Tụ bù và cuộn kháng 7%: điện áp, kVAr thực và kiểm tra FAT

1. Nhãn 25 kVAr đang nói về tụ hay toàn bộ cấp bù?

Trong một hồ sơ giả định, bảng tổng ghi cấp bù B03: 25 kVAr; ảnh tụ ghi 25 kVAr, 440 V, 50 Hz; sơ đồ lại có cuộn kháng nối tiếp 7% trên mạng 400 V. Ba dòng nhìn tương đồng nhưng mô tả các đối tượng và điều kiện khác nhau. Kiểm tra chữ 25 xuất hiện đủ trên các trang chưa trả lời được công suất nào phải đạt tại điểm nối với lưới.

Định mức tụ gắn với điện áp và tần số của chính tụ. Công suất cấp bù có cuộn kháng là kết quả của tổ hợp tại điều kiện vận hành. Phần phản kháng cuộn kháng hấp thụ cần tính riêng; không cộng các số kVAr in trên mọi linh kiện như cộng số lượng hàng.

Bài dành cho kỹ sư đọc thiết kế, QS kiểm tra BOM và người chuẩn bị FAT. Tình huống B03, bảng tính và hình đều được tạo độc lập cho bài học, không phải dữ liệu hiện trường. Mục tiêu là đặt câu hỏi đúng và ghi kết luận đúng phạm vi, không cung cấp bộ linh kiện có thể đặt mua trực tiếp.

Tụ ngắt nguồn vẫn có thể còn điện tích. Trước kiểm tra trực tiếp, người có thẩm quyền cần cô lập mọi nguồn, kiểm soát năng lượng tích trữ và xác minh an toàn theo procedure. Đèn tắt hoặc nguồn điều khiển đã ngắt không thay bước xác minh đó.

2. Khóa đối tượng, điện áp và tần số trước khi tính

Trong bài, Qr là tổng kVAr định mức bộ tụ ba pha tại Ur, fn. Qbare là công suất của chính tụ khi nối trực tiếp vào Us, không có cuộn kháng. Khi có cuộn kháng nối tiếp, Qcap là phản kháng bên trong tụ, QL là phản kháng cuộn kháng hấp thụ, còn Qstep là độ lớn bù dung tính ròng nhìn từ lưới.

Các Q trong bảng dùng độ lớn dương, nên Qstep = Qcap − QL. Meter thực có thể dùng quy ước dấu khác cho capacitive/inductive. Cần đọc quy ước của thiết bị và ghi rõ trên biên bản; không lấy dấu của một màn hình làm quy ước chung cho mọi kết quả.

Us, Ur và Uc là điện áp dây–dây RMS trên cùng cơ sở ba pha cân bằng; Uc là điện áp tương đương tại bộ tụ. Điện áp trên một phần tử trong cấu hình sao khác điện áp dây. Không đem Uc đối chiếu nhãn một tụ đơn pha khi chưa đọc sơ đồ và quy đổi.

Mô hình giả định điện áp hình sin, ba pha cân bằng, xét thành phần cơ bản, C và L cố định, bỏ qua tổn hao. Công thức tổ hợp ở phần 4–5 dùng cùng 50 Hz của bài tập. Dung sai, nhiệt độ, điện áp méo và cuộn kháng thực cần dữ liệu sản phẩm, không được mặc định bằng không khi nghiệm thu.

3. Tụ 25 kVAr tại 440 V chỉ còn khoảng 20,66 kVAr khi nối trực tiếp vào 400 V

FAQ FA387102 của Schneider Electric nêu quan hệ công suất tụ theo tần số và bình phương điện áp. Theo ký hiệu của bài: Qbare = Qr × (f/fn) × (Us/Ur)². Quan hệ này dùng cùng điện dung; nó không phải quy tắc đổi định mức một cấp bù có cuộn kháng.

Chọn riêng Qr = 25 kVAr tại Ur = 440 V, fn = 50 Hz. Nối trực tiếp vào Us = 400 V, f = 50 Hz: Qbare = 25 × (400/440)² ≈ 20,66 kVAr. Tỷ số điện áp khoảng 0,9091 nhưng tỷ số công suất khoảng 0,8264. Công suất không giảm tuyến tính theo điện áp.

Nếu giữ điện dung và giả định nguồn hình sin 400 V, 60 Hz, Qbare ≈ 24,79 kVAr. Đây chỉ là phép tính điện dung cố định, không xác nhận sản phẩm 50 Hz được phép vận hành ở 60 Hz. Phạm vi sử dụng vẫn theo nhà sản xuất.

Xét một tụ khác cũng ghi 25 kVAr nhưng tại 480 V, 50 Hz. Nối trực tiếp vào 400 V, 50 Hz cho 25 × (400/480)² ≈ 17,36 kVAr. Cùng chữ 25 không có nghĩa cùng điện dung hoặc cùng công suất tại mạng 400 V.

Bảng dưới giữ điều kiện và đối tượng ở cột riêng. Chưa hàng nào có cuộn kháng. Nếu thêm hoặc thay cuộn kháng, phải xét lại cặp linh kiện; không bê kết quả tụ đơn sang cột công suất cấp bù.

Đối chiếu: Schneider Electric — FA387102: kVAr theo điện áp và tần số ↗

4. p = 7% là tỷ số điện kháng; điện áp tại tụ tăng trong tổ hợp nối tiếp

Tại tần số cơ bản f0, gọi XL = 2πf0L và XC = 1/(2πf0C) là độ lớn điện kháng trên nhánh tương đương. Khi đó p = XL/XC = (2πf0)²LC. Với 7%, dùng 0,07 trong công thức. p không phải THDu, không phải dung sai điện dung và không nói hệ thống loại được 7% sóng hài.

Với 0 < p < 1, nhánh lý tưởng còn tính dung; điện kháng tổng có độ lớn XC − XL = XC(1 − p). Hai điện áp phản kháng ngược chiều trong biểu diễn pha. Vì vậy điện áp tại tụ tăng theo Uc = Us/(1 − p), thay vì bằng điện áp nguồn.

Guide tủ bù năm 2015 của Schneider Electric trình bày quan hệ tăng áp này. Với Us = 400 V và p = 0,07, Uc ≈ 430,11 V trên cơ sở dây–dây đã thống nhất. Đây là điện áp thành phần cơ bản của mô hình, không phải RMS tổng được bảo đảm trên lưới méo.

Tại cùng tần số định mức tụ: Qcap = Qr × (Uc/Ur)²; QL = p × Qcap; Qstep = (1 − p)Qcap. Thay Uc vào: Qstep = Qr × (Us/Ur)²/(1 − p). Tổ hợp có thể cho Qstep cao hơn Qbare của chính tụ tại Us, nhưng vẫn thấp hơn Qr.

Khoảng chênh từ 430,11 V đến nhãn 440 V chưa chứng minh đủ dự phòng. Cần xét điện áp mạng, phổ hài, dung sai và giới hạn đúng sản phẩm. Nhãn 440 V ở đây phục vụ bài tính, không phải khuyến nghị cho mọi mạng 400 V có cuộn kháng 7%.

Đối chiếu: Schneider Electric — Guide thiết kế tủ bù hạ áp, 2015 (phạm vi sản phẩm trong tài liệu) ↗

5. Ví dụ tự tính: 23,89 − 1,67 = 22,22 kVAr tại lưới

Giữ tụ giả định 25 kVAr tại 440 V, 50 Hz và mạng 400 V, 50 Hz. Giả định cuộn kháng được phối hợp với đúng điện dung để p = 0,07 tại 50 Hz. Sự phối hợp là đầu vào bài tập; không phải lấy bất kỳ cuộn kháng ghi 7% rồi nối vào tụ là điều kiện đã đúng.

Uc ≈ 430,1075 V cho Qcap = 25 × (430,1075/440)² ≈ 23,89 kVAr. QL = 0,07 × Qcap ≈ 1,67 kVAr. Do đó Qstep = Qcap − QL ≈ 22,22 kVAr. Phép tính dùng số chưa làm tròn; chỉ làm tròn ở kết quả hiển thị.

Dòng dây cơ bản cân bằng là I1 = Qstep × 1.000/(√3 × Us). Với Us = 400 V, I1 ≈ 32,07 A. Dùng Qcap với Us để tính dòng sẽ trộn hai điểm tham chiếu. Nếu dùng công suất ở phía tụ, điện áp đi cùng cũng phải thuộc phía tụ.

Hình dưới là cân bằng phản kháng, không phải sơ đồ đấu dây. Phần 1,67 kVAr là phản kháng cảm, không phải tổn hao nhiệt 1,67 kW. Mô hình bỏ qua tổn hao; nhiệt và tổn hao thực cần dữ liệu sản phẩm.

Nếu thiết kế yêu cầu 25 kVAr ròng ở 400 V, tổ hợp giả định cần làm rõ cơ sở lựa chọn. Nếu yêu cầu chỉ quy định một loại tụ trong cấu hình khác đã duyệt, câu hỏi nghiệm thu khác. Kết quả 22,22 trên giấy chưa tự chứng minh tủ thực NG hoặc phải thay tụ.

6. 7% tại 50 Hz và 7% tại 60 Hz không phải cùng một bộ L–C

Tần số cộng hưởng riêng của tổ hợp nối tiếp lý tưởng là fr = 1/(2π√LC). Từ định nghĩa p tại f0, suy ra fr = f0/√p. Với 50 Hz, p = 0,07, fr ≈ 188,98 Hz, thường ghi khoảng 189 Hz. Đây là cộng hưởng riêng L–C, không tự xác định mọi cộng hưởng của mạng.

CIRCUTOR công bố tổ hợp detuned p = 7% khoảng 189 Hz cho mạng 50 Hz và khoảng 227 Hz cho mạng 60 Hz. Phép tính riêng với 60 Hz, p = 0,07 cho 226,78 Hz. Hai con số thuộc hai cơ sở phối hợp, không phải một bộ 50 Hz tự đổi fr sang 227 Hz khi cấp 60 Hz.

Giữ L và C lý tưởng của bộ 7% tại 50 Hz: p(f) = p50 × (f/50)². Tại 60 Hz, p = 0,07 × (60/50)² = 0,1008, tức 10,08%. Trong giả định L, C cố định, fr vẫn khoảng 188,98 Hz; tỷ số fr/f thay đổi.

Phân tích trên giấy không cho phép chạy bộ sai tần số định mức. Cuộn kháng thực còn giới hạn từ, nhiệt, điện áp và dòng; tụ có phạm vi riêng. Đổi setting controller không đổi phần cứng L–C hoặc chứng minh nó phù hợp.

Thay tụ khác điện dung trong khi giữ cuộn kháng cũng làm p đổi. Hai tụ cùng 25 kVAr nhưng tại 440 V và 480 V không có cùng C trong mô hình. Không tiếp tục dùng p = 7% cũ chỉ vì nhãn cuộn kháng còn chữ 7%.

Catalog có thể dùng giá trị làm tròn hoặc danh nghĩa như 189/190 Hz. Sai khác cách trình bày chưa đủ kết luận lỗi linh kiện. Cần đối chiếu định nghĩa, dung sai và cặp được hãng công bố; khác 50/60 Hz hoặc mã tụ là thay đổi cấu hình cần xem xét.

Đối chiếu: CIRCUTOR — Reactors III: p, tần số và tụ phối hợp ↗

7. Đọc BOM theo cặp tụ–cuộn kháng, không chỉ hai nhãn kVAr

BOM cần giúp tìm lại từng cấp: tag, mã tụ, số lượng, điện áp, tần số, mã cuộn kháng và cơ sở p. Sau đó đối chiếu công suất ròng được công bố tại điện áp mạng. Chỉ ghi tụ 25 kVAr + cuộn kháng 25 kVAr vẫn chưa rõ ý nghĩa hai rating.

Ví dụ cách trình bày chính hãng: trang CIRCUTOR CFB-46/37 chỉ định cuộn kháng RBZ-30-400. Dẫn ví dụ để thấy thông tin phối hợp cần có, không đề xuất hai mã cho bài tập. Những dòng kVAr tại các điện áp khác nhau cần đọc theo định nghĩa sản phẩm.

Hỏi mỗi dòng công suất là capacitor-only hay assembly output. Đừng dùng công thức tụ đơn để sửa catalog chưa biết cơ sở. Nhãn thương mại, rating nội bộ và output tại lưới có thể cần cột riêng. Câu trả lời cần gắn với đúng mã, tần số và revision.

Khi đổi hãng, mã hoặc số tụ song song, xem đó là thay đổi cấu hình cần đánh giá. Điện dung tổng theo sơ đồ, p, điện áp tụ, dòng/nhiệt và thiết bị đóng cắt/bảo vệ đều có thể liên quan. Cùng kích thước cơ khí hoặc tổng kVAr nhãn chưa chứng minh tương đương.

Bảng ghép cặp đã duyệt, ảnh nhãn thực và danh sách xuất xưởng cần truy xuất cùng tag. Nếu thiếu cơ sở công suất tại 400 V, ghi pending cụ thể; không tự điền 25 kVAr cho khớp bảng tổng. Email nói phù hợp cần chỉ đến cấu hình hoặc tài liệu có thể kiểm tra.

Đối chiếu: CIRCUTOR — CFB-46/37: ví dụ mã cuộn kháng phối hợp ↗

8. Detuned không chứng minh mọi sóng hài đã được xử lý

TDK phân biệt detuned với tuned PFC: tổ hợp được chọn để tránh đặt cộng hưởng ngay ở các tần số hài đang xem xét, bảo vệ tụ và có hiệu quả lọc khác bộ lọc điều chỉnh đúng tần số hài. Chữ detuned hoặc p = 7% chưa chứng minh THDu, THDi hay nhiệt của nhà máy đạt yêu cầu.

Mạng có biến tần, UPS hoặc tải phi tuyến cần đánh giá phổ hài và điều kiện nguồn. Tổ hợp còn tương tác với trở kháng mạng. Cộng hưởng cả hệ thống không chỉ là fr của một nhánh; cấu hình nguồn, tải và các cấp đang đóng cần được xét trong nghiên cứu phù hợp.

32,07 A ở bài tập là dòng cơ bản I1. Dòng RMS tổng thực có thể gồm hài; các thành phần trực giao kết hợp theo căn tổng bình phương, không cộng số học biên độ. Cần biết meter báo RMS tổng, fundamental hay giá trị đã quy đổi.

Biên bản nên giữ điện áp, tần số, ba dòng pha, trạng thái cấp, tải đang chạy, THDu/THDi và phổ hài theo scope. So hai lần đo tại tải khác nhau không tách được hiệu quả tủ bù chỉ bằng chênh một số trên màn hình.

Nếu PF thấp dù các cấp đã được gọi, kiểm tra cả đường đo, CT, tham chiếu pha, setting và bằng chứng mạch lực. PF tổng khác cosφ cơ bản khi có méo. Chỉnh cấp chỉ để làm đẹp số có thể bỏ qua nguyên nhân; thao tác thử và đổi setting cần theo chương trình được duyệt.

Đối chiếu: TDK Electronics — PFC glossary: detuned PFC và detuning factor ↗

9. FAT tách linh kiện, logic điều khiển và công suất thực

Danh mục IEC 60831-1:2014 mô tả tụ shunt tự phục hồi đến 1.000 V, tần số 15–60 Hz, gồm tụ trong mạch lọc. Đây là phạm vi tiêu chuẩn linh kiện; một dòng IEC trên nhãn không chứng minh toàn bộ tủ đã hoàn thành mọi xác minh.

Bài dùng danh mục công khai, không tái tạo điều khoản nghiệm thu của toàn văn. FAT cần yêu cầu dự án, tài liệu sản phẩm và phép thử assembly. Giới hạn, thời gian và điều kiện thử phải lấy từ tài liệu được áp dụng cho đúng cấu hình.

Kiểm tra linh kiện xác minh mã, rating và lắp đặt trong scope. Thử điều khiển xác minh lệnh, trình tự và phản hồi. Nếu mạch lực chưa được cấp theo chương trình, đèn B03 ON không chứng minh đã có 25 kVAr hoặc ba pha mang dòng.

Đo công suất cần nguồn, tải, phương pháp, điểm đo và điều kiện an toàn phù hợp. Đo ở incomer trong lúc tải biến động khiến chênh Q trước–sau chứa cả thay đổi tải. Không gắn toàn bộ chênh cho một cấp; chương trình cần cách giữ hoặc ghi điều kiện và phương pháp đánh giá được duyệt.

Form nên tách calculated, measured và declared: lần lượt là kết quả mô hình, phép đo có điều kiện và dữ liệu công bố của hãng. Không đổi tên 22,22 trong bài tính thành measured để hoàn thiện report.

Đối chiếu: IEC — IEC 60831-1:2014, danh mục công khai và phạm vi ↗

10. Dòng I1 chưa chọn được cầu chì, contactor hoặc thông gió

I1 là một đầu vào của thiết kế. Thiết bị đóng cắt còn phải phù hợp ứng dụng tụ, điều kiện đóng, số lần thao tác và tổ hợp. Contactor có Ie lớn hơn 32,07 A trong bảng tải động cơ chưa tự được xác nhận cho cấp này.

Cầu chì/máy cắt, dây dẫn và phối hợp cần theo cấu hình được duyệt. Không lấy hệ số nhân dòng chung từ catalog khác áp cho mọi tủ. Khi fuse tác động, giữ model, rating, tag và điều kiện trước khi kết luận thiếu bù hoặc tăng rating.

Cuộn kháng tạo nhiệt thực dù sơ đồ Q không có đơn vị kW. Khoảng cách lắp, thông gió, nhiệt độ môi trường và bảo vệ nhiệt cần đọc theo assembly/manual. Quạt quay khi thử chức năng chưa thay đánh giá nhiệt ở điều kiện tải áp dụng.

Mạch xả và thời gian được phép đóng lại khác setting PF mục tiêu. Cần nhận dạng thiết bị xả và trình tự controller theo đúng tụ. Không sao chép thời gian chờ từ tủ khác; hết timer không tự chứng minh an toàn để chạm.

Thay linh kiện hoặc sửa mạch cần giữ revision và các chức năng phải xác minh lại. Ngắt riêng điều khiển hoặc đưa tua vít vào terminal không phải phương pháp xả được chấp nhận trong bài. Công việc trực tiếp chỉ theo procedure và tài liệu thiết bị.

11. Ba tình huống tự tạo: viết kết luận theo bằng chứng

Tình huống A: yêu cầu B03 đạt 25 kVAr ròng tại 400 V, 50 Hz; BOM dùng đầu vào phần 5 nhưng chưa có bảng phối hợp. Ghi: chưa đủ cơ sở xác nhận công suất cấp; mô hình cho khoảng 22,22 kVAr. Yêu cầu làm rõ tổ hợp và tiêu chí, thay vì ghi tụ NG chỉ từ phép tính.

Nếu nhà cung cấp trả lời 25 kVAr là rating tụ tại 440 V, mới chỉ rõ nhãn. Yêu cầu output tại lưới vẫn cần giải quyết. Đổi tên cột không tự thay yêu cầu thiết kế hoặc hợp đồng; thay đổi phải được ghi nhận đúng quy trình.

Tình huống B: thử đã thấy B03 nhận ON, contactor phản hồi, màn hình đổi trạng thái nhưng mạch lực ngoài scope cấp điện. Kết luận chỉ xác nhận logic/feedback trong cấu hình thử. Công suất ròng, dòng ba pha và hiệu quả vận hành chưa được xác minh.

Tình huống C: RMS tổng cao hơn 32,07 A nên có đề nghị tăng fuse. Trước hết giữ điện áp, tần số, dòng pha, hài, trạng thái cấp và rating. 32,07 A thuộc một bài tập I1, không phải giới hạn chấp nhận hoặc lý do độc lập đổi bảo vệ.

Mỗi tình huống cần hành động đóng cụ thể: nhận bảng phối hợp, bổ sung phép thử hoặc phân tích dữ liệu với người phụ trách. Pending có tag, nội dung thiếu, người xử lý và bằng chứng cần nộp. Chỉ ghi chờ nhà cung cấp không cho biết khi nào đóng được mục.

Không sửa measured để bằng calculated, hoặc ghi thử chưa làm là N/A. Khi nguồn/tải FAT chưa cho phép đo output, nêu giới hạn và công việc SAT/commissioning tiếp theo theo thỏa thuận. Điều kiện thật giúp phân biệt hạn chế phép thử với lỗi thiết bị.

12. Checklist bàn giao: mỗi cấp bù có một đường truy xuất

Bảng cuối là khung tự tạo, không thay ITP. Dùng tag nối thiết kế, BOM, ảnh nhãn, cặp linh kiện, controller và record thử. Cấp có nhiều tụ cần đủ số lượng và kiểu nối; ảnh một tụ đại diện chưa xác nhận cả cấp.

Qr, Qstep và Q đo ở các cột riêng, kèm điện áp, tần số, đơn vị và cơ sở. Dòng tổng tủ chưa chứng minh từng cấp đạt. Map output controller phải khớp cấp thực, tránh màn hình gọi B03 nhưng report dùng rating B04.

Dữ liệu đo cần file/ảnh gốc, nhận dạng meter, cấu hình CT và điều kiện thử. Kiểm tra mã cần ảnh rõ và revision đối chiếu. Kết luận tính toán cần công thức, giả định và dữ liệu đầu vào, không chỉ ảnh ô kết quả.

Người duyệt hỏi: con số thuộc đối tượng nào, ở điều kiện nào, và bằng chứng loại nào? Trả lời đủ giúp tách tụ 25 kVAr, cấp bù 25 kVAr và lệnh ON. Mục thiếu giữ trạng thái rõ đến khi có dữ liệu phù hợp.