NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG ĐIỆN CHO LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ ÁP DỤNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT TÍNH TOÁN CHO LỘ 371 E28.2 HƯNG YÊN

NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG ĐIỆN CHO LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ ÁP DỤNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT TÍNH TOÁN CHO LỘ 371 E28.2 HƯNG YÊN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐÀO XUÂN TIẾN

NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG ĐIỆN CHO LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ ÁP DỤNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT TÍNH

TOÁN CHO LỘ 371 E28.2 HƯNG YÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: ĐIỆN

Mã số ngành:

Giáo viên hướng dẫn: TS Trần Quang Khánh

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, nền kinh tế nước ta có bước tăng trưởng một cách

ấn tượng, kéo theo đó là nhu cầu dùng điện tăng rất nhanh Thực tế trên đòi hỏichúng ta phải đẩy nhanh tốc độ xây dựng các loại nhà máy điện, đồng thời tập trungthiết lập một cấu trúc quản lý mới, tái cơ cấu công ty điện lực hiện nay đang thốnglĩnh ngành điện và từng bước xây dựng một thị trường điện cạnh tranh Sự đồngthời diễn ra trên đã tạo ra những thách thức đối với ngành điện Việt Nam Tăngtrưởng của nhu cầu điện ở Việt Nam hiện nay chủ yếu do gia tăng nhu cầu điện củangành công nghiệp và gia tăng sử dụng điện cho sinh hoạt của người dân

Ngoài việc cần sản xuất ra lượng điện năng đủ lớn, chúng ta biết rằng điệnnăng tuy là một loại sản phẩm nhưng nó có những đặc điểm khác biệt không giốngbất kỳ các loại sản phẩm nào Nó phụ thuộc đồng thời vào các quá trình sản xuất,truyền tải, phân phối và tiêu thụ Sở hữu những đặc tính khác biệt và trực tiếp thamgia vào các quá trình sản xuất các dạng sản phẩm khác nhau, nó được coi là mộtnhân tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng của các sản phẩm này Không nhữngvậy với sự ra đời và sử dụng rộng rãi của các thiết bị phụ tải nhạy cảm với chấtlượng điện như máy tính, các thiết bị đo lường, bảo vệ rơle, hệ thống thông tin liênlạc, chúng đòi hỏi phải được cung cấp điện với chất lượng cao Việc suy giảm chấtlượng điện làm cho thiết bị vận hành với hiệu suất thấp, tuổi thọ bị suy giảm, ảnhhưởng trực tiếp đến kinh tế không chỉ của mỗi cá nhân mà còn đối với toàn xã hộinhất là trong thời kỳ mà Việt Nam đã gia nhập WTO Do đó việc nâng cao chấtlượng điện đặc biệt là trong lưới điện phân phối mang một ý nghĩa chiến lược vàcần sự phối hợp nhận thức của toàn xã hội

Trước những yêu cầu đó ngoài việc mở rộng, phát triển nguồn điện thì vấn

đề nghiên cứu, đưa ra các giải pháp đảm bảo các thông số chất lượng điện là mộtvấn đề cấp bách hiện nay

Mục đích nghiên cứu:

Cơ sở lý thuyết về lưới phân phối, các vấn đề về chất lượng điện năng của

lưới phân phối Trong phạm vi luận văn này tác giả chủ yếu nghiên cứu về chấtlượng điện áp, các phương pháp đánh giá và biện pháp nâng cao chất lượng điện áp.

Áp dụng tính toán chất lượng điện áp bằng máy tính cho một lưới điện cụ thể

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu chung của đề tài tập trung chủ yếu ở lưới phân phối đó

là các lộ xuất tuyến đường dây trung áp của TBA 110 kV Trong điều kiện thời gian

có hạn luận văn chủ yếu nghiên cứu các vấn đề về chất lượng điện trong lưới trung

áp, các lưới điện phân phối hình tia hay lưới điện kín nhưng vận hành hở và áp dụngđánh giá thực tế cho lưới điện của một lộ xuất tuyến điển hình

Ý nghĩa thực tiễn của luận văn:

Vấn đề nâng cao chất lượng điện cho phép cải thiện chế độ làm việc kinh tếcủa các thiết bị điện, đồng thời cho phép tiết kiệm điện năng, một nhiệm vụ cấpbách mang tính toàn cầu nhất là trong điều kiện thị trường điện cạnh tranh Việc ápdụng khoa học công nghệ để nâng cao chất lượng điện như việc sử dụng các thiết bị

bù linh hoạt vào lưới phân phối được triểu khai ở nhiều nước trên thế giới đã mạnglại hiệu quả rất cao Tuy nhiên ở nước ta việc áp dụng các tiến bộ đó còn khá dè dặt

và chỉ mang tính manh mún ở một số địa phương và cơ sở sản xuất

Nội dung chính của luận văn:

Luận văn thực hiện với nội dung sau:

Lời mở đầu

Chương 1: Lưới phân phối và các vấn đề chung về chất lượng điện năng.Chương 2: Các chỉ tiêu cơ bản đánh giá chất lượng điện năng trong lướiphân phối

Chương 3: Các phương pháp đánh giá chất lượng điện

Chương 4: Các biện pháp nâng cao chất lượng điện

Chương 5: Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT tính toán chất lượng điện áp cholưới điện tỉnh Hưng Yên

Kết luận

CHƯƠNG 1 LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ CÁC VẤN ĐỀ CHUNG VỀ

CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG

1.1 Tổng quan về lưới phân phối

1.1.1 Khái niệm chung

Lưới phân phối là một bộ phận của hệ thống điện làm nhiệm vụ phân phốiđiện năng từ các trạm biến áp trung gian cho các phụ tải Lưới phân phối nói chunggồm 2 thành phần đó là lưới phân phối điện trung áp 6-35kV và lưới phân phối điện

hạ áp 380/220 V hay 220/110 V

Lưới phân phối có tầm quan trọng đặc biệt đối với hệ thống điện và mangnhiều đặc điểm đặc trưng:

1 Trực tiếp đảm bảo chất lượng điện cho các phụ tải

2 Giữ vai trò rất quan trọng trong đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụtải Có đến 98 % điện năng bị mất là do sự cố và ngừng điện kế hoạch lưới phânphối Mỗi sự cố trên lưới phân phối đều có ảnh hưởng rất lớn đến sinh hoạt củanhân dân và các hoạt động kinh tế, xã hội

3 Sử dụng tỷ lệ vốn rất lớn: khoảng 50 % vốn cho hệ thống điện (35 % chonguồn điện, 15 % cho lưới hệ thống và lưới truyền tải)

4 Tỷ lệ tổn thất điện năng rất lớn: khoảng (40  50) % tổn thất xảy ra trên lướiphân phối

5 Lưới phân phối trực tiếp cung cấp điện cho các thiết bị điện nên nó ảnhhưởng trực tiếp đến tuổi thọ, công suất và hiệu quả của các thiết bị điện

1.1.2 Cấu trúc lưới phân phối

Lưới phân phối gồm lưới phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp Lướiphân phối trung áp có cấp điện áp trung bình từ 6-35 kV, đưa điện năng từ các trạmtrung gian tới các trạm phân phối hạ áp Lưới phân phối hạ áp có cấp điện áp380/220 V hay 220/110 V cấp điện trực tiếp cho các hộ tiêu thụ điện

Nhiệm vụ của lưới phân phối là cấp điện cho phụ tải với chất lượng điện

năng trong giới hạn cho phép tức là đảm bảo để các phụ tải hoạt động đúng với cácthông số yêu cầu đề ra Về cấu trúc lưới phân phối thường là:

Lưới phân phối hình tia không phân đoạn, Hình 1.1, đặc điểm của nó là đơngiản, rẻ tiền nhưng độ tin cậy thấp, không đáp ứng được các nhu cầu của các phụ tảiquan trọng

Pmax1 Pmax2 Pmax3 Pmax4 Pmax5

Hình 1.1 - Lưới phân phối hình tia không phân đoạn

Lưới phân phối hình tia có phân đoạn, Hình 1.2, là lưới phân phối hình tiađược chia làm nhiều đoạn nhờ thiết bị phân đoạn là các dao cách ly, cầu dao phụ tải,hay máy cắt phân đoạn… các thiết bị này có thể thao tác tại chỗ hoặc điều khiển từ

xa Lưới này có độ tin cậy cao hay thấp phụ thuộc vào thiết bị phân đoạn và thiết bịđiều khiển chúng

MC

Pmax1 Pmax2 Pmax3 Pmax4 Pmax5

Hình 1.2 - Lưới phân phối hình tia có phân đoạn

Lưới điện kín vận hành hở, Hình 1.3, lưới này có cấu trúc mạch vòng kínhoặc 2 nguồn, có các thiết bị phân đoạn trong mạch vòng Bình thường lưới vậnhành hở, khi có sự cố hoặc sửa chữa đường dây người ta sử dụng các thiết bị đóngcắt để điều chỉnh hồ sơ cấp điện, lúc đó phân đoạn sửa chữa bị mất điện, các phânđoạn còn lại vẫn được cấp điện bình thường

P max10 P max9 P max8 P max7 P max6

Hình 1.3 - Lưới điện kín vận hành hở

Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở có độ tin cậy cao hơn các sơ đồ trước Vềmặt nguyên tắc lưới có thể vận hành kín song đòi hỏi thiết bị bảo vệ, điều khiểnphải đắt tiền và hoạt động chính xác Vận hành lưới hở đơn giản và rẻ hơn nhiều

1.2 Các vấn đề chung về chất lượng điện năng

Chất lượng điện được đảm bảo nếu thiết bị dùng điện được cung cấp điệnnăng với với tần số định mức của hệ thống điện và với điện áp định mức của thiết bị

đó Nhưng việc đảm bảo tuyệt đối ổn định hai thông số này trong suốt quá trình làmviệc của thiết bị là không thể thực hiện được do các nhiễu loạn thường xuyên xảy ratrong hệ thống, do sự phân phối không đều điện áp trong mạng điện và do chính quátrình làm việc của các thiết bị ở các điểm khác nhau là hoàn toàn ngẫu nhiên Chonên chất lượng điện năng không có giá trị tuyệt đối với các thông số và chúng đượccoi là đảm bảo nếu tần số và điện áp biến đổi trong phạm vi cho phép quanh mứcchuẩn đã quy định

Thực tế cho thấy chất lượng cung cấp điện bị ảnh hưởng đáng kể bởi chấtlượng điện áp cung cấp cho khách hàng, nó bị tác động bởi các thông số trên đườngdây khác nhau Có thể có các dạng như: sự biến đổi dài hạn của điện áp so với điện

áp định mức, điện áp thay đổi đột ngột, những xung dốc dao động hoặc điện áp bapha không cân bằng Hơn nữa tính không đồng đều như tần số thay đổi, sự khôngtuyến tính của hệ thống hoặc trở kháng phụ tải sẽ làm méo dạng sóng điện áp, cácxung nhọn do các thu lôi sinh ra cũng có thể được lan truyền trong hệ thống cung

cấp Các trường hợp này được mô tả trong Hình 1.4.

Hình 1.4 - Dạng sóng điện áp lý tưởng và các thay đổi thông số lưới điện.

a) Dạng sóng điện áp lý tưởng

b) Các dạng thay đổi của sóng điện áp

Các xung nhọn, xung tuần hoàn và nhiễu tần số cao có tính chất khu vực Nóđược sinh ra một số do quá trình phóng điện của các thu lôi, do tác động đóng cắtcủa các van điện tử công suất, do hồ quang của các điện cực vì vậy chỉ có lan truyềntrong phạm vi và thời điểm nhất định Cũng như vậy sự biến đổi tần số thường docác lò trung, cao tần sinh ra và mức độ lan truyền cũng không lớn Đối với hiệntượng điện áp thấp và điện áp cao thì có thể xảy ra ở mọi nơi và xuất hiện dài hạnnhư sự sụt giảm điện áp do sự khởi động của các động cơ cỡ lớn hay quá điện áp do

sự cố chạm đất…

Để ngăn ngừa các hiệu ứng có hại cho thiết bị của hệ thống cung cấp trongmột mức độ nhất định, luật và các quy định khác nhau tồn tại trong các vùng khácnhau để chắc rằng mức độ của điện áp cung cấp không được ra ngoài dung sai quyđịnh Các đặc tính của điện áp cung cấp được chỉ rõ trong các tiêu chuẩn chất lượngđiện áp, thường được mô tả bởi tần số, độ lớn, dạng sóng và tính đối xứng của điện

áp 3 pha Trên thế giới có sự dao động tương đối rộng trong việc chấp nhận cácdung sai có liên quan đến điện áp Các tiêu chuẩn luôn luôn được phát triển hợp lý

để đáp lại sự phát triển của kỹ thuật kinh tế và chính trị

Bởi vì một vài nhân tố ảnh hưởng đến điện áp cung cấp là ngẫu nhiên trongkhông gian và thời gian, nên một vài đặc trưng có thể được mô tả trong các tiêu

chuẩn với các tham số tĩnh để thay thế cho các giới hạn đặc biệt Một khía cạnhquan trọng trong việc áp dụng các tiêu chuẩn là để xem xét ở nơi nào và ở đâu trongmạng cung cấp, các đặc tính của điện áp là định mức Tiêu chuẩn Châu ÂuEN50160 chỉ rõ các đặc điểm của điện áp ở các đầu cuối cung cấp cho khách hàngdưới các điều kiện vận hành bình thường Các đầu cuối cung cấp được định nghĩa làđiểm kết nối của khách hàng nối vào hệ thống công cộng.

EN50160 chỉ ra rằng trong các thành viên của Eropean Communities - Cộngđồng Châu Âu, dải biến đổi giá trị hiệu dụng (RMS) của điện áp cung cấp trong 10phút (điện áp pha hoặc điện áp dây) là  10 % với 95 % thời gian trong tuần Với hệthống điện áp 3 pha 4 dây, là 230 V giữa pha và trung tính Nói đúng ra, điều này cónghĩa là mỗi tuần có hơn 8 giờ không có giới hạn cho giá trị của điện áp cung cấp.Cũng có một số ý kiến cho rằng dung sai điện áp  10 % là quá rộng

Tần số của hệ thống cung cấp phụ thuộc sự tương tác giữa các máy phát vàphụ tải, giữa dung lượng phát của các máy phát và nhu cầu của phụ tải Điều này cónghĩa là sẽ khó khăn hơn cho các hệ thống nhỏ, cô lập, để duy trì chính xác tần số sovới các hệ thống nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận Trong EropeanCommunities - Cộng đồng Châu Âu tần số danh định của điện áp cung cấp quy định

là 50 Hz Theo EN50160 giá trị trung bình của tần số cơ bản đo được trong thời gianhơn 10 s với hệ thống phân phối nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận là 50 Hz

 1 % trong suốt 95 % thời gian trong tuần và 50 Hz + 4 %/6 % trong 100 % thờigian trong tuần Hệ thống phân phối không nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận

có dải dung sai tần số là  2% Dung sai tần số của EN50160 cũng giống với quyđịnh hiện thời của các nước thành viên

Nghiên cứu về mức độ thay đổi điện áp ở khách hàng, một Công ty Điện lực

ở Anh đã ghi lại các giá trị điện áp cực đại và cực tiểu của một số khách hàng mỗigiờ 1 lần Từ các thông tin giá trị trung bình của điện áp cực đại và cực tiểu trênkhách hàng vẽ được đồ thị:

Hình 1.5 - Sự thay đổi của điện áp trên phụ tải trong ngày.

Từ đồ thị ta nhận thấy sự phụ thuộc của giá trị điện áp vào các thời điểmtrong ngày, hay nói cách khác là phụ thuộc vào quy luật hoạt động của phụ tải

Tại Việt Nam, chất lượng điện năng được quy định trong Luật Điện lực, Quyphạm trang bị điện và Tiêu chuẩn kỹ thuật điện như sau:

1 Về điện áp:

- Trong điều kiện vận hành bình thường, điện áp được phép dao động trongkhoảng  5 % so với điện áp danh định và được xác định tại phía thứ cấp của máybiến áp cấp điện cho bên mua hoăc tại vị trí khác do hai bên thỏa thuận trong hợpđồng khi bên mua đạt hệ số công suất cos  0,85 và thực hiện đúng biểu đồ phụtải đã thỏa thuận trong hợp đồng

- Trong trường hợp lưới điện chưa ổn định, điện áp được dao động từ +5

CHƯƠNG 2 CÁC CHỈ TIÊU CƠ BẢN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG

TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI

f - f

Δf (%) = 100f (%) = 100

Chất lượng điện đảm bảo khi độ lệch tần số nằm trong giới hạn cho phép:

∆fmin ≤ ∆f ≤ ∆fmax có nghĩa là tần số phải luôn nằm trong giới hạn: fmin ≤ f ≤ fmax

2.1.2 Độ dao động tần số:

Trong trường hợp tần số thay đổi nhanh với tốc độ lớn hơn 0,1%/s, sự biếnđổi đó gọi là dao động tần số Một trong những nguyên nhân gây ra dao động tần số

là sự thay đổi đột ngột các tham số của hệ thống điện như khi xảy ra ngắn mạch,quá trình đóng cắt tải…

2.1.3 Ảnh hưởng của sự thay đổi tần số:

Khi có sự thay đổi tần số có thể gây ra một số hậu quả xấu ảnh hưởng đến sựlàm việc của các thiết bị điện và hệ thống điện

a) Với thiết bị điện.

Các thiết bị được thiết kế và tối ưu ở tần số định mức, biến đổi tần số dẫnđến giảm năng suất làm việc của thiết bị

Làm giảm hiệu suất của thiết bị điện ví dụ như đối với động cơ vì khi tần sốthay đổi sẽ làm tốc độ quay thay đổi, ảnh hưởng đến năng suất làm việc của cácđộng cơ Khi tần số tăng lên, công suất tác dụng tăng và ngược lại

b) Đối với hệ thống điện

Biến đổi tần số ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của các thiết bị tự

dùng trong các nhà máy điện, có nghĩa là ảnh hưởng đến chính độ tin cậy cung cấpđiện Tần số giảm có thể dẫn đến ngừng một số bơm tuần hoàn trong nhà máy điện,tần số giảm nhiều có thể dẫn đến ngừng tổ máy

Thiết bị được tối ưu hoá ở tần số 50 Hz, đặc biệt là các thiết bị cuộn dây từhoá như máy biến áp

Làm thay đổi trào lưu công suất của hệ thống, tần số giảm thường dẫn đếntăng tiêu thụ công suất phản kháng, đồng nghĩa với thay đổi trào lưu công suất tácdụng và tăng tổn thất trên các đường dây truyền tải

Tần số nằm trong giới hạn nguy hiểm là từ (45  46) Hz, ở tần số này năng suấtcủa các thiết bị dung điện giảm, hệ thống mất ổn định, xuất hiện sự cộng hưởng làmcho các máy phát, động cơ bị rung mạnh và có thể bị phá hỏng

Ngoài ra sự biến đổi của tần số còn phá hoại sự phân bố công suất, kinh tếtrong hệ thống điện

Các ảnh hưởng của tần số trong hệ thống điện đến chất lượng điện ta thấy rất

rõ trong phân tích trên Tần số thay đổi là do có sự sai lệch về momen điện vàmomen cơ trên trục máy phát Do vậy những vấn đề về điều chỉnh sự cân bằngmomen này được thực hiện tại các nhà máy điện Trong phạm vi nghiên cứu về lướiđiện phân phối ta coi tần số là không đổi và đi sâu nghiên cứu các vấn đề về điện áp

do chúng là một đại lượng biến đổi ở mọi điểm trên lưới điện và ảnh hưởng đếnchất lượng điện năng

2.2 Điện áp nút phụ tải

2.2.1 Dao động điện áp

Dao động điện áp là sự biến thiên của điện áp xảy ra trong khoảng thời giantương đối ngắn Được tính theo công thức:

max min n

cosφ thấp và các phụ tải lớn làm việc đòi hỏi đột biến về tiêu thụ công suất tác dụng

và công suất phản kháng như: các lò điện hồ quang, các máy hàn, các máy cán thép

S - Tỷ lệ công suất phản kháng so với công suất định mức của MBA;

Q - Lượng phụ tải phản kháng thay đổi đột biến, MVAr;

SBA - Công suất định mức của máy biến áp cấp cho điểm tải, MVA

Như vậy, biên độ dao động điện áp sẽ phụ thuộc vào giá trị hệ số kQ Vớicùng một sự biến đổi phụ tải Q như nhau, nếu công suất máy biến áp lớn hơn thìmức độ dao động điện áp giảm, điều đó có nghĩa là máy biến áp có công suất cànglớn thì mức độ dao động điện áp càng giảm, chất lượng điện năng của hệ thống càngđược đảm bảo Tuy nhiên công suất của máy biến áp càng lớn thì dẫn tới nhiều yếu

tố bất lợi khác như tổn thất điện năng, dòng ngắn mạch cũng lớn hơn… Vì vậy việcgiảm biên độ dao động là bài toán rất phức tạp đòi hỏi chúng ta phải phân tích kỹlưỡng để làm dung hòa các yếu tố trên

Khi cần đánh giá sơ bộ dao động điện áp khi thiết kế cấp điện, ta có thể tínhtoán gần đúng như sau:

Q - Lượng công suất phản kháng biến đổi của phụ tải;

SB - Công suất của máy biến áp lò điện hồ quang;

SN - Công suất ngắn mạch tại điểm có phụ tải làm việc

Độ dao động điện áp được hạn chế trong miền cho phép, theo TCVN quyđịnh dao động điện áp trên cực các thiết bị chiếu sáng như sau:

N - là số dao động trong một giờ;

∆t - Thời gian trung bình giữa hai dao động (phút)

Nếu trong một giờ có một dao động thì biên độ được phép là 7 % Đối vớicác thiết bị có sự biến đổi đột ngột công suất trong vận hành chỉ cho phép ∆U đến1,5 % Còn đối với các phụ tải khác không được chuẩn hóa, nhưng nếu ∆U lớn hơn

15 % thì sẽ dẫn đến hoạt động sai của khởi động từ và các thiết bị điều khiển

2.2.2 Độ lệch điện áp

2.2.2.1 Độ lệch điện áp tại phụ tải

Là giá trị sai lệch giữa điện áp thực tế U trên cực của các thiết bị điện so vớiđiện áp định mức Un của mạng điện và được tính theo công thức:

n n

% điện áp danh định ở các pha không bị sự cố đến khi sự cố bị loại trừ … Ngoài rabên cung cấp và khách hàng cũng có thể thoả thuận trị số điện áp đấu nối, trị số này

có thể cao hơn hoặc thấp hơn các giá trị được ban hành.

2.2.2.2 Độ lệch điện áp trong lưới hạ áp

Lưới phân phối hạ áp cấp điện trực tiếp cho hầu hết các thiết bị điện Trong lướiphân phối hạ áp các thiết bị điện đều có thể được nối với nó cả về không gian và thờigian (tại bất kỳ vị trí nào, bất kỳ thời gian nào) Vì vậy trong toàn bộ lưới phân phối hạ

áp điện áp phải thỏa mãn tiêu chuẩn: - ≤ - ≤ +

Phối hợp các yêu cầu trên ta lập được các tiêu chuẩn sau, trong đó quy ước

số 1 chỉ chế độ max, số 2 chỉ chế độ min

A1 A2 B1 B2

Nếu sử dụng tiêu chuẩn (2.8.1) thì ta phải đo điện áp tại hai điểm A, B trong

cả chế độ phụ tải max và min

Giả thiết tổn thất điện áp trên lưới hạ áp được cho trước, ta chỉ đánh giá tổnthất điện áp trên lưới trung áp Vì vậy ta có thể quy đổi về đánh giá chất lượng điện

áp chỉ ở điểm B là điểm đầu của lưới phân phối hạ áp hay điện áp trên thanh cái 0,4

kV của trạm phân phối

Ta có:

A1 B1 H1 A2 B2 H2

UU

H2 B2

UU

Tiêu chuẩn này được áp dụng như sau:

Khi cho biết UH trên lưới hạ áp ở hai chế độ max và min, ta lập đồ thị đánhgiá chất lượng điện như Hình 2.2 Sau đó đo điện áp trên thanh cái trạm phân phốitrong chế độ max và min, tính được B1, B2 Đặt hai điểm này vào đồ thị rồi nốibằng một đường thẳng Nếu đường này nằm trọn trong miền chất lượng (đường 3)thì độ lệch điện áp trên lưới đạt yêu cầu, nếu nó có phần nằm ngoài miền chất lượng(đường 1, 2) thì độ lệch điện áp trên lưới không đạt yêu cầu và đòi hỏi chúng ta cần

có các biện pháp để điều chỉnh điện áp phù hợp đảm bảo cho độ lệch nằm trongmiền giới hạn

2.2.2.3 Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối

Phân tích lưới phân phối với cấu trúc như hình vẽ sau:

Hình 2.3 - Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối

Ở chế độ max, nhờ bộ điều áp dưới tải ở các trạm 110 kV nên điện áp đầunguồn đạt độ lệch E1 so với điện áp định mức Khi truyền tải trên đường dây trung

áp, điện áp sụt giảm một lượng là UTA làm điện áp thanh cái đầu vào máy biến ápphân phối giảm xuống (đường 1) nhưng tại máy biến áp phân phối có các đầu phân

áp cố định nên điện áp có thể tăng lên hoặc giảm, tuỳ theo vị trí đầu phân áp đếnđiện áp Ep1 Ở đầu ra của máy biến áp phân phối điện áp giảm xuống do tổn thấtđiện áp UB1 trong máy biến áp phân phối Đến điểm A ở cuối lưới phân phối hạ ápđiện áp giảm xuống thấp hơn nữa do tổn thất UH1 trên lưới hạ áp

Ở chế độ min cũng tương tự, ta có đường biểu diễn điện áp (đường 2) Nếuđường điện áp nằm trọn trong miền chất lượng điện áp (miền gạch chéo) thì chấtlượng điện áp đạt yêu cầu, ngược lại là không đạt, khi đó cần phải có các biện phápđiều chỉnh Áp dụng tiêu chuẩn (2.8.1) ta có thể đánh giá được chất lượng điện áptại các nút cung cấp điện cho phụ tải và có thể chọn được đầu phân áp thích hợp vớicấu trúc lưới phân phối và các thông số vận hành cho trước Song với tiêu chuẩnnày ta không so sánh được hiệu quả của các biện pháp điều chỉnh điện áp vàkhông thể lập mô hình tính toán để giải trên máy tính điện tử Để khắc phục tađưa ra tiêu chuẩn tổng quát sau:

Từ sơ đồ trên ta lập được biểu thức tính toán:

B1 1 TA1 P B1 B2 2 TA2 P B2 A1 B1 H1

Tiêu chuẩn này được vẽ trên Hình 2.5 với trục ngang là độ lệch điện áp B1,chất lượng điện áp được đảm bảo khi B1 nằm trong miền giữa - + U1+ và + - 

2.2.2.4 Ảnh hưởng của điện áp đến sự làm việc của phụ tải

Trong thực tế ta thấy khi làm việc với các thiết bị điện sử dụng chất lượng

điện kém và điện áp thường xuyên dao động nó sẽ gây ra những tác động không tốtđến sức khỏe người lao động, giảm hiệu suất làm việc và tuổi thọ của thiết bị điện.

Ta có thể nhận thấy sự ảnh hưởng này đối với các thiết bị cụ thể như sau:

1 Đối với động cơ:

Mô men của động cơ không đồng bộ tỷ lệ với bình phương điện áp U đặt vàođộng cơ Đối với động cơ đồng bộ khi điện áp thay đổi làm cho momen quay thayđổi, khả năng phát công suất phản kháng của máy phát và máy bù đồng bộ giảm đikhi điện áp giảm quá 5% so với định mức Vì vậy bất kỳ sự thay đổi điện áp nàocũng tác động không tốt đến sự làm việc của các động cơ

2 Đối với thiết bị chiếu sáng

Các thiết bị chiếu sáng rất nhạy cảm với điện áp, khi điện áp giảm 2,5 % thìquang thông của đèn dây tóc giảm 9 % Đối với đèn huỳnh quang khi điện áp tăng

10 % thì tuổi thọ của nó giảm (2025) %, với các đèn có khí, khi điện áp giảmxuống quá 20% định mức thì nó sẽ tắt và nếu duy trì độ tăng điện áp kéo dài thì cóthể cháy bóng đèn Đối với các đèn hình khi điện áp nhỏ hơn 95 % điện áp địnhmức thì chất lượng hình ảnh bị méo Các đài phát hoặc thu vô tuyến, các thiết bịliên lạc bưu điện, các thiết bị tự động hóa rất nhạy cảm với sự thay đổi của điện áp.Như khi xảy ra dao động điện áp nó sẽ gây ra dao động ánh sáng, làm hại mắt ngườilao động, gây nhiễu máy thu thanh, máy thu hình và thiết bị điện tử Chính vì thế độlệch điện áp cho phép đối với các thiết bị chiếu sáng và thiết bị điện tử được quyđịnh nhỏ hơn so với các thiết bị điện khác

Hình 2.6 - Đặc tính của đèn sợi đốt.

2 Các dụng cụ đốt nóng, các bếp điện trở

Công suất tiêu thụ trong các phụ tải loại này tỷ lệ với bình phương điện ápđặt vào Khi điện áp giảm hiệu quả đốt nóng của các phần tử giảm rõ rệt Đối vớicác lò điện sự biến đổi điện áp ảnh hưởng nhiều đến đặc tính kinh tế kỹ thuật củacác lò điện.

3 Đối với nút phụ tải tổng hợp

Khi thay đổi điện áp ở nút phụ tải tổng hợp bao gồm các phụ tải thành phầnthì công suất tác dụng và phản kháng do nó sử dụng cũng biến đổi theo đường đặctính tĩnh của phụ tải

0

P, Q

U

Q P

U n

U gh

Hình 2.7 - Sự phụ thuộc của P, Q vào điện áp.

Ta thấy công suất tác dụng ít chịu ảnh hưởng của điện áp so với công suấtphản kháng Khi điện áp giảm thì công suất tác dụng và công suất phản kháng đềugiảm, đến một giá trị điện áp Ugh nào đó, nếu điện áp tiếp tục giảm công suất phảnkháng tiêu thụ tăng lên, hậu quả là điện áp lại càng giảm và phụ tải ngừng làmviệc, hiện tượng này gọi là hiện tượng thác điện áp, có thể xảy ra với một nútphụ tải hay toàn hệ thống điện khi điện áp giảm xuống (70 80) % so với điện ápđịnh mức ở nút phụ tải Đây là một sự cố vô cùng nguy hiểm cần phải có biện phápngăn chặn kịp thời

4 Đối với hệ thống điện

Sự biến đổi điện áp ảnh hưởng đến các đặc tính kỹ thuật của bản thân hệthống điện Điện áp giảm sẽ làm giảm công suất phản kháng do máy phát điện vàcác thiết bị bù sinh ra Đối với máy biến áp, khi điện áp tăng, làm tăng tổn thấtkhông tải, tăng độ cảm ứng từ trong lõi thép gây phát nóng cục bộ Khi điện áp tăngquá cao có thể chọc thủng cách điện

2.2.3 Độ không đối xứng

2.2.3.1 Nguyên nhân

Trong mạng điện ba pha, ngoài các thiết bị điện ba pha còn có rất nhiềucác thiết bị điện 1 pha Mặc dù nguồn điện là 3 pha, phụ tải 3 pha đối xứng đốixứng và các phụ tải 1 pha được phân phối đều trên các pha khi thiết kế và lắpđặt… Tuy nhiên các phụ tải 1 pha này lại luôn biến đổi và hoàn toàn mang tínhngẫu nhiên Vì vậy, trong quá trình vận hành chắc chắn không thể tránh đượctình trạng làm việc không đối xứng

Sự xuất hiện không đối xứng trong hệ thống điện do nhiều nguyên nhân khácnhau như:

- Do phụ tải: phụ tải một pha là phụ tải không đối xứng điển hình nhất như lòđiện, máy hàn, các thiết bị chiếu sáng và các phụ tải sinh hoạt… Các lò hồ quang bapha nói chung là phụ tải ba pha không đối xứng vì hồ quang trong ba pha thườngkhông đồng đều Sự phân chia phụ tải một pha không đồng đều cho các pha cũng lànguyên nhân gây mất đối xứng

- Do bản thân các phần tử ba pha được hoàn thành không đối xứng hoàn toànnhư đường dây tải điện ba pha đặt đồng phẳng hay trên đỉnh của các tam giác đều

mà không hoán vị

- Do áp dụng một số trường hợp đặc biệt như các đường dây “2 pha - đất”,

“pha - đường ray” chế độ không toàn pha, tức là chế độ đường dây 3 pha chỉ truyềntải điện trên 1 hoặc 2 pha

- Do sự cố ngắn mạch không đối xứng, đứt dây… Trong các tình trạnglàm việc này hiện tượng điện áp và dòng điện trên các pha có trị số khác nhau

và góc giữa 2 vectơ cạnh nhau khác 120° Lúc này trong lưới điện ngoài thànhphần thứ tự thuận còn xuất hiện các thành phần thứ tự nghịch và thứ tự khôngcủa điện áp, dòng điện gây ảnh hưởng đến sự làm việc của thiết bị điện ba pha

Sự không đối xứng còn gây ra nhiều vấn đề ảnh hưởng lớn đến hệ thống điện

và các phụ tải, do đó để đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp thì khôngnhững các nhà thiết kế mà cả các kỹ sư vận hành lưới điện và người sử dụng

cũng phải cần dành sự quan tâm đặc biệt cho vấn đề này.

Như vậy ta có thể thấy độ không đối xứng của lưới điện xuất hiện khi cóthành phần thứ thự nghịch trong nó Đặc biệt là sự xuất hiện của điện áp thứ thựnghịch Độ không đối xứng được ký hiệu là K2 và tính như sau:

2

2 2

U +a U +a UU

Với U2 - Điện áp thứ tự nghịch ở tần số cơ bản;

K2 ≤ 1 % thì được xem là đối xứng

2.2.3.2 Ảnh hưởng của không đối xứng lưới điện

Trong khi lưới điện bị mất đối xứng sẽ xuất hiện dòng thứ tự nghịch và thứ

tự không Do điện trở thứ tự nghịch nhỏ hơn điện trở thứ tự thuận từ (57) lần.Nên với một giá trị nhỏ của điện áp U2 cũng có thể làm cho dòng điện thứ tự nghịchlớn gây lên đốt nóng thiết bị điện, đồng thời nó gây lên tổn thất thứ tự nghịch và thứ

tự không

1 Đối với máy phát đồng bộ

Hiện nay đại bộ phận các máy phát điện đồng bộ thường làm việc trong lướitrung tính cách ly, do đó trong chế độ không đối xứng không tồn tại thành phầndòng thứ tự không mà qua chúng chỉ có thành phần thứ tự thuận và nghịch

Hệ dòng thứ tự thuận sinh ra từ trường quay đồng bộ với rôto nên không quétqua rôto và các tác dụng của nó giống như lúc máy phát có phụ tải đối xứng bìnhthường (trong rôto không có dòng cảm ứng xoay chiều mà chỉ có dòng kích thích mộtchiều) Hệ dòng thứ tự nghịch sinh từ trường quay ngược chiều rôto với vận tốc đồng

bộ do đó nó quét qua rôto với vận tốc bằng hai lần vận tốc đồng bộ và do đó trongmạch rôto sẽ có dòng cảm ứng tần số 100 Hz Dòng này gây nên tác dụng nhiệt và cơđối với máy phát điện đồng bộ

Tác dụng nhiệt là do từ trường quay ngược cắt các mạch vòng khép kín củaphần quay và tĩnh của máy phát và nó sinh dòng cảm ứng cùng tồn tại thất phụ Đốivới các máy phát nhiệt điện (tuabin máy phát) rôto của chúng là cả một khối thép

lớn, do đó dòng cảm ứng với tần số 100 Hz trong rôto cũng rất lớn Ngoài ra vì tần

số của dòng trong rôto tương đối cao do đó hiệu ứng mặt ngoài mạnh, dòng rôtokhép mạch qua các chêm và đai Vì vậy các tác dụng nhiệt của dòng cảm ứng tần số

100 Hz đối với rôto máy phát nhiệt điện rất nguy hiểm Đối với máy thuỷ điện, vìrôto cục lồi lên dòng cảm ứng tần số 100 Hz nhỏ hơn nhiều so với máy phát nhiệtđiện và chế độ không đối xứng, tác dụng nhiệt không nguy hiểm như đối với máyphát nhiệt điện

Trong chế độ không đối xứng mômen của máy phát gồm hai thành phần:không đổi dấu và đập mạch Tác dụng của từ trường nghịch với cuộn kích thích sẽsinh ra mômen đổi dấu đập mạch với tần số 100, 200, 300 Hz,… Tuy nhiên trongthực tế chỉ cần xét đến mômen đập mạch với tần số 100 Hz vì biên độ mômen tần sốcàng cao càng nhỏ, thí dụ biên độ của mômen đập mạch với tần số 200 Hz chỉ bằng

10 % biên độ của mômen đập mạch với tần số 100 Hz

Để xác định mômen đập mạch sinh ra trong chế độ không đối xứng cần phảixét máy phát cùng với mạch ngoài vì điện kháng thứ tự nghịch của máy phát khôngchỉ phụ thuộc vào tham số của bản thân máy phát mà còn phụ thuộc vào cả mạchđiện không đối xứng bên ngoài Tác dụng mômen đổi dấu đối với máy phát điện

là gây ứng suất phụ và rung

2 Đối với động cơ không đồng bộ

Cuộn dây ba pha phần tĩnh của động cơ không đồng bộ được đấu tam giác hoặc sao không dây trung tính, do đó trong chế độ không đối xứng phần tĩnh của nó chỉ tồn tại các thành phần dòng thứ tự thuận và thứ tự nghịch

Tác dụng từ trường quay của hệ dòng thứ tự thuận đối với rôto là sinh mômen không đồng bộ như trong chế độ đối xứng bình thường và khi đó dòng rôto

có tần số f1s ( s ở đây là độ trượt giữa vận tốc quay của rôto và vận tốc đồng bộ, f1

tần số dòng phần tĩnh)

Từ trường quay của dòng thứ tự nghịch quay ngược chiều với rôto nên sinh dòng cảm ứng trong rôto với tần số (2 - s).f1 Điện trở tác dụng tương đối định mức của rôto động cơ không đồng bộ rất nhỏ (R2 = 0,02 ÷ 0,03), điện

kháng tản từ của rôto cũng chỉ vào khoảng 0,1 Trong khi đó điện kháng từ hoá của nó lại rất lớn (Xm = 3 ÷ 4) Do đó điện kháng thứ tự nghịch của động

cơ không đồng bộ rất nhỏ và có thể coi như bằng điện kháng ngắn mạch của nó X2 =

XN = (0,1 ÷ 0,3) tức là rất nhỏ so với điện kháng thứ tự thuận Như vậy ngay cả khiđiện áp thứ tự nghịch đặt vào rất nhỏ thì trong động cơ không đồng bộ cũng códòng thứ tự nghịch rất lớn

Trong chế độ không đối xứng đứt một pha phần tĩnh động cơ thì dòng haipha còn lại tăng gấp 3 lần dòng thứ tự thuận và nếu coi dòng này bằng định mức thìtổn thất công suất trong phần tĩnh hai pha còn lại tăng ba lần, tổn thất trong rôto tănghai lần Vì vậy trong chế độ không đối xứng động cơ không đồng bộ phát nóng rấtmạnh Mô men cực đại của động cơ không đồng bộ trong chế độ không đối xứng cóthể giảm xuống đến hai lần

3 Đối với đường dây các phần tử tĩnh khác

Có thể thấy rằng trong chế độ không đối xứng tổn thất trên đường dây và cácphần tử tĩnh khác tăng lên Ví dụ trong chế độ đối xứng tổn thất ba pha đường dây

có dòng điện I và điện trở R là 3I2R Còn trong chế độ không đối xứng, nếu dòngtrong pha này giảm đi I, dòng trong pha kia tăng lên I, còn dòng trong pha thứ bavẫn là I thì tổn thất trên đường dây khi đó là: R[(I+I)2+(I - I)2+I2] = R(3I2+2I2)

Hình 2.8 - Sự phụ thuộc của tổn thất điện năng vào các hệ số KĐX.

Chế độ không đối xứng có thể dẫn đến quá tải các tụ điện bù, tụ lọc của thiết

bị chỉnh lưu và phản chỉnh lưu, làm phức tạp cho bảo vệ rơle Vì điện áp khi đó cóthể lớn hơn hoặc nhỏ hơn điện áp định mức nên công suất phát của tụ QC của tụ cóthể tăng hoặc giảm, do đó có thể thay đổi sự đốt nóng của các pha khác nhau

2.2.4 Độ không sin

Điện áp và dòng điện ba pha thay đổi theo chu kỳ hình sin với tần số cơ bản

50 Hz Nhưng trong thực tế ta không bao giờ nhận được đường cong hình sin trọnvẹn vì hầu hết các phần tử của hệ thống điện có đặc tính Vôn-Ampe là phi tuyến.Điều đó dẫn đến sự xuất hiện của các tần số khác nhau làm cho điện áp và dòngđiện không sin đó là các sóng hài Vậy sóng hài là gì?

2.2.4.1 Sóng hài

Ta biết rằng theo lý thuyết các nguồn tác động (là những tín hiệu được đưađến mạch) tồn tại trên lưới điện là các hàm điều hòa Thực tế các nguồn tác độngnày trong hệ thống điện không phải lúc nào cũng là hàm điều hòa, mà nó có thể cóhình dạng bất kỳ, bao gồm nhiều thành phần tần số trong đó có các thành phần tần

số nào đó (họa tần) khác với thành phần tần số cơ bản mà ta mong muốn sẽ ảnhhưởng nhất định cho sự hoạt động của mạch và các phần tử trong hệ thống điện Khi

đó các đáp ứng trong mạch cũng sẽ là các quá trình nhiều tần số

Hình 2.9 - Các bậc sóng hài

2.2.4.2 Các nguồn tạo sóng hài

Trong những năm gần đây, các thiết bị điện tử (như bộ điều chỉnh tốc độđộng cơ, các bộ chỉnh lưu điều khiển, máy vi tính, ) đã gây ra nhiều vấn đề liênquan đến sóng họa tần trong hệ thống điện Đối với hệ thống truyền tải điện thìảnh hưởng chủ yếu do cảm kháng từ hóa phi tuyến của máy biến áp, thiết bị hồquang như: các lò điện hồ quang, các máy hàn, các cuộn kháng điện trong cácthiết bị hoạt động dựa trên cơ sở cảm ứng điện từ Đối với điều kiện vận hànhkhông cân bằng giữa các pha như điện áp hệ thống không cân bằng, tổng trở hệthống hay tải không cân bằng mỗi thành phần sóng hài có thể xảy ra trong bathành phần (thuận, nghịch, không) Ngoài ra các tụ bù trong lưới điện thường kếthợp với cảm kháng lưới tạo ra mạch cộng hưởng làm khuếch đại các dòng hài cótần số lân cận tần số cộng hưởng tồn tại trong lưới Sau đây chúng ta nghiên cứumột vài nguồn gây ra họa tần trong mạng điện

1 Tải phi tuyến

Do ở tải phi tuyến tổng trở của nó thay đổi, dòng mà nó hấp thu sẽ khôngsin mặc dù điện áp đặt vào có tính sin và từ đó có thể tạo nên nguồn dòng họatần bơm vào hệ thống Các tải phi tuyến thường gặp như:

- Các quá trình chỉnh lưu điện áp

- Thiết bị văn phòng và dân dụng như: UPS, máy tính, máy photocopy,

TV, đèn huỳnh quang

- Bộ điều chỉnh tốc độ động cơ

- Thiết bị thuộc lĩnh vực điện công nghệ: máy hàn, lò hồ quang

2 Bão hòa mạch từ máy biến áp

Khi từ hóa lõi thép máy biến áp, do mạch từ bão hòa sẽ làm xuất hiệnnhững hiện tượng mà trong một số trường hợp ảnh hưởng đến trạng thái làm việccủa máy biến áp Ở đây xét những ảnh hưởng đáng kể đó khi máy biến áp làmviệc không tải

Ta biết rằng khi đặt vào dây quấn sơ cấp điện áp hình sin thì sẽ sinh radòng điện không tải io chạy trong nó, dòng điện không tải io này sinh ra từ thôngchạy trong lõi thép Ở đây nếu không kể đến tổn hao trong lõi thép thì dòng điệnkhông tải io thuần túy là dòng điện phản kháng dùng để từ hóa lõi thép

Khi đó quan hệ f(io) cũng chính là quan hệ từ hóa B = F(H) Trên cơ sở lýthuyết mạch, do hiện tượng bão hòa của lõi thép, nếu là hình sin thì io không hìnhsin và có dạng nhọn đầu và trùng pha, nghĩa là dòng điện io ngoài thành phầnsóng cơ bản còn có các thành phần sóng hài bậc cao 3, 5, 7…Trong đó đáng chú

ý là thành phần hài bậc 3 lớn nhất và đáng kể hơn cả, còn các thành phần kháckhá nhỏ Hiện tượng này chúng ta có thể thấy rõ trong Hình 2.10

Hình 2.10 - Hiện tượng từ trễ và bão hòa mạch từ

làm méo dạng sóng dòng điện.

3 Máy phát cấp cho tải không đối xứng.

Trong quá trình cung cấp điện có thể xảy ra các trường hợp tải các pha khôngbằng nhau Như vậy máy phát điện đồng bộ làm việc ở tải không đối xứng, trongmáy điện đồng bộ sẽ sinh ra một số hiện tượng bất lợi như điện áp không đối xứng,các sóng hài sức điện động và dòng điện bậc cao Và đặc biệt khi có dòng họa tầnphát sinh mạch ngoài tác động lên đầu cực máy phát từ đó có sự biến thiên từ trởphản ứng giữa các khe hở của stator và rotor của máy làm chuyển đổi bậc dòng họatần này lan truyền vào hệ thống

4 Lưới điện

Lưới điện tồn tại các hài áp do ảnh hưởng của các tải tiêu thụ (công nghiệp

và dân dụng) Đây là căn cứ để đánh giá chất lượng sóng hài của hệ thống điện.Kiểm soát các nguồn nhiễu họa tần tác động lên hệ thống để nâng cao chất lượngđiện năng cho khách hàng

Ngoài các nguồn hài là các thiết bị điện kể trên còn phải kể đến các sóng hài

do quá độ sinh ra bởi các hiện tượng quá độ xảy ra trên lưới điện do thao tác đóngcắt mạch, do xung sét … gây nên

2.2.4.3 Ảnh hưởng của sóng hài

Dòng điều hòa từ các nguồn phát sóng hài được đưa ngược trở lại hệ thốngcung cấp Do đó sóng hài ảnh hưởng đến tất cả các thiết bị trong hệ thống điện, sựtồn tại của chúng làm giảm chất lượng điện năng, gây ra tổn thất điện năng trên cácphần tử của hệ thống Do đặc tính phi tuyến của các thiết bị tạo sóng hài làm biếndạng đường đồ thị điện áp, khiến nó không còn hình sin nữa và biến thành sóng hàibậc cao Các sóng hài bậc cao này góp phần làm giảm điện áp trên đèn điện, tăngnhanh quá trình già hoá của vật liệu cách điện, gây ảnh hưởng xấu đến chất lượnglàm việc của các bộ biến đổi van (đổi chiều không hoàn toàn) làm cho các thiết bị

đo lường, bảo vệ, điều khiển trong các hệ thông cung cấp điện tác động không chínhxác, đồng thời làm giảm các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện

Nghiên cứu sau đây chúng ta có thể thấy rõ sự ảnh hưởng của sóng hài đốivới thiết bị điện:

1 Sóng hài gây ra tổn thất phụ trên đường dây

Công suất tác dụng cấp cho phụ tải phụ thuộc vào giá trị dòng điện tần số cơbản (I1) Khi có sự hiện diện của phụ tải phi tuyến, giá trị hiệu dụng của dòng điện Ie

lớn hơn giá trị của dòng I1 Độ méo hình sin theo dòng điện được đánh giá bởi hệ số:

1

2 h

2 3

2 2

I

I I

I

I k

kksi - độ không sin theo dòng;

Ie - giá trị hiệu dụng của dòng điện;

I1 - cường độ dòng điện tần số cơ bản

Từ đó:

2 ksi 1

2 h ks.u



n 3 h

h

2 h

hΣ 3 I R

Ih - thành phần dòng điện sóng hài bậc h;

Rh - điện trở đường dây ứng với tần số hài bậc h

Một cách gần đúng có thể coi bằng giá trị điện trở tần số cơ bản: Rh = R1 Tabiểu thị tổng tổn thất công suất tác dụng do các thành phần sóng hài gây ra trênđường dây trong hệ đơn vị tương đối (pu), ứng với chế độ tần số cơ bản:

d d

d d d1

hΣ h.pu

Như vậy tổn thất phụ trong hệ đơn vị tương đối do các thành phần dòng điệnsóng hài bậc cao tỷ lệ thuận với bình phương độ méo hình sin dòng điện kks.i Trên

Hình 2.11, biểu thị sự thay đổi của tổn thất ∆Pd và giá trị hiệu dụng của dòng điện Ie

trên đường dây phụ thuộc vào độ méo hình sin kks

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 0.8

1 1.2 1.4 1.6 1.8

2

Ton that dPd va dong dien Ie phu thuoc vao do meo hinh sin

kks

dP d, I e

dPd

Ie

Hình 2.11 - Sự phụ thuộc của tổn thất công suất ∆Pd và giá trị hiệu dụng của

dòng điện Ie vào độ méo

2 Tổn thất trong máy biến áp

Dòng điện sóng hài gây tổn thất trong các cuộn dây và lõi thép của máy biến

áp do sự hiện diện của các dòng điện xoáy fuko Điện áp sóng hài là nguyên nhângây tổn thất trong lõi thép do hiện tượng từ trễ (hysteresis) Thông thường tổn thấttrong các cuộn dây tỷ lệ với bình phương độ méo hình sin của dòng điện kksi, còntổn thất trong lõi thép thì tỷ lệ với độ méo hình sin điện áp kksu

a) Tổn thất phụ trong các cuộn dây

Tổn thất phụ do các thành phần sóng hài bậc cao gây ra trong các cuộn dâycủa máy biến áp được xác định tương tự như tổn thất phụ trên đường dây Nếu bỏqua hiệu ứng bề mặt, thì tổn thất đồng gây ra bởi các thành phần sóng hài được xácđịnh phụ thuộc vào độ méo hình sin:

cu

cu cu

Tổn thất trong lõi thép bao gồm tổn thất từ trễ (hysteresis) và tổn thất dodòng điện xoáy (eddy-current) Tổn thất từ trễ phụ thuộc vào khối lượng và chấtlượng mạch từ, thành phần tổn thất do dòng điện xoáy là kết quả của kích thích máybiến áp Nếu coi thông lượng (flux density) biến thiên theo hình sin, thì các thànhphần tổn thất này được xác định theo biểu thức:

2 max 2

e α max h

fuko hys

100

f ε B 100

f ε

100

f ε

Δf (%) = 100P  ;

2 max 2

e

100

f ε

2 h 1,6

B

mh0,11

1k

(2.20)

1

h h

I I

Đường cong hình 2.12 dưới biểu thị sự suy giảm công suất máy biến áp phụthuộc vào tỷ phần phụ tải phi tuyến.

Hình 2.12 - Sự suy giảm công suất máy biến áp phụ thuộc vào tỷ phần

phụ tải phi tuyến trong mạng

Các kết quả tính toán cho thấy nếu máy biến áp cấp điện cho phụ tải trong đóvới 40 % là tải phi tuyến, thì công suất của nó sẽ phải giảm đi hơn 40 %

3 Tổn thất trong máy điện quay

a) Tổn thất phụ trong máy đồng bộ do sóng hài được xác định theo biểu thức:

h.mc hfe

hcu đ

h.m Δf (%) = 100P Δf (%) = 100P Δf (%) = 100P

(2.22)

Trong đó:

Рh.cu – tổn thất phụ trong các cuộn dây máy điện;

Рh.fe – tổn thất phụ trong lõi thép;

Рh.mc – tổn thất do phải vượt qua mômen cản do dòng điện hài bậc cao gây nên

b) Tổn thất phụ trong động cơ không đồng bộ:

Tổn thất phụ do các thành phần sóng hài gây ra trong động cơ không đồng bộđược xác định theo biểu thức:

' h 2, h 1,

2 h h.đ. 3 I R R

b) Tổn thất phụ trong điện môi

Thành phần tổn thất điện môi do các sóng hài gây ra không đáng kể, nên đốivới tổn thất điện môi thường chỉ xét tần số cơ bản, nó được xác định theo biểu thức:

* Tổn thất phụ trong do sóng hài ở cách điện đối với vỏ tụ:

2 n

* Tổn thất phụ trong do sóng hài ngoài ở các tấm cách điện của tụ:

Кn,e,h - hệ số tính tới ảnh hưởng của hiệu ứng bề mặt ở đoạn е;

Rе - điện trở của đoạn thứ е

5 Ảnh hưởng tới các thiết bị khác

Gây chỉ thị sai đối với thiết bị đo lường ví dụ như thiết bị kiểm tra cách điệnthường trực (PIM) thì khi có hài bội bậc cao có thể có dòng trên dây trung tính, PIM cóthể nhận thấy và báo tín hiệu sai hoặc đối với các máy cắt (CB) điện tử khi có sóng hài

có thể làm CB tác động không mong muốn

Làm tăng nhiệt máy cắt, ảnh hường khả năng cắt dòng của máy cắt do dòng hàitồn tại làm tăng dòng hiệu dụng qua máy cắt dẫn đến máy cắt tác động sai lệch

Các máy cắt hoạt động cắt không được do các cuộn cắt không có khả năng vậnhành thích hợp trong điều kiện hiện diện các sóng hài phức tạp

Sóng hài gây nên trạng thái vận hành không mong muốn của cầu chì (do là đặctính thời gian và dòng điện của các dây chì)

Sự xuất hiện các dòng điện trong dây trung tính gây tác động chức năng của cácrơle như rơle phát hiện dòng rò, dòng chạm đất…)

Sóng hài trong hệ thống làm rơle có thể tác động sai Do rơle hoạt động phụthuộc vào giá trị đỉnh của điện áp và dòng điện Do đó chúng chịu ảnh hưởng trực tiếpbởi sự méo dạng dòng của sóng hài Các loại rơle bảo vệ có thể tác động sai do hiệntượng méo dạng dòng hay áp

Đối với các đèn chiếu sáng trong các chấn lưu có tụ và cuộn cảm sóng hài gâycộng hưởng tạo nên sự gia tăng nhiệt gây hư hỏng

Gây kích dẫn không đúng thời điểm cho các thiết bị công suất, hư hỏng các phần

tử trong bộ lọc của đường dây sử dụng trong hệ thống thông tin

Các thiết bị truyền dẫn để điều khiển từ xa sẽ vận hành sai nếu tần số sóng hàigần với tần số truyền dẫn

Kết luận:

Sự hiện diện của các thành phần dòng điện sóng hài bậc cao dẫn đến những tổnthất phụ trong các phần tử của hệ thống điện, làm tăng độ đốt nóng của các thiết bị, do đólàm giảm khả năng truyền tải và làm giảm tuổi thọ của chúng Đặc biệt, đối với thiết bị

bù công suất phản kháng, sự hiện diện của các thành phần dòng điện sóng hài thườngdẫn đến sự đốt nóng và làm tăng chi phí đối với các thiết bị này

CHƯƠNG 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN

Đánh giá chất lượng lưới điện là một công việc có ý nghĩa hết sức quan trọngđưa ra các giải pháp nhằm hạn chế những ảnh hưởng hay tác hại không mong muốn

do chất lượng điện thấp gây ra Từ đó cho chúng ta mô hình tốt nhất về các giải

pháp nhằm nâng cao chất lượng điện Trong phần này ta sẽ nghiên cứu một số biệnpháp chủ yếu có thể sử dụng để phân tích đánh giá một lưới điện và tùy thuộcnhững điều kiện cụ thể mà chúng ta chọn một phương pháp đánh giá hợp lý.

3.1 Đánh giá chất lượng điện theo mô hình xác xuất thống kê

Độ lệch điện áp là một đại lượng ngẫu nhiên tuân theo luật phân phối chuẩn,nên hàm mật độ có dạng:

2 2 ( - V)

- 2σ ν

1f(ν) = e

σ 2π



(3.1)

Trong đó:

 - Độ lệch điện áp so với giá trị định mức;

V- Kỳ vọng toán của độ lệch điện áp, xác định bởi:

T

tb n t

n 0

U - U1

Trong đó:

Utb - Điện áp trung bình trong khoảng thời gian T;

T - Thời gian khảo sát, h;

 - Độ lệch trung bình bình phương của độ lệch điện áp, xác định theophương sai:

2 T

2 ν 0

max min u

max min tb

Xác suất chất lượng của cả đường dây được tính theo công thức:

cli j CL

A - Tổng điện năng tiêu thụ trong thời gian T;

Độ bất định của điện áp được xác định: H = 2+ σ2;

Các đại lượng H, ,  là những đại lượng đóng vai trò quan trọng không chỉtrong việc đánh giá chất lượng điện mà còn trong việc xác định các chỉ tiêu kinh tế -

kỹ thuật có liên quan đến chất lượng điện

3.2 Đánh giá chất lượng điện theo độ lệch điện áp

Ta biết rằng hao tổn điện áp trong mạng điện được xác định theo công thức:

R, X - Điện trở tác dụng và phản kháng.

Un - Điện áp định mức của mạng điện

Điện áp tại đầu vào của thiết bị dùng điện được xác định theo biểu thức:

U = Un - ∆U;

Độ lệch điện áp tại đầu của hộ dùng điện được xác định:

n n

3.3 Đánh giá chất lượng điện theo tiêu chuẩn đối xứng

3.3.1 Cơ sở lý thuyết

Khi một hệ thống 3 pha xảy ra mất đối xứng chúng ta hoàn toàn có thể phântích chúng thành 3 hệ thống véc tơ đối xứng: thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tựkhông Khi đó véc tơ điện áp bằng tổng véc tơ thành phần:

1) Tính toán không đối xứng theo dòng điện hoặc điện áp.

Trong lưới điện 3 pha 4 dây, với A = B =C = tb, các thành phần dòngđiện được xác định theo biểu thức: