Tủ điện tụ bù là gì? Cấu tạo chức năng nguyên lý hoạt động

Hóa đơn tiền điện hàng tháng của doanh nghiệp bạn đang “gánh” thêm một khoản tiền phạt vô công (do cos phi thấp)? Tủ điện tụ bù chính là giải pháp triệt để để giải quyết vấn đề này. Bằng cách nâng cao hệ số công suất cos phi, tủ tụ bù giúp bạn loại bỏ 100% khoản phạt này, tiết kiệm chi phí vận hành đáng kể và tối ưu hóa chi phí năng lượng.

Tại sao doanh nghiệp của bạn đang “lãng phí” tiền điện? Vấn đề công suất phản kháng

Hóa đơn tiền điện của bạn nói lên điều gì?

Hãy kiểm tra lại hóa đơn tiền điện của doanh nghiệp. Bên cạnh số kWh quen thuộc, bạn có thể sẽ thấy một chỉ số gọi là Cosφ (đọc là Cos Phi). Nếu chỉ số này thấp hơn 0.9, rất có thể bạn đang phải trả một khoản tiền phạt cho công suất phản kháng mà không hề hay biết. Đây là một khoản chi phí hoàn toàn có thể loại bỏ.

Công suất phản kháng (công suất vô công) là gì?

Để dễ hình dung, hãy tưởng tượng bạn gọi một cốc bia. Phần bia bạn uống được là công suất hữu công (tạo ra công việc thực tế), còn phần bọt phía trên chính là công suất phản kháng. Bạn phải trả tiền cho cả cốc bia, nhưng phần bọt không giúp bạn giải khát.

Tương tự, trong hệ thống điện, công suất phản kháng là năng lượng cần thiết để tạo ra từ trường cho các động cơ, máy biến áp hoạt động, nhưng nó không sinh ra công năng thực tế. Mặc dù cần thiết, nhưng nếu lượng “bọt” này quá nhiều, nó sẽ gây ra lãng phí.

Tác hại của công suất phản kháng cao

Việc có chỉ số Cosφ thấp không chỉ đơn thuần là tốn tiền phạt cho ngành điện lực. Nó còn gây ra những hệ lụy nghiêm trọng khác: Tổn thất điện năng: Gây nóng và làm tăng tổn thất năng lượng trên đường dây truyền tải. Sụt áp: Làm giảm hiệu suất hoạt động và tuổi thọ của các thiết bị điện. Lãng phí công suất máy biến áp: Hệ thống của bạn phải chịu tải nặng hơn mức cần thiết.

Tủ điện tụ bù – Giải pháp tối ưu

Đây chính là lúc tủ điện tụ bù phát huy vai trò “người hùng”. Thiết bị này hoạt động như một “máy tạo bọt” cục bộ, cung cấp lượng công suất phản kháng cần thiết ngay tại nơi tiêu thụ. Nhờ đó, hệ thống của bạn không cần phải “gọi bia có nhiều bọt” từ lưới điện quốc gia nữa, giúp nâng cao hệ số Cosφ lên mức lý tưởng (trên 0.9) và giải quyết triệt để các vấn đề nêu trên.

Tủ điện tụ bù là gì?

Tủ điện tụ bù, hay còn gọi là tủ bù công suất phản kháng, là một hệ thống tủ điện tích hợp các tụ điện và thiết bị điều khiển thông minh. Chức năng chính của nó là tự động cải thiện hệ số công suất Cosφ, đảm bảo hệ thống điện hoạt động hiệu quả, tiết kiệm chi phí và tránh bị phạt theo quy định của ngành điện.

Cấu tạo tủ điện tụ bù

Một tủ điện tụ bù chất lượng được cấu thành từ nhiều thiết bị quan trọng, mỗi bộ phận đều có vai trò riêng.

• Vỏ tủ: Thường được làm từ thép sơn tĩnh điện, đạt các tiêu chuẩn IP về chống bụi và chống nước. Vỏ tủ được thiết kế để bảo vệ các thiết bị bên trong và có hệ thống tản nhiệt để đảm bảo hoạt động ổn định.
• Tụ bù: Là thành phần chính, có nhiệm vụ bù công suất phản kháng. Có hai loại phổ biến:
• Tụ khô: Gọn nhẹ, dễ lắp đặt, giá thành hợp lý, phù hợp cho hệ thống công suất nhỏ.
• Tụ dầu: Độ bền cao, tản nhiệt tốt, lý tưởng cho các hệ thống công suất lớn và hoạt động liên tục.
• Bộ điều khiển tụ bù tự động (APFC Controller): Đây là “bộ não” của hệ thống, chịu trách nhiệm đo lường, phân tích và điều khiển việc đóng ngắt các cấp tụ. Các thương hiệu uy tín có thể kể đến như Mikro, Samwha, Epcos.
• Thiết bị đóng cắt (Contactor/MCCB): Contactor chuyên dụng cho tụ bù có khả năng chịu được dòng khởi động lớn. MCCB (aptomat khối) đóng vai trò bảo vệ chung cho toàn hệ thống. Các thương hiệu hàng đầu trong lĩnh vực này là Schneider, LS, Mitsubishi.
• Cuộn kháng lọc sóng hài: Trong các nhà máy có nhiều biến tần, lò nung, máy hàn (các thiết bị tạo ra sóng hài), cuộn kháng là bắt buộc. Nó có vai trò như một “bộ lọc” bảo vệ tụ bù khỏi bị hư hỏng do sóng hài gây ra, đảm bảo hệ thống hoạt động bền bỉ.
• Các thiết bị phụ trợ: Đèn báo pha, đồng hồ đo, quạt tản nhiệt… giúp người vận hành dễ dàng theo dõi và đảm bảo tủ hoạt động trong điều kiện tốt nhất.

Tụ bù gồm những loại nào?

Tụ bù được phân loại dựa theo cấu tạo và điện áp:

Tụ bù phân loại theo cấu tạo: Gồm có tụ bù khô và tụ bù dầu.

• Tụ bù khô là loại có dạng bình tròn thon dài, với thiết kế nhỏ nhắn, gọn gàng, khối lượng nhẹ nên thuận tiện cho việc lắp đặt, thay thế, tiết kiệm diện tích, giá cả rẻ.
• Tụ bù dầu là loại có dạng bình hình chữ nhật, có độ bền cao hơn tụ bù khô, thường được dùng cho các hệ thống bù công suất cao, chất lượng điện xấu.

 Tụ bù phân loại theo điện áp: Gồm tụ bù hạ thế 1 pha và tụ bù hạ thế 3 pha.

• Tụ bù hạ thế 1 pha: là các loại điện áp 230V, 250V.
• Tụ bù hạ thế 3 pha: là các loại điện áp 230, 380, 400, 415, 440, 525, 660, 690, 720, 1100V. Nhưng được sử dụng nhiều nhất là loại điện áp 415V và 440V. Tụ bù 415V dùng phổ biến ở các hệ thống điện áp ổn định duy trì mức điện áp khoảng 380V. Tụ bù 440V sử dụng tại các hệ thống điện áp cao hơn.

Nguyên lý hoạt động của tủ điện tủ bù

Công suất phản kháng là công suất không sinh ra công hữu ích trong quá trính biến đổi điện năng thành dạng năng lượng khác hoặc có thể từ năng lượng điện sang chính năng lượng điện, đơn vị là VAR hay KVAR.

Yêu cầu về công suất tác dụng và công suất phản kháng phải đáp ứng đủ thì thiết bị điện mới có thể hoạt động tốt. Tổng hợp của 2 công suất này gọi là công suất biểu kiến đơn vị VA hoặc KVA. Ba loại công suất này có một mối quan hệ mật thiết với nhau:

S2 = P2 + Q2 

P = S. cosϕ

Q = S. sinϕ

(S là công suất biểu kiến, P là công suất tác dụng, Q là công suất phản kháng)

Hệ số cos ϕ càng lên cao thì tải sẽ tạo ra càng nhiều công, khi  dùng tụ bù thì nguồn chỉ cấp một phần công suất phản kháng, phần còn lại sẽ do tụ bù thêm vào, giúp công suất tác dụng sẽ được tăng lên.

Để truyền tải tốt điện năng, dòng điện sẽ làm dây bị nóng lên, tạo ra một lượng sụt áp trên đường dây tải điện. Dòng điện tỉ lệ với công suất biểu kiến nên khi sử dụng tụ bù để bù vào phần công suất phản kháng sẽ có tác dụng làm mát và tăng hệ số công suất (cosϕ).

Tủ điện tụ bù thường gồm nhiều bước tụ, mỗi bước tụ được tắt bật bằng Contactor. Một bộ điều khiển kiểm soát hệ số công suất của mạng điện sẽ thực hiện đóng mở các Contactor qua đó làm cho hệ số công suất của cả mạng điện thay đổi.

Ứng dụng tủ điện tụ bù

Tủ điện bù công suất phản kháng được lắp đặt trong các hệ thống điện sử dụng các tải phụ có tính cảm kháng cao, hay lắp ở phòng kỹ thuật điện hoặc khu vực trạm biến áp cho những công trình lớn như nhà máy, xí nghiệp, các khu văn phòng, khu chung cư đông đúc, bệnh viện…

Ưu điểm của tủ điện tụ bù

“Ưu điểm của tụ bù không những tăng hệ số cos phi để giảm tiền phạt công suất vô công gây ra mà còn cho phép người sử dụng máy biến áp, thiết bị đóng cắt và cáp nhỏ hơn,…đồng thời làm nhẹ tải cho máy biến áp, giảm tổn thất điện năng và sụt áp trong mạng điện.

Bên cạnh đó, hệ số công suất (hệ số cos phi) cao cho phép tối ưu hóa các phần tử cung cấp điện. Khi ấy các thiết bị điện không cần định mức dư thừa. Tuy nhiên để đạt được kết quả tốt nhất, cần đặt tụ cạnh từng phần tử của thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng.”

Cách lắp đặt tủ điện tụ bù giúp tiết kiệm điện năng

Ứng dụng của việc lắp tủ điện tụ bù trong sản xuất có ý nghĩa vô cùng quan trọng. Nhưng cũng cần lưu ý cách lắp đặt đối với từng quy mô sản xuất cũng khác nhau:

Cách lắp đặt ở cơ sở sản xuất nhỏ:

• Đặc điểm cơ sở sản xuất nhỏ: thường có công suất tiêu thụ điện không nhiều, các thiết bị tạo ra sóng hài bé nên không cần thiết bị lọc sóng hài, công suất phản kháng thấp. Nên các đơn vị có thể xem xét việc có cần thiết phải lắp tụ điện tụ bù hay không tùy vào khả năng kinh tế.
• Phương pháp lắp đặt giúp tiết kiệm điện năng: nếu cơ sở muốn bù công suất phản kháng để tiết kiệm chi phí điện chỉ cần sử dụng biện pháp bù tĩnh. Tủ điện tụ bù để lắp đặt có cấu tạo khá đơn giản, gọn, nhẹ gồm có: Vỏ tủ (500x350x200mm), 1 Aptomat để tắt bật,1 tụ bù công suất bé 2.5, 5, 10kVAr.

Cách lắp đặt ở cơ sở sản xuất vừa:

• Đặc điểm cơ sở sản xuất vừa: công suất tiêu thụ điện năng ở mức trung bình,các thiết bị tạo ra sóng hài bé nên không cần thiết bị lọc sóng hài, công suất phản kháng cũng ở mức vừa phải.
• Phương pháp lắp đặt giúp tiết kiệm điện năng: để không bị phạt tiền công suất phản kháng cần lắp tủ điện tụ bù nhiều cấp. Bao gồm tụ bù thủ công (đóng ngắt bằng tay) và tụ bù tự động (có bộ điều khiển tự động).
  Tuy nhiên, việc sử dụng các cấp tụ bù đóng ngắt bằng tay sẽ không đảm bảo độ nhanh nhạy và chính xác, hơn nữa lại rất mất thời gian, công sức để vận hành. Còn bù tự động lại khắc phục được các hạn chế đó của bù thủ công nên rất nhiều đơn vị áp dụng. Điểm nổi trội của tụ bù tự động chính là độ chính xác và hợp lý. Hơn nữa bộ điều khiển có thể tự động đóng ngắt thay phiên các cấp tụ bù, giúp đảm bảo độ bền của thiết bị. Bộ điều khiển tự động có các loại từ 4 cấp – 14 cấp.
  Thiết bị tủ bù tự động chuẩn bao gồm: Vỏ tủ cao 1m – 1.2m, bộ điều khiển tự động, Aptomat tổng, Aptomat từng cấp tụ bù, Contactor đóng ngắt được nối với bộ điều khiển, tụ bù, một số thiết bị hỗ trợ khác (đồng hồ đo Volt, Ampe, đèn báo pha,…), tủ tụ bù tiết kiệm điện.

Cách lắp đặt ở cơ sở sản xuất lớn:

• Đặc điểm: công suất tiêu thụ điện năng của các thiết bị lớn, thường phải có trạm biến áp được lắp đặt riêng đảm bảo ổn định và để bảo vệ tủ điện tụ bù thì đều cần có bộ phận lọc sóng hài.
• Phương pháp lắp đặt giúp tiết kiệm điện năng: cần phải lắp đặt tụ bù tự động nhiều tụ công suất lớn, đồng thời lắt thêm bộ phận lọc sóng hài để tránh tình trạng nổ tụ bù.

Công thức để tính dung lượng tụ bù chuẩn xác

Khi các bạn muốn lựa chọn tụ bù thì ta cần xác định rõ công suất P và hệ số công suất Cosφ (cos phi) của tải:
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).
Ví dụ:

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.
Suy ra, công suất phản kháng cần bù là Qb = P*(tgφ1 – tgφ2).
Qb = 100*(0.88 – 0.33) = 55 (kVAr).

Hướng dẫn cách kiểm tra dung lượng tụ bù

Để kiểm tra dung lượng của tụ bù bạn có thể dùng hai phương pháp: đồng hồ vạn năng KYORITSU ( FLUKE) hoặc ampe kềm để đo.

• Đối với thiết bị đồng hồ vạn năng: Thao tác thực hiện là tắt bật 2 pha, đo pha còn lại, giá trị thu được chia đôi thì được dung lượng 1 pha ghi trên nhãn. Tiến hành đo các cặp cực còn lại để được dung lượng 3 pha.
• Đối với thiết bị ampe kềm: Tiến hành kiểm tra bằng cách đo dòng điện lúc tụ đang vận hành, cách đo gián tiếp này mang lại kết quả khá chính xác và thao tác đơn giản. Thông qua dòng điện đang sử dụng so sánh với dòng điện chuẩn để xác định rõ chất lượng tụ.

Hướng dẫn cách lựa chọn tụ bù

Để có thể lựa chọn tụ bù phù hợp, đem lại hiệu quả tối ưu và tiết kiệm chi phí cho đơn vị, các bạn cần xác định rõ: loại điện áp nào là hợp lý, sử dụng loại tụ khô hay tụ dầu sẽ thích hợp nhất và hãng sản xuất tụ bù tốt, giá cả cạnh tranh…

Hiệu quả trước và sau khi lắp đặt tủ tụ bù Cơ Khí TT

Vấn đề của khách hàng

Một xưởng sản xuất cơ khí tại Bình Dương liên hệ với chúng tôi với hóa đơn tiền điện hàng tháng khoảng 85 triệu đồng. Sau khi phân tích, chúng tôi nhận thấy hệ số Cosφ của họ chỉ đạt 0.78, dẫn đến khoản tiền phạt công suất phản kháng gần 7 triệu đồng/tháng.

Giải pháp của Cơ Khí TT

Đội ngũ kỹ sư của Cơ Khí TT đã tiến hành khảo sát và tư vấn lắp đặt một tủ điện tụ bù 150kVar sử dụng bộ điều khiển của Mikro và tụ bù của Samwha. Tủ được thiết kế với 6 cấp điều khiển linh hoạt để đáp ứng chính xác nhu-cầu-tải thay đổi liên tục của nhà xưởng.

Kết quả

Sau khi lắp đặt, hóa đơn tiền điện tháng tiếp theo của khách hàng cho thấy: Hệ số Cosφ luôn được duy trì ở mức 0.96. Khoản tiền phạt công suất phản kháng giảm về 0 đồng. Khách hàng tiết kiệm được gần 7 triệu đồng/tháng, tương đương 84 triệu đồng/năm.

Với chi phí đầu tư ban đầu, thời gian hoàn vốn cho dự án này chỉ khoảng 8 tháng.

Các câu hỏi thường gặp (FAQ)

Tủ tụ bù có thực sự tiết kiệm điện không?

Tủ tụ bù không trực tiếp làm giảm số kWh bạn tiêu thụ, nhưng nó giúp bạn loại bỏ hoàn toàn tiền phạt công suất phản kháng, từ đó giảm đáng kể tổng hóa đơn tiền điện phải trả.

Bao lâu thì nên bảo trì tủ tụ bù một lần?

Để đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả, bạn nên thực hiện bảo trì, bảo dưỡng định kỳ cho tủ tụ bù mỗi 6 tháng một lần.

Sóng hài là gì và ảnh hưởng thế nào đến tụ bù?

Sóng hài là các thành phần nhiễu trong lưới điện, sinh ra bởi các thiết bị như biến tần, lò nung. Sóng hài có thể gây quá nhiệt, phồng và làm hỏng tụ bù. Do đó, các nhà máy có nhiều thiết bị này bắt buộc phải lắp thêm cuộn kháng để lọc sóng hài.

Hệ số công suất Cosφ bao nhiêu là đạt chuẩn?

Theo quy định của ngành điện lực Việt Nam, các cơ sở sản xuất phải duy trì hệ số công suất Cosφ từ 0.9 trở lên để không bị phạt.

Tư vấn giải pháp, lắp đặt tủ tụ bù

Nếu các bạn vẫn còn nhiều thắc mắc liên quan đến việc lắp đặt tủ điện tụ bù thì hãy liên hệ ngay cho Xưởng cơ khí T&T để được tư vấn giải pháp và hỗ trợ lắp đặt tốt nhất.

Thông tin liên hệ:

Xưởng cơ khí chính xác T&T

Địa chỉ: Tổ 3, Khối Mỗ Lao, phường Mộ Lao, Hà Đông, Hà Nội

Điện thoại: 0977.188.089

Email: cokhitthanoi@gmail.com

Với những thông tin chúng tôi chia sẻ ở trên sẽ giúp các bạn hiểu rõ tủ điện tụ bù là gì và ứng dụng quan trọng trong thực tế. Qua đây, hy vọng các bạn sẽ biết cách sử dụng nguồn điện hiệu quả, để tiết kiệm nguồn năng lượng này và chi phí cho doanh nghiệp.