Đánh giá á tá động ủa quá độ trong quá trình đóng ắt trạm tụ bù trên lưới phân phối ủa hệ thống điện

Cỏc thiết bị điện tử hiện tại khụng chỉ chịu ảnh hưởng của mất cõn bằng điện ỏp mà cũn gõy ra mất cõn bằng với cỏc tải khỏc trong hệ thống..  Sự cần thiết phải tăng tiờu chuẩn hoỏ và cỏ

Trờng đại học bách khoa hà nội

Nguyễn Ngọc Trung

Hà Nội 2006

Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131680331000000

Trờng đại học bách khoa hà nội

Luận văn thạc sĩ khoa học

đánh giá các tác động của quá độ trong quá trình đóng cắt trạm tụ bù trên lới phân phối của hệ thống điện

Nguyễn ngọc trung - cao học hT đ 2 0 -2 0

Đặng Quốc Thống - Bộ môn Hệ thống điện, khoa Điện, trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình hớng dẫn tôi nâng cao chất lợng và hoàn thành bản luận văn này, cùng với sự giúp đỡ và động viên trong suốt quá trình thực hiện đề tài này

Tôi xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp ở Điện lực Hng Yên, Trung tâm điều độ quốc gia A0, Trung tâm thí nghiệm Điện 1 đã nhiệt tình giúp đỡ cung cấp dữ liệu, phối hợp sử dụng phần mềm EMTP Cảm ơn Công ty thép Hoà Phát đã cho phép thực hiện các phép đo tại trạm biến áp của công ty trong quá trình thực hiện đề tài này

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, các đồng nghiệp và ngời thân đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này

Ngời thực hiện

Nguyễn Ngọc Trung

dẫn đã nêu trong luận văn Tôi xin cam đoan những dữ liệu, phép đo thực hiện trong đề tài này là hoàn toàn trung thực và cha đợc công bố trong bất kỳ công

trình nào trớc đây

Ngời thực hiện

Nguyễn Ngọc Trung

Nguyễn ngọc trung - cao học hT đ 2 0 -2 0

2.1 Sụt giảm điện áp và mất điện áp 20

điện áp trên lới điện có phụ tải dao động 72

3.1 Dao động điện áp trong lới điện và nguyên nhân cần khắc

3.2 Biện pháp ổn định điện áp ở lới điện có phụ tải dao động 80

đánh giá kết quả về mặt dao động điện áp 89

4.1 Giới thiệu v ch ơng trình ATP- EMTP 89

lời nói đầu

Chất lượng điện thường được nói đến như giới hạn cho phép về độ lệch điện áp, dao động điện áp, dạng sóng không hình sin của điện áp và dòng điện, sự mất đối xứng điện áp trong lưới điện ba pha, độ lệch tần số Trong các tiêu chuẩn giới hạn đó thì giới hạn về dao động điện áp (nhất là sóng hài

và chớp nháy điện áp) là một trong những vấn đề lớn về chất lượng điện cần được quan tâm, nhất là đối với các nước có nền công nghiệp phát triển và các nước đang phát triển

Dao động điện áp trong lưới điện do nhiều nguyên nhân, nguyên nhân có thể do các phụ tải tiêu thụ điện, cũng có thể do nguồn điện gây ra, nhưng nguyên nhân chủ yếu vẫn là các phụ tải điện nối vào lưới điện Những phụ tải nối vào lưới điện gây ra dao động điện áp rất đa dạng và có công suất từ nhỏ

NguyÔn ngäc trung - cao häc hT ® 2 0 -2 0

cho đến rất lớn (ở nhiều nước, riêng một lò điện hồ quang phải dùng một máy biến áp lò có công suất lên đến 60MVA và có thể lớn hơn) với các đặc tính khác nhau Trong khu vực điện dân dụng vấn đề hạn chế dao động điện áp luôn đóng vai một trò quan trọng trong công việc đảm bảo sinh hoạt và sức khoẻ của con người (thị giác, thần kinh…)

Dao động điện áp có thể xảy ra ở những khu vực lưới điện có các phụ tải dao động như: lò điện hồ quang, máy hàn điện, động cơ điện của các máy cán kim loại, những bộ chỉnh lưu van lớn có điều chỉnh để cấp điện cho truyền động chính của máy cán kim loại … Cũng có thể xảy ra ở các cấp điện áp từ thấp đến cao

Với mong muốn tìm hiểu, nghiên cứu về dao động điện áp Đề tài này được đưa ra để tìm hiểu các nguyên nhân gây ra dao động điện áp, ảnh hưởng của nó đến hệ thống điện và các biện pháp khắc phục

Tên đề tài:

ĐÓNG CẮT TRẠM TỤ BÙ TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI CỦA HỆ

THỐNG ĐIỆN ”

Đối tượng nghiên cứu: Các nguyên nhân gây ra dao động điện áp, ảnh hưởng của nó đến hệ thống điện và các biện pháp khắc phục (đặc biệt là lò điện hồ quang)

Phạm vi nghiên cứu: Lưới điện Khu công nghiệp Hưng Yên, ảnh hưởng

của lò điện hồ quang luyện thép của Công ty thép Hoà Phát đến các phụ tải điện trong khu công nghiệp này

Liệt kê hình vẽ và bảng biểu

HÌNH VẼ

Hình 1.1: Sụt giảm điện áp do sự có chạm đất một pha

Hình 1.2: Sụt giảm điện áp do sự khởi động của động cơ lớn

Hình 1.3: Quá điện áp do sự cố chạm đất một pha

Hình 1.4 - Mất cân bằng điện áp

Hình 1.5 - Dạng sóng của dòng điện

Hình 1.6 - Dạng phổ của dòng điện

Hình 1.7 - Dạng sóng nhiễu loạn điện áp

Hình 1.8 - Dao động điện áp do hồ quang gây ra

Hình 1.9: Quá độ xung do sét

Hình 1.10: Xung dòng quá độ dao động

Hình 2.1: Máy biến áp cách ly

Hình 2.2: Bộ lọc tần số thấp

Hình 2.3: Điều hoà công suất trở kháng thấp

Hình 2.4: Đặc điểm ổn định tĩnh của máy ổn áp

Hình 2.5.1: Sơ đồ cắt không tải MBA

Hình 2.5.2: Dòng iw và điện áp u2 ở thời điểm tắt hồ quang

Hình 2.5.3: Điện áp phóng điện ngược

Hình 2.5.4: Cảm ứng điện áp từ một pha sang hai pha khác

Hình 2.5.5: Ngắt tụ điện

Hình 3.1: Giản đồ véctơ tải dao động lò điện

Hình3 2: Đường cong đặc tính tải dao động của lò điện

Hình 3.3: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SVC

Hình 3.4: Biểu đồ điện áp phía sơ cấp máy biến áp nối vào thanh cái 22kV ở các chế độ vận hành có lắp hệ thống tụ điện có thyristor điều khiển

NguyÔn ngäc trung - cao häc hT ® 2 0 -2 0

Hình 3.5: Biểu thị các đường cong phụ tải của lò điện hồ quang

Hình 4.1.1: Đóng điện vào trạm tụ độc lập

Hình 4.1.2: Xung quá điện áp và dòng điện qua tụ, Uc(0) =0, t = 5ms

Hình 4.2.1: Đóng điện vào trạm tụ song song

Hình 4.2.2: Xung quá áp UC1 và dòng IC1 qua tụ C1, UC2 (0) =0, t = 5ms.Hình 4.3.1: Quá độ với hiện tượng phóng điện trước

Hình 4.3.2: Xung quá áp và dòng qua tụ, Uc(0)=0, t1=5ms, t2=6ms, t3=15ms Hình 4.4.1: Quá độ với hiện tượng phóng điện trở lại

Hình 4.4.2: Xung áp và dòng qua tụ, Uc(0)=0, t1=45ms, t2=55ms, t3=56ms Hình 4.5: QĐA trên mạng hạ áp khi đóng điện vào trạm tụ lưới phân phối Hình 4.5.1: Sơ đồ mô phỏng của SVC

Hình 4.5.2: Icon của SVC400

Hình 4.5.3: Sơ đồ mô phỏng hệ thống cung cấp điện cho lò hồ quang

Hình 4.5.4: Sơ đồ mô phỏng lưới điện

BẢNG

Bảng 2.1: Các thành phần thứ tự pha của sóng hài trong HT 3 pha cân bằng Bảng 3.1: Tính toán trị số R/X của các bộ phận cấu thành lưới điện

Bảng 4.1: Giá trị (pu) của điện áp Uc và dòng điện Ic

Bảng 4.2: Giá trị (pu) của điện áp UC1 và dòng điện IC1

Bảng 4.3: Giá trị (pu) của điện áp Uc và dòng điện Ic

Bảng 4.4: Giá trị (pu) của Uc và Ic

Liệt kê chữ viết tắt

EMTP ElectroMagnetic transients program

Chương trình tính toán quá độ điện từ

PWM Pulse Width Modulation

Bộ điều khiển biến điệu độ rộng xung

TVVSs Transient Voltage surge suppressors Bộ bảo vệ quá áp

SVC

Static VAR Compensator

Bộ bù tĩnh công suất phản kháng có điều khiển

TCR

Thyristor Controlled Reactor

Bộ kháng điều khiển bằng thyristor

NguyÔn ngäc trung - cao häc hT ® 2 0 -2 0

Chương 1: tổn quan về chất lượng điện năng và chất lượng điện áp

1 1 Khái niệm chung

Hiện nay, chất lượng điện năng đã trở thành vấn đề rất quan trọng Ứng dụng của khoa học kỹ thuật trong điều khiển tự động và các thiết bị điện-điện tử ngày càng phát triển đã làm tăng sự quan tâm đến chất lượng điện năng trong những năm gần đây và đi cùng là sự phát triển của các thuật ngữ

để miêu tả các hiện tượng này Ở đây sẽ miêu tả các thuật ngữ được sử dụng

để miêu tả về chất lượng điện năng Định nghĩa đầu tiên của “chất lượng điện năng” được biết đến bởi nghiên cứu của U.S Navy năm 1968 đã đưa ra một

cái nhìn tổng quan về chất lượng điện năng, bao gồm cách sử dụng thiết bị giám sát và các hiện tượng giả thiết sử dụng dao cách ly chuyển dịch tĩnh Sau

đó là một số định nghĩa về chất lượng điện năng trong mối quan hệ tương

quan với truyền tải hệ thống điện Trong những năm 1970 “Chất lượng điện

áp cao” đã được quan tâm như là một mục đích của thiết kế hệ thống điện

công nghiệp, cùng với “độ an toàn’’ “độ tin cậy phục vụ’’ và “Chi phí cho ,

hoạt động khởi động thấp’’ Cùng thời gian định nghĩa về chất lượng điện

năng đã được sử dụng tại các nước thuộc khối Liên Xô cũ, chủ yếu là sự xem xét sự biến đổi chậm trong biên độ của điện áp

Các nguyên nhân chính làm cho chúng ta phải quan tâm đối với chất lượng điện áp đó là:

 Các thiết bị ảnh hưởng nhiều hơn với mất cân bằng điện áp

Các thiết bị điện và điện tử bị ảnh hưởng bởi mất cân bằng điện áp nhiều hơn so với trước đây Không chỉ có các thiết bị bị ảnh hưởng mà hệ thống cũng bị ảnh hưởng về tổn thất của thời gian sản xuất kéo theo sự giảm chi phí khi xảy ra mất cân bằng điện áp Hậu quả dẫn đến một sự mất cung

cấp nguồn điện sẽ rất lớn Trong thị trường nội địa, điện năng đã được coi như một quyền lợi cơ bản phải luôn được thực hiện

 Các thiết bị gây ra mất cân bằng điện áp

Thiết bị thường phản ứng nhanh với mất cân bằng của điện áp cung cấp Các thiết bị điện tử hiện tại không chỉ chịu ảnh hưởng của mất cân bằng điện áp mà còn gây ra mất cân bằng với các tải khác trong hệ thống Sự gia tăng việc sử dụng của các thiết bị truyền động-biến đổi đã gia tăng sự mất cân bằng điện áp Vấn đề chính ở đây là các dòng không sin của các bộ chỉnh lưu

và bộ đổi điện Dòng vào không chỉ chứa các thành phần tần số cơ bản (50Hz hoặc 60Hz) mà còn các thành phần sóng hài với tần số tương ứng là bội số của tần số cơ bản Dao động điều hoà của dòng điện dẫn đến thành phần hài trong nguồn cung cấp Các thiết bị tạo ra dao động điều hoà, nhưng gần đây khi số lượng các bộ biến đổi điện tử tăng mạnh, không chỉ các bộ truyền động

có thể điều chỉnh tốc độ lớn mà kể cả các thiết bị điện tử nhỏ, đã gây ra một lượng lớn các dao động điện áp điều hoà

 Sự cần thiết phải tăng tiêu chuẩn hoá và các tiêu chuẩn thực hiện

Trước đây khi các khách hàng dùng điện không được chú ý, mất điện

áp và các mất cân bằng điện áp khác là một phần trong thoả thuận của khách hàng với các công ty Điện lực Bất kỳ khách hàng nào không hài lòng với độ tin cậy và chất lượng điện năng thì đều phải trả cho công ty cung cấp để tăng khả năng cung cấp

Ngày nay khi tầm quan trọng của khách hàng tăng lên, ngay cả khi các công ty Điện lực không cần làm giảm mất cân bằng điện áp thì vẫn phải xác định nó bằng cách này hay cách khác Điện năng được xem như một sản phẩm với các đặc điểm xác định có thể đo lường, dự báo, đảm bảo, phát triển Đây là yếu tố xúc tiến cho chiều hướng tư nhân hoá và bãi bỏ quy định của ngành công nghiệp điện

NguyÔn ngäc trung - cao häc hT ® 2 0 -2 0

Trong quá khứ một khách hàng sẽ có một hợp đồng với ngành điện để nhận được năng lượng điện với chất lượng và độ tin cậy Ngày nay, chỉ cần khách hàng có hợp đồng với công ty cung cấp điện địa phương, nơi có thể đảm bảo cung cấp điện với chất lượng và độ tin cậy Bên cạnh đó, sự đáp ứng chất lượng và độ tin cậy cung cấp điện phải có trong hợp đồng để các công ty cung cấp điện phải thực hiện

 Các công ty điện lực muốn cung cấp sản phẩm chất lượng

Hầu hết các công ty điện lực đều muốn cung cấp sản phẩm có chất lượng đến khách hàng, và đã nỗ lực thực hiện điều này trong những năm gần đây Thiết kế hệ thống với độ tin cậy cung cấp điện lớn, với giá thành rẻ, là một nhiệm vụ kỹ thuật quan trọng trong ngành công nghiệp điện hiện nay và triển vọng trong tương lai

 Điện năng cung cấp đảm bảo chất lượng cao

Các hiện tượng như sụt giảm điện áp và dao động điều hoà phụ thuộc chủ yếu vào chất lượng của nguồn cung cấp hầu hết các nước công nghiệp Ở (Châu Âu, Bắc Mỹ, Đông Á) thì sự gián đoạn cung cấp điện trong thời gian lớn là ít khi xảy ra Tại các nước đang phát triển, sự cung cấp điện năng không có độ sẵn sàng cao, có thể mất điện khoảng 2h một ngày, chất lượng điện năng chưa được xem như là một vấn đề lớn

 Chất lượng điện năng có thể đo lường được

Khả năng của các thiết bị điện tử có thể đo và thể hiện dạng sóng đã làm tăng sự quan tâm đến chất lượng điện năng Trước đây các thông số đo lường như điện áp, tần số, sự mất điện áp trong thời gian dài…bị xem xét một cách hạn chế thì ngày nay chúng là các yếu tố quan trọng nhất của chất lượng điện năng

 Dòng điện dao động từ các tải tạo ra sóng hài cũng làm méo điện áp khi chúng qua trở kháng của hệ thống Chính vì vậy sẽ làm xuất hiện các dao động điện áp tại các thiết bị sử dụng khác trong hệ thống điện

Do đó, trong khi quan tâm nghiên cứu chất lượng điện áp đồng thời ta cũng phải lưu ý đến các hiện tượng của dòng điện để có thể hiểu được cơ bản các vấn đề của chất lượng điện năng

1.2.1 Độ lệch điện áp thời gian dài (Long-duration Voltage Variations)

NguyÔn ngäc trung - cao häc hT ® 2 0 -2 0

Độ lệch điện áp thời gian dài có thể là quá điện áp hoặc thấp điện áp Quá áp và thấp áp không thường là kết quả của sự cố hệ thống, nhưng chúng cũng có thể là do sự biến đổi tải và hoạt động chuyển mạch trong hệ thống

 Quá điện áp (Overvoltage)

Quá điện áp là sự tăng điện áp lên quá 110% điện áp định mức [6] tại tần số công nghiệp trong thời gian lớn hơn một phút Quá điện áp thường là kết quả của chuyển mạch tải (ngắt tải lớn khỏi hệ thống hoặc hoạt động một

bộ tụ) Điều chỉnh đầu phân áp máy biến áp không đúng cũng gây ra hiện tượng quá điện áp trong hệ thống điện

 Thấp điện áp (Undervoltage)

Thấp điện áp là sự giảm của điện áp nhỏ hơn 90% điện áp định mức ở tần số công nghiệp trong thời gian lớn hơn 1 phút Nguyên nhân của sự giảm thấp điện áp ngược lại với nguyên nhân gây ra quá điện áp Một tải đóng vào

hệ thống hoặc ngắt một bộ tụ ra khỏi hệ thống có thể gây ra hiện tượng giảm thấp điện áp cho đến khi thiết bị điều chỉnh điện áp đưa điện áp trong hệ thống về lại giá trị cho phép Mạch điện quá tải cũng có thể gây ra hiện tượng giảm thấp điện áp

 Gián đoạn duy trì (Sustained interruptions)

Khi điện áp cung cấp về 0 trong một chu kỳ thời gian hơn 1 phút, biến đổi điện áp thời gian dài được định nghĩa là gián đoạn duy trì Gián đoạn điện

áp hơn 1 phút thường yêu cầu sự can thiệp của con người để phục hồi tình trạng hoạt động của hệ thống

1.2.2 Độ lệch điện áp thời gian ngắn (Short-duration Voltage Variations)

Nguyên nhân gây ra độ lệch điện áp thời gian ngắn là do tình trạng sự

cố trong hệ thống, hoạt động của các tải lớn yêu cầu dòng khởi động cao, hoặc do sự kết nối gián đoạn trong hệ thống dây dẫn Tuỳ thuộc vào vị trí sự

cố và tình trạng của hệ thống, sự cố có thể gây ra hoặc hiện tượng sụt giảm

điện áp (sags), tăng điện áp (swells) hoặc mất điện áp hoàn toàn (interruptions) Tình trạng sự cố có thể gần hoặc xa điểm quan tâm Trong các trường hợp khác nhau, sự tác động tới điện áp trong suốt quá trình sự cố là các biến đổi thời gian ngắn cho đến khi các thiết bị bảo vệ hoạt động để loại trừ sự cố

Có thể xuất hiện hiện tượng sụt giảm điện áp trước khi có mất điện áp

do sự cố trong hệ thống Sự sụt giảm điện áp xuất hiện giữa thời gian của sự

cố và hoạt động của thiết bị bảo vệ

 Sụt giảm điện áp (Sags)

Sụt giảm điện áp là sự giảm điện áp khoảng 10% đến 90% giá trị điện

áp hoặc dòng điện tại tần số công nghiệp trong thời gian từ 0.5 chu kỳ đến 1

NguyÔn ngäc trung - cao häc hT ® 2 0 -2 0

phút (hình 1.1)

Hình 1.1: Sụt giảm điện áp do sự có chạm đất một pha

Nguyên nhân của sự sụt giảm điện áp thường liên quan đến sự cố trong hệ thống nhưng cũng có thể do hoạt động của tải nặng, hoặc sự khởi động của động cơ lớn (hình 1.2)

Hình 1.2: Sụt giảm điện áp do sự khởi động của động cơ lớn

 Quá điện áp(Swells)

Quá điện áp được định nghĩa từ sự tăng điện áp từ 110% đến 180% so với giá trị định mức của dòng điện hoặc điện áp tại tần số công nghiệp trong thời gian từ 0.5 chu kỳ đến 1 phút

Cũng giống như hiện tượng sụt giảm điện áp, quá điện áp cũng liên quan đến sự cố hệ thống, nhưng chúng không phổ biến như sụt giảm điện áp

Sự tăng điện áp được đặc điểm bằng biên độ và thời gian của chúng Hình 1.3 thể hiện sự quá áp nguyên nhân bởi sự cố chạm đất một pha trong hệ thống

Hình 1.3: Quá điện áp do sự cố chạm đất một pha

1.2.3 Mất cân bằng điện áp (Voltage Imbalance)

Mất cân bằng điện áp được định nghĩa là độ biến đổi lớn nhất khỏi giá trị trung bình của điện áp hoặc dòng điện ba pha Hình 1.4 là một dạng sóng của hiện tượng mất cân bằng điện áp

Hình 1.4 - Mất cân bằng điện áp

Tỷ lệ giữa thành phần thứ tự nghịch hoặc thứ tự không với thành phần thứ tự thuận có thể sử dụng để xác định phần trăm mất cân bằng điện áp Các tiêu chuẩn gần đây cho thấy rằng sử dụng phương pháp thứ tự nghịch có thể đánh giá được mất cân bằng điện áp

Nguyên nhân chính của mất cân bằng điện áp nhỏ hơn 2% là tải đơn pha trong mạch điện 3 pha Mất cân bằng điện áp cũng có thể là nguyên nhân

do đứt cầu chì trong một pha của bộ tụ ba pha Một vài mất cân bằng điện áp (lớn hơn 5%) có thể gây ra bởi tình trạng đơn pha

1.2.4 Độ méo dạng sóng (Waveform Distortion)

NguyÔn ngäc trung - cao häc hT ® 2 0 -2 0

Độ méo dạng sóng được định nghĩa ư là sự biến đổi trạng thái ổn nhđịnh từ một dạng sóng sin lý tưởng của tần số cơ bản Độ méo dạng sóng được thể hiện bởi thành phần phổ của biến đổi Có 5 dạng chính của độ méo dạng sóng:

Sóng hài Sóng hài là các điện áp và dòng điện hình sin có tần số là bội số nguyên của tần số cơ bản của hệ thống Các dạng sóng dao động có thể phân tích thành tổng của tần số cơ bản và sóng hài Các dao động điều hoà bắt nguồn từ đặc điểm không đối xứng của thiết bị và tải trong hệ thống điện

Các mức độ dao động điều hoà dược miêu tả bởi hình ảnh của hài đầy

đủ với biên độ và góc pha của mỗi thành phần điều hoà riêng biệt Tổng độ méo điều hoà (THD-Total harmonic distortion) là phép đo giá trị tác dụng của

độ méo điều hoà Dạng sóng và dạng phổ của sóng hài lần lượt được thể hiện trong hình 1.5 và 1.6 cho dòng điện vào của bộ truyền động có thể điều chỉnh tốc độ

Hình 1.5 - Dạng sóng của dòng điện

Hình 1.6 - Dạng phổ của dòng điện

Đa hài Điện áp và dòng diện có thành phần tần số mà không phải là

bội số nguyên của tần số cơ bản được gọi là đa hài Chúng có thể xuất hiện như là tần số riêng rẽ hoặc hình ảnh dải rộng

Đa hài có thể tìm thấy trong hệ thống của tất cả các nhóm điện áp Nguyên nhân chính của độ méo dạng sóng đa hài là các biến đổi tần số tĩnh, các bộ biến đổi chu trình, các lò cảm ứng, các thiết bị hồ quang Các tín hiệu mang cũng có thể miêu tả như là đa hài

NguyÔn ngäc trung - cao häc hT ® 2 0 -2 0

Notching Notchinh là sự nhiễu loạn điện áp theo chu kỳ gây bởi hoạt động bình thường của các thiết bị điện tử công suất khi dòng điện được giao hoán giữa pha này với pha kia

Khi sự nhiễu loạn điện áp xuất hiện liên tiếp, nó có thể được thể hiện qua hình ảnh sóng hài của điện áp tác dụng Tuy nhiên nó thường được xem như một hiện tượng đặc biệt Thành phần tần số liên quan với sự nhiễu loạn điện áp có thể rất cao và có thể không dễ dàng mô tả bằng các thiết bị đo lường thông thường sử dụng cho tính toán sóng hài Hình 1.7 là một ví dụ về nhiễu loạn điện áp từ một thiết bị biến đổi ba pha

Hình 1.7 - Dạng sóng nhiễu loạn điện áp

Tạp âm (Noise) Tạp âm được định nghĩa như là tín hiệu điện không

mong muốn với thành phần dải thấp hơn 200kHz trên cùng điện áp hoặc dòng điện trong pha dẫn, hoặc tìm thấy trong dây dẫn trung tính hoặc đường dây tín hiệu

Tạp âm trong hệ thống điện có thể từ các thiết bị điện tử công suất, các mạch điện điều khiển, các thiết bị hồ quang, tải và các bộ chỉnh lưu một chiều, và chuyển mạch nguồn cung cấp Vấn đề tạp âm thường tăng lên bởi nối đất không đúng dẫn đến tạp âm phát triển trong hệ thống điện Cơ bản, tạp

âm bao gồm bất kỳ dao động không mong muốn nào của tín hiệu công suất

mà không giống như sóng hài hay quá độ Tạp âm làm nhiễu loạn các thiết bị

ví dụ như các máy tính và các chương trình điều khiển Vấn đề này có thể hạn chế bằng cách sử dụng các bộ lọc, các máy biến áp cách ly và điều hoà đường dây

1.2.5 Dao động điện áp (Voltage Fluctuation)

Dao động điện áp là sự biến đổi có hệ thống của điện áp hoặc nối tiếp các sự thay đổi điện áp ngẫu nhiên (hình 1.8)

Hình 1.8 - Dao động điện áp do hồ quang gây ra

Sự biến đổi nhanh, liên tiếp trong biên độ dòng tải có thể gây ra biến đổi điện áp thoáng qua Có thể nói, dao động điện áp là một hiện tượng điện

từ, trong khi dao động thoáng qua là một kết quả không mong muốn của dao động điện áp trong một số tải Tuy nhiên, hai định nghĩa này thường được nối với nhau trong cùng tiêu chuẩn Chính vì vậy, ta cũng sẽ sử dụng định nghĩa dao động điện áp thoáng qua để miêu tả như dao động điện áp

1.2.6 Quá độ (Transient)

Định nghĩa quá độ đã được sử dụng từ lâu trong tính toán phân tích sự biến đổi của hệ thống điện để hiển thị một sự kiện không mong muốn và thoáng qua trong trạng thái tự nhiên

NguyÔn ngäc trung - cao häc hT ® 2 0 -2 0

Định nghĩa khác cũng thường được sử dụng là “sự chuyển tiếp từ trạng thái hoạt động ổn định này sang trạng thái hoạt động khác” Tuy nhiên, định nghĩa này cũng được sử dụng để miêu tả về những điều bất bình thường xẩy ra trong hệ thống điện

Nói chung, quá độ có thể chia thành hai nhóm là xung và dao động Các định nghĩa này theo dạng sóng của dòng điện và điện áp quá độ

 Quá độ xung (Impulsive Transient)

Quá độ xung là sự thay đổi tần số đột ngột của điện áp, dòng điện hoặc cả hai theo một hướng của cực (hoặc cực âm hoặc cực dương) Các quá độ xung thường đặc trưng bởi độ tăng và thời gian phân rã của chúng Nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng này là do sét Hình 1.9 thể hiện một dạng sóng quá độ xung dòng gây bởi sóng sét

Hình 1.9: Quá độ xung do sét

Bởi bao gồm tần số cao, hình dạng của quá độ xung có thể thay đổi nhanh chóng bởi các thành phần của mạch điện và có thể có các đặc điểm giá trị khác nhau khi xem xét từ các phần khác nhau của hệ thống Quá độ xung thường không xa nguồn nơi xung vào hệ thống

Quá độ xung có thể kích thích tần số cơ bản của mạch điện và tạo ra xung dao động

 Quá độ dao động (Oscillatory Transient)

Quá độ dao động là một sự thay đổi tần số đột ngột của điện áp, dòng điện hoặc cả hai theo cả giá trị cực âm và cực dương Một quá

độ dao động bao gồm điện áp và dòng điện có giá trị tức thời thay đổi theo cực rất nhanh Dạng xung dòng quá độ dao động nguyên nhân bởi đóng cắt tụ được thể hiện như hình 1.10

Hình 1.10: Xung dòng quá độ dao động

Các quá độ dao động với thành phần tần số chính cao hơn 500kHz

được coi là quá độ tần số cao Các quá độ này thường là kết quả của đáp ứng

hệ thống cục bộ với xung quá độ

Một quá độ với thành phần tần số chính giữa 5 và 500kHZ được định nghĩa là một quá độ tần số trung bình Các quá độ này cũng có thể là kết quả của đáp ứng hệ thống với xung quá độ

NguyÔn ngäc trung - cao häc hT ® 2 0 -2 0

Một quá độ với thành phần tần số chính nhỏ hơn 5kHZ được định nghĩa là một quá độ tần số thấp. Nhóm các hiện tượng này thường bắt gặp trong hệ thống truyền tải và phân phối và do nhiều nguyên nhân khác nhau

Các quá độ dao động với tần số cơ bản nhỏ hơn 300Hz cũng có thể tìm thấy trong hệ thống phân phối Chúng thường liên kết với hiện tượng cộng hưởng sắt từ và hoạt động của máy biến áp Quá độ bao gồm các bộ tụ nối tiếp cũng có thể thuộc nhóm này Chúng xuất hiện khi hệ thống đáp ứng với thành phần tần số thấp của dòng khởi động máy biến áp hoặc một tình trạng không bình thường gây bởi cộng hưởng sắt từ

Chương2: Các vấn đề về chất lượng đIện áp

cố xác lập gây ra

Các công ty Điện lực đang phải đối mặt với sự phàn nàn về chất lượng điện năng do hiện tượng sụt giảm và mất điện áp gây ra cho khách hàng Các khách hàng ngày càng có nhiều tải dễ bị ảnh hưởng bởi sự cố trong hệ thống Các máy tính điều khiển mất bộ nhớ, các qui trình sản xuất ày càng phức ngtạp cũng mất rất nhiều thời gian để khởi động lại Các ngành công nghiệp phải dựa nhiều vào các thiết bị tự động để đạt được hiệu suất lớn nhất để duy trì sức cạnh tranh Vì vậy, các hiện tượng này có tác động rất lớn về mặt kinh tế

2.1.1 Đánh giá hiện tượng sụt giảm điện áp

Đánh giá hiện tượng sụt giảm điện áp của nguồn cung cấp để các thiết bị

có thể được thiết kế và phát triển các thông số kỹ thuật nhằm tối ưu hoạt động của chúng Trong các quy trình sản xuất, để đảm bảo sự tương thích giữa đặc điểm nguồn và hoạt động của hệ thống thì phải chú ý:

 Xác định số lượng và đặc điểm của hiện tượng sụt giảm điện áp do sự

cố trong hệ thống truyền tải

NguyÔn ngäc trung - cao häc hT ® 2 0 -2 0

 Xác định số lượng và đặc điểm của hiện tượng sụt giảm điện áp do sự

cố trong hệ thống phân phối

 Xác định ảnh hưởng của thiết bị với hiện tượng sụt giảm điện áp Điều này sẽ xác định được hiệu suất thực tế của các quy trình sản xuất dựa trên việc tính toán sự sụt giảm điện áp theo hai bước trên,

 Đánh giá kinh tế theo các giải pháp tăng hiệu suất khác nhau, hoặc ở mức hệ thống cung cấp (ít sụt giảm điện áp hơn) hoặc trong các thiết bị

2.1.1.1 Ảnh hưởng của thiết bị với sụt giảm điện áp

Các thiết bị sử dụng có thể có nhiều ảnh hưởng khác nhau với hiện tượng sụt giảm điện áp, chúng phụ thuộc vào loại tải, hệ thống điều khiển và các ứng dụng Do đó, thường khó ể nhận biết được đặc điểm của hiện tượng sụt đgiảm điện áp gây mất hoạt động cho các thiết bị Đặc điểm chung thường được sử dụng là thời gian và biên độ của sự sụt giảm Ít sử dụng hơn là sự thay đổi pha và mất cân bằng, mất điện áp, mất cân bằng điện áp 3 pha trong trường hợp giảm thấp điện áp Thông thường, các thiết bị ảnh hưởng với sự sụt giảm điện áp có thể chia thành ba nhóm:

 Các thiết bị chỉ ảnh hưởng với biên độ của sụt giảm điện áp Nhóm

thiết bị này bao gồm các thiết bị như rơle thấp áp, các bộ điều khiển quy trình, điều khiển truyền động động cơ, và các loại máy tự động Các thiết bị trong nhóm này thường ảnh hưởng với biên độ nhỏ nhất (hoặc lớn nhất) của điện áp xuất hiện trong quá trình sụt giảm điện áp Với nhóm thiết bị này, thời gian trong các dao động là quan trọng bậc hai sau biên độ

 Các thiết bị ảnh hưởng với cả biên độ và thời gian của sụt giảm điện

áp Nhóm thiết bị này bao gồm các thiết bị sử dụng các nguồn cung cấp điện

tử Các thiết bị này sẽ mất hoạt động hoặc sự cố khi điện áp đầu ra giảm xuống duới giá trị danh định Chính vì vậy, đặc điểm quan trọng của các thiết

bị này là thời gian mà điện áp định mức bị giảm xuống dưới ngưỡng định mức

 Các thiết bị ảnh hưởng với các đặc điểm khác của sụt giảm điện áp

Nhóm thiết bị này chịu ảnh hưởng bởi các đặc điểm khác của sự sụt giảm điện

áp như mất cân bằng pha, hoặc các quá độ xuất hiện trong quá trình mất ổn định Các đặc điểm này thường khó thấy hơn biên độ và thời gian, và các tác động của chúng cũng khó để nhận biết

2.1.1.2 Sụt giảm điện áp trong hệ thống truyền tải

Sự sụt giảm điện áp sẽ phụ thuộc vào khách hàng được cung cấp từ hệ thống lưới truyền tải hay lưới phân phối Nếu khách hàng được cung cấp từ lưới truyền tải thì sự sụt giảm điện áp chỉ phụ thuộc vào lưới truyền tải Còn nếu khách hàng được cung cấp từ lưới phân phối thì sự sụt giảm điện áp sẽ phụ thuộc vào cả hệ thống truyền tải và phân phối

Sự cố đường dây truyền tải và tác động của thiết bị bảo vệ ít khi gây ra

sự mất điện áp cho các khách hàng bởi sự liên thông trong hệ thống lưới truyền tải Tuy nhiên, các sự cố đó có thể gây ra hiện tượng sụt giảm điện áp Tuỳ thuộc vào sự ảnh hưởng của các thiết bị, các thiết bị có thể sẽ tách ra khỏi

hệ thống, gây ra những tổn thất về kinh tế đáng kể Chính vì vậy, khả năng tính toán sự sụt giảm điện áp tại thiết bị là hết sức quan trọng

2.1.1.3 Sụt giảm điện áp trong hệ thống phân phối

Các khách hàng được cung cấp từ mức độ điện áp phân phối chịu tác động của sự cố trong cả hệ thống truyền tải và phân phối Sự sụt giảm điện áp tại các thiết bị là tổng sự sụt giảm điện áp trong hệ thống truyền tải và phân phối Các tính toán tại mức độ phân phối phải bao gồm cả sự mất điện áp tạm thời do các thiết bị bảo vệ hoạt động để loại trừ sự cố

2.1.2 Các giải pháp giảm sụt giảm và mất điện áp

NguyÔn ngäc trung - cao häc hT ® 2 0 -2 0

Một số cách có thể được thực hiện bởi nguồn, tải, và các nhà sản xuất thiết bị để giảm số lượng, tính khắc nghiệt của sự sụt giảm điện áp và giảm bớt sự ảnh hưởng của thiết bị với sụt giảm điện áp Thường càng giải quyết được vấn đề tại mức độ thấp thì sẽ càng tiết kiệm được chi phí

Khi mức độ yêu cầu không thực hiện được, có thể sử dụng một hệ thống lưu điện (UPS- Uninterruptible power supply) hoặc một vài loại điều hoà công suất khác cho các thiết bị điều khiển Điều này sẽ thích hợp khi các thiết

bị có thể chống lại sụt giảm hoặc mất điện áp nhưng các thiết bị điều khiển sẽ

tự động ngắt chúng

2.1.2.1 Các giải pháp ở mức thiết bị

Các giải pháp để tăng độ tin cậy và hiệu suất của các qui trình hoặc của các thiết bị có thể được chấp nhận tại nhiều mức độ khác nhau Các công nghệ khác nhau có thể được tính toán dựa trên các yêu cầu riêng của các qui trình để xác định giải pháp tối ưu cho việc cải thiện sự sụt giảm điện áp Các giải pháp có thể được thực hiện theo các mức độ khác nhau:

 Bảo vệ cho các tải nhỏ (ví dụ như nhỏ hơn 5kVA) Điều này thường bao

gồm bảo vệ cho các thiết bị điều khiển, các máy cá nhân nhỏ hoặc nhiều khi

là các tải một pha cần được bảo vệ

 Bảo vệ cho các thiết bị riêng hoặc nhóm các thiết bị tới khoảng 300

kVA Tuy rằng không phải mọi tải trong nhóm thiết bị này cần bảo vệ, nhưng đây có thể là một giải pháp hết sức kinh tế cho việc đối xử với các tải tới hạn, đặc biệt là khi sự bảo vệ cho các tải này được ghi rõ trên thiết kế

 Bảo vệ cho nhóm các tải lớn hoặc toàn bộ thiết bị lại mức độ điện áp thấp Thỉnh thoảng khi một phần lớn của các thiết bị trong trạng thái tới hạn

hoặc cần bảo vệ, điều này thích hợp để tính toán cho một nhóm lớn các thiết

bị cần được bảo vệ tại một vị trí thuận lợi Các công nghệ hiện đại có thể được xem xét khi một nhóm lớn các tải cần được bảo vệ

 Bảo vệ tại mức độ điện áp trung bình hoặc tại nguồn cung cấp Nếu

toàn bộ thiết bị cần được bảo vệ hoặc tăng chất lượng điện năng, các giải pháp tại điện áp trung bình có thể được xem xét Phạm vi của các nhóm trên là không cố định và rất nhiều các công nghệ khác nhau có thể được áp dụng trên phạm vi đó Sau đây là các công nghệ chính và mức độ chúng có thể áp dụng

b Các bộ tổng hợp từ tính

Nguyên lý hoạt động của các bộ tổng hợp từ tính tương tự như các máy

ổn áp ngoại trừ chúng là các thiết bị ba pha và có thuận lợi với từ tính ba pha

để tăng điện áp và điều chỉnh tải ba pha Chúng có thể sử dụng cho các tải có công suất từ 15 đến 200 kVA và thường được sử dụng cho các tải của hệ

thống máy tính lớn nơi sụt giảm điện áp hoặc dao động điện áp tĩnh gây ra hậu quả quan trọng

Sự truyền năng lượng và cách điện đường dây được hoàn thiện qua việc

sử dụng các cuộn cảm kháng phi tuyến Điều này loại trừ được các vấn đề như tiếng ồn (noise) đường dây Dạng sóng đầu ra xoay chiều được tạo thành bằng cách kết hợp các xung điện áp từ các máy biến áp bão hoà Năng lượng dạng sóng được lưu giữ trong các máy biến áp bão hoà và các bộ tụ như dòng điện

và điện áp Sự lưu giữ năng lượng này cho phép đầu ra của một dạng sóng sạch với một chút dao động điều hoà nhỏ

c Các bộ bù nối tiếp hoạt động(Active series compensators)

NguyÔn ngäc trung - cao häc hT ® 2 0 -2 0

Sự phát triển trong kỹ thuật điện tử công suất đã tạo ra những lựa chọn mới cho việc cải thiện sụt giảm điện áp chống lại các tải giới hạn Một trong các lựa chọn quan trọng là một thiết bị có thể tăng điện áp bằng cách đẩy điện

áp nối tiếp với điện áp yêu cầu trong suốt quá trình sụt giảm điện áp Đây là các thiết bị bù nối tiếp hoạt động Chúng có thể sử dụng cho các thiết bị một pha nhỏ (1 đến 5kVA) đến các thiết bị rất lớn (lớn hơn 2MVA) sử dụng trong

hệ thống trung áp

d Các hệ thống lưu điện

e Hệ thống động cơ- máy phát(Motor Generators sets) -

Đây là một hệ thống hữu ích cho việc cách ly các tải giới hạn khỏi sự sụt giảm và mất điện áp trong hệ thống điện

Tuy nhiên, hệ thống này cũng có một số bất lợi cho một vài loại tải như:

 Có nhiều tổn thất liên quan đến các máy

 Tiếng ồn, và một số loại tải phải được bảo dưỡng

 Tần số và điện áp giảm xuống trong suốt quá trình mất điện áp

f Hệ thống bánh đà lưu giữ năng lượng

Hệ thống động cơ máy phát chỉ có tính chất để khai thác năng lượng lưu - giữ trong các bánh đà Một hệ thống năng lượng bánh đà sử dụng các bánh đà tốc độ cao và các thiết bị điện tử công suất để vuợt qua sụt giảm và mất điện

áp từ 10s đến 2 phút

g Các thiết bị lưu giữ năng lượng từ siêu dẫn

 Một thiết bị lưu giữ năng lượng từ siêu dẫn được sử dụng để giảm sự sụt giảm và mất điện áp Năng lượng lưu giữ được bằng cách lưu giữ năng lượng trong dòng điện chạy trong nam châm siêu dẫn

h Các bộ chuyển mạch tĩnh và chuyển mạch động

Có một số lựa chọn để bảo vệ cho toàn bộ các thiết bị dễ bị ảnh hưởng bởi sụt giảm điện áp Chúng bao gồm các máy hồi phục điện áp lực (dynamic

voltage restorers- DVRs) và các hệ thống lưu điện UPS sử dụng công nghệ tương tự như miêu tả trên nhưng tại mức độ điện áp trung bình Một giải pháp khác được sử dụng tại điện áp thấp hoặc điện áp trung bình là các bộ chuyển mạch tự động

Các bộ chuyển mạch tự động có thể sử dụng các công nghệ khác nhau,

từ thông thường đến các bộ chuyển mạch tĩnh Các bộ chuyển mạch thường sẽ chuyển mạch từ nguồn sơ cấp tới nguồn dự phòng trong vài giây Các bộ chuyển mạch động sử dụng kỹ thuật ngắt chân không có thể chuyển mạch chỉ trong khoảng 2 chu kỳ Điều này có thể đủ nhanh để bảo vệ các tải dễ bị ảnh hưởng Các bộ chuyển mạch tĩnh sử dụng các chuyển mạch điện tử công suất

để thực hiện các sự chuyển mạch trong khoảng một phần tư chu kỳ điện

2.1.2.2 Các giải pháp loại trừ sự cố hệ thống nguồn

Các công ty Điện lực có hai lựa chọn cơ bản để giảm số lượng và tính nghiêm trọng của sự cố trong hệ thống Đó là ngăn ngừa sự cố hoặc thực hiện các biện pháp điều chỉnh loại trừ sự cố

Việc ngăn ngừa sự cố không chỉ tăng sự hài lòng của khách hàng, mà còn ngăn ngừa những hư hại lớn cho các thiết bị điện Các hoạt động ngăn ngừa sự cố bao gồm: tỉa cây, đặt chống sét đường dây, đặt thiết bị ngăn ngừa động vật Cách điện của đường dây không thể loại trừ được mọi sự cố do sét gây ra, chính vì vậy cần chú ý xem xét hiện tượng các đường dây chịu tác động với sự cố do sét Trong đường dây truyền tải, các dây chống sét có thể được tính toán để giảm sự cố do sét Trong lưới phân phối, các dây chống sét cũng có thể là một lựa chọn khi các chống sét đặt dọc theo đường dây Ngoài

ra, một trong những vấn đề trên đường dây là hiện tượng đổ cây vào đường dây Trong các vùng mà thực vật phát triển nhanh, việc tỉa cây để tránh đổ vào đường dây cũng là một nhiệm vụ cần chú ý

NguyÔn ngäc trung - cao häc hT ® 2 0 -2 0

Nâng cao biện pháp loại trừ sự cố có thể bao gồm: đặt thêm các tự động đóng lại đường dây, tính toán nhả nhanh, tăng thêm mạch vòng hoặc điều chỉnh thiết kế đường dây Các biện pháp này có thể giảm số lượng hoặc thời gian của các ngắt mạch tạm thời và sự sụt giảm điện áp, nhưng sự cố hệ thống

sẽ không bao giờ có thể tính toán trọn vẹn

2.2 Quá điện áp quá độ [7]

2.2.1 Nguyên nhân

Hiện tượng quá điện áp quá độ là do quá trình đóng cắt thiết bị hoặc

do hiện tượng sét Quá điện áp quá độ có thể xảy ra ở tần số cao, trung bình hoặc thấp

2.2.1.1 Đóng cắt tụ

Tụ thường được sử dụng để cung cấp công suất phản kháng nhằm nâng cao khả năng tải cho đường dây, giảm tổn thất và cải thiện chất lượng điện áp cho hệ thống điện Sử dụng tụ mang lại hiệu quả kinh tế cao Trong khi các phương pháp khác như sử dụng máy điện quay hoặc sử dụng các thiết

bị bù tĩnh điện đều có giá thành và bảo dưỡng tốn kém hơn nên hiện nay việc

sử dụng tụ trong hệ thống điện là phổ biến nhất

Tuy nhiên nhược điểm của tụ là gây ra quá độ trong quá trình đóng cắt Một số tụ được làm việc trong toàn bộ thời gian vận hành, tuy nhiên một

số khác đóng cắt theo tải Chính điều này đã làm xuất hiện các sự thay đổi các thông số hệ thống như điện áp, dòng điện, công suất phản kháng

2.2.1.2 Sét

Hệ thống lưới điện và các trạm biến áp hầu hết được xây dựng ngoài trời với các đường dây tải điện hàng trăm, hàng ngàn km Quá điện áp khí quyển không chỉ gây nên phóng điện trên cách điện dường dây mà còn truyền sóng vào trạm biến áp gây sự cố hư hỏng cách điện trong trạm Quá điện áp khí

quyển có thể do sét đánh thẳng vào đường dây hoặc mặt đất gần đường dây sẽ sinh ra sóng điện từ truyền dọc đường dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách điện của đường dây Khi cách điện của đường dây bị hỏng sẽ gây nên ngắn mạch pha đất hoặc ngắn mạch pha- -pha buộc các thiết bị bảo vệ đầu đường dây phải làm việc Với những hệ thống đường dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy có thể gây mất ổn định hệ thống, nếu hệ thống tự động của các nhà máy làm việc không nhanh thì có thể gây nên sự cố rã lưới

Sóng sét còn có thể truyền từ đường dây vào trạm biến áp hoặc đánh thẳng vào trạm biến áp đều gây nên phóng điện trên cách điện trạm biến áp, điều này rất nguy hiểm vì nó tương đương với ngắn mạch trên thanh góp và dẫn đến sự cố trầm trọng Mặt khác khi có sóng sét truyền vào trạm biến áp, nếu chống sét van đầu cực máy biến áp làm việc không hiệu quả thì cách điện của máy biến áp sẽ bị chọc thủng gây thiệt hại vô cùng lớn Nhìn chung, khi bảo vệ chống sét đường dây không phải là loại trừ hoàn toàn khả năng sự cố

do sét mà chỉ giảm sự cố đến mức giới hạn hợp lý mà thôi

2.2.1.3 Cộng hưởng sắt từ

Cộng hưởng sắt từ là một loại cộng hưởng đặc biệt bao gồm điện dung

và điện cảm của lõi sắt Nó gây ra hiện tượng mất cân bằng khi điện kháng từ hoá của một máy biến áp được đặt nối tiếp với tụ hệ thống Điều này xảy ra trong đường dây hở mạch một pha Dưới trạng thái điều khiển, cộng hưởng sắt từ có thể được sử dụng hữu ích như một máy ổn áp

Cộng hưởng sắt từ khác cộng hưởng trong các phần tử hệ thống tuyến tính Cộng hưởng tuyến tính là hiện tượng xảy ra sau khi có sự khuếch đại của sóng hài trong hệ thống điện Trong hệ thống tuyến tính, cộng hưởng dẫn đến điện áp và dòng điện sin cao theo tần số cộng hưởng, trong khi đó cộng hưởng sắt từ thì dạng sóng thường không theo quy luật

Các nguyên nhân chính dẫn đến cộng hưởng sắt từ là:

NguyÔn ngäc trung - cao häc hT ® 2 0 -2 0

 Đóng cắt không tải, đường dây cáp, máy biến áp 3 pha với chỉ một pha đóng

 Đóng cắt không tải, đường dây cáp, máy biến áp ba pha với một pha

hở

 Cầu chì 1 hoặc 2 cực hỏng để máy biến áp với 1 hoặc 2 pha mở Các tự động đóng lại 1 pha cũng có thể gây ra tình trạng này

Tuy nhiên không phải những sự kiện trên đều gây ra cộng hưởng sắt từ

Có các hệ thống cáp ngầm cả chục năm mà không xuất hiện cộng hưởng Tình trạng hệ thống mà làm tăng sự xuất hiện của cộng hưởng sắt từ bao gồm:

 Hệ thống điện áp phân phối cao hơn, đặc biệt là nhóm hệ thống điện áp

22 và 35kV

 Đóng cắt tải nhẹ hoặc các máy biến áp không tải

 Cách đấu dây phía sơ cấp máy biến áp

 Hệ thống 3 pha với thiết bị đóng cắt chỉ một pha

Sự xuất hiện của cộng hưởng sắt từ có thể xuất hiện tại nhiều mức độ điện áp khác nhau Tỷ lệ của tổn thất, điện kháng từ hoá và điện dung tại mức

độ thấp có thể giới hạn được tác dụng của công hưởng sắt từ nhưng nó vẫn xuất hiện

Có một vài loại của cộng hưởng sắt từ với sự biến đổi vật lý và điện khác nhau Một số có điện áp và dòng điện rất cao, một số khác lại có điện áp gần với giá trị bình thường Chính vì vậy, rất khó để nói rằng có cộng hưởng sắt

từ trừ khi có bằng chứng hoặc sử dụng các thiết bị đo chất lượng điện năng

2.2.1.4 Quá độ do nguyên nhân đóng cắt khác

Quá độ đường dây thường xuất hiện khi một dao cách ly đóng nối đường dây vào hệ thống điện Khi đó chúng thường sinh ra một thành phần tần số cao hơn quá độ do đóng cắt tụ Quá trình quá độ này là kết quả của sự kết hợp của sóng mang, điện dung của đường dây và điện cảm của nguồn

Các quá độ trong mạch điện phân phối thường bao gồm kết quả của quá

độ đường dây, đặc điểm dòng khởi động máy biến áp và đặc điểm khởi động của tải Quá độ đường dây không thường xuyên là vấn đề với các thiết bị sử dụng Các thiết bị sử dụng có thể được bảo vệ với thành phần tần số cao bằng các thiết bị nếu cần thiết

Một nguyên nhân khác của quá áp là do sự cố chạm đất một pha Trong một hệ thống có trở kháng thứ tự không cao sẽ xuất hiện điện áp cao trong suốt quá trình xảy ra sự cố Sự quá áp này chỉ là tạm thời và nó sẽ biến mất sau khi sự cố bị loại trừ Hiện tượng này thường không gây ra vấn đề quá lớn trừ khi quá trình loại trừ sự cố lâu Nói chung, sự tác động lớn hay nhỏ của hiện tượng quá áp này phụ thuộc vào đấu nối của máy biến áp Với máy biến

áp đấu sao-sao-đất, điện áp sẽ được biến đổi trực tiếp trong khi với máy biến

áp đấu tam giác sẽ giúp bảo vệ được thiết bị khỏi quá điện áp trong quá trình

sự cố

2.2.2 Nguyên lý bảo vệ và các thiết bị bảo vệ quá điện áp

2.2.2.1 Nguyên lý bảo vệ

Nguyên lý cơ bản của bảo vệ quá điện áp các thiết bị là:

 Giới hạn điện áp qua các cách điện dễ bị tác động bởi quá áp

 Làm lệch hướng dòng xung qua tải

 Ngăn dòng xung vào tải

 Nối đất liên kết giữa các thiết bị

 Giảm, hoặc ngăn dòng xung chạy giữa các nối đất

NguyÔn ngäc trung - cao häc hT ® 2 0 -2 0

 Tạo ra một bộ lọc tần số thấp sử dụng nguyên lý ngăn ngừa và giới hạn quá điện áp

2.2.2.2 Thiết bị bảo vệ quá điện áp

a Các bộ bảo vệ quá áp (TVVSs- Transient Voltage surge suppressors)

Các bộ bảo vệ quá điện áp dùng để bảo vệ thiết bị khỏi quá điện áp quá

độ bằng cách giới hạn điện áp lớn nhất qua thiết bị Tuy nhiên các bộ bảo vệ quá điện áp thường liên kết với các thiết bị được sử dụng tại tải Một bộ bảo

vệ quá điện áp thường có giới hạn xung lớn hơn một bộ chống sét

Các yếu tố tạo thành các thiết bị này có thể được chia thành hai loại có chức năng hoạt động khác nhau là crowbar(đẩy) và clamping(kẹp)

 Nhóm các thiết bị đẩy(crowbar) là các thiết bị thường dẫn dòng trong suốt quá trình quá độ điện áp Điện áp đường dây sẽ giảm gần tới không trong suốt quá trình xảy ra ngắn mạch Các thiết bị này thường được cấu tạo với một khe hở chứa không khí hoặc gas đặc biệt Tuy nhiên nhóm thiết bị này có bất lợi là điện áp sẽ giảm xuống không hoặc giá trị rất thấp trong ít nhất nửa chu kỳ Điều này sẽ làm cho một số tải bị sa thải khỏi đường dây không cần thiết

 Nhóm các thiết bị kẹp (clamping) thường là các điện trở phi tuyến (biếntrở) mà cho phép dẫn một lượng rất nhỏ dòng điện cho đến khi có quá điện áp Khi có quá áp chúng dẫn điện rất tốt và trở kháng giảm nhanh chóng theo sự tăng của điện áp Các thiết bị này hoạt động tăng lượng dòng điện dẫn để giới hạn sự tăng điện áp của sóng

b Các máy biến áp cách ly (Isolation Transformers)

Nguyên nhân chính của các máy biến áp cách ly được tải ra khỏi hệ thống khi xảy ra quá độ là do độ tự cảm rò của các máy biến áp này Nhờ vậy

mà các tạp âm tần số cao và quá độ bị giữ lại không ảnh hưởng đến tải và

C

khụng tỏc động tới hệ thống điện Cỏc xung đúng cắt và xung sột cú thể bị ngăn chặn

Hỡnh 2.5 thể hiện một sơ đồ của mỏy biến ỏp cỏch sử dụng để ngăn ngừa cỏc tạp õm tần số cao và quỏ độ qua mỏy biến ỏp đến tải

Hỡnh 2.5: Mỏy biến ỏp cỏch ly

c Cỏc bộ lọc tần số thấp (low-pass fillters)

Cỏc bộ lọc tần số thấp bao gồm một mạch LC Mạch LC này bao gồm cỏc điện cảm nối tiếp và cỏc tụ điện mắc song song Mạch LC này cung cấp một trở khỏng thấp cho cỏc tần số cộng hưởng lựa chọn Trong mục đớch bảo

vệ xung, cỏc thiết bị giữ điện ỏp được đặt song song với cỏc tụ Trong một vài thiết kế, sẽ khụng cú tụ trong mạch LC này

Hỡnh 2.6 là một bộ bảo vệ giỏn tiếp bao gồm hai bộ bảo vệ quỏ ỏp và một

bộ lọc tần số thấp Bộ bảo vệ sử dụng một thiết bị phúng điện khe hở để tỏc động với cỏc quỏ độ năng lượng lớn Bộ lọc tần số thấp giới hạn cỏc quỏ độ cao tần Cỏc chống sột được sử dụng để ngăn ngừa cỏc quỏ độ cao tần và đẩy vào trong bộ triệt quỏ ỏp Tụ sẽ giới hạn sự tăng trong khi chống sột sẽ giảm bớt điện ỏp tại thiết bị bảo vệ

Một dạng khỏc của thiết kế này sẽ yờu cầu chống sột được đặt ở cả hai đầu của bộ lọc và cú thể cú nhiều bộ tụ

Đ Z đã bả o v ệ

Đ u ờ n g Dâ y đ ến

NguyÔn ngäc trung - cao häc hT ® 2 0 -2 0

Trước đây, các chống sét được chế tạo có khe hở kết hợp với mạch silíc cácbon (SiC) Cấu trúc có khe hở tạo ra một nguồn khí ở bên trong, đây là nguyên nhân chính của các hư hỏng chống sét do nhiễm ẩm Tình trạng ô nhiễm có thể làm hỏng đặc tính của khe hở và tạo ra hiện tượng phóng điện dẫn đến hư hỏng do nhiệt của các khối biến trở (MOV- Metal oxide -

varistor) Mạch SiC trong thiết kế có khe hở cho phép một dòng điện lớn liên tục chạy qua, vì vậy tổn thất điện năng trong thiết kế có khe hở lớn hơn rất nhiều lần (khoảng 4 8 lần) so với thiết kế không khe hở Ngoài ra việc đưa -khe hở phóng điện vào đã làm giảm số lượng các khối điện trở phi tuyến ZnO của chống sét không khe hở, do vậy khả năng hấp thụ năng lượng nhỏ hơn 50% so với chống sét có khe hở cùng cấp điện áp Bên cạnh đó, có quá nhiều phần tử bên trong gây ra xác suất nhầm lẫn, thiếu chính xác trong lắp ráp cao hơn, đặc tính bảo vệ bị thay đổi trong các chế độ làm việc khác nhau

Với cấu trúc hoàn toàn không có khe hở, các chống sét không khe hở hiện nay hạn chế được tối đa khả năng nhiễm bẩn và không bị ảnh hưởng bởi tình trạng của ô nhiễm bên ngoài Do thiết kế không khe hở chỉ cho dòng điện khoảng 1mA chạy qua trong điều kiện làm việc bình thường nên tổn thất điện năng là không đáng kể Với số lượng các khối điện trở phi tuyến lớn nên khả năng hấp thụ năng lượng lớn hơn rất nhiều so với loại có khe hở Ngoài ra với thiết kế đơn giản với số lượng phần tử ít hơn, đặc tính bảo vệ rất ổn định, không bị thay đổi trong các chế độ làm việc khác nhau