Tụ bù là gì?

Tụ bù chính là một bộ phận quan trọng trong tủ điện bù công suất phản kháng. Ngoài ra, tủ điện bù này muốn hoạt động hiệu quả và công suất thì còn phải có thể những thiết bị, bộ phận khác kết hợp kèm như bộ điều khiển tụ bù, khởi động từ, aptomat, đồng hồ đo, cuộn kháng lọc sóng hài,… Tụ bù có nhiều tên gọi khác nhau như tụ bù điện, tụ bù công suất, tụ bù cos phi hay tụ bù công suất phản kháng… Dù có nhiều tên gọi, nhưng về bản chất tụ bù là gì, mời mọi người đọc bài viết dưới đây.

1. Tụ bù là gì?

Tụ bù là một loại linh kiện điện tử lưu trữ điện tích được lắp đặt trong tủ điện (tủ tụ bù). Tụ bù được làm bằng 2 vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách bởi 1 lớp cách điện hay còn gọi là điện môi. Tụ bù có tác dụng tích điện và phóng điện trong mạch điện được lắp đặt với khả năng nhất định.

Khả năng tích điện của tụ bù ở một hiệu điện thế nhất định gọi là điện dung của tụ bù. Điện dung của tụ bù được xác định bằng thương số giữa điện tích của tụ bù và hiệu điện thế giữa hai bản dẫn (C = Q/U).

Điện dung là gì?

Điện dung là lượng điện được tích vào tụ bù ở mức hiệu điện thế nhất định. 

Điện dung chính là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ bù ở một mức hiệu điện thế nhất định. Tụ bù ngắt dòng điện trong mạch điện một chiều (DC) và ngắn mạch trong mạch điện xoay chiều (AC). Công thức tính cụ thể:

C = Q/U

Trong đó:

• C là điện dung tính bằng farad (F) (hiệu điện thế giữa hai bản dây của nó).
• Q là điện tích trong coulombs (C), được lưu trữ trên Tụ bù (điện tích của tụ).
• U là hiệu điện thế giữa các bản Tụ bù tính bằng vôn (V).

Mục đích của tụ bù

Trong hệ thống điện, tụ bù được sử dụng với mục đích bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất cosφ (cos phi) nhằm đảm bảo hiệu quả hoạt động của lưới điện. Nếu hệ số công suất cos phi không đạt đúng quy định của công ty điện lực, doanh nghiệp sẽ bị phạt tiền theo quy định của ngành Điện lực. Do đó lắp tụ bù sẽ giảm được một khoản đáng kể tiền điện hàng tháng (có thể giảm tới vài chục %).

Trong một hệ thống điện thì tụ bù điện được sử dụng cho mục đình là bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất cosφ, nhờ đó mà hoạt động của lưới điện được hiệu quả hơn và giảm được rủi ro bị phạt tiền theo quy định của ngành điện lực ban hành. Đối với các hệ thống điện khi lắp đặt tụ bù sẽ giảm và tiết kiệm được một khoản chi phí tiền điện mỗi tháng đáng kể đó nhé!

• Giúp tăng công suất máy biến áp
• Tăng khả năng mang tải của đường dây
• Giảm hiện tượng sụt áp trên hệ thống điện
• Giảm tổn hao công suất
• Tránh chi phí mua công suất phản kháng
• Tăng hệ số công suất cosϕ

2. Cấu tạo của Tụ bù

Tụ bù thường có cấu tạo như hình dưới đây.

Tụ bù có 2 loại cấu tạo thường bắt gặp nhất là tụ bù dầu và tụ bù giấy cách điện. Trong đó, hai bản cực tụ được đặt song song nhau và được cách điện với nhau bằng gốm hoặc bằng giấy cuộn lại và thấm dầu. (Được gọi là điện môi). Vỏ tụ thường cấu tạo bằng kim loại hoặc keo phủ. Hai chân của bản cực tụ được để lộ ra ngoài. 

Các tấm tích tụ bù bắt đầu tích khi được nối với nguồn điện. Một tấm tích tụ bù tích dương và tấm kia tích tụ bù tích âm.

Tủ điện tụ bù công suất phản kháng thông thường bao gồm các Tụ bù điện mắc song song với tải, được điều khiển bằng một Bộ điều khiển tụ bù tự động thông qua thiết bị đóng cắt Contactor. 

3. Nguyên lý hoạt động của tụ bù

Tụ bù điện thường dùng để tích và phóng điện trong mạch điện, muốn tích điện cho tụ bù điện người ta nối hai bản cực của tụ bù điện với nguồn điện, bản nối với cực dương sẽ tích điện dương, bản nối với cực âm sẽ tích điện âm.

Tụ bù công suất

Tụ bù công suất dùng để bù công suất phản kháng xuất hiện trên mạng hệ thống điện. Nằm nâng cao chất lượng điện, giảm hiện tượng sụt áp trên đường dây, tăng khả năng mang tải của đường dây. Tụ bù nâng cao hệ số công suất cosϕ cho các hệ thống điện tại nhà máy đang có cosϕ < 0.85 để tránh phải những chi phí mua công suất vô công, công suất phản kháng không đáng có.

Nguyên lý hoạt động của tụ bù công suất

Đo độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện trên hệ thống. Nếu giá trị này nhỏ hơn giá trị cài đặt (thường là 0.95) thì tụ bù công suất sẽ phóng điện vào hệ thống cho đến khi đạt được trị số như yêu cầu và giữ hệ số công suất quanh giá trị cài đặt.

Tụ bù công suất thường được lắp đặt trong tủ điện riêng biệt, hoặc trong tủ điều khiển động lực. Các tủ này thường được đặt trong nhà xưởng sản xuất hay đặt trực tiếp ngoài trời tại các trạm hạ áp.

Tụ bù công suất phản kháng

Tủ tụ bù công suất phản kháng là hệ tủ điện hoàn chỉnh. Trong đó gồm có những tụ bù công suất điện mắc song song với phụ tải. Tuỳ theo từng hệ thống điện mà sử dụng số lượng tụ bù nhiều hay ít để đạt được hệ số công suất tối ưu. Ngoài ra, trong tủ còn có các thiết bị như: bộ điều khiển tụ bù, dây cáp, CB, rơle đóng ngắt, …để điều khiển cũng như bảo vệ cho tụ bù công suất.

4. Phân loại tụ bù

Việc phân loại tụ bù sẽ giúp bạn dễ dàng hơn trong việc lựa chọn tụ phù hợp với nhu cầu. Dưới đây là một số cách phân loại thông dụng hiện nay.

Dựa vào điện áp

• Tụ bù 1 pha

Gồm các loại điện áp 230V, 250V. Thường được sử dụng trong các hộ gia đình nhỏ và nơi tiêu thụ ít điện.

• Tụ bù 3 pha

Thường được sử dụng cho các loại điện áp khác nhau nhưng phổ biến nhất vẫn là hai loại 415V và 440V.

Tụ bù điện này thường được lắp đặt trong các hệ thống điện áp ổn định và ở mức điện chuẩn. Tụ bù điện 3 pha được sử dụng nhiều trong các hệ thống công trình lớn như bệnh viện, chung cư,… hay các nhà máy, khu công nghiệp,…

Dựa vào cấu tạo

Tụ bù khô:

– Tụ bù khô là loại tụ được cấu tạo có hình tròn dài và khá gọn. Nhờ cấu tạo nên dễ dàng trong việc lắp đặt và sửa chữa. Nó chiếm diện tích rất nhỏ trong tủ điện.

– Tụ bù khô thường được lắp đặt trong các hệ thống có công suất hoạt động nhỏ, chất lượng điện khi sử dụng tụ này thường tương đối tốt.

– Tụ bù khô có giá thành khá thấp, phù hợp với nhiều đối tượng khách hàng nhỏ như hộ kinh doanh nhỏ lẻ hay gia đình…

Tụ bù dầu:

– Tụ bù dầu là loại tụ có cấu tạo hình chữ nhật, có thiết kế có độ bền cao hơn tụ bù khô.

– Tụ bù dầu được sử dụng cho tất cả các loại hệ thống, mạng lưới điện đặc biệt là các hệ thống có công suất lớn, cần thiết bị hỗ trợ và bù lại một lượng công suất lớn.

– Tụ bù dầu thường được lắp đặt trong các doanh nghiệp sản xuất lớn hay các trường học, cơ quan…

5. Cách tính dung lượng tủ tụ bù

Công thức tính dung lượng

Để tính tụ bù cho một tải nào đó thì ta cần biết công suất (P) và hệ số công suất (Cosφ) của tải đó :

Giả sử ta có công suất của tải là P

Hệ số công suất của tải là Cosφ1 → φ1 → tgφ1 ( trước khi bù, cosφ1 nhỏ còn tgφ1 lớn )

Hệ số công suất sau khi bù là Cosφ2 → φ2 → tgφ2 ( sau khi bù, cosφ2 lớn còn tgφ2 nhỏ)

Công suất phản kháng cần bù là Qb = P (tgφ1 – tgφ2 ).

Từ công suất cần bù ta chọn tụ bù cho phù hợp trong bảng catalog của nhà cung cấp tụ bù.

Ví dụ cụ thể tính dung lượng tụ bù

Giả sử ta có công suất tải là P = 100 (KW).

Hệ số công suất trước khi bù là cosφ1 = 0.75 → tgφ1 = 0.88

Hệ số công suất sau khi bù là Cosφ2 = 0.95 → tgφ2 = 0.33

Vậy công suất phản kháng cần bù là Qbù = P ( tgφ1 – tgφ2 )

Qbù = 100( 0.88 – 0.33 ) = 55 (KVAr)

Bảng tra dung lượng tụ bù cos phi

Phương pháp tính dung lượng cần bù theo công thức thường rất mất thời gian và phải có máy tính có thể bấm được hàm arcos, tan. Để quá trình tính toán nhanh, người ta thường dung bảng tra hệ số để tính dung lượng tụ bù

Lúc này, ta áp dụng công thức : Qb = P*k

Với k là hệ số cần bù tra trong bảng tra dưới đây

Ví dụ: Với bài toán như trên, từ cosφ1 = 0.75 và cosφ2 = 0.95. Ta gióng theo hàng và theo cột sẽ gặp nhau tại ô có giá trị k=0.55. Từ k = 0.55 ta tính toán tương tự sẽ ra kết quả như tính bằng công thức.

6. Lưu ý khi lắp đặt tụ bù điện

6.1. Cách lắp đặt tụ bù tiết kiệm điện

Tụ bù có nhiệm vụ bù công suất điện phản kháng để tiết kiệm điện năng. Tuy nhiên, mỗi hệ thống điện có quy mô và nhu cầu sử dụng khác nhau sẽ có cách lắp đặt tủ tụ bù phù hợp. 

 Đối với cơ sở sản xuất quy mô nhỏ

Các cơ sở sản xuất nhỏ thường có nhu cầu bù công suất phản kháng thấp. Thông thường khi muốn tiết kiệm chi phí thì cần dùng phương pháp bù tĩnh hay còn gọi là bù nền. Cách lắp đặt tụ bù tiết kiệm điện

Tụ bù với công suất phản kháng thấp có khối lượng nhỏ, cấu tạo đơn giản, gọn ngàng và chi phí đầu tư thấp.

Cấu tạo của thiết bị gồm:

• Vỏ tủ kích thước 500x350x200mm.
• Một aptomat bảo vệ cho tụ bù và giúp người dùng thực hiện việc đóng ngắt bằng tay. Trong trường hợp muốn tự đóng ngắt tụ bù thì hoàn toàn có thể kết hợp với Rơ le thời gian đối với những cơ sở làm việc trong ngày.
• Một tụ bù với công xuất nhỏ chỉ từ 2.5kVAr đến 10kVAr.

Với loại tụ điện có công suất nhỏ này thì chi phí lắp đặt cũng cực kỳ là tiết kiệm. Cơ sở sản xuất sau khi lắp tụ bù có thể giảm vài trăm nghìn đến vài triệu đồng tiền điện mỗi tháng.

Đối với những cơ sở sản xuất quy mô trung bình

Đặc điểm của những cơ sở sản xuất quy mô trung bình hiện nay trên thị trường là có tổng công suất tiêu thụ điện năng vào vài trăm kW. Hầu hết các thiết bị điện được sử dụng để sinh ra sóng hài nhưng ở mức nhỏ nên không cần đến bộ lọc sóng hài. Công suất phản kháng dao động từ vài chục tới vài trăm kVAr. Khi đó, nếu Cosφ thấp hơn mức 0.9 thì cơ sở có thể bị phạt từ vài triệu đến hơn chục triệu đồng tiền vi phạm quy định trong điện lực.

Chính vì vậy mà giải pháp lắp đặt tụ bù tiết kiệm điện cho các đơn vị có quy mô sản xuất trung bình hiện nay như sau:

Không thể dùng bù tĩnh mà cần chia ra thành nhiều cấp tụ bù để bù điện cho hệ thống. Để lắp tụ bù trong trường hợp này có 2 cách là:

• Tụ bù tự động sử dụng với bộ điều khiển tụ bù tự động.
• Tụ bù thủ công thực hiện việc đóng ngắt các cấp bằng tay.

Sử dụng tụ bù với việc đóng ngắt các cấp bằng tay thường không chính xác và không đảm bảo được tính kịp thời bởi nó được thực hiện bằng người vận hành dựa vào kinh nghiệm hoặc quan sát đồng hồ đo để đưa ra quyết định. Cách làm thủ công gây mất sức khi vận hành máy tủ điện tụ bù, vì thế nên ít được ứng dụng trong thực tế. 

Tụ bù tự động sử dụng bộ điều khiển tụ bù tự động

Tự động lúc nào cũng mang lại hiệu quả tốt hơn thủ công. Các doanh nghiệp hầu hết đều lựa chọn phương pháp này. Bộ điều khiển tự động sẽ đo và tính toán lượng công suất cần thiết cần bù để thực hiện đóng ngắt hệ thống kịp thời. Không những vậy, bộ điều khiển tự động thông minh này còn cho phép đóng ngắt luôn phiên và có sự ưu tiên đóng ngắt với những tụ bù ít sử dụng đến, nhờ đó mà cân bằng về thời gian sử dụng của tụ bù và kéo dài tuổi thọ sử dụng của thiết bị.

Bộ điều khiển tự động này hiện nay có nhiều loại, được chia từ 4 cấp đến 14 cấp. Trong hệ thống điện với các cơ sở quy mô trung bình thường dùng loại 4 cấp đến 10 cấp. Đồng thời tủ tụ bù điện tự động tiêu chuẩn sẽ bao gồm cấu tạo như sau:

• Vỏ tủ chiều cao 1m – 1.2m
• Aptomat tổng bảo vệ
• Tụ bù, bộ điều khiển tụ bù tự động
• Contactor đóng ngắt tụ bù được kết nối với bộ điều khiển
• Aptomat nhánh bảo vệ từng cấp tụ bù
• Các thiết bị phụ: đồng hồ đo Volt, Ampe, đèn báo pha,…

Đối với cơ sở sản xuất quy mô lớn

Với những cơ sở sản xuất theo quy mô lớn thường sử dụng tổng công suất thiết bị từ vài trăm đến vài nghìn kW. Không những vậy, họ còn thường có trạm biến áp riêng, các thiết bị thường sinh ra một lượng lớn sóng hài cần lắp thiết bị lọc để bảo vệ tụ bù.

Giải pháp trong việc lắp đặt tụ bù để tiết kiệm điện năng trong trường hợp này nên dùng hệ thống bù tự động và được chia thành nhiều cấp tụ bù với công suất lớn. Đặc biệt, nếu trong hệ thống điện có nhiều thiết bị sinh ra sóng hài lờn thì doanh nghiệp, cơ sở sản xuất còn cần lắp đặt thêm cuộn kháng làm nhiệm vụ lọc sóng hài để bảo vệ tụ bù tránh khỏi rủi ro cháy nổ.

6.2 Cách kiểm tra dung lượng tụ bù

Khi bạn muốn thực hiện việc kiểm tra dung lượng tụ bù thì cần tiến hành như thế nào? Đây là một câu hỏi được rất nhiều người thắc mắc.

Chỉ với 1 chiếc đồng hồ vạn năng Fluke hoặc Kyoritsu. Thiết bị này sẽ được nối tắt 2 pha, và thực hiện việc đo pha còn lại với 2 pha nối tắt. Sau đó giá trị đọc được chia đôi thì được dung lượng 1 pha được nhà sản xuất ghi trên nhãn thông tin của sản phẩm. Sau đó tiếp tục lần lượt với các cặp cực còn lại thì được dung lượng 3 pha.

Cách này sẽ cho kết quả đo chính xác nhưng cần mua đồng hồ vạn năng chuyên dụng. 

Các bạn tiến hành kiểm tra tụ bù bằng ampe kế.

Các bạn cũng có thể kiểm tra dung lượng tụ bù theo cách gián tiếp đo dòng điện lúc tụ vận hành. Cách làm này đơn giản hơn, dễ thực hiện và cho kết quả tương đối chính xác. Tuy nhiên, cần có độ tin cậy cao thì mới sử dụng được cách này và nên đo trong lúc điện áp ở mức phạm vi cho phép. Để đánh giá về chất lượng tụ bù thì các bạn sẽ so sánh dòng điện lúc tụ vận hành với dòng điện định mức được ghi trên sản phẩm. Đặc biệt trên thực tế thì tụ bù sử dụng càng lâu thì dòng điện sẽ giảm xuống dẫn.

VCC Trading KHÔNG PHÂN PHỐI tụ bù, chúng tôi chỉ phân phối các thiết bị công nghiệp tiêu chuẩn từ các thương hiệu dưới đây: