Tủ điện tụ bù là gì? Cấu tạo, phân loại và cách lắp đặt

Tủ điện tụ bù là thiết bị thường được lắp trong hệ thống điện nhà xưởng, tòa nhà, trung tâm thương mại và các công trình sử dụng nhiều động cơ. Chức năng chính của tủ là bù công suất phản kháng, cải thiện hệ số công suất cosφ và hỗ trợ hệ thống điện vận hành hiệu quả hơn.

Tuy nhiên, không phải cứ chọn tủ có công suất lớn là tốt. Một tủ tụ bù muốn hoạt động ổn định phải được tính đúng dung lượng, chia cấp phù hợp với phụ tải và xem xét ảnh hưởng của sóng hài. Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý, cách lựa chọn, quy trình lắp đặt và các yếu tố ảnh hưởng đến giá tủ điện tụ bù.

Tủ điện tụ bù là gì?

Tủ điện tụ bù là hệ thống gồm nhiều tụ điện cùng các thiết bị điều khiển, đóng cắt và bảo vệ. Tủ được kết nối song song với phụ tải hoặc thanh cái của hệ thống điện nhằm cung cấp công suất phản kháng tại chỗ.

Trong hệ thống sử dụng động cơ, máy biến áp, máy bơm, quạt công nghiệp và nhiều thiết bị có tính cảm, nguồn điện không chỉ cung cấp công suất tác dụng để tạo ra công hữu ích mà còn phải cung cấp công suất phản kháng để duy trì từ trường. Khi lượng công suất phản kháng lấy từ lưới quá lớn, hệ số công suất giảm và dòng điện trên hệ thống có thể tăng.

Tủ tụ bù giúp giảm lượng công suất phản kháng phải truyền từ nguồn đến phụ tải. Tủ có thể được lắp tại tủ điện tổng, tủ phân phối, trạm biến áp hoặc gần thiết bị sử dụng điện, tùy theo phương án bù được lựa chọn. Schneider Electric cũng phân loại các vị trí lắp đặt phổ biến gồm trạm trung thế, tủ điện tổng hạ thế, tủ phân phối hạ thế và đầu cực máy móc.

Tại sao cần lắp đặt tủ tụ bù?

Trong hệ thống điện công nghiệp, các thiết bị như động cơ, máy biến áp, máy nén khí, máy hàn và quạt công suất lớn thường tiêu thụ nhiều công suất phản kháng. Điều này làm hệ số công suất cosφ giảm, khiến dòng điện trong hệ thống tăng lên dù công suất hữu ích không thay đổi. Lắp đặt tủ tụ bù giúp khắc phục tình trạng này và nâng cao hiệu quả sử dụng điện.

• Nâng cao hệ số công suất cosφ: Tủ tụ bù cung cấp công suất phản kháng tại chỗ, giúp hệ số công suất duy trì ở mức phù hợp, thường từ 0,9 trở lên.
• Giảm chi phí công suất phản kháng: Khi hệ số công suất thấp, doanh nghiệp có thể phát sinh thêm chi phí do sử dụng công suất phản kháng vượt mức quy định. Tủ tụ bù giúp hạn chế khoản chi phí này.
• Giảm dòng điện truyền tải: Khi cosφ được cải thiện, dòng điện chạy trên dây dẫn giảm. Nhờ đó, hệ thống hạn chế tình trạng quá tải cáp điện, aptomat và máy biến áp.
• Giảm tổn thất điện năng: Dòng điện thấp hơn giúp giảm tổn hao nhiệt trên dây dẫn, thanh cái và các thiết bị đóng cắt, từ đó nâng cao hiệu suất vận hành của toàn hệ thống.
• Hạn chế sụt áp: Tủ tụ bù giúp cải thiện điện áp tại các điểm có phụ tải lớn hoặc nằm xa nguồn cấp, đặc biệt trong thời điểm nhiều thiết bị cùng khởi động.
• Tăng khả năng khai thác hệ thống điện: Khi dòng điện phản kháng được giảm bớt, máy biến áp, dây cáp và thiết bị bảo vệ có thể dành thêm dung lượng để cấp cho tải hữu ích mà chưa cần nâng cấp công suất ngay.
• Kéo dài tuổi thọ thiết bị: Việc giảm dòng điện và hạn chế quá nhiệt giúp dây dẫn, máy biến áp, thiết bị đóng cắt và các phần tử trong hệ thống hoạt động ổn định hơn.
• Nâng cao chất lượng điện năng: Tủ tụ bù được thiết kế đúng kỹ thuật giúp hệ thống điện vận hành ổn định, giảm dao động điện áp và hạn chế các sự cố liên quan đến quá tải.

Cấu tạo tủ điện tụ bù

Tủ điện tụ bù là hệ thống dùng để bù công suất phản kháng, nâng hệ số công suất cosφ, giảm tổn thất điện năng và hạn chế tiền phạt do sử dụng công suất phản kháng. Một tủ tụ bù tiêu chuẩn thường gồm các bộ phận sau:

• Vỏ tủ điện: Được làm từ thép sơn tĩnh điện hoặc inox, có nhiệm vụ bảo vệ thiết bị bên trong khỏi bụi, độ ẩm và tác động cơ học. Kích thước vỏ tủ phụ thuộc vào tổng công suất bù và số cấp tụ.
• Bộ điều khiển tụ bù: Đây là bộ phận trung tâm của tủ. Thiết bị liên tục theo dõi hệ số công suất của hệ thống, sau đó tự động đóng hoặc ngắt từng cấp tụ để duy trì cosφ ở mức cài đặt.
• Tụ điện bù: Là thành phần trực tiếp tạo ra công suất phản kháng dung kháng để bù cho tải cảm. Tụ bù thường được chia thành nhiều cấp như 10 kVAr, 20 kVAr, 25 kVAr hoặc 50 kVAr để điều chỉnh linh hoạt theo phụ tải.
• Contactor chuyên dụng cho tụ bù: Có nhiệm vụ đóng cắt từng cấp tụ theo lệnh của bộ điều khiển. Contactor tụ bù thường được tích hợp điện trở hạn dòng nhằm giảm dòng điện xung khi đóng tụ.
• Thiết bị bảo vệ: Gồm MCCB, MCB, cầu chì hoặc aptomat tổng và aptomat nhánh. Các thiết bị này bảo vệ tủ trước tình trạng ngắn mạch, quá tải hoặc sự cố tại từng cấp tụ.
• Cuộn kháng lọc sóng hài: Được lắp trong tủ tụ bù có nguy cơ nhiễm sóng hài. Cuộn kháng giúp hạn chế dòng điện hài, chống cộng hưởng và bảo vệ tụ điện khỏi hiện tượng quá nhiệt, phồng hoặc cháy nổ.
• Biến dòng đo lường CT: Được lắp trên đường điện chính để lấy tín hiệu dòng điện gửi về bộ điều khiển. Nhờ tín hiệu từ CT, bộ điều khiển có thể xác định hệ số công suất và nhu cầu đóng cắt tụ.
• Thanh cái đồng: Dùng để phân phối nguồn điện đến các nhánh tụ bù. Thanh cái phải được lựa chọn đúng tiết diện để chịu được dòng điện vận hành và dòng điện tăng cao khi đóng tụ.
• Thiết bị đo lường và hiển thị: Có thể gồm đồng hồ đo điện áp, dòng điện, hệ số công suất, đèn báo pha và đèn báo trạng thái từng cấp tụ.
• Hệ thống làm mát: Bao gồm quạt thông gió, lưới lọc bụi hoặc điều hòa tủ điện đối với tủ công suất lớn. Bộ phận này giúp duy trì nhiệt độ an toàn cho tụ điện và các thiết bị đóng cắt.
• Dây dẫn, cầu đấu và hệ thống tiếp địa: Dùng để kết nối các thiết bị, truyền tín hiệu điều khiển và đảm bảo an toàn khi xảy ra rò điện.

Nguyên lý hoạt động của tủ tụ bù tự động

Tủ tụ bù tự động vận hành theo chu trình đo, tính toán và điều chỉnh liên tục.

Đo dòng điện và điện áp: Biến dòng CT đo dòng điện của hệ thống. Bộ điều khiển đồng thời nhận tín hiệu điện áp để xác định trạng thái tải.

Xác định hệ số công suất: Bộ điều khiển tính toán cosφ hiện tại và so sánh với giá trị mục tiêu đã được cài đặt.

Ví dụ, hệ thống đang có cosφ bằng 0,78 trong khi giá trị mục tiêu là 0,95. Bộ điều khiển sẽ xác định hệ thống đang thiếu công suất phản kháng bù.

Tính lượng công suất cần bù: Dựa trên dữ liệu dòng, áp và hệ số công suất, bộ điều khiển xác định lượng kVAr cần bổ sung hoặc loại khỏi hệ thống.

Đóng hoặc cắt từng cấp tụ: Bộ điều khiển gửi tín hiệu đến contactor để đóng thêm tụ khi cosφ thấp. Khi tải giảm hoặc xuất hiện bù thừa, một số cấp tụ sẽ được cắt ra.

Theo dõi và điều chỉnh liên tục: Quá trình đo và điều chỉnh được lặp lại khi phụ tải thay đổi. Tủ tự động giúp duy trì hệ số công suất ổn định hơn so với phương án bù cố định.

Các loại tủ điện tụ bù phổ biến hiện nay

Tủ điện tụ bù được phân loại dựa trên phương thức điều khiển, đặc điểm phụ tải, mức độ sóng hài và cấp điện áp của hệ thống. Mỗi loại có cấu tạo, khả năng đóng cắt và phạm vi ứng dụng khác nhau.

Tủ tụ bù cố định

Tủ tụ bù cố định sử dụng một hoặc một số bộ tụ có công suất không thay đổi trong quá trình vận hành. Tụ được đóng cùng tải và chỉ ngắt khi thiết bị dừng hoạt động.

• Phù hợp với phụ tải ổn định, ít thay đổi.
• Thường lắp riêng cho động cơ, máy biến áp hoặc thiết bị công suất lớn.
• Cấu tạo đơn giản, chi phí đầu tư thấp.
• Dễ xảy ra bù dư nếu phụ tải thay đổi nhưng tụ không được ngắt kịp thời.

Loại tủ này thường được sử dụng cho các động cơ hoạt động liên tục và có công suất tương đối ổn định.

Tủ tụ bù tự động

Tủ tụ bù tự động chia tổng công suất tụ thành nhiều cấp. Bộ điều khiển liên tục đo hệ số công suất cosφ và tự động đóng hoặc ngắt từng cấp tụ theo nhu cầu thực tế.

• Phù hợp với nhà xưởng, tòa nhà và hệ thống có phụ tải thay đổi liên tục.
• Duy trì hệ số công suất ổn định.
• Hạn chế bù thiếu hoặc bù dư.
• Có thể thiết kế từ 4, 6, 8, 12 cấp hoặc nhiều hơn tùy công suất hệ thống.

Đây là loại tủ tụ bù được sử dụng phổ biến nhất trong các hệ thống điện hạ thế hiện nay.

Tủ tụ bù không dùng cuộn kháng

Loại tủ này gồm tụ điện, contactor, bộ điều khiển và thiết bị bảo vệ nhưng không lắp cuộn kháng lọc sóng hài.

• Kết cấu gọn, dễ lắp đặt và bảo trì.
• Chi phí đầu tư thấp hơn tủ có cuộn kháng.
• Phù hợp với hệ thống điện có mức sóng hài thấp.
• Không nên sử dụng khi hệ thống có nhiều biến tần, UPS, máy hàn hoặc tải điện tử công suất lớn.

Trước khi lắp đặt, đơn vị thiết kế cần đo hoặc đánh giá mức độ sóng hài để tránh tụ điện bị quá nhiệt, phồng hoặc giảm tuổi thọ.

Tủ tụ bù có cuộn kháng

Tủ được lắp thêm cuộn kháng nối tiếp với tụ điện để hạn chế dòng sóng hài và tránh hiện tượng cộng hưởng trong hệ thống.

• Phù hợp với hệ thống có nhiều biến tần, bộ lưu điện, lò điện, máy hàn hoặc thiết bị điều khiển điện tử.
• Hạn chế dòng điện xung khi đóng tụ.
• Bảo vệ tụ khỏi quá nhiệt và quá tải.
• Giúp hệ thống vận hành ổn định hơn trong môi trường có sóng hài.

Chi phí của loại tủ này cao hơn nhưng khả năng bảo vệ tụ và độ ổn định vận hành tốt hơn tủ bù thông thường.

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…

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.

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.

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.