Công suất là gì ? phản kháng, hiệu dụng, hệ số công suất … là những khái niệm thường xuyên được sử dụng trong ngành điện để thiết kế và lắp đặt các thiết bị điện phù hợp với nhu cầu và công suất tiêu thụ, đảm bảo an toàn điện trong quá trình sử dụng. Công suất điện cho biết điều gì, đặc biệt hiện này các hệ thống điện năng lượng mặt trời, điện gió, truyền tải và các tủ điện phân phối (trong đó có trang bị thêm các thiết bị chống sét) ngày càng được quan tâm hơn về công suất.
Công suất là gì
Công suất trong mạch điện được định nghĩa như là phần nguồn năng lượng được chuyển qua một đường dây điện trong một khoản thời hạn, đơn vị chức năng thời hạn quy ước .
Trong hệ thống kê giám sát quốc tế, đơn vị chức năng của hiệu suất là Oat ( viết tắt là W ; 1W = 1J / s ), lấy tên theo James Watt. Ngoài ra, những tiền tố cũng được thêm vào đơn vị chức năng này để đo những hiệu suất nhỏ hay lớn hơn như mW ( milioat ) : 1 mW = 0,001 W ; kW ( kilooat ) : 1 kW = 1.000 W ; MW ( megaoat ) : 1MW = 1.000.000 W …
Cách tính Công suất
1. Công suất mạch điện DC
Đối với mạch điện một chiều, công suất, năng lượng mà mạch điện thực hiện chuyển đổi qua đường dây điện trong một đơn vị thời gian.
Công thức tính hiệu suất điện một chiều như sau :
P= U.I
- P là công suất (đơn vị W)
- U là điện áp (đơn vị V)
- I là cường độ dòng điện (A)
2. Công suất mạch điện AC
Đối với dòng điện xoay chiều có ba loại hiệu suất và được trình diễn như sau :
2.1. Công suất hiệu dụng (công suất tác dụng, công suất thực):
Ký hiệu P. : là phần điện năng trong mạch điện hoàn toàn có thể biến hóa thành những dạng nguồn năng lượng có ích khác ( cơ, nhiệt, hay hóa ), đây là phần hiệu suất có lợi, có ích của mạch điện. Đơn vị W
Công thức tính hiệu suất hiệu dụng xác lập theo :
P = U. I .cosφ
- P : công suất hiệu dụng
- U: là điện áp (V)
- I: là cường độ dòng điện (A)
- Cosφ: hệ số công suất
2.2. Công suất phản kháng (công suất hư kháng, công suất ảo)
Ký hiệu Q : là phần nguồn năng lượng điện được chuyển ngược về nguồn cung ứng nguồn năng lượng trong mỗi chu kỳ luân hồi do sự tích lũy nguồn năng lượng trong những thành phần cảm kháng và dung kháng của mạch điện, đây là phần hiệu suất không có lợi của mạch điện .
Đơn vị của hiệu suất phản kháng là VAR ( volt amperes reactive ), công thức tính được xác lập là
Q = U. I .sinφ
- Q : công suất phản kháng (var)
- U: là điện áp (V)
- I: là cường độ dòng điện (A)
- φ : pha lệch giữa U và I
2.3. Công suất biểu kiến (công suất toàn phần)
Ký hiệu S: là công suất tổng của mạch điện bao gồm công suất hiệu dụng và công suất phản kháng.
Đơn vị của công suất biểu kiến: VA (vôn-ampe), 1 kVA = 1000 VA.
S = U. I = √(P2 + Q2
- S : công suất biểu kiến (VA)
- P : công suất hiệu dụng (W)
- Q : công suất phản kháng (var)
- U: là điện áp (V)
- I: là cường độ dòng điện (A)
3. Hệ số hiệu suất
Tỷ số giữa hiệu suất hiệu dụng và hiệu suất biểu kiến trong mạch gọi là thông số hiệu suất .
Khi dòng xoay chiều có dạng hình sin lý tưởng, thông số hiệu suất là côsin của góc lệch sóng giữa dòng điện và hiệu điện thế của dòng xoay chiều. Do vậy thông số hiệu suất được ký hiệu là cosφ .
Hệ số hiệu suất không có đơn vị chức năng riêng, giá trị của nó được bộc lộ từ 0 đến 1 và hoàn toàn có thể được miêu tả bằng tỉ lệ Xác Suất, ví dụ như PF = 50 % .
Hệ số hiệu suất = 1 khi hiệu điện thế và cường độ dòng điện cùng pha ( những thiết bị có thông số hiệu suất bằng 1 như : đèn sợi đốt, bàn ủi, máy nước nóng, nhà bếp điện, … ), và = 0 khi dòng điện nhanh hoặc chậm pha so với hiệu điện thế 90 o ( những thiết bị có thông số hiệu suất dưới 1 như : đèn neon dùng chấn lưu, motor, van đóng cắt, những thiết bị điện tử, … )
Đối với hai hệ thống truyền tải điện với cùng công suất thực, hệ thống nào có hệ số công suất thấp hơn sẽ có dòng điện xoay chiều lớn hơn vì lý do năng lượng phản kháng bị trả lại nguồn lớn hơn, tạo ra nhiều thất thoát năng lượng và làm giảm hiệu năng truyền tải, làm tăng kích thước dây điện truyền dẫn. Hệ quả là nó còn có một công suất biểu kiến cao hơn với cùng một công suất thực được truyền tải.
Nên muốn nâng cao công suất thật P thì cần phải nâng cao hệ số cosφ. Tại sao phải quan tâm tới việc này? Cho dù công suất phản kháng thật sự không sinh ra công nhưng sự tồn tại của nó sẽ làm cho các dây dẫn nóng hơn. Những thiết bị có sử dụng các cuộn dây như motor, máy phát điện, máy biến thế,…phải được thiết kế với các cuộn dây lớn hơn để có thể chịu được công suất tổng bao gồm dòng có ích và dòng “vô công”.
Cũng chính vì lý do đó với giá trị đầu tư cho thiết bị và đường truyền cao nên giá điện dành cho các khu vực công nghiệp và thương mại có giá cao hơn so với khách hàng cá nhân, nơi có nhiều thiết bị sử dụng điện có hệ số công suất thấp, công suất tiêu thụ khá cao. Nhà cung ứng điện ngoài việc tăng giá điện với các khách hàng lớn, họ còn kiểm soát công suất phản kháng bằng các máy đo đo điện chuyên dùng nhằm hỗ trợ khách hàng tìm các biện pháp làm gia tăng hệ số công suất, đồng thời phạt những khách hàng nào để hệ số công suất thấp hơn tiêu chuẩn.
Xác định công suất điện cũng hỗ trợ cho việc chọn các các sản phẩm bảo vệ quá áp, quá dòng và chống sét, tủ chống sét lan truyền phù hợp hơn trong việc đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.
