Hệ số công suất – Những khái niệm liên quan cần biết

   Hệ số công suất được sử dụng trong việc tính ra công suất tiêu thụ điện của các thiết bị điện trong gia đình, văn phòng, trung tâm thương mại,… Khi mua và sử dụng bất cứ thiết bị điện nào trong một công trình nào đó, người ta đều phải xem xét nó có hệ số công suất là bao nhiêu để tính toán sử dụng loại nào cho phù hợp với hệ thống điện mà tiết kiệm được tối đã chi phí. Vậy, hệ số công suất là gì? Những khái niệm liên quan đến hệ số công suất gồm những gì? Hãy cùng đón đọc trong bài viết cụ thể dưới đây nhé.

Hệ công suất là gì?
Hệ công suất là gì?

Hệ số công suất là gì?

  Hệ số công suất là một thuật ngữ chuyên dụng dùng trong ngành điện, là một thành phần quan trọng nhất giúp chúng ta tính ra công suất tiêu thụ điện của bất cứ một thiết bị điện nào đó. Hệ số công suất càng lớn thì hệ thống điện đang được vận hành hiệu quả và ngược lại, hệ số công suất thấp sẽ gây ra những rủi ro nhất định cho người sử dụng.

  Hệ số công suất Cosφ chính là tỷ lệ giữa công suất thực được hấp thụ bởi tải và công suất biểu kiến chảy trong mạch điện đang sử dụng của hệ thống điện xoay chiều. Hay nói cách khác nó là tỷ lệ giữa điện trở và trở kháng hay cosin của góc giữa đồng điện với điện áp. Hệ số công suất được tính bằng volt-ampe.

  Hệ số công suất chỉ được sử dụng khi tính điện năng tiêu thụ điện của thiết bị sử dụng đồng điện xoay chiều. Bởi mạch DC có tần số bằng 0, độ lệch góc pha(Φ) giữa dòng điện và điện áp cũng không có nên nó không có hệ số công suất.

Hệ số công suất được tính bằng công thức đơn giản như sau:

Cosφ = PS

Trong đó:

  • P: công suất hiệu dụng (W)
  • S: công suất biểu kiến (VA)
he so cong suat 1
Cách tính hệ số công suất

Các loại hệ số công suất

Hiện nay, hệ số công suất có 3 loại chính đó là: Hệ số công suất trung bình, hệ số công suất tức thời, hệ số công suất tự nhiên.

Hệ số công suất trung bình

Hệ số công suất trung bình là hệ số công suất được tính trong một khoảng thời gian nhất định có thể là theo tuần, tháng hay quý,… Việc tính hệ số công suất trung bình này sẽ đánh giá được mức độ sử dụng điện tại gia đình, văn phòng, cửa hàng,… có đang hợp lý hay không để có kế hoạch điều chỉnh phù hợp.. Công thức tính hệ số công suất trung bình là:

 Cosφtb  = Ahc(Ahc2+Avc2)

Trong đó:

  • Cosφtb: hệ số công suất trung bình
  • Ahc: điện năng tiêu thụ được đo trong kỳ xác định
  • Avc: điện năng phản kháng được đo trong kỳ xác định

Hệ số công suất tự nhiên

Hệ số công suất tự nhiên là hệ số công suất được tính cho cả năm khi hệ thống điện không có thiết bị bù. Hệ số này sẽ được sử dụng để làm căn cứ cho các gia đình, doanh nghiệp tính toán, nâng cao hệ số công suất hiệu dụng và bù cho công suất phản kháng sao cho hệ thống điện hoạt động trơn chu, hiệu quả.

Hệ số công suất tức thời

Hệ số công suất tức thời là hệ số công suất của các thiết bị điện được đo ở một thời điểm nhất định bằng các dụng cụ đo điện áp hoặc dụng cụ đo hệ số công suất. Hệ số này không cố định, tùy vào từng thời điểm đo nên có biên độ dao động lớn, độ chính xác đối với cả hệ thống điện không cao. Bởi vậy, nó không được dùng để tính toán trong những công thức liên quan đến các thông số khác.

Hệ số công suất tức thời được xác định là:

Cosφ = P3UI

Các loại công suất sử dụng trong dòng điện xoay chiều

Trong hệ thống điện xoay chiều có 3 loại công suất là: Công suất hiệu dụng, công suất phản kháng và công suất biểu khiến

Công suất hiệu dụng

Công suất hiệu dụng hay còn gọi là công suất tác dụng, công suất thực ký hiệu chuyên ngành là P chinh là phần điện năng mạch điện của các thiết bị điện sử dụng trong mỗi gia đình, văn phòng, doanh nghiệp,… Phần điện năng này có thể biến đổi thành năng lượng có ích cho chúng ta như năng lượng hóa, nhiệt, cơ.

Công suất hiệu dụng là phần công suất có lợi cho mạch điện và có đơn vị tính là W. Công thức tính của công suất hiệu dụng là: P = U . I .cosφ

Trong đó:

  • P: công suất hiệu dụng (P)
  • U: điện áp (V)
  • I: cường độ dòng điện (A)
  • Cosφ: hệ số công suất
he so cong suat 3
Công suất hiệu dụng là gì?

Công suất phản kháng

Công suất phản kháng ký hiệu Q là phần năng lượng điện được chuyển ngược về nguồn cung cấp năng lượng trong một chu kỳ do có sự tích lũy năng lượng theo thời gian của các thành phần dung kháng, cảm kháng của mạch. Công suất phản kháng được tạo ra bởi sự lệch pha của hiệu điện thế và đồng điện nên nó là loại công suất không có lợi của mạch điện.

Công suất phản kháng có đơn vị đo là Var và được tính theo công thức sau:

Q = U . I .sinφ

Trong đó:

  • Q: công suất phản kháng (VAR)
  • U: điện áp (V)
  • I: cường độ dòng điện (A)
  • φ: pha lệch giữa U và I

Công suất phản kháng có ảnh hưởng rất lớn đến hệ thống điện. Để không ảnh hưởng đến hệ thống truyền tải điện cũng như tránh hiện tượng sụt áp, tiêu hao năng lượng. Do đó, chúng ta thường phải bù công suất phản kháng hay nâng cao hệ số công suất phản kháng. Công thức tính hệ số công suất phản kháng. Hệ số công suất phản kháng cosφ được tính như sau:

cosφ = arctg P/Q

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

Bù công suất phản kháng là gì?

he so cong suat 7
Động cơ không đồng bộ tiêu tốn rất nhiều Q

Phần lớn các thiết bị điện trên thị trường hiện nay đều tiêu thụ công suất hữu dụng và công suất phản kháng. Công suất thực P (đơn vị tính W, KW) tượng trưng cho khả năng sinh ra công suất hữu ích còn công suất phản kháng Q ( đơn vị tính VAr, kVAr) lại có tác dụng ngược lại.

Những thiết bị điện cần nhiều công suất phản kháng

he so cong suat 4 1
Động cơ không đồng bộ tiêu tốn rất nhiều Q
  • Động cơ không đồng bộ: Tiêu thụ 60 – 65% tổng công suất phản kháng
  • Máy biến áp: tiêu thụ 20-25%.
  • Dây điện trên không và các thiết bị khác: 10%.

Công thức tính công suất phản kháng phải bù

Qb = P*(tgφ1 – tgφ2)

Trong đó:

  • Qb: Công suất phản kháng cần bù (Var)
  • p  : Công suất thực
  • tgφ1: hệ số cos phi tải trước bù
  • tgφ2: hệ số cos phi tải sau khi bù

Phân loại công suất bù phản kháng

  • Theo cấp điện áp: Bù trung áp (>2000kVAr) và bù hạ áp (<2000kVAr)
  • Theo vị trí lắp tụ bù: Bù tập trung (dùng cho hệ thống tải đa dạng), bù theo nhóm(dùng cho hệ thống ổn định) và bù riêng từng thiết bị (dùng cho hệ thống có công suất hoạt động trung bình)
  • Theo đóng cắt tụ bù: Bù nền (bù 1 phần công suất phản kháng) và bù động ( dùng cho hệ thống tải hay thay đổi).

Công suất biểu khiến

he so cong suat 6
Công suất biểu khiến là gì?

Công suất biểu khiến hay công suất toàn phần là loại công suất tổng của công suất phản kháng và công suất hữu ích. Nó dùng để thể hiện sự cung ứng năng lượng từ nguồn điện cho hệ thống điện. Công suất biểu khiến có ký hiệu là S, đơn vị tính là VA (Volt ampe). Công thức tính công suất biểu khiến là:

S = U.I = (P2+Q2)

Trong đó:

  • S: công suất biểu kiến (VA)
  • P: công suất hiệu dụng (W)
  • Q: công suất phản kháng (VAR)
  • U: điện áp (V)
  • I: cường độ dòng điện (A)

Ý nghĩa hệ số công suất

he so cong suat 1 1
Ý nghĩa hệ số công suất

Ý nghĩa của hệ số công suất sẽ được thể hiện ở hai phương diện chính là: Phương diện đường dây truyền tải và phương diện nguồn cấp.

Phương diện đường dây truyền tải

Dòng điện được truyền trong đường dây là vấn đề luôn được quan tâm hàng đầu. Nếu dòng điện quá lớn, không phù hợp với đường kính của dây sẽ dẫn đến dây bị nóng, hiện tượng sụt áp sẽ xuất hiện thường xuyên. Nếu hiện tượng này xảy ra liên tục thì sẽ dẫn đến bị cháy nổ.

Nếu hệ thống điện là 1 pha thì công suất biểu khiến được tính bằng công thức: S=U*I

Nếu hệ thống điện là 3 pha thì công suất biểu khiến được tính bằng công thức: S=căn(3)U*I

Trong cả 2 hệ thống điện này thì đều có 2 thông số là điện áp dây U và dòng điện dây I. Theo cả hai công thức trên thì dòng điện 3 pha hay 1 pha thì cũng đều sẽ tỷ lệ thuận với công suất biểu khiến S. Mà trong khi đó, công suất biểu khiến lại được tạo thành từ công suất phản kháng và công suất hữu ích nên sẽ có 2 trường hợp xảy ra:

  • Nếu như cùng trên 1 tải thì cần lắp đặt thêm tụ bù để phát công suất phản kháng ngay tại đó. Đường dây sẽ chỉ dùng để truyền dòng điện chứ không phải bù công suất phản kháng nên sẽ giảm được công suất hoạt động và trở nên mát hơn.
  • Nếu chấp nhận dây dẫn phát nhiệt ở mức độ hiện tại, trang bị tụ bù phát công suất phản kháng tại tải thì người dùng phải bắt thêm đường dây tải nhiều hơn so với lượng dây hiện nay.

Phương diện nguồn cấp

Nếu nguồn cung cấp điện là máy phát điện hoặc máy biến áp cùng dung lượng thì hệ số công suất càng cao, tác dụng sẽ càng lớn và máy sẽ sinh ra được nhiều công dụng hữu ích hơn.

Một số người dùng cho rằng chỉ cần duy trì hệ cos phi xấp xỉ 1 thì máy phát điện, máy biến áp sẽ hoạt động hiệu quả nhất. Tuy nhiên, trên thực thế thì hệ số công suất phụ thuộc vào tải hay thiết bị sử dụng điện được lắp đặt trong hệ thống điện. Điều kiện để thiết bị hoạt động đó là công suất tác dụng và công suất phản kháng sẽ đáp ứng đủ cho tải. Ngoài ra, có một phương pháp đơn giản hơn đó là nguồn chỉ cung cấp cho tải 1 phần công suất còn phần còn lại sẽ trang bị thêm tụ bù để cân bằng dòng điện trong hệ thống.

Tại sao cần phải tăng hệ số công suất

Nâng cao hệ số công suất mang lại rất nhiều hiệu quả như: Giảm rủi ro điện áp, giảm tổn thất công suất trong hệ thống điện, tăng khả năng truyền tải của đường dây máy phát điện, máy biến áp.

  • Giảm tổn thất công suất: Khi ta giảm công suất phản kháng trên đường truyền tải cũng là lúc ta giảm được tổn thất công suất do nó gây ra. Chúng ta sẽ áp dụng công thức tính tổn thất công suất sau khi muốn biết tổn thất công suất trên đường dây tải điện là bao nhiêu để có thể có kế hoạch sử dụng nguồn điện hợp lý.
  • Giảm tổn thất điện áp: Khi chúng ta giảm công suất phản kháng trên đường dây thì đồng thời chúng ta sẽ giảm được tổn thất điện áp do nó gây ra.
  • Tăng khả năng truyền tải dây, máy biến áp: Giảm công suất phản kháng cũng chính là yếu tố then chốt làm tăng khả năng truyền tải đường dây. Công thức tính đồng điện chạy trong đường dây như sau:

Ngoài ra, nâng cao hệ số công suất còn đem lại nhiều lợi ích khác như: Giảm chi phí chi trả mua kim loại màu, giúp ổn định điện áp trong mạch điện, tăng năng suất phát điện cho máy phát điện và đảm bảo hiệu quả trong việc sử dụng điện trong các hệ thống điện.

Phương pháp nâng cao hệ số cosφ

Tùy theo đặc thù từng hệ thống điện mà chúng ta sẽ lựa chọn phương pháp tự nhiên hoặc nhân tạo để nâng cao hệ số cosφ.

Phương pháp tự nhiên nâng hệ số cosφ

Nâng cao hệ số cos phi theo tự nhiên có nghĩa là người dùng sẽ phải tự tìm ra giải pháp làm thế nào để giảm lượng công suất phản kháng Q đang có ở nguồn cấp như:

  • Hạn chế thiết bị chạy không chịu tải.
  • Thay đổi và cải tiến công nghệ sử dụng các thiết bị điện để chúng có thể làm việc ở chế độ hợp lý, khắc phục tình trạng quá tải.
  • Đồng bộ hóa động cơ, không sử dụng động cơ không đồng bộ.
  • Thay thế động cơ đang làm việc non tải bằng các động cơ có công suất nhỏ hơn, phù hợp hơn.

Phương pháp nhân tạo nâng cao hệ số cos phi

Phương pháp này có nghĩa là chúng ta sẽ dùng các thiết bị bù công suất phản kháng và lắp đặt chúng vào các hệ thống điện trong gia đình, cửa hàng, doanh nghiệp,…

he so cong suat 5
Tụ bù điện là giải pháp dùng để nâng cao cos phi

Cấu trúc của thiết bị bù công suất phản kháng có 2 loại chính đó là:

  • Máy bù đồng bộ: Khi động cơ đồng bộ hoạt động trong môi trường không tải thì mấy bù đồng bộ sẽ là một thiết bị vừa sản xuất ra công suất phản kháng nhưng cũng sẽ tiêu thụ một phần công suất phản kháng mà nó sinh ra. Tuy nhiên việc sử dụng máy bù đồng bộ khá phức tạp và khó khăn trong việc vận hành, bảo dưỡng. Do đó, nó chỉ được sử dụng khi cần bù số lượng công suất phản kháng lớn.
  • Tụ bù điện: Tự bù điện lắp đặt trong hệ thống điện sẽ giúp đồng điện sớm pha hơn so với điện áp đang được sử dụng. Từ đó thiết bị này sẽ sinh ra công suất phản kháng cần thiết để cung cấp cho mạng điện. Ưu điểm của tụ bù điện là có thiết kế rất nhỏ gọn, dễ lắp đặt và vận hành, bảo dưỡng, giá thành rẻ, dễ thay đổi bộ tụ bù theo sự gia tăng của tải. Tuy nhiên, nó cũng có một số nhược điểm như: không chắc chắn, dễ hỏng khi ngắt mạch hay điệp áp quá định mức, tuổi thọ ngắn và đặc biệt là có thể bị xung điện gây nguy hiểm cho người vận hành khi đóng tủ bù điện vào.

Lưu ý rằng biện pháp bù công suất phản kháng không làm giảm được lượng công suất phản kháng tiêu thụ thực tế mà chỉ giảm được công suất phản kháng trên đường dây để bảo vệ hệ thống điện. Vậy nên, chỉ sau khi thực hiện hệ số cos phi bằng phương pháp tự nhiên mà vẫn chưa hiệu quả thì mới phải xét đến việc sử dụng phương pháp bù nhân tạo để đạt hiệu quả cao nhất.

he so cong suat 2
Hệ số công suất thấp do đâu?

Nguyên nhân chính dẫn đến hệ số công suất thấp

Nguyên nhân chính gây ra hệ số công suất thấp làm giảm hiệu quả hoạt động của mạng điện chính là tải cảm.

Như trong mạch điện cảm thuần túy thì nguyên nhân gây ra hệ số công suất bằng 0 chính là dòng điện chậm 90 ° so với điện áp và góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp. Khi hệ số công suất thấp sẽ khiến tiêu tốn rất nhiều điện năng, thiết bị nhanh hỏng hóc, tốn chi phí vận hành và gây nguy hiểm cho cả hệ thống điện.

Nguyên nhân dẫn đến năng lượng thấp là:

  • Động cơ cảm ứng một pha và ba pha hoạt động không tốt. Hệ số công suất của các tải là: tải đầy 0,8-0,9, tải nhỏ 0.2-0.3, không tải =0. Nếu nhỏ hơn các số này thì nghĩa là hệ số công suất đang bị thấp cần có biện pháp cải tiến ngay.
  • Tải trọng thay đổi trong mạng điện. Các tải trong mạng điện là khác nhau nên trong thời gian tải thấp, điện áp tăng lên sẽ làm tăng dòng từ hóa dẫn đến hệ số công suất giảm.
  • Lò sưởi công nghiệp
  • Đèn phóng điện chiếu sáng ở cường độ cao. Đèn hồ quang vận hành hệ số công suất thấp.
  • Máy biến thế
  • Dòng điện hài

Trên đây là nội dung bài viết giới thiệu tất tần tật những khái niệm liên quan đến hệ số công suất auvietco.vn muốn giới thiệu đến các bạn. Hy vọng bài viết này thật sự chứa những thông tin quan trọng mà bạn đang quan tâm. Hãy tìm hiểu hệ số công suất thật kỹ để có thể tính toán lắp đặt hệ thống điện nhà bạn một cách hợp lý, vận hành hiệu quả và quan trọng là tiết kiệm tối đa chi phí trong việc bảo dưỡng và gia tăng tuổi thọ của các thiết bị điện nhé.

BÀI VIẾT KHÁC CÓ THỂ BẠN QUAN TÂM

Cập nhật lúc 16:14 – 14/02/2023

Để lại một bình luận

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

telephone
Chat Icon

HỖ TRỢ TRỰC TUYẾN

Liên hệ ngay với chúng tôi qua: