Nghiên ứu á giải pháp nâng ao hất lượng điện ủa điện lự cầu giấy hà nội

ảnh hởng của thiết bị với sụt giảm điện áp Các thiết bị sử dụng có thể có nhiều ảnh hởng khác nhau với hiện tợng sụt giảm điện áp, chúng phụ thuộc vào loại tải, hệ thống điều khiển và

ngêi híng dÉn khoa häc:

pgs.tS ph¹m v¨n hßa

hµ néi 2006

Mục lục

Lời nói đầu T rang 3

Chơng 1 các vấn đề về chất luợng điện năng Trang 4 1.1 Sụt áp điện áp và mất điện áp Trang 4 1.1.1 Đánh giá hiện tợng giảm điện áp Trang 4 1.1.2 Các giải pháp giảm sụt áp và mất điện áp Trang 6

1.2 Quá điện áp nội bộ Trang 14

1.2.1 Nguyên nhân Trang 14 1.2.2 Nguyên lý bảo vệ và các thiết bị bảo vệ quá điện áp Trang 16

1.3 Sóng hài Trang 20 1.3.1 Khái niệm chung về sóng hài Trang 20

1.3.2 Các nguồn tạo sóng hài Trang 24 1.3.3 ảnh hởng của sóng hài Trang 28 1.3.4 Nguyên tắc điều khiển sóng hài Trang 31

1.4 Dao động điện áp Trang 33 1.4.1 Nguyên tắc của điều chỉnh điện áp Trang 34

1.4.2 Thiết bị cho điều chỉnh điện áp Trang 34 1.4.3 Các ứng dụng điều chỉnh điện áp nguồn Trang 38 1.4.4 Các bộ tụ cho điều chỉnh điện áp Trang 39 1.4.5 Điều chỉnh điện áp bằng nguồn phân phối Trang 40 1.4.6 Dao động thoáng qua Trang 42

Chơng 2 Giới thiêu chung về kinh tế - xã hội qu ận cầu giấy Trang 46 2.1 Đặc điểm tự nhiên Trang 46

2.1.1 Vị trí địa lý Trang 46 2.1.2 Địa hình và địa chất công trình Trang 46 2.1.3 Khí hậu Trang 47 2.1.4 Sông hồ Trang 47 2.1.5 Tài nguyên thiên nhiên Trang 47

2.2 Hiện trạng kinh tế- xã hội Trang 48 2.2.1 Nhận xét chung Trang 48 2.2.2 Nông lâm nghiệp Trang 49 2.2.3 Công nghiệp Trang 50 2.2.4 Dịch vụ Trang 51 2.2.5 Xây dựng cơ sở hạ tầng Trang 52

2.3 Phuơng huớng phát triển kinh tế- xã hội đến năm 2020 Trang 54 2.3.1 Một số nét chủ yếu quy hoạch phát triển đô thị Quận Cầu giấy

Trang 54 2.3.2 Phơng hớng phát triển kinh tế xã hội giai đoạn 2001-2010 2020-

Trang 60

Chu¬ng 3 hiÖn tr¹ng ®iÖn lùc cÇu giÊy chÊt luîng ®iÖn - n¨ng vµ c¸c biÖn ph¸p gi¶i quyÕt Trang 72 3.1 HiÖn tr¹ng líi ®iÖn QuËn CÇu GiÊy Trang 72 3.2 TÝnh to¸n tæn thÊt ®iÖn ¸p c¸c lé ®êng d©y T rang 73

3.2.1 Ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n Trang 73 3.2.2 TÝnh to¸n tæn thÊt ®iÖn ¸p lé ®êng d©y 671-E9 Trang 783.2.3 TÝnh to¸n tæn thÊt ®iÖn ¸p lé ®êng d©y 673-E9 Trang 813.2.4 TÝnh to¸n tæn thÊt ®iÖn ¸p lé ®êng d©y 977-E9 Trang 84 3.2.5 TÝnh to¸n tæn thÊt ®iÖn ¸p lé ®êng d©y 478-E20 Trang 88

3.3 TÝnh to¸n tæn thÊt ®iÖn n¨ng Trang 92

3.3.1 Ph©n lo¹i tæn thÊt ®iÖn n¨ng Trang 92 3.3.2 Ph¬ng ph¸p tÝnh to¸n ®iÖn n¨ng Trang 92

3.3.3 Tæn thÊt ®iÖn n¨ng t¹i §iÖn lùc CÇu GiÊy Trang 96 3.4 Mét sè nhËn xÐt vÒ chÊt lîng ®iÖn n¨ng hÖ thèng cung cÊp ®iÖn QuËn CÇu GiÊy Trang 97 3.5 C¸c h¬ng híng chung n©ng cao chÊt lîng ®iÖn n¨ng cho hÖ thèng cung cÊp §iÖn lùc CÇu GiÊy Trang 97

3.5.1 BiÖn ph¸p tæ chøc Trang 97 3.5.2 BiÖn ph¸p kü thuËt Trang 98 3.5.3 BiÖn ph¸p kinh doanh Trang 99

ch¬ng 4 c¸c biÖn ph¸p gi¶m tæn thÊt ®iÖn n¨ng cho c¸c lé chÝnh cã tæn thÊt cao Trang 100 4.1 Lé 671E9 Trang 100 4.2 Lé 673E9 Trang 102 4.3 Lé 977E9 Trang 104 4.4 Lé 478E-20 Trang 106 4.5 Tæng kÕt ®iÖn n¨ng lµm lîi cho toµn §iÖn lùc Trang 108

chu¬ng 5 n©ng cao cÊp ®iÖn ¸p vµ bï c«ng suÊt ph¶n kh¸ng

Trang 109 5.1 Kh¸i qu¸t chung Trang 109 5.2 N©ng cao cÊp ®iÖn ¸p truyÒn t¶i t¹i §iÖn lùc CÇu GiÊy T rang 110 5.3 Bï c«ng suÊt ph¶n kh¸ng Trang 112

KÕT luËn Trang 124

tµi liÖu tham kh¶o Trang 125

LờI NóI ĐầU

Chất lợng điện năng ảnh hởng nhiều đến chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của các hộ dùng điện Các thiết bị dùng điện chỉ có thể làm việc với hiệu quả tốt trong trờng hợp điện năng có chất lợng cao Vì vậy việc nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lợng điện năng của hế thống điện nói chung và của

Điện lực Cầu Giấy Công ty Điện lực TP Hà nội nói riêng là điều rất cần thiết Các giải pháp nâng cao chất lợng điện năng đa ra nghiên cứu trong luận văn này đợc áp dụng thực tiễn tại Điện lực Cầu Giấy Công ty Điện lực TP Hà nội

đã đem lại hiệu quả là nâng cao chất lợng điện năng tạo khả năng cung cấp

điện an toàn, ổn định, hiệu quả cho các hộ dùng điện

Tôi xin chân thành cảm ơn sự hớng dẫn của thầy giáo Phó Giáo s - Tiến sĩ Phạm Văn Hoà, các cán bộ khoa điện, cùng các đơn vị Trờng Đại học

Điện lực, Viện năng lợng, Công ty Điện lực TP Hà nội, Điện lực Cầu Giấy thuộc Tổng Công ty Điện lực Việt Nam đã giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu tốt nghiệp của mình

ch ơng I

1 1 Sụt giảm điện áp và mất điện áp p:

Nguyên nhân của sự sụt giảm điện áp và mất điện áp là do sự cố trong

hệ thống và các thao tác đóng cắt để tách sự cố Đặc điểm của hiện tợng này

là sự dao động điện áp khỏi ngỡng hoạt động bình thờng của điện áp hệ thống

Sụt giảm điện áp là một quá trình diễn ra trong thời gian ngắn (thông thờng 0.5 tới 30 chu kỳ), nguyên nhân bởi sự cố trong hệ thống hoặc khởi

động của các tải lớn, nh động cơ Mất điện áp tức thời (thờng nhỏ hơn 2 đến 5s) thờng là kết quả của các hoạt động để tách sự cố quá độ trong hệ thống Hiện tợng mất điện áp có thời gian lâu hơn 1 phút thờng là do các sự cố xác lập gây ra

Các công ty Điện lực đang phải đối mặt với sự phàn nàn về chất lợng

điện năng do hiện tợng sụt giảm và mất điện áp gây ra cho khách hàng Các khách hàng ngày càng có nhiều tải dễ bị ảnh hởng bởi sự cố trong hệ thống Các máy tính điều khiển mất bộ nhớ, các qui trình ngày càng phức tạp 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 đợc hiệu suất lớn nhất để duy trì sức cạnh tranh Chính vì vậy, các hiện tợng này có tác động rất lớn về mặt kinh

tế

1.1.1 Đánh giá hiện tợng sụt giảm điện áp

Đánh giá hiện tợng sụt giảm điện áp của nguồn cung cấp để các thiết

bị có thể đợc thiết kế và phát triển các thông số kỹ thuật nhằm tối u hoạt

động của chúng Trong các quy trình sản xuất, để đảm bảo sự tơng thích giữa

đặc điểm nguồn và hoạt động của hệ thống thì phải chú ý:

 Xác định số lợng và đặc điểm của hiện tợng sụt giảm điện áp

do sự cố trong hệ thống truyền tải

 Xác định số lợng và đặc điểm của hiện tợng sụt giảm điện áp

do sự cố trong hệ thống phân phối

 Xác định ảnh hởng của thiết bị với hiện tợng sụt giảm điện áp

Điều này sẽ xác định đợc hiệu suất thực tế của các quy trình sản xuất dựa trên việc tính toán sự sụt giảm điện áp theo hai bớc 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

1.1.1.1 ảnh hởng của thiết bị với sụt giảm điện áp

Các thiết bị sử dụng có thể có nhiều ảnh hởng khác nhau với hiện tợng sụt giảm điện áp, chúng phụ thuộc vào loại tải, hệ thống điều khiển và các ứng dụng [8] Do đó, thờng khó để nhận biết đợc đặc điểm của hiện tợng sụt giảm điện áp gây mất hoạt động cho các thiết bị Đặc điểm chung thờng đợc sử dụng là thời gian và biên độ của sự sụt giảm t sử dụng hơn là í

sự thay đổi pha và mất cân bằng, mất điện áp, mất cân bằng điện áp 3 pha trong trờng hợp giảm thấp điện áp Thông thờng, các thiết bị ảnh hởng với sự sụt giảm điện áp có thể chia thành ba nhóm:

- Các thiết bị chỉ ảnh hởng với biên độ của sụt giảm điện áp Nhóm

thiết bị này bao gồm các thiết bị nh 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 thờng ảnh hởng 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 hởng 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 dới ngỡng định mức

- Các thiết bị ảnh hởng với các đặc điểm khác của sụt giảm điện áp

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

áp nh mất cân bằng pha, hoặc các quá độ xuất hiện trong quá trình mất ổn

định Các đặc điểm này thờng khó thấy hơn biên độ và thời gian, và các tác

động của chúng cũng khó để nhận biết

1.1.1.2 Sụt giảm điện áp trong hệ thống truyền tải

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

Sự cố đờng 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 lới truyền tải Tuy nhiên, các sự cố đó có thể gây ra hiện tợng sụt giảm điện áp Tuỳ thuộc vào sự ảnh hởng 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

1.1.1.3 Sụt giảm điện áp trong hệ thống phân phối

Các khách hàng đợc 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 [10]

1.1.2 Các giải pháp giảm sụt giảm và mất điện áp

Một số cách có thể đợc thực hiện bởi nguồn, tải, và các nhà sản xuất thiết bị để giảm số lợng, tính khắc nghiệt của sự sụt giảm điện áp và giảm bớt sự ảnh hởng của thiết bị với sụt giảm điện áp Thờng càng giải quyết

đợc vấn đề tại mức độ thấp thì sẽ càng tiết kiệm đợc chi phí

Khi mức độ yêu cầu không thực hiện đợc, có thể sử dụng một hệ

thống lu 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 nhng các thiết bị điều khiển sẽ tự động ngắt chúng

1.1.2.1 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 đợc chấp nhận tại nhiều mức độ khác nhau Các công nghệ khác nhau có thể đợc tính toán dựa trên các yêu cầu riêng của các qui trình để xác định giải pháp tối u cho việc cải thiện sự sụt giảm điện áp Các giải pháp có thể đợc thực hiện theo các mức độ khác nhau:

- Bảo vệ cho các tải nhỏ (ví dụ nh nhỏ hơn 5kVA) Điều này thờng

bao gồm bảo vệ cho các thiết bị điều khiển, các máy cá nhân nhỏ hoặc nhiều khi là các tải một pha cần đợc 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, nhng

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

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

toàn bộ thiết bị cần đợc bảo vệ hoặc tăng chất lợng điện năng, các giải pháp tại điện áp trung bình có thể đợc xem xét

Phạm vi của các nhóm trên là không cố định và rất nhiều các công nghệ khác nhau có thể đợc áp dụng trên phạm vi đó Sau đây là các công nghệ chính và mức độ chúng có thể áp dụng

a Các máy ổn áp

Các máy ổn áp có thể điều khiển đợc hầu hết sự sụt giảm điện áp Các máy ổn áp đặc biệt hiệu quả cho các tải cân bằng công suất thấp Các máy

ổn áp về cơ bản là máy biến áp 1:1 đợc kích thích cao trên đờng cong bão hoà Chính điều này đã tạo ra một điện áp đầu ra không bị tác động bởi điện

áp đầu vào

b Các bộ tổng hợp từ tính

Nguyên lý hoạt động của các bộ tổng hợp từ tính tơng tự nh 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 thờng đợc 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 lợng và cách điện đờng dây đợc hoàn thiện qua việc sử dụng các cuộn cảm kháng phi tuyến Điều này loại trừ đợc các vấn đề nh tiếng ồn (noise) đờng dây Dạng sóng đầu ra xoay chiều đợc tạo thành bằng cách kết hợp các xung điện áp từ các máy biến áp bão hoà Năng lợng dạng sóng đợc lu giữ trong các máy biến áp bão hoà và các bộ tụ nh dòng

điện và điện áp Sự lu giữ năng lợng 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)

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 lu điện

 Hệ thống trực tiếp (On- line UPS)

Hình 2.1 miêu tả một hệ thống lu điện trực tiếp

Hình 2.1: Hệ thống lu điện trực tiếp

Trong trờng hợp này, tải luôn đợc cung cấp qua một hệ thống UPS Công suất xoay chiều đầu vào đợc chỉnh lu thành một chiều và đợc nạp bằng một bộ ắc quy Công suất một chiều này sau đó đợc biến đổi lại thành xoay chiều để cung cấp cho tải Nếu công suất xoay chiều đầu vào hỏng, bộ biến đổi sẽ đợc cấp từ ắc quy và tiếp tục cung cấp đến tải Trong trờng hợp mất công suất, nguồn sẽ cung cấp riêng cho các tải không bị ảnh hởng của tình trạng mất cân bằng công suất đờng dây Tuy nhiên, hoạt động trực tiếp làm tăng tổn thất và có thể không cần thiết cho bảo vệ của rất nhiều tải

 Hệ thống dự phòng (Standby UPS)

Một hệ thống dự phòng (hình 2.2) đợc sử dụng để cung cấp công suất cho các thiết bị cho đến khi sự nhiễu loạn đợc xác định và chuyển mạch sẽ chuyển tải tới các bộ biến đổi ngợc Một hệ thống dự trữ công suất thờng không cung cấp bảo vệ quá độ và điều chỉnh điện áp nh các hệ thống trực tiếp

Hình 2.2: Hệ thống dự phòng

Đặc điểm kỹ thuật của các hệ thống lu điện bao gồm công suất KVA,

điều chỉnh điện áp tĩnh và động, dao động điều hoà của dòng điện vào và điện

áp ra, các bảo vệ sóng, và sự suy giảm tạp âm Các đặc điểm kỹ thuật này thờng đợc chỉ rõ bởi các nhà cung cấp

 Hệ thống gián tiếp (Hybrid UPS)

Tơng tự thiết kế nh hệ thống trực tiếp, hệ thống gián tiếp sử dụng một bộ điều chỉnh điện áp trong đầu ra để cung cấp điều chỉnh cho tải khi có

sự chuyển từ hệ thống bình thờng sang hệ thống lu điện

Hình 2.3: Hệ thống UPS gián tiếp

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 Một hệ thống động cơ- máy phát

 Tiếng ồn, và một số loại tải phải đợc bảo dỡng

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

f Hệ thống bánh đà lu giữ năng lợng

Hệ thống động cơ máy phát chỉ có tính chất để khai thác năng lợng - lu giữ trong các bánh đà Một hệ thống năng lợng 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 Trong khi hệ thống động cơ máy phát thờng hoạt -

động mở và thờng là đối tợng của tổn thất ma sát khí động học thì các bánh

đà hoạt động trong môi trờng chân không và sử dụng trục từ tính để giảm tổn thất dự trữ Các thiết kế với các rô to thép có thể quay tại tốc độ khoảng 10.000 rpm, trong khi với các rô to composite có thể quay với tốc độ cao hơn Khi lợng năng lợng lu trữ tơng ứng với bình phơng của tốc độ, một lợng lớn năng lợng có thể đợc lu giữ trong một không gian nhỏ Roto hoạt động nh một thiết bị lu giữ năng lợng liền khối, động cơ và máy phát

Để lu giữ năng lợng, rôto đợc quay tới tốc độ nh động cơ Khi năng lợng

đã đạt yêu cầu, thì rôto và phần ứng lại hoạt động nh một máy phát

g Các thiết bị lu giữ năng lợng từ siêu dẫn

Một thiết bị lu giữ năng lợng từ siêu dẫn đợc sử dụng để giảm sự sụt giảm và mất điện áp Năng lợng lu giữ đợc bằng cách lu giữ năng lợng trong dòng điện chạy trong nam châm siêu dẫn Khi cuộn dây tổn thất, năng lợng có thể đợc giải phóng Qua các bộ điều chỉnh điện áp và các bộ biến đổi, năng lợng này có thể đợc đẩy vào bảo vệ hệ thống điện trong thời gian nhỏ hơn 1 chu kỳ để bù cho điện áp mất đi trong quá trình sụt giảm điện

 Hệ thống hầu nh không giới hạn về chu kỳ nạp và phóng điện Các chu kỳ này có thể đợc thực hiện hàng ngàn lần mà không làm giảm phẩm chất của các 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 hởng

bởi sụt giảm điện áp Chúng bao gồm các máy hồi phục điện áp lực (dynamic voltage restorers- DVRs) và các hệ thống lu điện UPS sử dụng công nghệ

tơng tự nh miêu tả trên nhng tại mức độ điện áp trung bình Một giải pháp khác đợc 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 thờng đến các bộ chuyển mạch tĩnh Các bộ chuyển mạch thờng 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 hởng 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 t chu kỳ điện

Điều chú ý nhất đối với các bộ chuyển mạch cho bảo vệ các tải dễ bị

ảnh hởng là chúng yêu cầu hai nguồn cung cấp độc lập tới Ví dụ nh cả hai nguồn cấp đến từ một thanh cái trạm, khi đó cả hai sẽ cùng bị đặt vào cùng một sự sụt giảm điện áp khi có sự cố xảy ra trong hệ thống nguồn Nếu một phần trăm đáng kể của các hiện tợng tác động đến các thiết bị, gây ra bởi sự

cố trong hệ thống truyền tải, các bộ chuyển mạch động sẽ có ít lợi ích cho bảo

vệ các thiết bị

1.1.2.2 Các giải pháp loại trừ sự cố hệ thống nguồn

Các công ty Điện lực có hai lựa chọn cơ bản để giảm số lợng và tính khắc nghiệt 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 h hại lớn cho các thiết bị điện Các hoạt động ngăn

ngừa sự cố bao gồm: tỉa cây, đặt chống sét đờng dây, đặt thiết bị bảo vệ động vật Cách điện của đờng dây không thể loại trừ đợc mọi sự cố do sét gây

ra, chính vì vậy cần chú ý xem xét hiện tợng các đờng dây chịu tác động với

sự cố do sét Trong đờng dây truyền tải, các dây chống sét có thể đợc tính toán để giảm sự cố do sét Trong lới phân phối, các dây chống sét cũng có thể là một lựa chọn khi các chống sét đặt dọc theo đờng dây Ngoài ra, một trong những vấn đề trên đờng dây là hiện tợng đổ cây vào đờng dây Trong các vùng mà thực vật phát triển nhanh, việc tỉa cây để tránh đổ vào đờng dây cũng là một nhiệm vụ cần chú ý

Nâng cao biện pháp loại trừ sự cố có thể bao gồm: đặt thêm các tự

động đóng lại đờng dây, tính toán nhả nhanh, tăng thêm mạch vòng hoặc

điều chỉnh thiết kế đờng dây Các biện pháp này có thể giảm số lợng hoặc thời gian của các ngắt mạch tạm thời và sự sụt giảm điện áp, nhng sự cố hệ thống sẽ không bao giờ có thể tính toán trọn vẹn

- Các máy cắt có trang bị tự đóng lại: Đây là loại máy cắt nhẹ tác động

nhanh đợc trang bị bảo vệ quá dòng, phần tử lôgic để cắt và đóng trở lại máy cắt có bộ phận đếm số lần tác động và chỉ trạng thái của máy cắt Số lần tự

đóng lại có thể đợc đặt trớc, nếu đóng lại không thành công, máy cắt sẽ giữ

ở trạng thái cắt, chờ nhân viên vận hành xử lý Máy cắt có trang bị tự động

đóng lại có loại 3 pha hoặc 1 pha, ngày nay ngời ta sử dụng máy cắt chân không hoặc SF6 thay cho máy cắt ít dầu thờng dùng trớc đây để giảm trọng lợng của thiết bị, cho phép dễ dàng lắp đặt trên cột đờng dây phân phối, nâng cao độ an toàn và tin cậy của thiết bị Bộ phận điều khiển lô gích cắt và

tự động đóng lại, đếm chu trình và thời gian tác động do một microprocessor thực hiện cho phép kết nối với hệ thống điều khiển xa và hiển thị trạng thái máy cắt trong sơ đồ tự động của lới phân phối

- Các dao cách ly tự động: Là loại dao cách ly đợc trang bị bộ truyền

động có thể điều khiển từ xa tác động phối hợp với máy cắt có trang bị tự

đóng lại để thực hiện việc tách và cách ly phần tử bị sự cố trong khoảng thời gian không điện trong chu trình tự đóng lại Dao cách ly tự động không có khả

năng cắt dòng điện lớn, vì vậy trong quá trình xử lý sự cố cần phối hợp chính xác tác động giữa nó và máy cắt

- Rơle quá dòng: Đợc trang bị kèm theo máy cắt tự động đóng lại, có

đặc tính thời gian phụ thuộc, đôi khi đợc sử dụng kết hợp với bộ khoá điện áp thấp để tăng độ nhạy của bảo vệ hoặc bộ phận định hớng công suất (trong các mạch vòng)

- Các bộ phận chỉ thị sự cố: Thời gian phát hiện phần tử bị sự cố quyết

định mức độ kéo dài của quá trình xử lý sự cố Bộ phận chỉ thị sự cố sẽ tác

động khi có dòng điện sự cố chạy qua nó, nó chỉ cảnh báo chứ không tác động cắt máy cắt Các bộ phận chỉ thị sự cố đợc lắp đặt ở đầu tất cả các đờng dây,

kể cả đờng dây rẽ nhánh giúp cho việc xác định đờng đi của dòng điện sự

cố và từ đó xác định vị trí điểm sự cố đợc dễ dàng và nhanh chóng Có rất nhiều loại chỉ thị sự cố đợc chế tạo theo nhiêu nguyên tắc khác nhau từ loại

điện từ thờng dùng trớc đây với hệ thống trở về điều khiển bằng tay đến các loại thiết bị điện tử hiện đại với các hệ thống trở về khác nhau, có thể lắp đặt trong nhà hoặc trên cột, dùng cho đờng dây trên không hoặc cáp ngầm

- Cầu chảy cao áp: Cầu chảy (cầu chì) là loại thiết bị đơn giản nhất dùng trong lới phân phối với đặc tính bảo vệ quá dòng có thời gian phụ thuộc Có nhiều loại cầu chảy cao áp khác nhau, những loại thờng gặp trong lới phân phối là: Cầu chảy tự rơi, cầu chảy chứa thạch anh, cầu chảy chứa chất lỏng dập hồ quang và cầu chảy chứa chân không hoặc chứa khí SF6

1 2 Q uá điện áp quá độ:

1.2.1 Nguyên nhân

Hiện tợng quá điện áp quá độ là do quá trình đóng cắt thiết bị hoặc

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

1.2.1.1 Đóng cắt tụ

Tụ thờng đợc sử dụng để cung cấp công suất phản kháng nhằm nâng cao khả năng tải cho đờng dây, giảm tổn thất và cung cấp điện áp cho hệ thống điện Sử dụng tụ mang lại hiệu quả kinh tế cao Trong khi các phơng

pháp khác nh sử dụng máy điện quay hoặc sử dụng các thiết bị bù tĩnh điện

đều có giá thành và bảo dỡng tốn kém hơn nên hiện nay việc sử dụng tụ trong hệ thống điện là phổ biến nhất

Tuy nhiên nhợc điểm của tụ là gây ra quá độ trong quá trình đóng cắt Một số tụ đợc cung cấp năng lợng toàn bộ thời gian 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 nh điện áp, dòng điện, công suất phản kháng

1.2.1.2 Sét

Hệ thống lới điện và các trạm biến áp hầu hết đợc xây dựng ngoài trời với các đờng dây tải điện hàng trăm, hàng ngàn km Quá điện áp khí quyển không chỉ gây nên phóng điện trên cách điện đờng dây mà còn truyền sóng vào trạm biến áp gây sự cố h hỏng cách điện trong trạm Quá điện áp khí quyển có thể do sét đánh thẳng lên đờng dây hoặc mặt đất gần đờng dây

sẽ sinh ra sóng điện từ truyền dọc đờng dây, gây nên quá điện áp tác dụng lên cách điện của đờng dây Khi cách điện của đờng dây bị hỏng sẽ gây nên ngắn mạch pha-đất hoặc ngắn mạch pha-pha buộc các thiết bị bảo vệ đầu

đờng dây phải làm việc Với những hệ thống đờng 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 lới

Sóng sét còn có thể truyền từ đờng 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 tơng đơng 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 đờng 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

1.2.1.3 Cộng hởng sắt từ

Cộng hởng sắt từ là một loại cộng hởng đặc biệt bao gồm điện dung

và điện cảm của lõi sắt Nó gây ra hiện tợng mất cân bằng khi điện kháng từ

hoá của một máy biến áp đợc đặt nối tiếp với tụ hệ thống Điều này xảy ra trong đờng dây hở mạch một pha Dới trạng thái điều khiển, cộng hởng sắt

từ có thể đợc sử dụng hữu ích nh một máy ổn áp

Cộng hởng sắt từ khác cộng hởng trong các phần tử hệ thống tuyến tính Cộng hởng tuyến tính là hiện tợng xảy ra sau khi có sự khuếch đại của sóng hài trong hệ thống điện Trong hệ thống tuyến tính, cộng hởng dẫn đến

điện áp và dòng điện sin cao theo tần số cộng hởng, trong khi đó cộng hởng sắt từ thì dạng sóng thờng không theo quy luật

- 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

Có một vài loại của cộng hởng 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 thờng Chính vì vậy, rất khó để nói rằng có cộng hởng sắt từ trừ khi có bằng chứng hoặc sử dụng các thiết bị đo chất lợng điện năng

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

1.2.2.1 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 hớng 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

- Tạo ra một bộ lọc tần thấp sử dụng nguyên lý ngăn ngừa và giới hạn quá

điện áp

1.2.2.2 Thiết bị bảo vệ quá điện áp

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

Các bộ triệt quá 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 triệt quá

điện áp thờng liên kết với các thiết bị đợc sử dụng tại tải Một bộ triệt quá

điện áp thờng có giới hạn xung lớn hơn một bộ chống sét

Các yếu tố tạo thành các thiết bị này có thể đợc 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 thờng dẫn dòng trong suốt quá trình quá độ điện áp Điện áp đờng dây sẽ giảm gần tới không trong suốt quá trình xảy ra ngắn mạch Các thiết bị này thờng đợc 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 sa thải đờng dây không cần thiết

- Nhóm các thiết bị kẹp (clamping) thờng là các điện trở phi tuyến (biến trở) mà cho phép dẫn một lợng 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 lợng 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 đợc 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 hởng đến tải và không tác động tới hệ thống điện Các xung đóng cắt và xung sét có thể bị ngăn chặn

Hình 2.5 thể hiện một sơ đồ của máy biến áp cách sử dụng để ngăn ngừa các tạp âm tần số cao và quá độ qua máy biến áp đến tải

Hình 2.5: Máy biến áp cách ly

c Các bộ lọc tần thấp (low-pass fillters)

Các bộ lọc tần thấp bao gồm một mạch LC Mạch LC này bao gồm các điện cảm nối tiếp và các tụ điện mắc song song Mạch LC này cung cấp một trở kháng thấp cho các tần số cộng hởng lựa chọn Trong mục đích bảo

vệ xung, các thiết bị giữ điện áp đợc đặt song song với các tụ Trong một vài thiết kế, sẽ không có tụ trong mạch LC này

Hình 2.6 là một bộ bảo vệ gián tiếp bao gồm hai bộ triệt quá áp và một

bộ lọc tần thấp Bộ bảo vệ sử dụng một thiết bị phóng điện khe hở để tác động với các quá độ năng lợng lớn Bộ lọc tần thấp giới hạn các quá độ cao tần Các chống sét đợc sử dụng để ngăn ngừa các quá độ cao tần và đẩy vào trong

bộ triệt quá áp Tụ sẽ giới hạn sự tăng trong khi chống sét sẽ giảm bớt điện áp tại thiết bị bảo vệ

Một dạng khác của thiết kế này sẽ yêu cầu chống sét đợc đặt ở cả hai

đầu của bộ lọc và có thể có nhiều bộ tụ

Hình 2.6: Bộ lọc tần thấp

d Điều hoà công suất trở kháng thấp (low impedance power conditioners)

-Các thiết bị điều hoà công suất trở kháng thấp thờng đợc sử dụng phía sơ cấp để phân cách với các nguồn công suất kiểu đóng cắt trong các thiết bị điện tử Khác với các máy biến áp cách ly, các thiết bị này có trở

Tải

Đuờng Dây

kháng thấp hơn rất nhiều và có một bộ lọc (hình 2.7) Các bộ lọc đợc đặt phía

đầu ra và bảo vệ chống lại tần số cao, và các mất ổn định

Hình 2.7: Điều hoà công suất trở kháng thấp

e Chống sét

Hầu hết các chống sét sản xuất gần đây sử dụng một điện trở phi tuyến nh là thiết bị giới hạn điện áp chính Thành phần chính của các điện trở phi tuyến là ô xít kẽm ZnO

Trớc đây, các chống sét đợc 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 h hỏng chống sét do nhiễm ẩm Tình trạng ô nhiễm có thể làm hỏng đặc tính của khe hở và tạo ra hiện tợng phóng điện

dẫn đến h 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 đa khe

hở phóng điện vào đã làm giảm số lợng các khối điện trở phi tuyến ZnO, do vậy khả năng hấp thụ năng lợng 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 đợc tối đa khả năng nhiễm bẩn và không bị ảnh hởng 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 thờng nên tổn thất điện năng là không đáng kể Với số lợng các khối điện trở phi tuyến lớn nên khả năng hấp thụ năng lợng lớn hơn rất nhiều so với loại có khe hở Ngoài ra với

thiết kế đơn giản với số lợng phần tử ít hơn, đặc tính bảo vệ rất ổn định, không bị thay đổi trong các chế độ làm việc khác nhau.

1 3 Só ng hài i:

Tại Mỹ các điện áp tại các trạm trung tâm có dạng sin rất tốt Hầu hết các vùng có điện áp dao động trên hệ thống truyền tải không quá 1% Tuy nhiên càng gần tải thì độ dao động càng tăng lên Tại một số tải, dạng sóng dao động gần nh sin nhờ các bộ biến đổi có thể băm (chặt) tín hiệu theo mong muốn Tuy có một số trờng hợp dao động là ngẫu nhiên, hầu hết các dao động là định kỳ hoặc là bội số của tần số hệ thống Dạng sóng của dòng

điện khi đó có dạng chu kỳ

Khi những bộ biến đổi công suất điện đầu tiên đợc sử dụng vào những năm 70, rất nhiều các kỹ s đã bắt đầu nghiên cứu về khả năng của hệ thống để phục vụ xem xét dao động điều hoà Rất nhiều dự báo đã đợc thực hiện, tuy rằng không phải mọi dự báo đều đúng nhng nó đã góp phần không nhỏ trong việc nghiên cứu về các vấn đề về chất lợng điện năng sau này

Sóng hài vẫn là một đặc điểm phổ biến nhất của chất lợng điện năng

Nó không khó để hiểu tại sao một kỹ s phải khó khăn đến thế trong việc phải

đối mặt với vấn đề sóng hài và để giải quyết nó.Vấn đề sóng hài đã chống lại các quy ớc trong thiết kế hệ thống điện và hoạt động trong tần số cơ bản Chính vì vậy mà các kỹ s đã phải đối mặt với hiện tợng không biết rõ và yêu cầu các công cụ không biết rõ để tính toán và các thiết bị không xác định để giải quyết vấn đề này

Mặc dù vấn đề về sóng hài là rất khó giải quyết nhng may mắn là nó không xảy ra nhiều trong hệ thống điện Chỉ vài % đờng dây phân phối tại

Mỹ có vấn đề về sóng hài cần giải quyết

Các bộ phận của nguồn thờng ít phải đối mặt với sóng hài nhiều hơn tải Tải công nghiệp với các thiết bị có thể điều chỉnh tốc độ, các lò hồ quang, các lò cảm ứng và một số thiết bị khác dễ bị ảnh hởng của sóng hài

Sóng hài không phải là hiện tợng mới trong hệ thống điện Quan tâm

đến sóng hài đã đợc xem xét trong lịch sử của hệ thống điện xoay chiều

Xem xét các sách kỹ thuật của những năm 30, 40 có thể thấy đợc về vấn đề này May mắn thay là hài không gây ra sự cố với hệ thống điện mặc dù nó gây

Một dạng sóng bất kỳ có thể miêu tả nh là tổng của các dạng sóng hình sin Khi đồng nhất từ chu kỳ này sang chu kỳ khác nó có thể đợc miêu tả nh những sóng sin cơ bản trong đó tần số có thể tần số cơ bản hoặc bội số của tần số cơ bản Sự xếp chồng này đợc gọi là hài cơ bản và chuỗi của các dạng sóng sin này đợc gọi là chuỗi Forrier

Chuỗi Forrier đợc sử dụng rộng rãi trong tính toán sóng hài Hệ thống

có thể tính toán độc lập với mỗi hài riêng Thêm vào đó, tìm kiếm hệ thống hớng đáp lại với dạng sin của sóng hài riêng biệt thì dễ dàng hơn nhiều so với tổng các dạng sóng hài Đầu ra của mỗi tần số sau đó đợc kết hợp vào một dạng của chuỗi Forrier và từ đó dạng sóng ra có thể tính toán nếu cần Thông thờng chỉ có biên độ của sóng hài là cần quan tâm

Khi cả nửa chu kỳ âm, dơng của một dạng sóng có dạng đồng nhất, chuỗi Forrier chỉ chứa hài bậc lẻ Điều này làm đơn giản cho quá trình nghiên cứu hệ thống vì hầu hết các thiết bị sinh ra sóng hài thông thờng có dạng sóng đồng nhất Tuy nhiên sự xuất hiện của sóng hài thờng gây ra sự cố cho các thiết bị tải hoặc các transducer dùng cho đo lờng

Thông thờng các sóng hài bậc cao thờng không đáng kể với tính toán hệ thống điện Chúng không gây hại cho hệ thống, ngoài ra còn rất khó trong quá trình thu thập dữ liệu tới hệ thống tại các tần số này

1.3.1.2 Độ méo điện áp và độ méo dòng điện

Ta thờng nghe thấy các động cơ có thể điều chỉnh tốc độ hoặc lò hồ quang không thể hoạt động đợc bởi sóng hài Nó có thể đợc giải thích bởi những nguyên nhân sau đây:

- Sóng hài điện áp quá lớn (điện áp quá dao động) cho quá trình điều khiển để xác định góc đốt

- Sóng hài dòng điện quá lớn với khả năng của một số thiết bị trong hệ thống nh máy biến áp và thiết bị phải hoạt động dới công suất nhỏ hơn định mức

- Sóng hài điện áp quá cao do sóng hài dòng điện tạo bởi các thiết bị quá lớn so với tình trạng nhất định của hệ thống

Trong khi dòng hài cơ bản của tải gây ra độ méo điện áp, thì bản thân tải cũng không điều khiển đuợc trong tình trạng xuất hiện độ méo điện áp Cùng một loại tải đợc đặt vào trong hai tình trạng khác nhau của hệ thống sẽ gây ra các độ méo điện áp có giá trị khác nhau

là không cần thiết trong sóng hài Các tần số của quá trình quá độ là tần số tự nhiên của hệ thống tại thời điểm đóng cắt, chúng không có liên quan với tần

số cơ bản của hệ thống

Sóng hài, xuất hiện trong trạng thái ổn dịnh và là bội số của tần số cơ bản Dạng sóng của sóng hài là tiếp nối hoặc ít nhất là một vài giây trong khi quá độ thông thờng chỉ tồn tại trong một vài chu kỳ Quá độ kết hợp với sự thay đổi của hệ thống (ví dụ nh quá trình đóng cắt của tụ) còn sóng hài là sự kết hợp với tình trạng hoạt động liên tục của tải

1.3.1.4 Phép đo sóng hài

Hai cách thờng sử dụng nhất để đo dạng của sóng hài là độ méo điều hoà tổng THD (Total harmonic distortion) và độ méo yêu cầu tổng TDD

(Total deman distortion) Cả hai đều đo giá trị của dạng sóng hài và có thể áp

dụng cho đồng thời cả dòng điện và điện áp

a Độ méo điều hoà tổng THD (Total harmonic distortion)

Hệ số THD là một số đo của độ méo tần số đơn bị gây ra bởi sóng hài trong hệ thống và đợc xác định theo công thức:

THD =

1

MAX h

1 h

2 hM

THD thờng đợc sử dụng để miêu tả độ méo điện áp điều hoà Điện

áp điều hoà thờng có liên quan đến giá trị cơ bản của dạng sóng Bởi sự biến

đổi điện áp cơ bản thờng chỉ vài phần trăm nên điện áp THD gần nh là một

số chính xác

b Độ méo yêu cầu tổng(Total demand Distortion)

Độ méo của dòng điện có thể biểu hiện bởi giá trị THD nhng vẫn có thể bị sai sót Một dòng điện nhỏ có thể có THD cao nhng không là một biểu hiện báo trớc của hệ thống Ví dụ nh các động cơ có thể điều chỉnh tốc độ

sẽ có giá trị THD cao với dòng điện vào khi chúng hoạt động với tải nhẹ

Một số tính toán để tránh sự sai sót này bằng cách sử dụng độ méo yêu cầu tổng TDD Công thức tính toán của TDD nh sau:

TDD =

L

MAX h

2 h

2 hI

1.3.2 Các nguồn tạo sóng hài

1.3.2.1 Nguồn sóng hài từ tải thơng mại (Harmonics Sources from Commercial Loads)

Tải thơng mại nh khu văn phòng, các bệnh viện, trung tâm internet có ảnh hởng lớn bởi ánh sáng huỳnh quang hiệu suất cao với các chấn lu điện tử, các động cơ có thể điều chỉnh tốc độ cho thiết bị nhiệt, thông gió, tải điều hoà nhiệt độ, thang máy, và các thiết bị điện tử đợc cung cấp bởi nguồn một pha

Các tải thơng mại có đặc điểm bởi một số lợng lớn của các tải tạo ra các dòng điều hoà nhỏ Phụ thuộc vào tính đa dạng của các loại tải khác nhau, các dòng điều hoà này sẽ cộng thêm vào pha hoặc bỏ qua Mức độ méo điện

áp phụ thuộc vào trở kháng mạch điện và độ méo dòng điều hoà tổng Các tụ

bù hệ số công suất không thờng đợc sử dụng trong các tải thơng mại Trở kháng của mạch điện bị chi phối bởi máy biến áp đầu vào và trở kháng dẫn Chính vì vậy, độ méo điện áp có thể tính toán đơn giản bằng cách xếp chồng dòng điện bởi điện kháng điều chỉnh cho tần số Đặc điểm của các tải thơng mại phi tuyến sẽ đợc trình bày cụ thể dới đây

a Nguồn một chiều

Các tải biến đổi công suất điện với khả năng tạo ra dòng hài ngày nay

là nhóm quan trọng nhất của tải phi tuyến trong hệ thống điện Thuận tiện của công nghệ thiết bị bán dẫn đã tạo ra một cuộc cách mạng trong công nghiệp

điện tử so với thập kỷ trớc đây và xu hớng này sẽ đợc tiếp tục Nhóm thiết

bị này bao gồm các động cơ có thể điều chỉnh tốc độ, các nguồn cung cấp công suất, động cơ một chiều, các bộ nạp, các chấn lu điện tử, các bộ lọc và

bộ biến đổi điện

Sự quan tâm chính trong các trung tâm thơng mại là nguồn cung cấp cho các thiết bị một chiều tạo ra quá nhiều dòng hài cho hệ thống mạng điện Phần trăm của các tải chứa đựng nguồn cung cấp công suất điện đang tăng với tốc độ nhanh chóng

Có hai kiểu thông thờng của nguồn một chiều Các công nghệ trớc

đây sử dụng phơng pháp điều khiển điện áp phía xoay chiều, ví dụ nh máy biến áp, để giảm điện áp tới mức chấp nhận đợc tại thanh cái một chiều Các công nghệ mới gần đây sử dụng công nghệ biến đổi một chiều để tạo đầu ra một chiều với thành phần nhẹ và nhỏ Các máy tính cá nhân, các máy in, máy copy, và các thiết bị điện tử một pha khác ngày ngay hầu nh sử dụng nguồn một chiều

b á nh sáng huỳnh quang(Fluorescent Lighting)

ánh sáng thờng chiếm khoảng 40-60% tải trong các trung tâm thơng mại Theo nghiên cứu năm 1995 về sự tiêu thụ năng lợng trong các trung tâm thơng mại của Chính phủ thông tin năng lợng US, đèn huỳnh quang sử dụng 77% trong khi đèn sợi đốt chỉ sử dụng 14% Đèn huỳnh quang

là sự lựa chọn cho tiết kiệm năng lợng.[9]

Các chấn lu điện tử của các đèn huỳnh quang có thiết kế đặc biệt để làm giảm đến mức tối thiểu sóng hài và có thể giảm bớt độ méo điều hoà hơn các chấn lu từ thông thờng Các chấn lu điện tử thờng giảm dòng THD

đến khoảng 10 32% Hầu hết các chấn lu điện tử đợc trang bị bộ lọc thụ

-động để giảm độ méo dòng điều hoà đầu vào nhỏ hơn 20%

Các bóng đèn huỳnh quang là nguồn quan trọng của sóng hài trong các toà building thơng mại, chúng thờng đợc cung cấp giữa các pha trong tình trạng cân bằng Máy biến áp nối tam giác sẽ giảm đợc dòng hài bậc ba

đi vào trong hệ thống điện Tuy nhiên với dạng máy biến áp nối sao-sao sẽ không ngăn cản dòng hài bậc ba

c Các bộ truyền động có thể điều chỉnh tốc độ

ứng dụng chung của các bộ truyền động có thể điều chỉnh tốc độ trong tải thơng mại có thể tìm thấy trong các động cơ thang máy, máy bơm, và quạt Một bộ truyền động có thể điều chỉnh tốc độ bao gồm một bộ biến đổi công suất điện biến điện áp xoay chiều với tần số cơ bản thành điện áp và tần

số biến đổi Các điện áp và tần số biến đổi này cho phép các bộ truyền động

có thể điều chỉnh tốc độ của động cơ theo yêu cầu

Các bộ truyền động có thể điều chỉnh tốc độ cũng đợc tìm thấy rất nhiều ứng dụng trong tải công nghiệp

1.3.2.2 Nguồn sóng hài từ tải công nghiệp (Harmonics Sources from Industrial Loads)

Các thiết bị công nghiệp ngày nay có đặc điểm ứng dụng phổ biến của các tải phi tuyến Các tải này có thể đa các dòng điều hoà vào trong hệ thống

điện, gây ra độ méo điều hoà trong điện áp Các nguồn công nghiệp thờng sử dụng các bộ tụ để nâng cao hệ số công suất

Các tảỉ phi tuyến công nghiệp có thể đợc chia thành 3 loại là : Các bộ biến đổi 3 pha, các thiết bị hồ quang và các thiết bị bão hoà

a Các bộ biến đổi công suất 3 pha (Three phase power converters)

Khác cơ bản so với các bộ biến đổi một pha là nó không sinh ra sóng hài bậc ba Tuy nhiên nó vẫn là nguồn đáng kể của hài tại các tần số riêng của

nó

Bộ truyền động một chiều: Chỉnh lu chỉ là một bớc trong bộ truyền

động một chiều nên chúng chỉ thuận lợi trong điều chỉnh hệ thống giản đơn

So sánh với hệ thống xoay chiều, bộ truyền động một chiều thờng có một phạm vi tốc độ lớn hơn và momen khởi động lớn hơn Tuy nhiên giá thành và bảo dỡng các bộ truyền động một chiều đắt hơn rất nhiều so với xoay chiều nên không kinh tế Hầu hết các bộ truyền động một chiều sử dụng bộ lọc sáu xung Các bộ truyền động lớn hơn có thể sử dụng bộ lọc 12 xung Điều này

làm giảm dòng công suất và giảm một lợng lớn hài dòng xoay chiều Hai dòng điều hoà lớn nhất với bộ truyền động 6 xung là hài bậc 5 và hài bậc 6 Với bộ lọc 12 xung có thể giới hạn tới 90% các loại hài bậc 5 và bậc 6 tuỳ thuộc vào tình trạng mất cân bằng của hệ thống Bất tiện của bộ truyền động

12 xung là nó đắt hơn và yêu cầu phải có các máy biến áp riêng

Bộ truyền động xoay chiều: Chỉnh lu đầu ra là bộ biến đổi để tạo ra

điện áp xoay chiều có tần số thay đổi đợc cho động cơ Truyền động xoay chiều có thể là bộ biến đổi nguồn áp (Voltage source Inverters-VSI) hoặc bộ

biến đổi nguồn dòng (Current source Inverters-CSI)

Độ méo dòng điều hoà của bộ truyền động có thể điều chỉnh tốc độ không là hằng số, dạng sóng thay đổi đáng kể theo các tốc độ và các giá trị momen lực khác nhau

b Thiết bị hồ quang (Arcing devices)

Các thiết bị hồ quang thờng gặp là các lò điện hồ quang, các máy hàn

hồ quang và các thiết bị chiếu sáng dựa trên nguyên lý hồ quang Các thiết bị

hồ quang điện là nguồn của sóng hài điện áp

Đặc điểm U- I của hồ quang điện là phi tuyến Theo sự phóng tia hồ quang, điện áp giảm xuống khi dòng hồ quang tăng, giới hạn chỉ bởi trở kháng của hệ thống điện Trong các ứng dụng của các lò hồ quang diện, trở kháng giới hạn chủ yếu là cáp và dây dẫn từ hệ thống và máy biến áp lò Dòng điện giới hạn thờng khoảng 60.000A

c Thiết bị bão hoà (Saturable devices)

Thiết bị trong nhóm này bao gồm các máy biến áp và các thiết bị điện

từ với lõi thép, bao gồm cả các động cơ Hài đợc sinh ra do đặc điểm từ hoá phi tuyến của lõi thép

Mặc dù dòng kích thích máy biến áp sinh ra rất nhiều sóng hài ở điện

áp hoạt động bình thờng nhng nó thờng nhỏ hơn 1% của dòng đầy tải định mức Tuy không phải quá quan tâm nh các bộ biến đổi công suất điện hoặc các thiết bị hồ quang nhng ảnh hởng của nó sẽ dễ nhận thấy, đặc biệt là trong hệ thống truyền tải với hàng trăm máy biến áp Dễ nhận thấy rằng có

một sự tăng đáng kể dòng điều hoà bậc ba trong buổi sáng khi tải thấp và điện

áp tăng lên Độ méo điện áp điều hoà từ máy biến áp quá kích thích thờng chỉ xuất hiện dới tình trạng tải nhẹ

Động cơ cũng tạo ra một vài độ méo trong dòng điện khi quá kích thích, mặc dù nó không quan trọng lắm Chính vì vậy, một vài động cơ một pha có mã lực nhỏ có dạng sóng hình tam giác với dòng hài bậc 3

1.3.3.1 Tác động tới tụ

Vấn đề của hài thờng xuất hiện đầu tiên ở các bộ tụ Các bộ tụ sẽ sinh

ra độ méo điện áp cao trong quá trình cộng hởng Dòng qua các tụ cũng lớn

đáng kể trong điều hoà đơn Trong tình trạng cộng hởng, dòng điện thờng cao hơn dòng tụ định mức

Tiêu chuẩn IEEE cho tụ điện rẽ nhánh định mức nh sau:

 120% của điện áp đỉnh(bao gồm hài)

1.3.3.2 Tác động tới máy biến áp

Máy biến áp đợc thiết kế để phát nguồn điện yêu cầu tới các tải với tổn thất nhỏ nhất trong tần số cơ bản nh hởng của các sóng hài trên các ảmáy biến áp là gây ra tổn thất điện xoáy và tổn thất lõi thép, làm gia tăng nhiệt độ của máy biến áp

Tiêu chuẩn IEC 57.12.00 1980 đa ra giới hạn đối với các sóng hài dòng điện tải trong máy biến áp Giới hạn đợc cho là 5% đối với sóng điều hoà dòng điện Tiêu chuẩn của trị số quá điện áp hiệu dụng cực đại mà máy biến áp có thể chịu đựng ở trạng thái xác lập là 5% ở tải định mức và 10% ở không tải Trị số hiệu dụng tổng của các thành phần điều hoà trong điện áp sử dụng không đợc vợt quá các định mức này

-Điều cần lu ý là các tổn thất máy biến áp gây nên bởi các điện áp và dòng điện điều hoà là phụ thuộc vào tần số Các tổn thất gia tăng cùng với sự gia tăng tần số Do vậy các thành phần điều hoà tần số cao hơn sẽ quan trọng hơn các thành phần điều hoà tần số thấp hơn trong việc gây nên sự phát nóng trong máy biến áp

Tại tần số điều hoà, động cơ có thể xem nh trở kháng động cơ nối dọc theo đờng dây Thành phần sóng hài điện áp bậc thấp thờng là quan trọng nhất với động cơ

Theo tiêu chuẩn IEEE 519 1992 thờng không phải giảm động cơ khi

-độ méo điện áp yêu cầu giới hạn khoảng 5% THD và 3% cho các thành phần hài riêng Vấn đề quá nhiệt bắt đầu khi độ méo điện áp đạt từ 8 đến 10% trở lên Khi đó độ méo điện áp nên đợc hiệu chỉnh lại để đạt yêu cầu định mức

1.3.3.4 Tác động tới các rơ le bảo vệ

Các sóng hài ảnh hởng đến các rơ le bằng nhiều cách, làm cho rơ le

có thể tác động sai Các rơ le làm việc phụ thuộc vào đỉnh của điện áp, dòng

điện hay các điểm không của điện áp vận hành Do vậy các rơ le bị ảnh hởng

trực tiếp bởi độ méo điều hoà Khi có quá nhiều hài bậc 3 có thể làm cho các rơ le chạm đất tác động sai

Ngày nay nhiều thí nghiệm đã cho thấy rằng các rơ le đợc bố trí nhằm hạn chế hoàn toàn những vấn đề trên Nói chung, việc nghiên cứu các mức điều hoà làm cho rơ le vận hành sai thờng đợc quan tâm nhiều hơn việc xem xét để hạn chế cho các thiết bị khác

1.3.3.5 Tác động tới các thiết bị đóng cắt

Cũng nh hầu hết các thiết bị khác, các dòng điều hoà bậc cao có thể gây ra quá nhiệt và tổn hao trong các thiết bị đóng cắt Ngoài ra, các thành phần điều hoà trong dòng điện còn có thể ảnh hởng đến khả năng cắt dòng của các thiết bị này Vấn đề là các thành phần điều hoà có thể đa tới việc biên độ di/dt cao hơn tại các điểm không của dòng điện làm cho việc cắt khó khăn hơn

Các máy cắt không cắt đợc dòng điện do các cuộn cắt không có khả năng vận hành thích hợp trong các điều kiện các sóng hài đạt trị số lớn Khi cuộn cắt tác động, thời gian cắt bị kéo dài, hồ quang điện sinh ra cũng bị kéo dài có thể dẫn đến hậu quả làm hỏng máy cắt Các vấn đề tơng tự cũng có thể xảy ra trong các thiết bị đóng cắt dòng điện khác

1.3.3.6 Tác động tới các dụng cụ đo

Đo lờng và trang bị dụng cụ đo thờng bị ảnh hởng lớn do các phần

tử điều hoà bậc cao Đặc biệt nếu các điều kiện cộng hởng tồn tại, dẫn đến xuất hiện các điện áp điều hoà trong mạch thì sự ảnh hởng càng lớn hơn nhiều Các thiết bị có đĩa cảm ứng nh các điện kế và các rơ le quá dòng thông thờng chỉ làm việc với tần số cơ bản, nhng khi xảy ra sự méo điện áp

do điều hoà thì các thiết bị này sẽ có sai số

Các nghiên cứu gần đây cho thấy cả sai số dơng và âm đều có thể có thể xảy ra do sự xuất hiện của độ méo điều hoà tuỳ theo loại của dụng cụ xem xét Nói chung độ méo phải lớn (thông thờng t>20%) thì sai số đáng kể mới

đợc phát hiện

- Các sóng hài có thể làm cho lõi các máy biến áp đo lờng bị bão hoà,

do vậy làm tăng sai số khi đo đếm Trong trờng hợp này, tỷ số máy biến áp ít

bị ảnh hởng nhng góc pha bị ảnh hởng làm cho việc đo công suất và điện năng có thể bị ảnh hởng theo

- Sự xuất hiện của sóng hài, nh sóng hài bậc 3 trong thiết bị nối đất trung tính, cũng làm ảnh hởng đến sự vận hành của hệ thống điện Chính vì vậy cũng cần phải giảm bớt các thiết bị này

- Tạp âm trong các thiết bị điều khiển do các sóng hài gây nên cũng có thể dẫn đến điểm vận hành sai của các thiết bị điều khiển

- Các nhà sản xuất máy tính thiết lập các hạn chế nghiêm ngặt về số sóng hài trong các điện áp cung cấp

- Các sóng hài có thể làm méo các tín hiệu truyền thanh và truyền hình

Điều này có thể dẫn đến các thay đổi trên độ sáng và kích thớc của hình ảnh trên màn hình

- Sóng hài còn làm ảnh hởng và dẫn đến h hỏng cáp ngầm trung thế

đến 35kV

- Các máy X quang chụp không rõ cũng do các sóng hài trong nguồn cung cấp gây nên

1.3.4 Nguyên tắc điều khiển sóng hài

Có 3 nguyên nhân thờng gây ra sóng hài:

 Nguồn của dòng điều hoà quá lớn

 Đờng dây quá dài

 Đáp ứng của hệ thống khuếch đại một hoặc nhiều điều hoà tới mức độ lớn hơn khả năng của hệ thống

Khi xuất hiện vấn đề về sóng hài, các biện pháp cơ bản để điều khiển

đó là:

 Giảm dòng điều hoà tạo bởi tải

 Đặt các bộ lọc hút dòng điều hoà của hệ thống, ngăn ngừa dòng

điện đi vào trong hệ thống hoặc cung cấp dòng điều hoà cục bộ

 Điều chỉnh tần số đáp ứng của hệ thống bởi các bộ lọc, các bộ cảm điện hoặc các tụ

a Giảm dòng điều hoà tạo trong tải.

Thờng rất ít khi có thể thực hiện đợc với các thiết bị đang hoạt động

để giảm số lợng dòng điều hoà mà nó tạo ra trừ khi các thiết bị không hoạt

động Trong khi 1 máy biến áp quá kích thích có thể quay trở lại hoạt động bình thờng bằng các biện pháp giảm thấp điện áp cung cấp tới mức chuẩn, các thiết bị hồ quang và các bộ biến đổi công suất điện đợc khoá trong đặc

điểm thiết kế của chúng

Đặt thêm một bộ điện kháng đờng dây hoặc máy biến áp mắc nối tiếp

sẽ giảm đợc đáng kể sóng hài, đồng thời cũng cung cấp một bảo vệ quá độ hết sức kinh tế

Đấu nối máy biến áp cũng có thể giảm sóng hài trong hệ thống 3 pha Các máy biến áp nối sao có thể giới hạn dòng điều hoà thứ tự không (thờng

là bậc 3) từ đờng dây Các máy biến áp zigzag và nối đất có thể chuyển hài bậc 3 ra khỏi đờng dây

b Lọc

Các bộ lọc đặt càng gần với nguồn của dao động càng có lợi, nó sẽ đa dòng điện ra khỏi hệ thống Đây là phơng pháp thông thờng nhất của bộ lọc bởi tính kinh tế và bởi nó cũng hớng tới việc bù hệ số công suất của tải

Cách khác là đặt một dãy các bộ lọc giới hạn sóng hài Đây là mạch song song cung cấp một trở kháng cao với dòng điều hoà Cách này không

đợc sử dụng nhiều do việc khó khăn để cách ly và điện áp của tải bị dao động rất nhiều Một cách thờng hay sử dụng là một tụ trung tính nối sao đất để giới hạn dòng hài bậc ba trong khi vẫn duy trì một nối đất tốt tại tần số cơ bản

c Điều chỉnh đáp ứng tần số hệ thống

Có các phơng pháp sau đây:

- Đặt một bộ lọc rẽ nhánh: Phơng pháp này không chỉ chuyển hớng dòng điều hoà ra khỏi hệ thống mà còn thay đổi tần số đáp ứng hệ thống, thờng xuyên nhng không liên tục, trở nên tốt hơn

- Đặt một bộ điện kháng để điều chỉnh tần số hệ thống: Bộ điện kháng phải đợc đặt giữa nguồn cung cấp cho hệ thống và tụ Một phơng pháp đơn giản là đặt một bộ điện kháng nối tiếp với tụ Cách khác là đặt điện kháng trên

đờng dây

- Thay đổi dung lợng của tụ: Đây thờng là một trong những cách ít tốn kém nhất cho cả nguồn và tải công nghiệp

- Di chuyển tụ tới điểm hệ thống có điện kháng ngắn mạch khác hoặc

có tổn thất cao hơn Đây cũng là một lựa chọn cho nguồn khi một dãy tụ mới gây ra nhiễu sóng điện thoại, di chuyển dãy này qua nhánh khác của đờng dây có thể giải quyết đợc vấn đề Đây cũng không thờng xuyên là lựa chọn của các tải công nghiệp bởi tụ không thể di chuyển đủ xa để tạo một sự khác biệt

- Bỏ tụ và chấp nhận mức tổn thất cao hơn, điện áp thấp hơn, và hệ số công suất ở tình trạng bất lợi Trong trờng hợp này, nếu các biện pháp kỹ thuật có thể thực hiện đợc thì đây là phơng án lựa chọn kinh tế nhất

1 4 Dao động điện áp:

Các nhà cung cấp bao giờ cũng cố gắng điều chỉnh điện áp cấp tới các thiết bị sử dụng với dung sai + 5% Dới tình trạng này trong một thời gian-ngắn, tiêu chẩn ANSI C84.1 cho phép điện áp có thể ở mức +6 đến 13% của -

điện áp định mức Một số tải nhạy có nhiều giới hạn điện áp chặt chẽ hơn theo nguyên tắc hoạt động, và đơng nhiên, các thiết bị hoạt động thờng nhiều hiệu quả hơn tại gần điện áp thờng đây chúng ta nghiên cứu vấn đề cơ bản ở

đằng sau điều chỉnh điện áp và các loại thiết bị thờng có thể giải quyết đợc vấn đề này

1.4.1 Nguyên tắc của điều chỉnh điện áp

Nguyên nhân chính của vấn đề điều chỉnh điện áp là có quá nhiều điện kháng trong hệ thống cung cấp từ nguồn tới tải, hay nói cách khác là hệ thống quá yếu với tải Chính vì vậy điện áp giảm quá thấp dới tải nặng Trong trờng hợp ngợc lại sẽ xuất hiện tình trạng quá áp khi tải giảm quá thấp Các lựa chọn thông thờng để điều chỉnh điện áp hệ thống là:

- Đặt một bộ tụ rẽ nhánh để giảm dòng điện và thay đổi nó tới các pha với điện áp

- Đặt một bộ điều chỉnh điện áp

- Thay dây dẫn tiết diện lớn hơn để giảm trở kháng

- Thay trạm hoặc máy biến áp công suất lớn hơn để giảm trở kháng

- Đặt một số loại bù công suất phản kháng động, loại hoạt động giống một bộ tụ để thay đổi tải

- Mắc tụ nối tiếp để xoá bỏ trở kháng cảm ứng

1.4.2 Thiết bị cho điều chỉnh điện áp

Có nhiều thiết bị đợc sử dụng trong việc điều chỉnh điện áp Chúng ta

có 3 nhóm chính sau đây:

 Các máy biến áp có nấc điều chỉnh đầu phân áp

 Các thiết bị cách ly với bộ điều chỉnh điện áp riêng biệt

 Các thiết bị bù trở kháng, ví dụ nh các bộ tụ

Các máy biến áp điều chỉnh đầu phân áp có thể bằng máy hoặc tự

động Các máy biến áp thờng là các máy biến áp tự ngẫu, mặc dù các máy biến áp hai hoặc ba cuộn dây cũng có thể đợc sử dụng đầu phân áp Các thiết

bị bằng máy thờng đợc sử dụng cho tải thay đổi chậm, trong khi với các thiết bị điện tử, các máy biến áp điều chỉnh tự động có thể thay đổi rất nhanh

để điều chỉnh điện áp

Các thiết bị cách ly bao gồm hệ thống lu điện UPS, máy ổn áp và các

hệ thống động cơ máy phát Đây là các thiết bị cách ly tải từ nguồn bằng cách

-thực hiện một vài loại chuyển đổi năng lợng Chính vì vậy, phía tải của thiết

bị có thể điều chỉnh riêng biệt và có thể điều chỉnh điện áp cân bằng bất chấp những gì xuất hiện trong hệ thống nguồn Phía thấp của sử dụng nh các thiết

bị thờng đắt, tạo nhiểu tổn thất và có thể gây ra dao động điều hoà trong hệ thống nguồn cung cấp

Các bộ tụ rẽ nhánh giúp điều chỉnh điện áp bằng cách giảm dòng điện trong đờng dây Ngoài ra bằng các dòng điện cảm ứng quá bù, sự tăng điện

áp có thể đợc thực hiện Để điều chỉnh một điện áp cao hơn điện áp không thay đổi, các bộ tụ có thể đợc chuyển mạch chung với tải, thỉnh thoảng trong các bớc thay đổi nhỏ theo tải chặt chẽ với nhau Nếu đối tợng đơn giản để

điều chỉnh điện áp tại một giá trị lớn hơn để tránh tình trạng thấp áp, các tụ thờng cố định giá trị (không điều chỉnh đợc)

Các bộ tụ rẽ nhánh bù cho hầu hết trở kháng trong hệ thống Nếu hệ thống cảm ứng lớn, nó sẽ giảm đáng kể trong trở kháng, còn nếu cảm ứng hệ thống không cao nhng có một tỷ lệ lớn điện trở, các bộ tụ rẽ nhánh sẽ không hiệu quả Đây là trờng hợp thông thờng trong rất nhiều hệ thống điện của các nhà máy điện công nghiệp có chiều dài lớn cáp giữa máy biến áp và tải

Để đạt đợc một sự giảm đáng kể trong trở kháng, cỡ của cáp và của máy biến

áp phải đợc tăng lên

Phơng pháp khác để điều chỉnh điện áp là sử dụng các tụ bù tĩnh

(Static Var Compensators) Chúng có thể hoạt động trong một vài chu kỳ để

điều chỉnh gần điện áp cân bằng bằng cách điều khiển nhanh tạo công suất phản kháng Các thiết bị này thờng đợc sử dụng trong các lò hồ quang, các máy nghiền đá, và các tải biến đổi ngẫu nhiên nơi hệ thống yếu và dao động

điện áp gần các thiết bị

1.4.2.1 Điều chỉnh điện áp tại nguồn

Các bộ điều chỉnh điện áp có thay đổi đầu phân áp thông thờng có thể điều chỉnh từ 10 đến +10% điện áp đờng dây Các máy biến áp trạm -phân phối thờng có đầu phân áp tải ba pha trong khi các bộ điều chỉnh đờng dây thờng là một pha ở Nam Mỹ Khi đặt vào đờng dây ba pha, các bộ điều

chỉnh thờng đặt vào từng pha Tuy nhiên, chúng cũng có nhiều cách sử dụng của các bộ điều chỉnh tam giác hở trong các nhánh tải ba pha nhỏ Loại này chỉ cần hai bộ điều chỉnh và ít tốn kém hơn so với loại ba pha

Các bộ biến đổi điện áp đờng dây nguồn và trạm thờng tơng đối chậm Thời gian trễ khi điện áp ra ngoài dải thờng ít nhất 15 giây và thông thờng là 30 hoặc 45 giây Chính vì vậy nó thờng ít lợi nhuận khi điện áp có thể biến đổi trong khoảng vài chu kỳ hoặc giây Mục đích chính của chúng là tăng điện áp trong đờng dây dài nơi tải thay đổi chậm hơn vài phút hoặc giờ

Điều khiển có thể thực hiện để điều chỉnh điện áp tại một số điểm điện

áp giảm thấp từ đờng dây bằng cách sử dụng các bộ tụ bù giảm áp đờng dây (Line drop Compensator) Điều này ứng dụng rất nhiều trong đáp ứng mức độ

điện áp trung bình và giúp ngăn ngừa quá áp trong các thiết bị gần các bộ điều chỉnh

1.4.2.2 Máy ổn áp

Tại phía sử dụng, các máy ổn áp thờng không chỉ sử dụng để bảo vệ thiết bị khỏi sụt giảm điện áp mà còn có thể sử dụng để đạt đợc một điều chỉnh điện áp rất tốt (+ 1% đầu ra) Hình 2.8 miêu t- ả đặc điểm ổn định tĩnh của một máy ổn áp 120VA với tải 15VA Khi điện áp đầu vào giảm tới 30V thì đầu ra vẫn không đổi Nếu điện áp đầu vào tiếp tục giảm, điện áp đầu ra sẽ bắt đầu sụp đổ Trong trờng hợp đó, khi điện áp đầu vào giảm, dòng đa ra bởi máy ổn áp tăng từ 0.4 đến 2A Chính vì vậy, các máy ổn áp sẽ gây tổn thất

và không có hiệu quả

Hình 2.8: Đặc điểm ổn định tĩnh của máy ổn áp

1.4.2.3 Các thiết bị điều chỉnh đầu phân áp ngắt mạch điện tử

Các bộ điều chỉnh điện áp ngắt mạch điện tử cũng có thể sử dụng để

điều chỉnh điện áp Chúng hiệu quả hơn các máy ổn áp và nhanh chóng thay

đổi đầu phân áp, và thay đổi điện áp Các bộ điều chỉnh này có một thời gian

đáp ứng rất nhanh khoảng nửa chu kỳ và rất đợc a chuộng với các thiết bị

có công suất trung bình

1.4.2.4 Hệ thống lu điện trực tiếp (UPS online)

Hệ thống UPS online sử dụng cho bảo vệ chống lại sụt giảm và mất

điện áp cũng có thể đợc sử dụng cho việc điều chỉnh điện áp, cung cấp điện

áp nguồn lu lại cao để nạp ắc quy Đây là biện pháp thông thờng cho các máy tính nhỏ, tới hạn hoặc các tải điều khiển điện tử trong môi trờng công nghiệp mà có tải dao động lớn bởi điện áp thay đổi

1.4.2.5 Hệ thống động cơ- máy phát

Hệ thống động cơ máy phát cũng đợc sử dụng để điều chỉnh điện áp - Chúng tách riêng tải từ hệ thống điện, chắn cho tải từ các quá độ điện Điều chỉnh điện áp đợc cung cấp bởi điều khiển máy phát Mặt hạn chế lớn nhất của hệ thống động cơ máy phát là thời gian đáp ứng của hệ thống với thay đổi -của tải lớn Hệ thống này có thể mất vài giây để mang điện áp quay trở lại với mức độ yêu cầu, tạo ra cho thiết bị này quá chậm cho điều chỉnh điện áp với các tải thông thờng, đặc biệt với các tải thay đổi nhanh chóng Hệ thống này

có thể sử dụng cho các biến đổi điện áp vào, đặc biệt với các điện áp thấp, bằng cách lu giữ năng lợng trong thiết bị quán tính

1.4.2.6 Các bộ tụ bù tĩnh (Static Var Compensators)

Các bộ bù tĩnh có thể đợc sử dụng trong cả hệ thống nguồn hoặc hệ thống công nghiệp Chúng giúp điều chỉnh điện áp bằng cách áp ứng rất đnhanh để cung cấp hoặc tiêu thụ công suất phản kháng Điều này hoạt động với trở kháng hệ thống hoặc tăng hoặc giảm thấp điện áp trong một chu kỳ cơ bản

Các bộ bù tĩnh có điều khiển trong trờng hợp chung, đợc cấu tạo từ

ba phần tử cơ bản:

 Thyristor Controlled Reactor (TCR)

 Thyristor Switched Reactor (TSR)

 Thyristor Switched Capacitor (TSC)

TSR và TSC thực chất là các bộ kháng và tụ đợc đóng cắt nhanh bằng Thyristor Đáng chú ý hơn là TCR, một thiết bị kháng có tham số đợc điều chỉnh trơn (từ 0 đến giá trị cực đại) Phối hợp ba loại phần tử trên cho phép chế tạo đợc những kháng bù ngang thay đổi đợc liên tục thông số (điện kháng, công suất) trong phạm vi đủ rộng (dấu âm và dấu dơng) với giá thành hạ

1.4.3 Các ứng dụng điều chỉnh điện áp nguồn

Có nhiều ứng dụng của các bộ điều chỉnh nhng ở đây ta nghiên cứu hai ứng dụng có liên quan chặt chẽ đến chất lợng điện năng đó là: bù sụt giảm điện áp đờng dây (Line drop Compensator) và điều chỉnh nối tiếp

(Regulators in series)

1.4.3.1 Bù sụt giảm điện áp đờng dây (Line drop Compensator)

Các bộ điều chỉnh thờng có hiệu quả trong các tình trạng thấp áp trong đờng dây phân phối khi tải phát triển nhanh hơn khả năng của đờng dây tại tình trạng tải đỉnh bởi đây là thời gian sử dụng để xác định sự lắp đặt

đúng cho bù sụt giảm áp đờng dây Điện trở R và điện kháng X thờng đợc

đặt bằng 0 và điểm đặt điều chỉnh điện áp gần với giới hạn lớn nhất chấp nhận

đợc Điều này đã làm cho điện áp đờng dây gần với cực đại nhất trong suốt thời gian bởi tải chỉ đạt đỉnh với lợng nhỏ trăm phần của giờ trong năm Đây

là đầy dủ cho các trờng hợp ngoại trừ:

- Hoạt động của máy biến áp cao hơn đờng cong bão hoà của chúng, tạo ra nhiều sóng hài (và tổn thất), nhiều dao động điều hoà trong đờng dây,

có thể gây ra nhiều vấn đề tại tải thấp

- Các thiết bị có thể xuất hiện nhiều sự thay thế thờng xuyên của các

đèn sợi đốt

- Điện áp tăng cao tạo ra sự tăng cao công suất yêu cầu, có thể gây ra những điều không mong muốn và có thể làm giảm tác dụng của năng lợng

Mục đích chính của các bộ bù sụt giảm điện áp đờng dây là san bằng

điện áp để cung cấp điện áp cần thiết tại tải đỉnh, giữ cho điện áp gần với giá trị bình thờng tại tải thấp hơn

1.4.3.2 Điều chỉnh nối tiếp

Trong các vùng xa nhau thờng phải đặt hai hoặc nhiều bộ điều chỉnh nối tiếp trong đờng dây dài tới tải Hai ứng dụng đáng chú ý là phục vụ cho tới tiêu và khai thác mỏ khi đờng dây tới hàng dặm trong khi chỉ với một tải không thờng xuyên Điều này yêu cầu các tính toán đặc biệt để tránh vấn đề

về chất lợng điện năng

Một điều quan tâm quan trọng cho các bộ điều chỉnh mắc nối tiếp là

đặt thời gian trễ ban đầu Các bộ điều chỉnh gấn nhất với trạm biến áp thì đặt với thời gian trễ nhỏ nhất, thông thờng là 15 hoặc 30s Các bộ ở xa thì tăng dần thời gian trễ lên Điều này làm giảm thiểu sự thay đổi đầu phân áp, giữ cho sự biến đổi điện áp ở mức thấp nhất

Có lẽ, vấn đề chất lợng điện năng lớn nhất trong tình trạng này là tải

sa thải Sự đột ngột mất tải, điều có thể xảy ra sau sự cố, sẽ làm d thừa một lợng điện áp rất lớn bởi sự tăng thế của các bộ điều chỉnh tích luỹ lại Khi đó

điện áp tăng quá 20% hoặc hơn nữa có thể xuất hiện Máy biến áp bão hoà và các tải còn lại sẽ giúp giảm điện áp xuống nhng nó vẫn sẽ lớn hơn giới hạn bình thờng

Để giảm thiểu h hỏng cho tải, các bộ điều chỉnh cần một mạch điều khiển trở về nhanh“ “(Rapid runback) mà tránh các thời gian trễ và điều khiển các bộ điều chỉnh giảm càng nhanh càng tốt Loại này thờng có 2 đến 4s cho một đầu phân áp

1.4.4 Các bộ tụ cho điều chỉnh điện áp

Các bộ tụ có thể sử dụng cho điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện trong trạng thái rẽ nhánh hoặc nối tiếp

1.4.4.1 Các bộ tụ rẽ nhánh

Với các bộ tụ rẽ nhánh, phần trăm điện áp tăng là độc lập với tải Chính vì vậy các đóng cắt tự động thờng đợc sử dụng trong trờng hợp nhận