1. Thực trạng vận hành thiết bị
Tính đến cuối năm 2014, trên lưới điện hạ áp do PC Bắc Ninh quản lý có 1.593 tủ tụ bù công suất phản kháng, được lắp từ những năm 2009-2013, đấu cố định vào đường dây.Kết quả là, việc bù công suất không phát huy được hiệu quả vì có lúc bù thừa. Để khắc phục tình trạng này, từ đầu năm 2014, các bộ tụ bù được lắp thêm hệ thống rơ le điều khiển thời gian. Tụ bù sẽ được đóng lúc cao điểm sử dụng điện, cắt khi thấp điểm, từ đó, phát huy được hiệu quả tụ.
Tuy nhiên, các tủ tụ bù được lắp ở gần đỉnh cột điện nên rất khó kiểm tra tình trạng vận hành của thiết bị, bởi nhóm công nhân phải lập phiếu công tác, trèo lên cột kiểm tra, vừa tốn công sức, lại dễ gây mất an toàn lao động. Ngoài ra, nhiều tụ điện hết dung lượng hoặc rơ le điều khiển bị hỏng, đơn vị quản lý không phát hiện kịp, dẫn đến mất bù hoặc bù không đúng thời gian định sẵn.
Để khắc phục, ông Nguyễn Văn Nam đã cùng các đồng nghiệp nghiên cứu và áp dụng thành công sáng kiến “Thiết kế và lắp đặt thiết bị giám sát dòng điện tụ bù”. Theo đó, nhóm tác giả đã chế tạo và thử nghiệm bộ cảm biến dòng điện, tạo ra điện áp 10VDC cấp cho đèn Led công suất 1W, giúp người vận hành đứng dưới đất vẫn nhìn rõ ánh sáng đèn ở độ cao 6-7 m.
2. Giải pháp kĩ thuật:
* Lựa chọn giải pháp:
Tụ bù 30 kVAr có dòng điện định mức 43 A, sử dụng cáp đơn M16 đấu vào lưới điện hạ áp qua các thiết bị đóng cắt. Dòng điện 3 pha của tụ đối xứng và qua thưc tế vận hành, khi tụ bị suy giảm dung lượng cũng giảm tương đối đều ở cả 3 pha. Do vậy, giải pháp giám sát dòng điện làm việc của tụ đươc lựa chọn như sau:
- Lắp đặt một thiết bị cảm biến dòng điện của tụ.
- Với dòng điện định mức của tụ, thiết bị sẽ đưa ra một điện áp cấp cho một đèn chiếu sáng.
- Do tính chất đối xứng của tụ điện nên thiết bị chỉ cần lắp trên 1 pha.
* Lựa chọn thiết bị:
- Lựa chọn loại đèn có sẵn trên thị trường là đèn Led 10 VDC - 1 W có pha chiếu dạng thấu kính hội tụ.
- Một biến dòng điện 1 pha làm việc ở chế độ bão hòa mạch từ. Với dòng điện sơ cấp là dòng định mức của tụ điện (43 A) thì điện áp tại cuộn dây thứ cấp là 10V.
Qua thực tế khi thí nghiệm biến dòng điện, với phụ tải là đồng hồ đo (đèn LED cũng có điện trở lớn giống đồng hồ đo), khi dòng sơ cấp đạt từ 120% định mức trở lên, mạch từ chuyển sang chế độ bão hòa và điện áp thứ cấp không tăng khi tăng dòng sơ cấp. Do đó, kể cả khi dòng điện sơ cấp của thiết bị cảm biến dòng điện tăng quá dòng định mức thì đèn chiếu sáng cũng không lo bị cháy.
* Tính toán thiết kế thiết bị cảm biến dòng điện:
- Cơ sở tính toán:
+ Do chức năng đơn giản chỉ là thiết bị dùng để xác định tụ có còn dung lượng hay không (có dòng điện hay không), việc tính toán không yêu cầu độ chính xác cao. Trong tính toán, sẽ sử dụng các công thức chế tạo máy biến áp một pha.
+ Do phụ tải thứ cấp chỉ là một bóng đèn 10 VDC-1W với điện trở 100 Ω và dòng điện là 0,1 A, nên không cần tính tiết diện dây dẫn thứ cấp. Để dễ quấn và tiết kiệm chi phí, chọn loại dây emay 2 lớp, tiết diện 0,23 mm2.
+ Dòng điện sơ cấp 43 A, sử dụng dây đấu tụ (M16) làm dây sơ cấp nên chỉ cần chọn loại mạch từ có thể luồn được cáp M16 qua cửa sổ mạch từ là được, không cần tính toán tiết diện dây sơ cấp.
|
Hình 1 - Kích thước mạch từ
|
- Tính toán dây quấn:
+ Chọn loại mạch từ có bán trên thị trường với kích thước như sau:
Trụ quấn dây: Kích thước a = 1,6 cm; b = 1,6 cm; c = 2,4 cm và các kích thước tiêu chuẩn ghi trên hình 1
Mạch từ có sẵn khuôn quấn dây bằng nhựa đúc.
Do đèn là LED nên phải sử dụng 01 DIODE công suất nhỏ loại D4007 mắc nối tiếp vào mạch đèn như hình vẽ.
Qua thí nghiệm thực tế, sản phẩm làm việc trong giải dòng điện sơ cấp từ 20 A đến 45 A. Như vậy với tụ 30 kVAr thiết bị sẽ giám sát được sự làm việc của tụ đến khi dung lượng tụ giảm xuống dưới 50% dung lượng định mức.
|
Lắp ráp sản phẩm
|
2. Hiệu quả của sáng kiến:
Sáng kiến được áp dụng sẽ đem lại hiệu quả cao. Theo tính toán, mỗi năm Công ty tiết kiệm được khoảng 1,7 tỷ đồng chi phí nhân công cho công tác kiểm tra định kỳ sự làm việc của tụ điện. Hiệu quả lớn hơn, chính là người lao động không phải đối diện với nguy cơ mất an toàn nguy cơ cháy nổ khi mở tủ ra để kiểm tra.
Được biết, năm 2015, toàn bộ dự án lắp đặt 3.150 kVAr của PC Bắc Ninh đã áp dụng sáng kiến này để hỗ trợ vận hành. Thời gian tới, Công ty sẽ lắp đặt cho toàn bộ các tủ bù trên lưới điện hạ áp, nhằm tiết kiệm chi phí, đảm bảo an toàn cho người lao động.
Kết quả tính toán các thông số của thiết bị cảm biến dòng được đưa vào bảng sau:
|
I1(A)
|
U1 = I1xZ1(V)
|
U2=U1xW2(V)
|
|
43
|
0.0344
|
10.148
|
|
40
|
0.032
|
9.44
|
|
35
|
0.028
|
8.26
|
|
30
|
0.024
|
7.08
|
|
25
|
0.02
|
5.9
|
|
20
|
0.016
|
4.72
|
|
15
|
0.012
|
3.54
|
|
10
|
0.008
|
2.36
|
|
5
|
0.004
|
1.18
|