SỬ DỤNG HIỆU QUẢ & TIẾT KIỆM ĐiỆN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

SỦ DỤNG HIỆU QUẢ & TIẾT KIỆM ĐiỆN SỦ DỤNG HIỆU QUẢ & TIẾT KIỆM ĐiỆN

TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

1 MỤC TIÊU

• Nắm chắc các vấn đề về quản lý hệ thống điện • Nắm chắc các vấn đề về quản lý hệ thống điện



• Xác định các nguyên nhân gây tổn thất điện năng và • Xác định các nguyên nhân gây tổn thất điện năng và

làm giảm chất lượng điện năng làm giảm chất lượng điện năng

• Đề xuất và thực hiện các giải pháp sử dụng năng • Đề xuất và thực hiện các giải pháp sử dụng năng

lượng điện hiệu quả và tiết kiệm điện trong HTĐ lượng điện hiệu quả và tiết kiệm điện trong HTĐ

2 NỘI DUNG

• Giới thiệu chung • Giới thiệu chung

• Hệ thống điện & Quản lý nhu cầu phụ tải điện • Hệ thống điện & Quản lý nhu cầu phụ tải điện

• Sử dụng hiệu quả & tiết kiệm đối với các thiết bị điện • Sử dụng hiệu quả & tiết kiệm đối với các thiết bị điện

3

I. GiỚI THIỆU CHUNG Hệ thống phát-truyền tải-phân phối điện

4

• Các phần tử của mạng điện Tổn thất, % • Các phần tử của mạng điện Tổn thất, % • Lưới điện cao áp (110,220,500 kV) 25 % • Lưới điện cao áp (110,220,500 kV) 25 % • Lưới phân phối trung áp 812 % • Lưới phân phối trung áp 812 % • Máy biến áp phân phối 4  6 % • Máy biến áp phân phối 4  6 % • Lưới hạ áp 12  15% • Lưới hạ áp 12  15%

Phân bố tổn thất công suất trong một mạng điện (từ lưới trung áp tới hộ tiêu thụ)

5

60.0 60.0

50.0 50.0

Cơ cấu tiêu thụ điện 2001-2009

) )

40.0 40.0

% %

30.0 30.0

20.0 20.0

( ( g g n n ọ ọ r r t t ỷ ỷ T T

10.0 10.0

0.0 0.0

2001 2001

2002 2002

2003 2003

2004 2004

2005 2005

2006 2006

2007 2007

2008 2008

2009 2009

Năm Năm

Nông nghiệp Nông nghiệp

Công nghiệp Công nghiệp

TM & K/Sạn, Nhà Hàng TM & K/Sạn, Nhà Hàng

Quản lý & T.dùng dân cư Quản lý & T.dùng dân cư

6 II. HỆ THỐNG ĐIỆN

& QUẢN LÝ NHU CẦU PHỤ TẢI ĐIÊN

1. Đồ thị phụ tải 1. Đồ thị phụ tải

2. Quản lý nhu cầu phụ tải 2. Quản lý nhu cầu phụ tải

3. Hệ số công suất 3. Hệ số công suất

4. Sóng hài 4. Sóng hài

5. Chế độ làm việc không đối xứng 5. Chế độ làm việc không đối xứng

7

0:00 0:00

2:00 2:00

4:00 4:00

6:00 6:00

8:00 8:00

10:00 10:00

12:00 12:00

14:00 14:00

16:00 16:00

18:00 20:00 22:00 18:00 20:00 22:00

1.00 1.00

0.90 0.90

0.80 0.80

0.70 0.70

0.60 0.60

2005 2005 2006 2006 2007 2007 2008 2008

0.50 0.50

0.40 0.40

1. ĐỒ THỊ PHỤ TẢI * Đồ thị phụ tải ngày điển hình toàn quốc

8 *Đồ thị phụ tải ngày theo thành phần kinh tế

9 * Đồ thị phụ tải ngày dạng bậc thang

10

Giá điện năng

Giờ bình thường

920

Giờ thấp điểm

510

Giờ cao điểm

1.830

Giá điện cho ngành sản xuất (6 -22 KV)

Giờ Giá (đồng/ 1 kWh)

2. QUẢN LÝ NHU CẦU PHỤ TẢI

* Mục đích chung * Mục đích chung

• Giảm điện năng tiêu thụ • Giảm điện năng tiêu thụ

• Giảm chi phí sản xuất điện, giá điện • Giảm chi phí sản xuất điện, giá điện

• San bằng đồ thị phụ tải • San bằng đồ thị phụ tải

12

• Sắp xếp lại tổ chức sản xuất, bố trí các phụ tải điện • Sắp xếp lại tổ chức sản xuất, bố trí các phụ tải điện

hợp lý hợp lý

• Cắt giảm tổng điện năng tiêu thụ. • Cắt giảm tổng điện năng tiêu thụ.

• Chuyển dịch phụ tải. • Chuyển dịch phụ tải.

• Sa thải các phụ tải không cần thiết vào giờ cao điểm. • Sa thải các phụ tải không cần thiết vào giờ cao điểm.

• Sử dụng các thiết bị tiêu thụ điện ít, các thiết bị hiệu • Sử dụng các thiết bị tiêu thụ điện ít, các thiết bị hiệu

suất cao suất cao

• Sử dụng MF dự phòng, diedel vào giờ cao điểm. • Sử dụng MF dự phòng, diedel vào giờ cao điểm.

• Cài đặt các thiết bị điều chỉnh hệ số công suất • Cài đặt các thiết bị điều chỉnh hệ số công suất

* Các giải pháp quản lý phụ tải hiệu quả

13

San bằng đồ thị phụ tải

14

3. HỆ SỐ CÔNG SUẤT Góc lệch pha giữa dòng và áp

Tải thuần trở

Tải cảm

Tải dung

u,i u,i u,i

u u u u u u

i i i t t t

Các loại công suất

Công suất tác dụng (thực) Công suất tác dụng (thực)

P 

Q

P = U.I. cos (kW) P = U.I. cos (kW)

S

Công suất kháng Công suất kháng

Q = U.I. sin (kVAr) Q = U.I. sin (kVAr)

Hướng chuyển động

Công suất biểu kiến (tổng) Công suất biểu kiến (tổng)

S = U.I (kVA) S = U.I (kVA)

) r A V k (

g n á h k

ấ u s g n ô C

) A V k (

)

i i

n n ế ế k k

W k (

i i

u u ể ể b b

c c ự ự h h

t t

ấ ấ u u s s

g g n n ô ô C C

Hệ số công suất (cos )

 Hiệu quả của hệ thống điện chuyển từ công suất điện thành công suất đầu ra hữu dụng

17

Ảnh hưởng của cos  thấp

Công suất MBA

Tổn thất điện

Kích cỡ dây

Sụt áp

Giá điện

• Giảm tiêu thụ công suất phản kháng • Giảm tiêu thụ công suất phản kháng - Sử dụng thiết bị tiêu thụ P phản kháng nhỏ; - Sử dụng thiết bị tiêu thụ P phản kháng nhỏ; - Thay các động cơ không đồng bộ non tải  động có có P - Thay các động cơ không đồng bộ non tải  động có có P nhỏ hơn; nhỏ hơn;

- Giảm điện áp đặt vào đối với động cơ thường xuyên làm - Giảm điện áp đặt vào đối với động cơ thường xuyên làm việc non tải; việc non tải;

- Hạn chế động cơ làm việc không tải; - Hạn chế động cơ làm việc không tải;

- Dùng động cơ đồng bộ thay cho động cơ không đồng bộ - Dùng động cơ đồng bộ thay cho động cơ không đồng bộ cùng P khi quy trình công nghệ cho phép; cùng P khi quy trình công nghệ cho phép;

- Thay thế và sắp xếp lại các MBA non tải. - Thay thế và sắp xếp lại các MBA non tải.

Các biện pháp nâng cao cos

19

• Sử dụng các thiết bị bù

Trước bù

Sau bù

Trước bù

Sau bù

100kW

CS thực 100kW

2

1

Mức CS tiết kiệm

33 kVAR

CS CS thực thực

CS tổng

R R A A V V k k 0 0 0 0 1 1

g g n n á á h h k k S S C C

SC kháng bù: 67 kVAR

CS kháng do tụ bù cấp

Trước bù: Cos1 = 0.70

CSkháng do biến áp cấp

Sau bù: Cos2 = 0.95

Tính dung lượng bù:







 tanP

tan

moi

Tổn thất khi chưa có bù:

• Tổn thất sau khi có bù: • Tổn thất sau khi có bù:

• Giảm được lượng tổn thất: • Giảm được lượng tổn thất:

Vị trí đặt tụ

Bù tập trung

Bù riêng rẽ

Bù nhóm

Bù cos  (tt)

Bù ứng động

Bù nền

4. SÓNG HÀI

Sóng cơ bản

Sóng hài bậc 3 Sóng hài bậc 3

Dòng điện trên pha

Sóng hài bậc 5

Tải phi tuyến

Nguyên nhân gây sóng hài

27

Ảnh hưởng của sóng hài

• Tăng nhiệt độ, tăng tổn hao máy biến áp và • Tăng nhiệt độ, tăng tổn hao máy biến áp và

động cơ (dòng xoáy trong lõi thép) động cơ (dòng xoáy trong lõi thép)

• Tăng nhiệt độ dây dẫn (hiệu ứng bề mặt) • Tăng nhiệt độ dây dẫn (hiệu ứng bề mặt)

• Tăng sụt áp cuối đường dây • Tăng sụt áp cuối đường dây

• Các thiết bị điện tử làm việc không tin cậy • Các thiết bị điện tử làm việc không tin cậy

• Rơ-le, MCB, MCCB tác động nhầm • Rơ-le, MCB, MCCB tác động nhầm

• Hư hỏng cụm tụ điện • Hư hỏng cụm tụ điện

• Giảm chất lượng sản phẩm • Giảm chất lượng sản phẩm

Ảnh hưởng của sóng hài (tt)

A

B

N N

C

Sóng hài trong dây trung tính: 300%, sóng hài pha

• Cung cấp mạch điện riêng cho thiết bị gây sóng hài • Cung cấp mạch điện riêng cho thiết bị gây sóng hài

• Dùng tụ lọc sóng hài • Dùng tụ lọc sóng hài

• Tăng tiết diện dây trung tính • Tăng tiết diện dây trung tính

• Tăng số pha của cầu nắn • Tăng số pha của cầu nắn

• Sử dụng bộ lọc bậc cao • Sử dụng bộ lọc bậc cao

- Cuộn cảm nối tiếp, Máy biến áp Zigzag - Cuộn cảm nối tiếp, Máy biến áp Zigzag

- Bộ lọc thụ động - Bộ lọc thụ động

- Bộ lọc chủ động - Bộ lọc chủ động

Các biện pháp giảm sóng hài

30

Bộ lọc thụ động

31

Bộ lọc chủ động

32 5. CHẾ ĐỘ KHÔNG ĐỐI XỨNG (KĐX)

• Chế độ KĐX: chế độ làm việc các pha không giống • Chế độ KĐX: chế độ làm việc các pha không giống

nhau (về môđun hoặc pha hoặc cả hai). nhau (về môđun hoặc pha hoặc cả hai).

- KĐX ngắn mạch - KĐX ngắn mạch

- KĐX dài hạn - KĐX dài hạn

• Tác hại: • Tác hại:

- Xuất hiện dòng thứ tự nghịch và thứ tự không. - Xuất hiện dòng thứ tự nghịch và thứ tự không.

- Dòng thứ tự không sẽ đi trên dây trung tính, - Dòng thứ tự không sẽ đi trên dây trung tính, gây tổn thất (20% đối 3 pha dây dẫn, 1  2% điện gây tổn thất (20% đối 3 pha dây dẫn, 1  2% điện năng tiêu thụ toàn nhà máy) năng tiêu thụ toàn nhà máy)

33

A A

A A

AI AI

AZ AZ

CI CI

C C

B B

CZ CZ

BZ BZ

C C

B B

BI BI

Dây trung tính (N) trong hệ thống điện 3 pha

Nguyên nhân xuất hiện dòng trên dây trung tính

 Đấu nối ban đầu  Đấu nối ban đầu  Thay đổi phụ tải trên các pha theo thời gian  Thay đổi phụ tải trên các pha theo thời gian

sử dụng sử dụng

• Phân phối tải trên từng pha không hợp lý • Phân phối tải trên từng pha không hợp lý

• Công suất tiêu thụ trên từng pha khác nhau • Công suất tiêu thụ trên từng pha khác nhau

tại các thời điểm khác nhau tại các thời điểm khác nhau

• Cân bằng phụ tải từng pha • Cân bằng phụ tải từng pha

Các giải pháp đối xứng hóa chế độ của hệ thống cung cấp điện

• Giảm điện trở thứ tự nghịch của lưới điện 3 • Giảm điện trở thứ tự nghịch của lưới điện 3

pha 4 dây pha 4 dây

• Động cơ không đồng bộ 3 pha đấu hệ thống • Động cơ không đồng bộ 3 pha đấu hệ thống

có phụ tải KĐX có phụ tải KĐX

• Đấu không đối xứng tụ điện giữa các pha. • Đấu không đối xứng tụ điện giữa các pha.

36

Định kỳ đo dòng dây trung tính/ dòng pha

Đo ở những thời điểm khác nhau trong ngày

Loại trừ dòng trên dây trung tính

Cân bằng phụ tải các pha

III. SỬ DỤNG HiỆU QUẢ &TIẾT KIỆM ĐỐI VỚI CÁC THIẾT BỊ ĐiỆN

1. Máy biến áp 1. Máy biến áp

2. Động cơ điện 2. Động cơ điện

38

1.MÁY BIẾN ÁP (MBA)

MBA &Tổn thất trong MBA

- Giản đồ năng lượng của MBA

P + jQ P + jQ 2 2

2 2

®t ®t

P + jQ P + jQ 1 1 1 1

P + jQ P + jQ ®t ®t

p + jq p + jq Cu2 Cu2

2 2

p + jq p + jq Fe Fe

M M

p + jq p + jq Cu1 Cu1

1 1

- Hiệu suất:

 %

100

P 2 P 1

39

NP

Các tổn thất trong MBA: Các tổn thất trong MBA:

- Tổn thất lõi từ - Tổn thất lõi từ

, không phụ thuộc công suất tải. , không phụ thuộc công suất tải.

0P

- Tổn thất đồng thay đổi theo công suất tải : - Tổn thất đồng thay đổi theo công suất tải :

+ Khi tải định mức sẽ là tổn thất ngắn mạch ; + Khi tải định mức sẽ là tổn thất ngắn mạch ;

NP

+ Còn tổn thất công suất khi mang tải S(t) : + Còn tổn thất công suất khi mang tải S(t) : 2 2

2 2

 

P P B B

P P 0 0

P P N N

N N P P . .

tS )( )( tS S S

dmB dmB

     

    P P 0 0  







8760

Tổn thất điện năng trong 1 năm Tổn thất điện năng trong 1 năm . P .0

40

Sử dụng hiệu quả và tiết kiệm khi sử dụng MBA

1. Chọn hợp lý dung lượng MBA hạn chế tổn hao

Ví dụ: - B1 có Sdm=400kVA, P0=0,92 kW, PN=5,5 kW; Ví dụ: - B1 có Sdm=400kVA, P0=0,92 kW, PN=5,5 kW; - B2 có Sdm=630kVA, P0=1,42 kW, PN=7,6 kW. - B2 có Sdm=630kVA, P0=1,42 kW, PN=7,6 kW.

Tải (KVA) Tải (KVA)

100 100

200 200

300 300

400 400

500 500

600 600

Tổn thất B1: 1,263 2,295 4.061 6,42 Tổn thất B1: 1,263 2,295 4.061 6,42

Tổn thất B2: 1,611 2,186 3,143 4,484 6,207 8,313 Tổn thất B2: 1,611 2,186 3,143 4,484 6,207 8,313

KL: Tải dưới 200 kVA dùng B1, lớn hơn dùng B2 KL: Tải dưới 200 kVA dùng B1, lớn hơn dùng B2

41

tS )(



P 0

• 1 MBA thì tổn thất: • 1 MBA thì tổn thất:

• 2 MBA thì tổn thất: • 2 MBA thì tổn thất:

 .2

P 0

  P N S   P N 2

   tS )( S

dmB

dmB   

  

 S*S

dmB

 P.2 0  P N

2. Vận hành kinh tế trạm biến áp

42

3.Các giải pháp khác

- Phân phối tải phù hợp giữa các MBA - Phân phối tải phù hợp giữa các MBA

- Trạm BA đặt gần các thiết bị động lực - Trạm BA đặt gần các thiết bị động lực

- Không sử dụng ổn áp cho các mạch động lực - Không sử dụng ổn áp cho các mạch động lực khi dao động điện áp xảy ra với tần suất khi dao động điện áp xảy ra với tần suất không lớn không lớn

- Điều chỉnh điện áp của MBA phù hợp với phụ - Điều chỉnh điện áp của MBA phù hợp với phụ

tải tải

43

2.ĐỘNG CƠ ĐiỆN

44

Hiệu suất động cơ

Pout = Ƭ. ω

Pin = U.I. Cos

Ptảnmạn

Pmasát Pmasát Protor Protor

Plõi

• Động cơ chạy non tải

• Bảo trì không tốt

Pstator Nguyên nhân làm giảm hiệu suất: • Động cơ quấn lại nhiều lần

Động cơ chạy non tải

Hiệu suất động cơ

Hệ số công suất

Cos 

Tải động cơ

i i

t t ấ ấ u u s s u u ệ ệ H H

0.17

25% ÷ 50%

0.55 ÷0.73

Tỷ lệ mang tải

75%

0.7

46

1.Sử dụng động cơ hiệu suất cao

Các cơ hội tiết kiệm điện năng trong sử dụng động cơ

Ưu điểm

Hạn chế

47

Hiệu quả sử dụng động cơ hiệu suất cao

• Cỡ bé ( 15kW) : 6 ÷ 8 % • Cỡ bé ( 15kW) : 6 ÷ 8 % • Cỡ lớn ( 20kW): 2 ÷ 4 % • Cỡ lớn ( 20kW): 2 ÷ 4 %

• Cỡ bé ( 15kW): 15 ÷ 25 % • Cỡ bé ( 15kW): 15 ÷ 25 % • Cỡ lớn ( 20kW): không • Cỡ lớn ( 20kW): không

đáng kể đáng kể

Mức tăng hiệu suất Mức tăng chi phí đầu tư

48

2. Giảm thời gian hoạt động non tải

• •

Lựa chọn kích cỡ sao cho động vận hành từ 65% - Lựa chọn kích cỡ sao cho động vận hành từ 65% -

100% công suất định mức 100% công suất định mức

• •

Xem xét thay thế động cơ khi tải < 40% công suất Xem xét thay thế động cơ khi tải < 40% công suất

định mức định mức

3. Phù hợp với đặc điểm tải 3. Phù hợp với đặc điểm tải

4. Nâng cao chất lượng điện năng 4. Nâng cao chất lượng điện năng

5. Nâng cao hệ số công suất 5. Nâng cao hệ số công suất

49

6. Sử dụng bộ biến tần (High Efficiency Motor-HEMs) Tần số f vào có thể điều khiển tốc độ đông cơ

EMC

Vi xử lý/điều khiển

50

Lợi ích của sử dụng biến tần (VSD, inverter)

• Tiết kiệm năng lượng • Tiết kiệm năng lượng

• Hệ thống vận hành liên tục, đáp ứng theo yêu • Hệ thống vận hành liên tục, đáp ứng theo yêu

cầu phụ tải cầu phụ tải

• Độ tin cậy cao • Độ tin cậy cao

• Ít gây tiếng ồn • Ít gây tiếng ồn

• Có khả năng đảo chiều quay và hãm • Có khả năng đảo chiều quay và hãm

• Đặc tính khởi động mềm và êm máy • Đặc tính khởi động mềm và êm máy

51

Lưu ý khi lắp biến tần (VSD)

• Xem xét tính chất tải cơ phù hợp • Xem xét tính chất tải cơ phù hợp

• Đặt VSD gần động cơ (< 30m) • Đặt VSD gần động cơ (< 30m) • Môi trường ít bụi, tránh rung và nhiệt độ (<40oC) • Môi trường ít bụi, tránh rung và nhiệt độ (<40oC)

• Lắp các bộ lọc sóng hài • Lắp các bộ lọc sóng hài

• Lắp các thiết bị chống xung bảo vệ VSD khỏi bị • Lắp các thiết bị chống xung bảo vệ VSD khỏi bị

sốc điện sốc điện

• Nối đất thiết bị • Nối đất thiết bị

• Bảo dưỡng, cuốn lại dây, thay thế • Bảo dưỡng, cuốn lại dây, thay thế