Hệ số công suất là gì?

Hệ số công suất nói chung được tính bởi công thức: Cosφ=PS

S²=P² + Q²
P= S.Cosφ
Q=S.Sinφ
Trong đó: P là công suất hiệu dụng (W), S là công suất biểu kiến

*** Các loại hệ số

Hệ số công suất được chia ra làm 3 loại khác nhau: hệ số công suất tức thời, hệ số công suất trung bình và hệ số công suất tự nhiên.

a. Hệ số công suất tức thời: Cosφ=P3UI

Hệ số công suất tức thời là hệ số công suất tại một thời điểm nào đó, đo được nhờ dụng cụ đo cosφ hoặc nhờ các dụng cụ đo công suất, điện áp và dòng điện.

b. Hệ số công suất trung bình: Cosφtb= Ahc (Ahc2 + Avc2)

Hệ số công suất trung bình là cosφ trung bình trong một quãng thời gian nào đó (1 ca, 1 ngày đêm, 1 tháng,…), được dùng để đánh giá mức độ sử dụng điện của một đơn vị có hợp lý, tiết kiệm hay không.

c. Hệ số công suất tự nhiên

Hệ số công suất tự nhiên là hệ số công suất cosφ trung bình tính cho cả năm khi không có thiết bị bù, dùng làm căn cứ để tính toán nâng cao hệ số công suất và bù công suất phản kháng.

Ý nghĩa của hệ số công suất

Nếu xét trên phương diện nguồn cung cấp (máy phát điện hoặc máy biến áp). Rõ ràng cùng một dung lượng máy biến áp hoặc công suất của máy phát điện (tính bằng KVA). Hệ số công suất càng cao thì thành phần công suất tác dụng càng cao và máy sẽ sinh ra được nhiều công hữu ích. Sẽ có người nói “Nếu vậy tại sao ta không duy trì cosφ ~ 1 để máy phát hoặc máy biến áp hoạt động hiệu quả”.

Sự thật là hệ số công suất bao nhiêu phụ thuộc vào tải (thiết bị sử dụng điện). Nhu cầu của tải về công suất tác dụng và công suất phản kháng cần phản đáp ứng đủ thì tải mới hoạt động tốt. Giải pháp trung hòa hơn là nguồn sẽ chỉ cung cấp cho tải 1 phần công suất phản kháng, phần thiếu còn lại, khách hàng tự trang bị thêm bằng cách gắn thêm tụ bù.

Tại sao lại nên nâng cao hệ số công suất cosφ?

a. Giảm được tổn thât công suất trong mạng điện. Chúng ta đã biết tổn thất công suất trên đường dây được tính như sau:

Δ?= [(??+??)/??]? = (??/??)?+(??/??)?=Δ?(?)+Δ?(?)

khi giảm Q truyền tải trên đường dây, ta giảm được thành phần tổn thất công suất AP(Q) do Q gây ra.

b. Giảm được tổn thất điện áp trong mạng điện. Tổn thất điện áp được tính như sau:

Δ?= (??+??)/? = ??/?+??/?=Δ?(?)+Δ?(?)

khi giảm Q truyền tải trên đường dây, ta giảm được thành phần tổn thất điện áp ∆U(Q) do Q gây ra.

c. Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp. Khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp phụ thuộc vào điều kiện phát nóng, tức phụ thuộc vào dòng điện cho phép của chúng. Dòng điện chạy trên dây dẫn và máy biến áp được tính như sau:

? = √(??+??)/?√?

Biểu thức này chứng tỏ rằng với cùng một tình trạng phát nóng nhất định của đường dây và máy biến áp (tức I = const) chúng ta có thể tăng khả năng truyền tải công suất tác dụng P của chúng bằng cách giảm công suất phản kháng Q mà chúng phải tải đi. Vì thế khi vẫn giữ nguyên đường dây và máy biến áp nếu cosφ của mạng được nâng cao (tức giảm lượng Q phải truyền tải) thì khả năng truyền tải của chúng sẽ được tăng lên.

Ngoài ra việc nâng cao hệ số công suất cosφ còn đưa đến hiệu quả là giảm được chi phí kim loại màu, góp phần làm ổn định điện áp, tăng khả năng phát điện của máy phát điện v,v…

Vì những lý do trên mà việc nâng cao hệ số công suất cosφ, bù công suất phản kháng đã trở thành vấn đề quan trọng, cần phải được quan tâm đúng mức trong khi thiết kế cũng như vận hành hệ thống cung cấp điện.