Công suất phản kháng là gì?

Tìm hiểu về công suất phản kháng cũng như là nguyên lý hoạt động của công suất phản kháng

Công suất phản kháng là gì?

Công suất phản kháng (Reactive Power) có thể được hiểu là năng lượng vô công, được sinh ra bởi các thành phần phản kháng trong trong hệ thống điện xoay chiều AC như cuộn kháng và tụ điện. Trong mạch điện một chiều DC, tích số “Vôn x Ampe” thể hiện năng lượng tiêu thụ trong mạch (tính bằng Watt). Tuy nhiên, mặc dù công thức này đúng với các mạch AC thuần trở, nó phức tạp hơn với các mạch AC có tính phản kháng vì tích số “Vôn x Ampe” này có thể thay đổi theo tần số.

Công suất phản kháng
Công suất phản kháng

Trong mạch xoay chiều, tích số “Vôn x Ampe” được gọi là Công suất biểu kiến, có kí hiệu là S. Trong các mạch điện thuần trở như bàn ủi, máy sưởi, ấm nước và bóng đèn sợi đốt,… trở kháng gần như bằng không, và tổng trở mạch bao gồm hầu hết là điện trở.

Dòng điện và điện áp cùng pha với nhau trong mạch xoay chiều thuần trở, và năng lượng tiêu thụ tại một thời điểm được tính bằng cách nhân điện áp và dòng điện tại thời điểm đó với nhau. Vì dòng điện và điện áp cùng pha với nhau, giá trị RMS có thể được dùng để quy đổi sang mạch một chiều DC hoặc tính toán lượng nhiệt tỏa ra từ mạch.

Tuy nhiên, trong mạch xoay chiều chứa thành phần phản kháng, dạng sóng của áp và dòng sẽ bị lệch pha với nhau một lượng tùy vào góc lệch pha của mạch. Nếu góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện đạt tới ngưỡng 90 độ, tích số “Vôn x Ampe” (V-A) trung bình bằng 0. Nói cách khác, mạch xoay chiều phản kháng trả lại cho lưới điện một lượng công suất bằng chính lượng công suất mà nó tiêu thụ.

Như vậy, mặc dù chúng ta có dòng và áp trong mạch nhưng không có năng lượng tiêu thụ trên tải, và công thức P = VxI (RMS) không còn đúng nữa. Do đó, tích số V-A không thể hiện toàn bộ năng lượng tiêu thụ của mạch xoay chiều phản kháng. Để tính toán chính xác Năng lượng tác dụng (kí hiệu là P) của mạch xoay chiều, chúng ta không chỉ dùng tích số V-A mà còn phải dùng góc lệch pha giữa dòng và áp (φ) :

P = VI.cos(φ)

Chúng ta thể hiện quan hệ giữa Công suất biểu kiến (S) và Công suất tác dụng (P) bằng công thức sau:

Công suất tác dụng (P) = Công suất biểu kiến (S) x Hệ số công suất (cos(φ))

Hệ số công suất (cos(φ)) = Công suất tác dụng (P) / Công suất biểu kiến (S)

Hệ số công suất được định nghĩa là tỉ lệ giữa Công suất tác dụng (đ.v Watt) và Công suất biểu kiến (đ.v VA). Hệ số công suất thể hiện hiệu quả sử dụng điện của hệ thống.

Ngoài P và S, mạch xoay chiều AC còn chứa một thành phần năng lượng khác là Công suất phản kháng (kí hiệu là Q), có đơn vị tính là “Vôn-Ampe phản kháng (VAr)”. Công suất phản kháng xuất hiện mỗi khi dòng điện và điện áp lệch pha nhau. Công thức tính Q như sau:

Q = VI.sin(φ)

Quan hệ giữa Công suất tác dụng (Watt), Công suất biểu kiến (VA) và Công suất phản kháng (VAr) được thể hiện bằng 3 cạnh của một tam giác vuông như sau:

Bù hệ số công suất

Các công nghệ bù công suất phản kháng đã có từ những năm của thế kỉ 20. Việc bù hệ số công suất là cực kì cần thiết để giảm tổn thất trên hệ thống truyền tải điện, và để giảm hóa đơn tiền điện hằng tháng. Sau khi được lắp đặt vào hệ thống điện, các nhánh tụ bù sẽ giảm cường độ dòng điện từ hóa đến mức nhỏ nhất có thể, và thu hút các dòng điện phản kháng.

Một cách để tránh bị phạt cos phi là lắp đặt tụ bù công suất phản kháng. Thông thường thì tiền điện mỗi tháng ở các hộ gia đình chỉ được tính theo lượng Công suất tác dụng đã tiêu thụ (kWh) vì cos phi cao do tụ bù đã được lắp sẵn trong các thiết bị gia dụng.

Mặt khác, các cơ sở sản xuất công nghiệp sử dụng điện 3 pha có hệ số công suất thường khá thấp. Do đó, những cơ sở này sẽ bị phạt nếu hệ số công suất trong hệ thống điện của họ tụt xuống dưới một mức quy định nào đó (tại Việt Nam thì mức này là 0.9 – quy định bởi Thông tư 32 của Chính phủ Việt Nam). Khi hệ số công suất thấp, Điện lực buộc phải dùng đường dây lớn hơn, máy biến áp lớn hơn, máy cắt bảo vệ cũng phải to hơn,… để có thể truyền tải dòng điện lớn do Công suất phản kháng vượt quá quy định. Việc bù Công suất phản kháng ở các nhà máy sử dụng lưới điện trung thế cũng rất quan trọng vì những nhà máy này sử dụng rất nhiều Q để từ hóa các động cơ dây chuyền khổng lồ. Vì vây, bù hạ thế cũng như bù trung thế là cấp thiết đối với hệ thống truyền tải điện.

Trả lời

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