng 1 năm (kWh) 5,348.6000 = 32088 3,808.6000 = 22848 Tổng điện năng tổn hao 1 năm (kWh) 46498 31766 Giá MBA (triệu đồng) 163 175 Ta nhận thấy MBA hiệu suất cao có hiệu quả so với MBA tiêu chuẩn sau 15 năm sử dụng là: 860,5 – 651,5 = 209 triệu đồng. Cũng MBA ở trên, một ngày đêm chỉ sử dụng điện 8h nếu không cắt điện MBA thì tổn hao năng lượng không tải DA = 0,930.24 = 22,32kWh. Nếu khi không dùng, cắt điện MBA thì tổn hao năng lượng không tải DA = 0,930.8 = 7,44kWh. Tiết kiệm 14,88kWh bằng 66,7%. Hiệu suất là thông số quan trọng, cứ một kW công suất đặt của máy phát điện cần khoảng 7¸ 9 kVA công suất đặt của MBA, vì vậy tiết kiệm được tổn hao công suất ở MBA sẽ tiết kiệm được nhiều năng lượng. Vì vậy khi chế tạo cần chú ý giảm tổn hao Pn, P0(chọn Bm, sử dụng vật liệu hợp lý, sử dụng công nghệ tiên tiến..) MBA thường có hiệu suất cao, những máy có công suất lớn (hàng trăm MVA) hiệu suất đạt tới 99,8%. - Nên đặt MBA ở trung tâm phụ tải để giảm tổn thất trên đường dây Trạm biến áp hạ áp nên đặt gần thiết bị động lực. Tổn thất năng lượng và tổn thất điện áp ở mạng hạ áp lớn hơn mạng cao áp, trạm biến áp hạ áp đặt trung tâm phụ tải hạ áp sẽ tiết kiệm năng lượng hơn. - Trong lưới truyền tải sử dụng MBA tự ngẫu Trong MBA tự ngẫu dây quấn w1, w2 có phần BF chung, tiết kiệm dây quấn đòng thời khi sử dụng tổn hao trên MBA nhỏ hơn. Khối lượng vật liệu tác dụng khi sử dụng MBA tự ngẫu, so với khối lượng vật liệu tác dụng MBA hai dây quấn cùng kích cỡ được tính theo biểu thức: Tương ứng tổn hao trong MBA cũng giảm đi Trong đó GTN, PTN là khối lượng vật liệu tác dụng và tổn hao khi mang tải của MBA tự ngẫu. G, P là khối lượng vật liệu tác dụng và tổn hao khi mang tải của MBA 2 dây quấn. Ta nhận thấy tỉ số biến đổi k của MBA càng gần 1 thì chế tạo MBA tự ngẫu càng tiết kiệm. - Lựa chọn số MBA làm việc song song Để đảm bảo an toàn và liên tục cung cấp điện các MBA thường làm việc song song. Các điều kiện làm việc song song là: Cùng tổ nối dây, nghĩa là cùng số giờ. Cùng cấp điện áp và tỷ số biến đổi. Cùng điện áp ngắn mạch vì hệ số tải của MBA làm việc song song tỷ lệ nghịch với điện áp ngắn mạch. Các điều kiện này nhằm đảm bảo không có dòng điện chạy quẩn giữa các MBA gây tổn hao công suất. Dễ nhận thấy số MBA (k) cho làm việc phụ thuộc vào công suất MBA Sđm, công suất phụ tải S, các tổn hao P0, Pn. Quan hệ giữa các đại lượng trên được biểu diễn bằng công thức: Hình 2.16 vẽ quan hệ = f(k) ứng với một số trường hợp =1/2; 1/3; 1/4; 1/5; 1/6 khi xí nghiệp có 6 MBA. Hình 2.16 = f(k) ứng với =1/2; 1/3; 1/4; 1/5; 1/6. Giả sử có =1/4, < 0,65 sử dụng 1 MBA làm việc 0,65<< 1,25 sử dụng 2 MBA làm việc 1,25<< 1,75 sử dụng 3 MBA làm việc 1,75<< 2,25 sử dụng 4 MBA làm việc 2,25<< 2,75 sử dụng 5 MBA làm việc > 2,75 sử dụng 6 MBA làm việc - Không đặt các thiết bị phụ trợ khi chưa cần thiết: Khi sử dụng ổn áp, kháng điện để khử điều hòa bậc cao và cân pha, chúng đều tiêu thụ năng lượng, khi thật cần mới sử dụng. - Đặt thiết bị bù để nâng cao hệ số : Để cải thiện hệ số công suất của mạng điện, cần một bộ tụ điện làm nguồn phát công suất phản kháng cách giải quyết này được gọi là bù công suất phản kháng. III.6.2. Động cơ không đồng bộ 1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc Động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) gồm stato và rôto. Stato gồm lõi thép và dây quấn ba pha. Có hai loại rôto: Rôto lồng sóc (hình 2.17) có cấu tạo đơn giản nhưng điện trở của nó không đổi. Hình 2.17 Động cơ rôto lồng sóc Rôto dây quấn (hình 2.18) có dây quấn rôto nối hình sao, một đầu đựoc nối với 3 vành trượt cho phép nối dây quấn rôto với biến trở mở máy. Hình 2.18 Động cơ rôto dây quấn Khi cho dòng điện xoay chiều ba pha vào 3 dây quấn tạo nên từ trường quay với tốc độ quay: Trong đó f - tần số, p - số đôi cực. Từ trường quay cảm ứng trong dây quấn rôto các sức điện động. Do dây quấn rôto khép kín mạch nên có dòng điện cảm ứng chạy trong dây quấn. Lực tác dụng tương hỗ giữa từ trường quay với dòng điện cảm ứng, sinh ra mô men quay, kéo rôto quay với tốc độ n cùng chiều với từ trường quay. Tốc độ quay của roto luôn nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường (n <n1). Chiều quay của từ trường phụ thuộc vào thứ tự dòng điện vào các pha dây quấn, thay đổi thứ tự của 2 trong 3 dây quấn, chiều quay của từ trường thay đổi dẫn đến chiều quay của động cơ cũng thay đổi Hệ số trượt Khi rôto đứng yên (n= 0), hệ số trượt s =1; khi rôto quayvới tốc độ định mức hệ số trượt nằm trong khoảng sđm = 0,02 đến 0,06. 2. Cơ hội tiết kiệm năng lượng đối với ĐCK ĐB Thiết kế chế tạo động cơ có hiệu suất cao: ĐCKĐB có hiệu suất cao có kích thước vật liệu tác dụng (tiết diện lõi thép, tiết diện dây quấn) lớn hơn động cơ thông dụng. Động cơ hiệu suất cao được thiết kế chuyên dụng để tăng hiệu suất hoạt động so với động cơ tiêu chuẩn. Các cải tiến thiết kế tập trung vào việc làm giảm tổn thất bên trong động cơ, bao gồm việc sử dụng thép silic có tổn thất sắt từ thấp hơn, dây dày hơn (để giảm trở kháng), sử dụng đồng thay cho các thanh nhôm trong rôto v.v.... Động cơ hiệu suất cao có dải công suất thiế