Nghiên ứu ảnh hưởng ủa sóng hài tới hất lượng điện năng và á đề xuất để làm giảm ảnh hưởng ủa sóng hài

B nằ g luận v n ăn ày tôi xin gửi lời cả ơn chân thành tớm i các th y gi , cô giáo trong bầ áo ộ môn đã trang bị những kiến th c r t mang tính thựứ ấ c tiễn cao để chúng tôi những kĩ sư

TRƯỜ NG Đ Ạ I H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ -

LUẬ N V N THẠ Ă C S KHOA H C Ĩ Ọ

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞ NG C A SÓNG HÀI TỚI Ủ

CH Ấ T LƯ NG ĐI N NĂNG VÀ CÁC Đ Ợ Ệ Ề XUẤ T

ĐỂ LÀM GIẢM Ả NH HƯ Ở NG CỦA SÓNG HÀI

LÊ ANH TUẤ N

Hà N i ộ 2006 Ngườ i hướng d n ẫ khoa học: TS Bùi c H Đứ ùng NGÀNH: THIẾ T B I N- I N T Ị Đ Ệ Đ Ệ Ử

b ộ môn Thiết bị điệ Điện tử, tôi cảm thấy mình rất vinh dự n- vì truớc đây là sinh viên và giờ đây là nghiên cứu sinh cao học tại bộ môn B nằ g luận v n ă

n ày tôi xin gửi lời cả ơn chân thành tớm i các th y gi , cô giáo trong bầ áo ộ môn đã trang bị những kiến th c r t mang tính thựứ ấ c tiễn cao để chúng tôi

t ựtin áp dụng những ế quả nghi n cứ vào trong công việc của mình k t ê u

Để ậ lu n văn có th hoàn thành nh ể ư ngày hôm nay được tôi xin bày l tỏ òng

biế ơt n đến th y Tiến Sĩ Bùi Đức Hùng - B ầ ộ môn Thiết bị đi n_Điệ ện tử- Trường đạ ọi h c Bách Khoa Hà N i đã luôn t o đi u ki n giúp đ và t n tình ộ ạ ề ệ ỡ ậ

hướng dẫn tôi tiếp cận mộ ất v n đề khoa h c trong lĩnh vọ ực Điệ n

Tôi cũng xin gửi lời cám ơn sâu sắ ớc t i các đ ng nghi p c a tôi t i Trung ồ ệ ủ ạtâm Điệ ửn t công nghi p thu c Việệ ộ n nghiên c u Đi n t , Tin h c, Tự độứ ệ ử ọ ng hoá, giám đốc trung tâm c ng nhũ ư ban lãnh o Vi n luôn tđạ ệ ạo điều kiện về thời gian và đóng góp đầy nhiệt tình về chuyên môn và lý thuyết của các

đồng nghi p tôi có nh ng hi u biếệ để ữ ể t sâu hơn về ậ lu n văn

viên trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu lu n văn c a mình ậ ủ

Mặc dù đã cố gắng hế ứt s c mình, nhưng do khó khăn về tài liệu, khoảngthời gian nghi n c u và kh năng h n chế ủê ứ ả ạ c a b n thân cho nên luận văn ảkhông th tránh khể ỏi những thiếu sót, rất mong nhận được các góp ý từ các thầy giáo cũng như từ các bạn đồng nghiệp để ấ v n đề nghiên cứu trong lu n ậ

văn được sáng ỏ hoàn thiện hơn t

Hà Nội ngày tháng … năm 2006

Lê Anh Tuấn

CHƯƠNG 2 - CÁC YẾU TỐ Ả NH HƯ NG Đ Ở ẾN CHẤ T LƯ Ợ NG ĐI N NĂNG Ệ - 10 -

2.1 PHI TUYẾ N - 11 -

2.2 CÁC BIẾ N ĐỔ I ĐIỆ N ÁP TRONG THỜ I GIAN NGẮ N - 14 -

2.3 BIẾ N THIÊN ĐIỆ N ÁP TRONG THỜ I GIAN DÀI - 18 -

2.4 MÉO D ẠNG SÓNG - 21 -

2.5 DAO ĐỘNG ĐIỆ N ÁP - 24 -

2.6 CÁC BIẾN ĐỔI T N Ầ S - 25 - Ố 2.7 M T Ấ CÂN BẰNG ĐIỆN ÁP - 26 -

CHƯƠNG 3 ĐI - ỀU HOÀ - 28 -

3.1 THẾ NÀO LÀ MÉO ĐIỀ U HOÀ - 29 -

3.2 MÉO DÒNG ĐIỆ N VÀ ĐIỆ N ÁP - 33 -

3.3 CÁC ĐẠ I LƯỢNG C A H Ủ Ệ THỐNG ĐIỆ N NĂNG Ở ĐIỀ U KIỆ N KHÔNG SIN

-34 - 3.4 CÁC CHỈ S Ố ĐIỀ U HOÀ - 39 -

3.5 CÁC NGUỒ N ĐIỀ U HOÀ - 41 -

3.6 CÁC TÍNH CHẤ T ĐÁP ỨNG C A H Ủ Ệ THỐNG - 47 -

3.7 ẢNH HƯỞNG C A Ủ SÓNG ĐIỀ U HOÀ B C Ậ CAO TRONG LƯỚ I ĐIỆ N ĐẾ N CÁC THIẾ T B Ị - 53 -

CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ MÉO ĐI - ỀU HOÀ VÀ CÁC BIỆN PHÁP HẠN CHẾ ỀU ĐI HOÀ - 64 -

4.1 ĐÁNH GÍA MÉO ĐIỀ U HOÀ - 64 -

4.2 CÁC Y U T Ế Ố ĐỂ ĐIỀ U CHỈNH ĐIỀ U HOÀ - 68 -

4.4 CÁC THIẾ T B Ị ĐỂ ĐIỀ U CHỈNH MÉO ĐIỀ U HOÀ - 73 -

4.5 CÁC TIÊU CHUẨ N LIÊN QUAN ĐẾ N ĐIỀ U HOÀ TRÊN THẾ GIỚ I - 82 -

CHƯƠNG 5 ĐÈN HU - ỲNH QUANG NÂNG CAO H - Ệ Ố S CÔNG SUẤT VÀ LỌC ĐI ỀU HOÀ CHO TẢ I ĐÈN HU ỲNH QUANG - 92 -

5.1 GIỚ I THIỆ U CHUNG ĐÈN HUỲNH QUANG - 92 -

5.2 C U Ấ TRÚC H Ệ THỐNG ĐÈN HUỲNH QUANG - 93 -

5.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỞ I ĐỘNG ĐÈN - 98 -

CHƯƠNG 6 - THÍ NGHIỆ M L C NHIỄU CHO NGUỒN TẢ Ọ I ĐI U HOÀ LÀ ĐÈN Ề HUỲNH QUANG - 101 -

6.1 NHIỆ M V C A Ụ Ủ THÍ NGHIỆ M - 101 -

6.2 CHỌ N ĐÈN HUỲNH QUANG - 101 -

6.3 NGUỒ N ĐIỀ U HOÀ LÀ ĐÈN S D Ử ỤNG CHẤ N LƯU ĐIỆ N T - 101 - Ử 6.4 NGUỒ N ĐIỀ U HOÀ LÀ ĐÈN HUỲNH QUANG S D Ử ỤNG CHẤ N LƯU ĐIỆ N T Ừ V I T Ớ Ụ BÙ CÔNG SUẤ T - 106 -

PH ẦN MỞ ĐẦ U

Theo các cơ quan, tổ ch c giám sát ch t lưứ ấ ợng đi n năng cệ ủa các qu c gia ố

cũng như của qu c t thì méo d ng sóng củố ế ạ a đi n ệ áp, dòng đi n đưệ ợc x p vào ế

một trong các yếu tố ảnh hư ng đ n chấở ế t lư ng đi n năng, nó gây ra r t nhiều ợ ệ ấ

các sự ố c cho h th ng đi n cũng như cho ngườ ử ụệ ố ệ i s d ng Thông qua ph n â

tích urrier th F ì m déo ạng óng s có thể coi là s tự ổng ợ h p c a c sủ ác óng ài ớ h v i

các t n s là s ầ ố ố nguy n lầê n t n s ầ ố dao động ơ ả Với hệ thống cung cấp c b n

đi n năng thì cệ ác sóng h n ài ày làm cho hệ ố công suấ s t gi m, gây ra hiện ả

tượng c ng hư ng khi đáp ng t n s trởộ ở ứ ầ ố kháng h thốệ ng là trùng v i tầớ n s ố

m t ộ trong các óng ài, điề s h u này đặc biệt nguy hiểm vì khi đó dòng đi n đi n ệ ệ

áp có thể đư c khuyếợ ch đ i lên hàng ch c, hàng trăm l n gây ra hi n tư ng ạ ụ ầ ệ ợ

cháy nổ, hỏng cách đi n …V i các thiệ ớ ết bị ủ c a người sử ụ d ng thì sóng hài có

thể làm cho các thi t bịế đó ho t động không chính xác do các thiết bịạ ch đư c ỉ ợ

thiết kế để làm vi c với các dạệ ng sóng lý tư ng, làm các thiế ị ỏở t b h ng, quá tải

cho đường dây trung tính

Trong các th p kậ ỉ ầ g n đây, các thi t bị ệế đi n t công suử ất đư c sử ụợ d ng trong

các thiết bị ủ c a các hộ êti u th i n, hi n nay chúng chiếụ đ ệ ệ m m t vị trí đáng kể ộ

trong d n dâ ụng cũ ư ng nh trong c ng nghiô ệp Chúng ta có th thấể y các thi t b ế ị

này r t quen thuấ ộc như các bộ ngu n m t chi u cung c p cho các máy tính, ồ ộ ề ấ

trong hệ ố th ng, và sự có m t củặ a chúng trong hệ ố th ng điện dẫn đ n h th ng ế ệ ố

ngày càng phức tạp b i lúc này hở ệ ố th ng chứa rất nhi u nguề ồn phát điều hoà

Liên quan đến vấn đề ế ti t kiệm đi n năng,ệ hiện nay Việt Nam đã có các d án ự

và chính sách tiết kiệm đi n đ quy đệ ể ịnh việc sử ụ d ng khai thác nguồn đi n ệ

cho các thiết bị ớ v i hiệu năng cao Đi u hoà liên quan đ n hề ế ệ ố s công suất, sự

có mặt của chúng gây tổn hao phụ làm cho hệ ố s công su t củấ a hệ ố th ng giảm

là một yếu tố góp phần tăng cường nâng cao hệ ố s công su t cho hấ ệ th ng ố

cũng như giảm tổn hao năng lượng

Vì vậy đi kèm v i việc sử ụớ d ng các thiết bị ệ đi n t công su t ngàyử ấ càng phổ

biến, nhận thức các sự ố c do sóng hài mang l i cho hạ ệ ố th ng cũng như người

s dử ụng và xét đ n yếu tố tiết kiệế m đi n năng thì ph i nghiên c u mệ ả ứ ọi mặt

liên quan đ n đi u hoà Đó là các nghiên cế ề ứu về nguồn phát điều hoà, các tính

chất của nguồn đi u hoà, đánh giá các tác đ ng của điều hoà lên hề ộ ệ ố th ng, lên

các thiết bị người sử ụ d ng, đánh giá kh năng đáp ng tr kháng theo t n sả ứ ở ầ ố

các biện pháp hạn ch và loế ại trừ các s c nguự ố y hi m có thể ể ả x y ra

- Tổng quát các khái niệm cơ b n về điều hoà ả

- N ắm đư c cơ b n về nguồợ ả n phát đi u hoà ề

- Các tác động của đi u hoà.ề

- Các biện pháp đi u chỉề nh đi u hoà.ề

lọc đi u hoà.ề

thể nghiên c u tiếp theo ứ

3 ĐỐ I TƯ NG NGHIÊN C U Ợ Ứ

- Sóng hài và các tác động của sóng hài đến ch t lưấ ợng đi n năngệ

- Các biện pháp đ khắc phụ các tác động tiêu cực của sóng hài.ể c

4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

điện tử và ch n lưu t có t bù là các ngu n sóng hài ấ ừ ụ ồ

- Chọn và thiết kế ộ ọc thực tế để có thể ạn chế sóng hài b l h

Đề tài được xây dựng gồm có hai phần:

- Lý thuyết giúp ngư i đ c có những khái niêm cơ bờ ọ ản về ều hoà đi

thực tế đó là đèn hu nh quang Đưa ra m t cấu ỳ ộ trúc bộ ọ l c đ chể ứng

minh trực quan sinh đ ng tính lý thuyếộ t đã đư c đ c p ở phần lý ợ ề ậ

thuyết trên, đ tài cũng cho thấy khả năng áp dụng vào thự ế đểề c t có th ể

hạn chế các loại đi u hoà có cùng tính chấề t như ngu n phát đi u hoà là ồ ề

tải như trên

6 PHUƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Tóm ắ các lý thuyế t t t cơ b n.ả

- T ừ lý thuyết đó xây dựng mô hình thự ếc t , có s dử ụng máy tính để ỗ h

trợ để tính toán các tham s cho các mô hình thố ực tế

- T ừ các kết quả đo đạc từ thực tế để kiể m đ nh lý thuyết.ị

7 BỐ Ụ C C CỦA LUẬN VĂN

Luận v n ă được chia làm áu ươ s h ng

Chương 1: Giớ thiệ ổngi u t quan về ch t lấ ượng i n nđ ệ ăng, các đị nh nghĩ , cáca

kh niái ệm êli n quan đế đ ện i n năng

Chương 2: Phân loại các y u t ế ố ảnh hưởng đế chấ ượ i n n n t l ngđ ệ ăng

Chương 3: Các khái niệm v i u àề đ ề ho , về éo ạ m d ng sóng, nguồn phát i u đ ề

hoà trong hệ ố th ng điệ , sự ác độ c a sn t ng ủ óng điều hoà lên các thiế ị trong t b

h ệ thố g, v đáp ứng trở kháng ủn à c a h ệ thống đố ớ ừng đ ề ho i v i t i u à

Chương 4: Đánh giá m i u éo đ ề hoà êtr n hệ ố th ng, các phương pháp để ểm ki

soát i u à à cđ ề ho , v ác êti u chuẩ đ ề hon i u à trên thế giới

Chương 5: Giớ thiệu về đèn huỳnhi quang là t i ả phi tuyến át ra ph đ ềi u à có ho

chỉ ố s THD I r t cao khi d- ấ ùng ch ấ ưn l u đ ệ ửi n t và ấ ưch n l u đ ệ ừi n t có t bù ụ

công suất

Chương 6: L c sọ óng h ài cho tải át ra ph đ ềi u à là đèn huỳ ho nh quang

Phụ ụ l c I, II K t : ế quả th nghiệ í m, k t ế luậ , đánh á và n gi đưa ra hướng ớ cho m i

nghiên cứu ti p ế theo

CHƯƠNG 1 - T ỔNG QUAN

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Chất lư ng đi n năng là mộợ ệ t lĩnh v c nghiên cứự u r t r ng bao gồm các ấ ộ

phương pháp và các thiết bị ợđư c thi t kế ế tính toán sao cho duy trì được d ng ạ

sóng sin hoặc là gần hình sin c a nguủ ồn cung cấp tại đi n áp định mứệ c và t n ầ

s ố định mức của hệ thống đi n năng ệ

S ự phát tri n cể ủa khoa học công ngh trong thệ ời gian gần đây, đ c biệt ặ

là các tiến b trong viộ ệc ứng d ng các thiụ ết bị ệ đi n tử công suất đã mang l i ạ

Nhưng song song cùng với các ưu đi m đó thì các tiếể n b công ngh trên có ộ ệ

những tác đ ng không nhỏ đếộ n chất lư ng điện năng cợ ủa nguồn cung cấp, đòi

đi n năng ngày nay các chệ ỉ ố s ch t lư ng luông nằm trong giớ ạấ ợ i h n cho phép,

và đôi khi nhưng rất hi m là vượế t ra ngoài gi i h n này, đ tránh các tình ớ ạ ể

trạng nguy hi m xuể ất hiện do đi u kiệề n này gây ra thì đ ộtin cậy và đ an toàn ộ

của hệ thống cần thiết phải tuân theo các tiêu chuẩn nhấ ịt đ nh của đ đảm bảo ể

chất lư ng cho hợ ệ th ng đi n năng Mố ệ ột trong các vấn đ chính đang đưề ợc

đặc bi t quan tâm hi n nay là các tính ch t c a đi n áp trong lĩnh v c năng ệ ệ ấ ủ ệ ự

lượng đi n, và m t trong các tính chệ ộ ất đó là điều khi n và dể ự báo các điều hoà

xuất hiện trong hệ ố th ng

Vì chất lư ng đi n áp đã tr ợ ệ ở thành một đ c đi m quan trọng củặ ể a hàng

hoá tiêu dùng trên thị trường, nên ngư i ta liên tụờ c tập trung vào việc tìm

kiếm, mô tả ề v ch t lư ng đi n năng và trên hấ ợ ệ ết là dự đoán cách thức phản

ứng c a h th ng đi n năng V i vi c m r ng t i đi n t công su t, đ c bi t ủ ệ ố ệ ớ ệ ở ộ ả ệ ử ấ ặ ệ

là trong các m ng phân phạ ối đã mang l i sự ấạ b t cập cho hoạt động của hệ

các sự ố c nghiêm tr ng liên quan đ n chọ ế ất lượng công suất trước khi nó xảy

để giúp cho vi c ki m soát các nh hư ng trong m t gi i h n cho phép ệ ể ả ở ộ ớ ạ

Chất lư ng đi n năng đư c đưa ra địợ ệ ợ nh nghĩa vào đ u thập k 80 cầ ỉ ủa

thế ỉ k 20 và ngay l p t c nó trậ ứ ở thành một khái ni m gây tranh cãi trong hệ ệ

thống công nghiệp năng lư ng, cho đợ ến ngày nay thì còn r t nhiấ ều các bất

đồng v vi c s d ng khái ni m trên, v cách đ nh nghĩa nó và vi c áp d ng ề ệ ử ụ ệ ề ị ệ ụ

nó th nào cho chính xác Nguyên nhân chính là r t khó có thế ấ ể đị nh nghĩa m t ộ

đại lương v t lý kiậ ểu công, và vì thế ộ m t số khái ni m khác đã đư c sử ụệ ợ d ng

để thay th cho khái ni m này M t trong các khái ni m này là “ch t lư ng ế ệ ộ ệ ấ ợ

đi n áp”, nó đưệ ợc s d ng rất nhiềử ụ u trong các n bản tạấ i châu Âu và được

hiểu là chất lư ng cợ ủa sản ph m do nhà cung cẩ ấp đi n đưa ra cho ngưệ ời sử

d nụ g Định nghĩa ti p theo b sung cho khái niế ổ ệm trên là “chất lư ng dòng ợ

đi n”, nó đưệ ợc định nghĩa là sự sai l ch cệ ủa dòng điện th c t vự ế ới dòng điện

sin lý tưởng Vì v y trong khi ch t lượậ ấ ng đi n áp quan tâm đ n cái mà nhà ệ ế

cung cấp đi n đưa cho ngư i sử ụệ ờ d ng thì ch t lư ng dòng điấ ợ ện l i quan tâm ạ

đến cái mà ngư i s d ng nh n đư c thì h th ng cung cấp Một khái niệm ờ ử ụ ậ ợ ệ ố

tiếp theo là “chất lượng ngu n cung c p” (quality of supply) là m t khái niồ ấ ộ ệm

cực của ngư i sử ụng Một khái niệm sau là “chấờ d t lư ng tiêu thụ” (quality of ợ

thuật ngữ “ch t lượấ ng đi n năng ” đã đư c chính thệ ợ ức sử ụ d ng r t nhiấ ều nơi

Engineers ), một trong các tiêu chuẩn của U ỷ ban hợp tác các tiêu chu n ẩ

Chất lư ng đi n năng M c dù trong các tài liệu (tiêu chu n) cợ ệ ặ ẩ ủa IEC

(International Electronical Commission) U ỷ ban điện quốc tế, mộ ổt t ch c ứ

thiết lập các tiêu chuẩn về ệ đi n trên quốc tế, thuật ngữ “ch t lượấ ng đi n năng” ệ

tiêu chuẩn của IEC thuật ngữ “chất lư ng đi n năng ” m i đượ ệ ớ ợc sử ụ d ng lần

đầu tiên Và cũng c n nh n m nh r ng IEC ngày càng ch p nh n thu t ng ầ ấ ạ ằ ấ ậ ậ ữ

vấn đ địề nh nghĩa ch t lư ng đi n năng nhữấ ợ ệ ở ng năm g n đây, nói chung chất ầ

lượ ng đi n năng thườ ệ ng đư c s d ng đ bi u thịợ ử ụ ể ể ch t lượấ ng c a đi n áp ủ ệ

Cùng với việc tập trung đ nh nghĩa ch t lư ng đi n năng, ngư i ta cũng mô t ị ấ ợ ệ ờ ả

nó như là mộ ất v n đ tác đ ng đ n trước tiên ngư i tiêu dùng, kèm theo đề ộ ế ờ ịnh

nghĩa v n đ liên quan đấ ề ến ch t lưấ ợng đi n năng như sau: ệ Bất kì một vấn đề

công suất sử ụ d ng đ ều cho thấy s ự sai lệch tần số, dòng đi n, đi ệ ện áp gây nên

các hỏng hóc hay s ự hoạ ộ t đ ng sai cho các thiết bị ủ c a ngư i sử ụ ờ d ng thì đó

là vấ n đ c a chấ ề ủ t lư ng đi n năng Thêm vào đó, đối với các ợ ệ ứng dụng có

thể đị nh nghĩa ch t lượấ ng đi n năng theo đ tin cậy và bi u diệ ộ ể ễn nó dư i dạng ớ

thống kê, ví d h ốụ ệ th ng có đ tin cậộ y 99,98% V i các nhà s n xuất thi t bớ ả ế ị

có thể đị nh nghĩa ch t lượấ ng đi n năng là các tính chệ ấ ủt c a h thệ ống điện cho

phép các thiết bị ủ c a họ có th hoạ ộể t đ ng tương thích mà không có sự ố c gì

Tuy nhiên các tính ch t này cấ ó thể ấ r t khác nhau, đi u đó ph thuộc vào các ề ụ

tiêu chuẩn của mỗi nư c hoặớ c m i vùng đỗ ịa lý

Do các vấn đ liên quan đ n chấề ế t lư ng đi n năng nh hư ng rất lớn ợ ệ ả ở

đến các thi t b c a ngư i s d ng cũng như đ i v i h th ng đi n nên các cơ ế ị ủ ờ ử ụ ố ớ ệ ố ệ

quan tiêu chu n hoẩ á c a các quủ ốc gia cũng như quố ếc t đã b t đắ ầu đ nh nghĩa ị

và phân loại chất lượng đi n năng liên quan đếệ n các hi n tư ng trong hệ ệ ợ

thống năng lư ng Theo các đ nh nghĩa đư c đưa ra c a IEEE, khởợ ị ợ ủ i đ u từ ầ

nối nguồn và nố ấ i đ t cho các thiết bị nhạy cả m mà theo cách đó là phù h p ợ

cho vi c hoệ ạ ộ t đ ng của các thiết bị đó Vào năm 2000 IEC đã bắ ầt đ u có bước

khở ầi đ u về ấ v n đề ch t lưấ ợng đi n năng kệ ết quả là đưa ra được m t b n d ộ ả ự

thảo và đ ề ng vi c đ nh nghĩa ch t lượhị ệ ị ấ ng đi n năng theo cách sau: Chất ệ

lượ ng đi n năng là m t bộ ệ ộ các h s nh nghĩa các đ c tính củ ệ ố đị ặ a ngu n cung ồ

cấ p năng lư ng khi phân ph ợ ố i cho ngư i sử ụ ờ d ng tạ i các đi u kiệ ề n hoạ ộ t đ ng

bình thường, với mặ t ngu n cung c p ho t đ ng liên t ồ ấ ạ ộ ục và các tính chấ ủa t c

đi ện áp(sự đố ứ i x ng, tần số , biên đ ộ và d ng sóng) Tuy nhiên đ nh nghĩa này ạ ị

trong các điều kiện hoạ ộ t đ ng bình thường Do đó, người ta đã ch nh sửỉ a định

nghĩa thành: Các tính chất về điện tạ i m t đi m cho trư c trong một hệ thống ộ ể ớ

đi n, đư c đánh giá đ ệ ợ ố ậ i l p vớ i m t b các h th ng công nghệ ộ ộ ệ ố m u tham ẫ

chiếu (với một chú ý là: trong nhiề u trư ờng hợp các h ệ ố s này có thể liên

quan đ ến sự tương thích v ề ặ m t ệ đi n đư ợc cung cấp bở i lư i đi n và các t i ớ ệ ả

đư ợ c n i v i lư ố ớ ớ i đó) Tuy nhiên, trong phiên bản tại Đ c củứ a chính b n dả ự

thảo này (đư c xuất bảợ n vào 06/2003) ngư i ta g i là “spannungsqualität” ờ ọ

dịch một cách trực tiếp có nghĩa là ch t lư ng đi n áp Tóm lạ , thuật ngữ chất ấ ợ ệ i

lượng đi n năng v n còn là m t ch tranh cãi vì th vi c đưa ra đư c m t ệ ẫ ộ ủ đề ế ệ ợ ộ

định nghĩa cu i cùng là vấố n đ c a tương lai ề ủ

lượ ng đi n năng đượ ệ c s d ng theo các nghĩa hơi khác nhau, hay đ u gi ng ử ụ ề ố

nhau tại m t sộ ố quốc gia và một số tiêu chu n nhưng các thuật ngữ chấẩ t lư ng ợ

đi ện áp, chấ t lư ợ ng đi n năng ệ đều có m t đi m chung là chúng tính đến sự ộ ể

tương tác giữa các ng dụứ ng và ngườ ử ụi s d ng, tức là gi a h th ng năng ữ ệ ố

lượng và t i Đi u c n nh n m nh đây là các m i tương tác này ngày càng ả ề ầ ấ ạ ở ố

được tăng cường, đặc bi t là trong th i đ i công ngh thông tin và xã h i hoá ệ ờ ạ ệ ộ

thông tin, mang lại những cơ hội mới cho đ tin cậy và chấộ t lượng của hệ

thống cung cấp đi n Chất lượệ ng đi n năng liên quan trệ ực tiếp đ n đế ộ an toàn

và chức năng c a các cơ c u hạ ầủ ấ t ng cơ b n cả ủa mỗi quốc gia và trong mấy

năm gần đây v n đ chấ ảấ ề t c i thi n nâng cao ch t lư ng đi n năng ngày càng ệ ấ ợ ệ

chương trình ki u như Để ề xuất cho Sự phát tri n và Ứng dụng củể a Đ an toàn, ộ

Độ tin cậy, Ch t lư ng và S n có (Proposal for Development of Security, ấ ợ ẵ

Reliability, Quality and Availability SRQA ), hay Mô hình Tối ưu Các c u ấ

hình Hệ th ng Năng lưố ợng cho Nền kinh tế ố S (Modeling for Optimizing

khoản định nghĩa m c đ an toàn dành cho qu n lý chiứ ộ ả ến lư c và các thành ợ

phần then chố ểt đ ản lý các hệ ốqu th ng điện hiện đại phục vụ cho tiêu dùng số

trọng đi m tương t như h th ng năng lư ng theo quan đi m chính trị Vấn ể ự ệ ố ợ ể

đề an ninh s đư c k t h p v i đ n đ nh và ch t lư ng đi n, v i các h ẽ ợ ế ợ ớ ộ ổ ị ấ ợ ệ ớ ệ

với các tiêu chuẩn an toàn của các hệ thông năng lượng đi n Đ tho mãn t t ệ ể ả ấ

c ả các yêu cầu trên đồng thời làm giảm đi tính phứ ạc t p của các phương pháp

đánh giá thì các cấu trúc hạ ầ t ng then chốt ví d như các h thụ ệ ống năng lượng

điện phả ải đ m b o về ấả v n đề an ninh và vấn đề tin c y trong quá trình hoạt ậ

động

CHƯƠNG 2 - CÁC YẾU TỐ Ả NH HƯ Ở NG Đ N CH T LƯ NG ĐI N Ế Ấ Ợ Ệ

NĂNG

Trong hệ ố th ng điện có r t nhi u y u tấ ề ế ố ả nh hư ng đ n chấở ế t lư ng đi n ợ ệ

năng V n đấ ề ấ r t bình thư ng đờ ặt ra trong nghành công nghiệp năng lượng

điện th c t là vi c phân loạự ế ệ i các y u tố ảế nh hư ng đó theo các tính chở ất đi n ệ

học của đi n áp và đư c thử nghiệm trên các thiết bị tiêu dùng khác nhau Các ệ ợ

tính chất được thử nghi m vệ ề ặ m t đi n bao gồệ m: dạng sóng, các giá trị trung

bình, các cân bằng đi n áp pha củệ a dòng và áp Theo các các cố ắ g ng quốc tế

gần đây đ tiêu chuẩể n hoá các đ nh nghĩa thuậị t ng chấữ t lư ng điện năng thì ợ

các yếu tố ả nh hư ng đở ến chất lư ng đi n bao gồợ ệ m các yếu tố như sau:

Phân lo i ạ Ph t ổ ần điể n hình Thời gian điển

hình

Biên độ điệ n

áp điển hình 1.0 Các phi tuy n ế

1.1 Xung

1.1.1 Nano giây 5- ns tăng < 50 ns

1.1.2 Micro giây 1-µs tăng 50 ns-1ms

1.1.3 Mili giây 0.1- ms tăng >1ms

6.0 Dao động điện áp <25Hz Liên tiếp 0,1-7%

7.0 Bi ến đổi tầ n s ố công nghiệ p <10s

Chú ý: s=giây, ns nano giây, µs = micro giây, ms = mili giây, kHz = kilohertz, MHz =

megahertz,

2.1 PHI TUYẾN

Phi tuyến là các nhi u mà có thễ ời gian kéo dài lớn hơn ba chu kì

(50Hz-60ms) Các nhiễu này xuất phát từ ấ r t nhi u nguyên nhân: ví dề ụ đóng c t tụ ắ

đi n, phóng đi n trong đèn ballast, các nhiệ ệ ễu này có thể ợđư c x p vào các loại ế

nhỏ hơn 1ms, có tính chất thời gian lên giá trị đỉ nh và từ giá tr ị đỉnh xu ng rố ất

nhọn Các dao đ ng phi tuyến nói chung là có thời gian tồn tại là nhỏộ hơn m t ộ

chu kì dao động (tần s c a nguồn kích thích) và có tần số ố ủ dao đ ng thưộ ờng

trên 5kHz

Thuật ngữ phi tuy n đã đư c sử ụế ợ d ng trong phân tích các biến đổi hệ

thống đi n năng đ ch ra m t sự ệệ ể ỉ ộ ki n không theo mong muốn hoặc mang tính

chất tức thờ ủa tựi c nhiên Đối với nhà phân phối đi n năng, h s hiểệ ọ ẽ u phi

tuyến theo kiểu sét đánh vào đư ng dây, còn ngư i tiêu thụ ệờ ờ đi n thì hiểu đó là

khoảng lõm, l i, hay có th là các khoồ ể ảng ngắt

Phi tuyến có thể được phân lo i thành hai dạ ạng:

Xung phi tuyến:

Xung phi tuyến là một sự thay đ i đ t nhiên trong điổ ộ ều kiện làm

việc ổ địn nh của điện áp hoặc dòng điện hay cả hai mà s thay đổi này ự

không làm thay đổi giá tr c c tính cị ự ủa đi n áp hay dòng điệ ện (Khởi

đầu đi n áp hay dòng đi n có thể là âm hay dương) ệ ệ

Có nhiều nguyên nhân gây ra xung phi tuyến trong đó nguyên nhân

làm chúng thay đổ ấi r t nhanh, sự thay đổi là rất đáng kể khi ta quan sát

không thể truyền đi xa đư c ợ

Dao động phi tuy n: ế

Dao động phi tuy n là sựế thay đ i đ t nhiên trong các đi u ki n n ổ ộ ề ệ ổ

định c a đi n áp và dòng điủ ệ ện hoặc c hai mà s ả ự thay đổi này làm thay

đổi chi u c c tính c a đi n áp hay dòng đi n bao g m c hai giá tr âm ề ự ủ ệ ệ ồ ả ị

và dương

Hình 2.1

Dao dộng phi tuyến đư c nhận ra thông qua phân tích tần số, ợ

khoảng thời gian tồ ạn t i và biên đ Tuỳ ộ theo t n sầ ố dao động mà chúng

(5kHz≤fdđ<500kHz) và tần s cao (500kHzố ≤fdđ<5MHz)

Nguyên nhân:

Dao động phi tuy n t n s ế ầ ố cao: Thường là k t qu c a việc hệế ả ủ th ng ố

Dao động phi tuy n t n s ế ầ ố trung bình:

Do quá trình nạp đi nạp lại của tụ ệ đi n

2.2 CÁC BIẾ N Đ I ĐI N ÁP TRONG THỜ Ổ Ệ I GIAN NGẮN

Loại này bao gồm các lo i ng t thạ ắ ời gian ngắn và lõm đi n áp đư c xếp ệ ợ

trong tiêu chuẩn IEC Mỗi loại khác nhau có thể đư c xếp loạợ i vào trường hợp

phụ thu c vào khoảng thời gian tồn tại của chún ộ g

Các biến đ i đi n áp trong th i gian ngổ ệ ờ ắn là do các sự ố c trong h ệ

hay là do các tổn hao liên tục trong các kết nối trên đường dây đi n Các bi n ệ ế

đổi này ph thu c vào v trí phát sinh s c và ph thu c vào các đi u ki n ụ ộ ị ự ố ụ ộ ề ệ

của hệ thống đi n, các sự ố này có thể gây ra:ệ c

Lõm điện áp: Thuật ngữ lõm đi n áp đã đưệ ợc s d ng trong nhiềử ụ u năm để

mô tả độ suy gi m củả a đi n áp trong m t kho ng thệ ộ ả ời gian nào đấy Mặc dù

lõm đi n áp không đưệ ợc chính thức định nghĩa, nhưng các nhà phân phối đi n ệ

ngày càng sử ụ d ng nhi u thuề ật ngữ trên, các nhà s n xuả ất thi t bế ị điện và

ngư i tiêu dùng tương tờ ự cũng ch p nhận và sử ụấ d ng Lõm đi n áp đưệ ợc hi u ể

là mức suy giảm điện áp trong khoảng 10% đến 90% giá t trung bình cr ị ủa nó

trong kho ng thả ời gian từ ử n a chu kì (50Hz-10ms) đến m t phút ộ

Các lõm điện áp thư ng liên quan đ n s c h th ng đi n, nhưng cũng ờ ế ự ố ệ ố ệ

có thể là do vi c năng lưệ ợng hóa các t i l n hay do quá trình khở ộả ớ i đ ng động

cơ công suất lớn

Mặc dù có rất nhiều cố ắ g ng, nhưng các nhà tiêu chu n vẫn chưa đưa ra ẩ

ràng Kho ng thả ời gian tồ ạn t i lõm đi n áp đư c đ nh nghĩa trong m t vài ấn ệ ợ ị ộ

bản có giới hạ thay đổi từ hai mili giây (một phần n mư i chu kì ần số điện áp ờ -t

50Hz) cho đến một phút Các điện áp mà có khoảng th i gian t n tạờ ồ i nh hơn ỏ

10 ms (n a chu kì n sử -tầ ố ệ đi n áp 50Hz) rất khó đ có th xác để ể ịnh một cách

hiệu qu thông qua sả ự thay đổi giá trị đi n áp tương đệ ối của các giá trị điện áp

có tần số cơ b n Vì thếả các hi n tư ng này đư c xếp vào loại phi tuyến như ệ ợ ợ

đã xét trên Các dưở ới đi n áp mà có th i gian kéo dài trêm m t phút nói ệ ờ ộ

chung là có thể đư c điợ ều khi n bể ởi các thi t bế ị đi u chề ỉnh điện áp và nó

s c bự ố ắt nguồn từ ệ thố h ng đi n Chúng đư c xếp vào lớp biến thiên điện áp ệ ợ

thời gian dài

Hình2.3 bi u diể ễn lõm đi n áp đi n hình liên quan đến lỗi pha-ệ ể đất

Biến thiên đi n áp thời gian ngắệ n đư c chia thành ba loại khác nhau: ợ

tức thời 0,5≤t<30 chu k (600ms) , thoáng qua 30 chu kỳỳ ≤t< 3 s, t m thời ạ

3s≤t<1phút

Nguyên nhân củ a lõm đi ện áp:

vào việc đi u chỉề nh thời gian của các hệ thống b o v cách ly s c c n có ả ệ để ự ố ầ

thi t ế b cị ắt, nguyên nhân chủ ế y u gây lõm đi n áp là dòng đi n qua tổng trởệ ệ

của mạch tăng đ t ngộộ t, làm tăng đi n áp rơi trên lướệ i do đó đi n áp t i đi m ệ ạ ể

quan sát giảm đi Ví dụ ặ m c dù khi s c ngu n cung c p b c t nhưng v n ự ố ồ ấ ị ắ ẫ

còn đi n áp dư trên đ ng cơ không đệ ộ ồng b và đ ng b trong quá trình gi m ộ ồ ộ ả

tốc (từ 0,3 1s) hoặc giả- m đi n áp tồệ n dư trong t điện…ụ

máy hàn cũng dẫn đ n sựế suy gi m độả t ng t c a đi n áp ộ ủ ệ

- Do suy giảm đi n áp quá đệ ộ (∆T<T/2) khi đóng cắt tụ điện, đóng c t ắ

máy cắt, cháy c u chì, chuyầ ển mạch c a các bủ ộ biến đổi nhi u pha.ề

Điện áp l i: Đượồ c đ nh nghĩa là s tăng c a đi n áp trong kho ng 1,1 đ n 1,8 ị ự ủ ệ ả ế

lần giá trị định mức của đi n áp tại tần số công nghiệp (50Hz 60Hz) và tồn tại ệ

trạng sự ố ủ c c a hệ ốth ng đi n, nhưng chúng không phệ ổ biến như lõm điện áp

Một trong các nguyên nhân sinh ra đi n áp lồi là khi một pha bị ự ố chạm ệ s c

đất thì trên hai pha còn lại sẽ có s tăng điự ện áp tạm thời tạo ra điện áp lồi

Điện áp l i cũng có th đư c sinh ra do c t m t t i l n hay đang n p năng ồ ể ợ ắ ộ ả ớ ạ

lượng cho m t dãy t ộ ụ

Điện áp l i đư c nh n d ng b ng biên đ (giá tr trung bình) và kho ng ồ ợ ậ ạ ằ ộ ị ả

thời gian tồn tạ ủa nó Mi c ức đ ộnguy hiểm của điện áp lồi phụ thuộc vào vị trí

s cự ố, trở kháng hệ thống và vấn đề nố ấi đ t Đ i với hệ thống không nố ấố i đ t,

khi có ng n mắ ạch một pha, thì các pha còn lại đi n áp có ệ thể đạt giá trị ấp g

1,73 lần giá trị trung bình lúc chưa ngắn mạch Đ i vớố i các h thệ ống đi n đưệ ợc

nố ấi đ t, khi có ng n mắ ạch pha đất trên m t pha, tại các vịộ trí g n trạm biến áp ầ

thì điện áp tăng là r t ít thậấ m chí là không tăng do các tr m bi n áp đ tránh ạ ế ể

các điều hoà thư ng thi t k sơ đ u dây ờ ế ế ồ đấ ∆/Y Tuỳ theo vị trí c a sự ốủ c xuất

hiện trên đường dây hoặc vị trí c a điủ ểm xét mà cho ta các giá trị điện áp lồi

khác nhau

Ngắt: xuất hiện khi điện áp ngu n cung c p gi m xuồ ấ ả ống dưới 10% giá trị

định m c trong kho ng th i gian không vư t quá m t phútứ ả ờ ợ ộ

Hình2.4 Hình bi u diể ễn đi n áp l i gây ra b i l i ch m đ t m t pha ệ ồ ở ỗ ạ ấ ộ

2.3 BIẾ N THIÊN ĐI N ÁP TRONG THỜI GIAN DÀI Ệ

Chúng là các quá đi n áp, dưệ ới đi n áp, hay trạng thái duy trì ngắt ở ệ

điều kiện làm việ ổc n định Các ảnh hưởng này có khoảng thời gian tồn tại

trên m t phút.ộ

Dư i đi ớ ện áp

Dưới đi n áp là s suy giệ ự ảm điện áp bên dư i 90% đi n áp đ nh m c ớ ệ ị ứ

hiệu d ng rms và thụ ời gian tồ ại củn t a nó phải lớn hơn một phút Dư i đi n áp ớ ệ

đôi khi được g i là “Brownout” mặc dù thuậọ t ng ữnày không được định nghĩa

một cách rõ ràng Brownout thư ng được các nhà cung cấờ p đi n năng sệ ử dụng

khi họ ố c tình giảm điện áp hệ ố th ng xu ng cho phù h p v i nhu c u số ợ ớ ầ ử ụ d ng

điện cao đi m ho c m t lý do quan trọng khác ể ặ ộ

Các sự ố ả c n y sinh do dư i đi n áp có r t nhi u tớ ệ ấ ề ừ việc các thiết bị

không hoạ ột đ ng cho đến thiết bị ạ ộho t đ ng sai lệch hay là các sự ố c trong quá

trình khở ội đ ng của thiết bị Có thể trong hệ ố th ng đang ho t đ ng ở dướạ ộ i đi n ệ

áp nhưng chưa ch c đã phát hi n đưắ ệ ợc ngay, khi một thi t b m i đư c lế ị ớ ợ ắp đặt

làm cho cấu trúc của mạng đi n thay đ i, và tải tệ ổ ổ ợ h p mới sẽ làm suy giảm

điện áp xuống đ n điế ểm lúc đó các sự ố c dư i đi n áp đư c nh n th y m t ớ ệ ợ ậ ấ ộ

cách rõ ràng Bên c nh viạ ệc gây ra các hoạ ột đ ng sai lệch cho các thiết bị thì

dưới đi n áp liên tụệ c có th tác đ ng rấ ớể ộ t l n đến tu i th c a chúng, ví dụ ổ ọ ủ như

với các đ ng cơ, chúng sộ ẽ b ị quá nhiệt khi hoạ ột đ ng ở điện áp thấp

Nói chung dư i điớ ện áp là mộ ất v n đề thư ng xuyên xảy ra do rất nhiều ờ

các nguyên nhân khác nhau n m ngoài sằ ự ề đi u khi n cể ủa ngư i sử ụờ d ng Các

điều kiện lý tư ng mọở i ngư i cũng có thờ ể nhận th y các m c đ ệấ ứ ộ đi n áp lưới

tăng giảm khác nhau trong các kho ng th i gian khác nhau trong mả ờ ột ngày,

do nhu c u sầ ử ụ d ng đi n tăng lên t ệ ừ 8 giờ sáng và đ t đ n biên đ ạ ế ộ đỉnh trong

khoang 3 4 gi- ờ chi u ề

Các tính ch t c a trấ ủ ạm hệ thống phân phối cũng có th ể góp phần làm

cho điện áp duy trì ở m c th p mộứ ấ t cách thư ng xuyên Ví dụờ , người tiêu

dùng ở cu i đư ng dây có thểố ờ là các đ i tư ng chịu dư i đi n áp do điố ợ ớ ệ ện áp

rơi trên đường dây

Quá điện áp:

Điện áp đ t vào thi t bịặ ế có giá tr trung bình vượị t quá 110% giá tr quy ị

định trong kho ng th i gian l n hơn 1 phút thì đư c coi là quá đi n áp Có r t ả ờ ớ ợ ệ ấ

nhiều nguyên nhân gây ra quá đi n áp trong lưệ ới điện, nhưng có thể ệ li t kê ra

các dạng đi n hình nhất củể a quá điện áp do các sự ố c hay các yếu tố không

- S c ự ố cách điện: khi phát sinh sự ố cách điện pha đấ c - t trong lư i có ớ

trung tính cách ly hoặc nố ấi đ t qua t ng trổ ở, điện áp các pha không bị

s c ự ố có thể đạ ết đ n đi n áp dây gây quá đi n áp cho các thiết bị ạ áp.ệ ệ h

Cộng hư ng sắt từ: Đó là hiệở n tư ng c ng hư ng dao đ ng phi tuy n ợ ộ ở ộ ế

xảy ra trong mạch từ ồm tụ điệ g n và đi n cảm bão hoà Hiệệ n tư ng này ợ

làm xuất hiện các sóng hài đi n áp bậc cao vớệ i biên đ l n ộ ớ

Hình2.5 Đồ ị th minh ho d ng sóng củạ ạ a dư i đi n áp ớ ệ

- Đứt dây trung tính: Khi đứt dây trung tính các thiết bị ệ đi n ở các pha

tải nhỏ chịu quá đi n áp chịệ u quá đi n áp có thể ằệ b ng đi n áp dây.ệ

- S c b ự ố ộ điều chỉnh đi n áp củệ a máy phát đi n và đ u phân thế ủa ệ ầ c

máy biến áp

- Hiện tư ng quá bù áp: tụ bù công suất phảợ n kháng Q không đư c điợ ều

chỉnh thích h p làm cho Qợ C lớn hơn QL là cảm kháng của lư i Đi n áp ớ ệ

s ẽ tăng cao khi tải nhỏ

Ngắt duy trì:

hơn m t phút thì đưộ ợc g i là ng t duy trì Nói chung các ngọ ắ ắt điện áp kéo dài

quá một phút thì thư ng là kéo dài vĩnh vi n do đó thườ ễ ờng cần có sự tác đ ng ộ

trì phải đư c hi u là các hiợ ể ện tư ng của hệ thốợ ng đi n năng và chúng không ệ

h ề có sự liên hệ nào ới tình trạng mấ v t đi n củệ a lư i ớ

Hình2.6 Dạng sóng quá điện áp

Hình2.7 D ng sóng cạ ủa ngắt duy trì

2.4 MÉO DẠNG SÓNG

Méo dạng sóng đư c đ nh nghĩa là s sai lệch ổợ ị ự n đ nh so vị ới dạng sóng

lý tưởng c a t n s đi n năng, đư c tính chấủ ầ ố ệ ợ t hoá b ng cách phân tích ph t n ằ ổ ầ

s cố ủa sự sai lệch

Dòng m t chiộ ều: S ự xuất hiện của dòng đi n hay điệ ện áp một chiều trong

mạng đi n xoay chiệ ều đư c gợ ọi là khoảng m t chiộ ều Khoảng một chiều xuất

hiện do nhi u tễ ừ trư ng trái đất hoặc do tác độờ ng c a ch nh lưu n a chu kì ủ ỉ ử

Các thành phần dòng điện một chi u trong các mề ạng xoay chi u có thề ể có

đó làm cho lõi sắ ủt c a máy bi n áp có th b bão hoà ngay c ế ể ị ả trong các điều

kiện làm vi c bình ệ thường của nó Điều này là nguyên nhân chính dẫn đ n ế

việc phát nhiệt và làm tu i thổ ọ ủ c a máy bi n áp gi m xu ng Thành ph n mế ả ố ầ ột

chiều cũng làm tăng kh nănng ăn mòn đi n phân của các điện cực và các ả ệ

thiết bị ố n i khác đang n i đ ố ất

Các điều hoà (hay sóng hài): là các dòng đi n hay điệ ện áp có dạng hình sin

có tần số ằ b ng s nguyên lố ần tần số ủ c a ngu n cung cồ ấp (thường đư c g i là ợ ọ

được phân tích thành t ng c a sóng có t n sổ ủ ầ ố cơ bản và các điều hoà Các

điều hoà bắt nguồn từ các t i hay các thi t b có tính ch t phi tuy n trong hệ ả ế ị ấ ế

thống đi n ệ

Các mức đ méo củộ a đi u hoà có thề ể biểu di n qua cách phân tích phễ ổ

thông thường ngư i ta cũng sờ ử ụ d ng một tiêu chuẩn đơn giản nữa là THD

Các mức đ ộméo có thể đư c đánh giá thông qua h s THD như đã nói ợ ệ ố

Ví d , rụ ất nhi u bề ộ ề đi u khi n tể ốc đ s ộ ẽ phát ra THD r t cao khi nó hoấ ạ ột đ ng

ở ả t i nh , nhưng nó không đư c quan tâm nhi u lắm bởẹ ợ ề i vì biên đ c a các ộ ủ

điều hoà dòng là rất nhỏ, m c dù là đ méo tương đ i của nó rất cao ặ ộ ố

Để gi i quy t v n đ đánh giá m c đ các dòng đi n đi u hoà, trong ả ế ấ ề ứ ộ ệ ề

THD nhưng khác ở ch ỗ độ méo được bi u diễể n là t l phầỉ ệ n trăm của dòng

đ ệ ả ới n t i v i dòng nhu c u ch không ph i là ph n trăm c a biên đ dòng đi n ầ ứ ả ầ ủ ộ ệ

có tần số cơ b n ả

Nộ i đi u hoà: ề Các dòng điện hay đi n áp chứa các thành phần tần số không ệ

phải là số nguyên l n t n sầ ầ ố cơ bản (50-60Hz) được g i là các nọ ội đi u hoà ề

Chúng dường như là các tần số ờ r i rạc hay là các ph t n số ở ộổ ầ m r ng

Người ta có th tìm th y n i đi u hoà trong các m ng v i các l p đi n ể ấ ộ ề ạ ớ ớ ệ

áp khác nhau Nguyên nhân chính gây ra nội điều hoà trong hệ ố th ng đi n là ệ

các bộ ế bi n đ i tần sốổ tĩnh, các b biến đổi phản hồi, các độộ ng cơ c m ứng và ả

các thiết bị ồ h quang Đư ng dây đi n mang tín hiệờ ệ u cũng có th chứể a các nội

điều hoà

Hình2.8 Phân tích sóng điều hoà của dòng điện

Tuy nhiên các ảnh hư ng của nộở i đi u hoà cho hệề th ng đi n năng là ố ệ

không đáng kể ắ l m

công suất khi dòng đi n đệ ảo mạch từ pha này sang pha khác Khi notching

xuất hiện trong m ch, nó có thạ ể được nh n d ng thông qua phân tích phậ ạ ổ ầ t n

s cố ủa đi n áp chịệ u tác đ ng Tuy nhiên notching đư c coi là mộộ ợ t trư ng hợp ờ

đặc bi t, các thành ph n t n số ổ ợệ ầ ầ t h p nên notching r t cao, thư ng thì không ấ ờ

thể ễ d dàng xác đ nh đư c v i các thiị ợ ớ ết bị đo đ c dùng trong các phân tích ạ

sóng điều hoà

Hình minh hoạ sau lấy ra từ m t bộ biến đổộ i ba pha t o ra dòng mạ ột

chiều liên tục Các notching xuất hiện khi dòng đi n đ o chiều t pha này ệ ả ừ

giữa hai pha kéo điện áp xuống đ n gầế n điểm không

Nhiễu: được định nghĩa là các tín hi u điệ ện không mong muốn với ph t n rất ổ ầ

tín hiệu

Hình2.9

Các nhiễu trong các hệ ố th ng đi n năng có th ệ ể là do các thiết bị ệ đi n tử

công suất, các mạch điều khiển, các thiết bị ồ h quang, các t i có bả ộ ch nh lưu ỉ

bán dẫn và do đóng cắt nguồn Các vấn đ liên quan đề ến nhi u sễ ẽ ị b làm x u ấ

thêm nếu việc nố ấi đ t không thể ạ lo i trừ đư c các nhiễu ra khỏi hệ thống.Về ợ

cơ bản, nhi u chứa bấễ t kì méo không mong mu n c a tín hi u đi n mà không ố ủ ệ ệ

thiết bị ệ đi n tử ví dụ các máy tính, các b đi u khi n lộ ề ể ập trình đư c Nếợ u sử

dụng các bộ ọc, tách biệt máy biến áp, bộ điề l u hoà đư ng dây có thể làm ờ

giảm đư c các tác động x u c a nhiợ ấ ủ ễ u

2.5 DAO Đ NG ĐI Ộ ỆN ÁP

Dao động đi n áp: là các biếệ n đ i có hệổ th ng củố a điện áp hay là m t ộ

chuỗi thay đ i các đi n áp ngẫổ ệ u nhiên, nhưng biên đ c a các thay đổi điện ộ ủ

áp thay đ i này thư ng là không vưổ ờ ợt quá vùng giới hạn đã được xác đ nh ị

Các t i mà dả ẫn đến các biến đ i liên tụổ c hoặc nhanh chóng c a dòng ủ

điện tải có th gây nên các biể ến đổi điện áp thư ng đườ ợc hiểu là các rung điện

áp Thuật ngữ rung (flicker) đư c bắ ầợ t đ u từ việc tác động của dao đ ng đi n ộ ệ

Hình2.10

áp lên các đèn sợ ối đ t có th đư c cảể ợ m nh n b i m t ngư i Dao đ ng đi n áp ậ ở ắ ờ ộ ệ

là một hiện tư ng đi n từợ ệ trong khi đó rung là một k t quế ả không mong mu n ố

của dao đ ng đi n áp trong một số ải Tuy nhiên hai thuật ngữộ ệ t dao đ ngộ điện

áp và rung thư ng đườ ợc k t n i cùng nhau trong các tiêu chuẩn Vì thế thông ế ố

thường ngư i ta hay s d ng thu t ngữờ ử ụ ậ ph bi n chính rung đi n áp (voltage ổ ế ệ

flicker) để mô t các dao đả ộng điện áp

Các biến đ i tổ ần số đư c nh nghĩa là s ợ đị ự sai lệch t n sầ ố cơ bản hệ

thống đi n khỏi gía trị địệ nh mức của nó (thường là 50Hz-60Hz)

Tần số ủa hệ thố c ng đi n năng liên quan tr c tiếệ ự p đ n tốế c đ quay của ộ

máy phát điện cung cấp điện cho hệ ố th ng Tần số ẽ s có biến đổi nh n u có ỏ ế

s cự ân bằng đ ng giữộ a các thay đ i tảổ i và máy phát đi n Đệ ộ dịch tần số và

thời gian tồn tạ ủa nó phụ i c thuộc vào các tính chất của tải và sự ph n ứng của ả

h ệ thống đi u khiển máy phát điề ện đ i vớố i các s ựthay đổi tải

Biến đ i tần số mà vượt ra khổ ỏi gi i hớ ạn cho phép trong tình tr ng hoạ ạt

động n đ nh c a h th ng đi n có th là do các l i h th ng truy n t i đi n ổ ị ủ ệ ố ệ ể ỗ ệ ố ề ả ệ

năng quy mô cự ớc l n, m t vùng tảộ i đang không được k t n i, hay mộế ố t lư ng ợ

lớn nguồn phát đi n đang ệ ởtrạng thái đóng

Hình 2.11 D ng sóng cạ ủa dao đ ng đi n áp ộ ệ

2.7 MẤT CÂN BẰ NG ĐI N ÁP Ệ

bằng đi n áp đư c xác đ nh là tỉ ệ phầệ ợ ị l n trăm gi a đ ệch lớn nhất khỏi giá ữ ộ l

trị trung bình c a đi n ba pha chia cho giá trị trung bình củủ ệ a đi n áp ba pha đó ệ

% không cân bằng điện áp = Độ lệch lớn nhất so với giá trị trung binh

Các điện áp không đư c cân bằng sẽ ẫợ d n đ n một loạt các sự ốế c Đi n ể

đi n áp không đưệ ợc cân b ng sẽằ gây ra các ảnh hưởng tác đ ng xấộ u đến các

b ộ điều khiển tốc đ , việc loại bỏ tác hại này có thể ử ụng một bộ ọc một ộ s d l

bằng là do tải ba pha không đố ứi x ng

CHƯƠNG 3 ĐI- ỀU HOÀ

lượng đi n Nó đư c sinh ra do các nhà máy công nghi p sệ ợ ệ ử ụ d ng các bộ

điều ch nh t c đ ềỉ ố ộ để đi u chỉnh động cơ đi n, các thi t b s dệ ế ị ử ụng đóng cắt,

hay do các thiết bị ệ đi n có tính chất phi tuyến phi tuyến Méo điều hoà gây ra

rất nhiều vấn đ nghiêm tr ng tề ọ rong khi hệ ố th ng đang ho t đ ng nên điạ ộ ều cần

thiết là người kĩ sư hay người điều hành thiết bị phải hiểu đư c nh ng khái ợ ữ

điều hòa xuất hi n khi nào thì chúng trởệ thành vấn đề ớ l n p i quan tâm và hả

quan trọng nhất là biết cách đối phó khi có sự ố c

tải thì đi u hoà sẽ không trở thành vấề n đ có thể ảề nh hư ng đ n hệ thống mặc ở ế

dù là chúng có thể tác đ ng đ n các đưộ ế ờng dây điện thoại Các sự ố ệ ố c h th ng

định làm cho lư ng méo đ t nhiên tăng lên trên m c bình thư ng Các c ng ợ ộ ứ ờ ộ

hư ng thưở ờng xảy ra h th ng cung cấở ệ ố p đi n, nhưng các trưệ ờng hợp cộng

hư ng điở ều hoà nguy hiểm nh t l i thư ng ởấ ạ ờ các h th ng công nghiệp bởi vì ệ ố

tại đây c ng hư ng đ t tới mứộ ở ạ c đ ất lớn ộ r

Thực tế trong các h th ng đi n năng ngày nay, có r t ít các trư ng hợp ệ ố ệ ấ ờ

méo dạng sóng của dòng đi n và điệ ện áp là do ng u nhiên, h u hẫ ầ ết các méo

là tổng các sóng hình sin có t n sầ ố nguyên lần tần số cơ bản Các dạng sóng

này gần như là lặp lại từ chu kì này sang chu kì khác, chúng thay đổi thì thay

đổi ch m, đi u này d n đ n vi c s d ng thu t ng đi u hoà đ mô t vi c ậ ề ẫ ế ệ ử ụ ậ ữ ề ể ả ệ

méo theo chu kì của d ng sóng Khi các b bi n đ i công su t đi n t u tiên ạ ộ ế ổ ấ ệ ử đầ

các kĩ sư điện v kh năng h th ng đi n có thích h p v i méo điều hoà Cùng ề ả ệ ố ệ ợ ớ

thời gian đó cũng đã có r t nhiều các dựấ đoán v tương lai của hệ ống khi ề th

mà các thiết bị này đư c phép xuấợ t hiện Một vài nghiên cứu thì lại quá cư ng ờ

điệu cho rằng các thiế ịt b này s gây các s c nghiêm tr ng trong hệ ốẽ ự ố ọ th ng

v về ấn đ điều hoà mới mẻ ở thờ ạề i đ i họ đã đưa đến cho các nhà phân tích

ngày nay sự hiểu biết rộng hơn v t t c các m t c a ch t lư ng đi n năng ề ấ ả ặ ủ ấ ợ ệ

Méo điều hoà nguyên nhân là do các thiết bị ả t i phi tuyến trong hệ

thống đi n năng M t thi t bệ ộ ế ị phi tuy n là thiếế t bị mà s thay đự ổi của dòng

điện không tỉ ệ l thu n vớ ựậ i s thay đổi đi n áp cung cấp cho thiếệ t b ị đó Kết

méo, tăng điện áp lên chỉ ộ m t vài phần trăm cũng có thể ẫ d n đến dòng điện

đây chính là nguồn của h u h t các méo đi u hoà trong h th ng đi n ầ ế ề ệ ố ệ

Thực tế ngày nay s d ng nhi u các ph n t phi tuy n, ví dử ụ ề ầ ử ế ụ các thi t ế

b ị đóng cắt đi n tử công suất (tranzitor công su t, thyristor, diode) trong các ệ ấ

mạch chỉnh lưu, đi u chỉnh tốề c đ , trong các bộ biến tần, trọng cuộn dây lõi ộ

sắt hoạ ột đ ng dư i nguồn cung cấp từ lướớ i đi n Theo lý thuyết các phần tử ệ

phi tuyến có tính chấ ạo tần, trong trường hợt t p này các ph n tửầ phi tuy n ế

hoạ ột đ ng với nguồn điều hoà t n sầ ố lư i điện công nghi p fớ ệ CN nên ở ch ế độ

xác lập đáp ng thư ng chứứ ờ a các tần số ộ b i m.f (m=0,1,2,3…) và trong một

s ố trường hợp cả ố ước của f s

S tự ạo tần này có thể được giải thích như sau:

Các phần t phi tuy n hoử ế ạ ột đ ng dưới nguồn kích thích điều hoà có tần

s fố CN, kết quả là d ng sóng cạ ủa dòng điện trong mạch sẽ méo nhưng tu n ầ

cho phép một chuỗi hàm khai triển được thành chu i Fourier:ỗ

trên đoạn [-L,L]

=

π+

π+n

nxcosa(2

a

Trong đó:

1a

π

πω+ n

Hình 3.1 Tải phi tuyến

Hình 3.2 Tín hi u méo ệ

=

ω+

ω+ n

1

0 (a cos(n t) b sinn( t )2

aRút gọn lại bi u thể ức trên:

=

θ+ω

2 n

n

n n

b

a)(g

có thể ồ t n tại trong thự ếc t qua phép phân tích Furrier ta được các dạng sóng

tuần hoàn lý tư ng vở ới các tần s ố khác nhau, ở đây ta ch lỉ ấy việc phân tích

qua khi phân tích

Hình 3.3 Phân tích tín hiêu FFT Như vậy n u xu t hi n t i phi tuy n lư i đi n xoay chi u thì theo kế ấ ệ ả ế ớ ệ ề ết

quả phân tích Fourier nói trên d ng sóng cạ ủa đi n áp và dòng điệ ện là sẽ ổ t ng

hợp đư c các dạng sóng khác nhau với tần số là bội của tần số lướợ i đi n xoay ệ

chiều Ta nói chúng sinh ra các t n sầ ố ề đi u hoà cho hệ ố th ng đi n ệ

Thông thư ng, các điờ ều hoà bậc cao (trên 25) được b ỏ qua đố ới v i các

phân tích của hệ ố th ng M c dù chúng có thặ ể ả nh hư ng đở ến các thiết bị ệ đi n

t ử công suất thấp, nhưng nh ng tác đ ng củữ ộ a chúng đ n hệ thốế ng đi n năng là ệ

không đáng kể Đ i v i m t h thố ớ ộ ệ ống đi n năng đi n hình thì cũng rệ ể ất khó

khăn để thu th p các d li u mộậ ữ ệ t cách chính xác liên quan đến các t n số này ầ

Khi tần số ộ c ng hưởng của hệ ố th ng nằm trong các giới hạn này thì các công

hưởng này làm cho các dạng sóng đi n áp đi qua điệ ểm không nhi u l n trong ề ầ

nửa chu kì dẫn đ n các sai ệch trong các mạế l ch đo th i gian ờ

3.2 MÉO DÒNG ĐI N VÀ ĐI Ệ ỆN ÁP

Như đã đề ậ ở c p trên, khi có t i đi u hoà dòng đi n s không còn d ng ả ề ệ ẽ ạ

bơm các dòng điều hoà này vào trong hệ ố th ng truy n tề ải đi n Đ i v i hệ ố ớ ầu

hết các nhà phân tích thì họ thư ng xem các dòng điờ ều hoà sinh ra bởi các tải

phi tuyến này như là các nguồn dòng

áp điều hoà, hình v ở ẽtrên, méo đi n áp sinh ra do các dòng điệ ện bị méo ch y ả

qua các tải tuyến tính Các dòng điều hoà chảy qua tr kháng cở ủa hệ th ng ố

gây ra các đi n áp rơi đó, đi u này làm cho các đi n áp điệ ề ệ ều hoà xuất hi n tại ệ

các thanh dẫn tải Lư ng méo điợ ện áp này phụ thuộc vào trở kháng và dòng

điện méo Mặc dù đi u dòng điề ện hoà tải gây nên méo đi n áp, nhưng nó ệ

không điều khiển được các điện áp méo đó Nếu đ t t i tạặ ả i hai v trí khác nhau ị

trên hệ thống kết qu s ả ẽ cho hai giá trị điện áp méo khác nhau Thừa nhận

thực tế này là cơ sở để phân chia trách nhi m qu n lý đi u hoà đư c đ nh ệ ả ề ợ ị

nghĩa trong một số các tiêu chu n phổ biến trên thế giới: ẩ

+ Quản lý lư ng dòng đi u hoà bơm vào h th ng đượ ề ệ ố ợc th c hiự ện tại

các ứng d ng cụ ủa hộ ử ụ s d ng đi n ệ

Điện áp sin

Dòng tải méoHình 3.4 Điện áp đi u hoà gây ra b i ề ởcác dòng điều hoà ch y trong hả ệ ố th ng

+ Giả thi t là dòng đi u hoà t n tế ề ồ ại trong hệ thống là nằm trong giới

hạn cho phép ( nhỏ hơn 5%), thì các nhà phân phối đi n sẽ quảệ n lý đi n ệ

áp méo thông qua việc điều chỉnh các trở kháng c a hệ ốủ th ng

3.3 CÁC Đ Ạ I LƯ NG CỦA HỆ Ợ THỐ NG ĐI N NĂNG Ệ Ở ĐI ỀU KIỆN

KHÔNG SIN

Các đại lư ng truyợ ền thống như giá tr ị trung bình, công su t (phấ ản

kháng, tích cực, biểu ki n ), hế ệ s ố công suất cosϕ, các thứ ự pha đượ t c đ nh ị

nghĩa cho tần số cơ b n và ở ềả đi u kiện đi n áp và dòng điệ ện là sin hoàn toàn

Nếu đi u hoà tồn tại thì hệ thống không còn hoề ạ ột đ ng ở điều kiện sin nữa

CÔNG SUẤT TÍCH CỰC

Công suất biểu kiến ứng d ng cho cụ ả hai điều ki n hình sin và không ệ

sin Công suất biểu ki n có thế ể đư c viợ ết như sau:

S = Urms x IrmsTrong đó Urms : giá trị hiệu d ng cụ ủa đi n áp ệ

I

rms : giá trị hiệu dụng của dòng điện

Ở ề đi u ki n sin thì d ng sóng đi n áp và dòng đi n ch ch a thành ph n ệ ạ ệ ệ ỉ ứ ầ

tần số cơ bản, vì thế các giá trị trung bình có thể đư c biểợ u diễn đơn gi n ả

lần tần số sóng cơ bản và có biên đ khác nhau Giá trị trung bình của các ộ

phần riêng lẻ

Trong đó Uk và Ik_ là biên độ ự c c đ i củạ a đi u hoà bậc k.ề

Công su t tích cấ ực: Công suất tích cực P thư ng đư c ng ý là công suờ ợ ụ ất

thực, nó bi u di n công suể ễ ất h u ích tiêu thữ ụ ở b i tải đ thực hiệể n các công

việc thực ví dụ để ế bi n đổi dạng năng lư ng điợ ện thành các dạng năng lượng

khác Việc biến đ i năng lư ng điổ ợ ện thành ánh sáng và nhiệt của đèn s i đ t ợ ố

là một ví dụ ể đi n hình c a viủ ệc biến đ i năng lưổ ợng Công suất tích cực là tỉ ệ l

năng lư ng đượ ợ ảc t i tiêu th ụ và được biểu diễn dướ ại d ng W P cũng có thể

được tính toán bằng trung bình tích số ủ c a dòng đi n và đi n áp tức thời ệ ệ

∫

0

dt)t(i)t(uT

1PKhi có các điều hoà thì u(t), i(t) là xếp chồng của các thứ ự ề t đi u hoà

u(t) = u1sin(ωt+ϕ1) + u2sin(2 t+ω ϕ2) + u3sin(3 t+ω ϕ3) +…+

uksin(kωt+ϕk) + …

i(t) = i1sin( t+ω θ1) + i2sin(2 t+ω θ2) + i3sin(3 t+ω θ3) +…+iksin(k t+ω θk)

2 max k

2 3

2 2

2 1

max k

1 k

2 k

2

1)

U2

1(

2 3

2 2

2 1

max k

1 k

2 k

2

1)

I2

1(

Thay vào biểu thức tính P ở trên

dx))θtωpsin(

i(φtωksin(

u(T

=

uk là gía trị ự c c đ i củạ a đi n áp bậc kệ

ip là giá trị biên độ ự c c đ i củạ a dòng đi n bậc pệ

Xét trong m t chu kì, và thay giá trộ ị x = ωt, x∈ π π[- , ]

dx))θpxsin(

i(φkxsin(

u(π2

1

p p

π

p p

k k

k

kp ∫

−

++

+

−

−+

−

=

dx))θφ(x)pkcos((

2

1dx))θφ(x)pkcos((

2

1P

π π

π π

p k p

k

+++

−

−+

B

Nếu m # 0

0)βπmsin(

m

1)βπmsin(

m

1)

βmxsin(

.βcosdxβcosdx

)βmxcos(

π

0P

p k kp

Nếu k#p

T ừ biểu thức tính giá trị công suất P

dx))θpxsin(

i(φkxsin(

u(π2

=

)P.iu(π

iu2

UP

Trong đó Urmsk và Irmsk là giá trị hiệu dụng của đi n áp và dòng ệ

đi n điệ ều hoà bậc k

θk là góc lệch pha của đi n áp và dòng đi n đi u hoà ệ ệ ề

bậc k

kmax là bậc đi u hoà cao nhề ất xét đến trong quá trình phân tích

Phương trình tính công suất tích cực này đúng cho cả các đi u kiện sin ề

và không sin Đối với trư ng h p sin, P có thờ ợ ể được tính toán ở ạ d ng sau:

1 1

rms 1 rms 1 1 1

1 θ =U I θ =S θ2

IU

=

thức trên cho th y r ng công suấ ằ ất là m t hàm cộ ủa các đ i lượng t n sạ ầ ố cơ b n ả

Trong trường hợp không sin, sự tính toán của công suất tích cực còn phải bao

nói chung ở ứ m c thấp trên các hệ ố th ng (nhỏ hơn 5%) cho nên công th c trên ứ

có thể coi là giá tr x p xị ấ ỉ ủ c a công suất tích cực thực Nhưng s x p xỉ này ự ấ

không được s d ng khi tính toán công suử ụ ất biểu ki n và công suế ất phản

kháng b i vì hai thành ph n trên nói chung bở ầ ị tác động của méo