Điều chỉnh điện áp trong lưới điện phân phối

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Viết tắt Giải thích 1 CCĐ Cung cấp điện 2 CLĐA Chất lượng điện áp 3 CLĐN Chất lượng điện năng 4 CSPK Công suất phản kháng 5 CSTD Công suất tác

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Trần Trung Hiếu

ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là luận văn của riêng tôi Các kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một bản luận văn nào khác

Hà Nội, tháng 3 năm 2012

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Trần Trung Hiếu

1.1.Đặc điểm chung Error! Bookmark not defined 1.2.Đặc điểm công nghệ của lưới điện phân phối Error! Bookmark not defined 1.2.1.Lưới phân phối điện trung áp Error! Bookmark not defined 1.2.1.1.Lưới phân phối điện ba pha ba dây (3p3)Error! Bookmark not

1.3.3.Độ không đối xứng K2 Error! Bookmark not defined

1.3.4.Độ không hình sin Kks Error! Bookmark not defined 1.4.Mối quan hệ giưa chất lượng điện áp và chất lượng điện năngError! Bookmark

not defined

1.5.Các yếu tố ảnh hưởng của điện áp đối với chất lượng điện năng Error!

Bookmark not defined

1.5.1.Quá độ Error! Bookmark not defined 1.5.2.Độ lệch điện áp thời gian dài Error! Bookmark not defined 1.5.3.Độ lệch điện áp thời gian ngắn Error! Bookmark not defined

1.5.4.Mất cân bằng điện áp Error! Bookmark not defined 1.5.5.Độ méo dạng sóng Error! Bookmark not defined 1.5.6.Dao động điện áp Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 2: CÁC VẤN ĐỀ VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁPError! Bookmark not defined

2.1 Sụt giảm điện áp và mất điện áp Error! Bookmark not defined 2.1.1 Đánh giá hiện tượng sụt giảm điện áp Error! Bookmark not defined 2.1.1.1 Ảnh hưởng của thiết bị với sự sụt giảm điện ápError! Bookmark not

defined

2.2.2.1 Nguyên lý bảo vệ Error! Bookmark not defined 2.2.2.2 Thiết bị bảo vệ quá điện áp Error! Bookmark not defined 2.3 Dao động thoáng qua Error! Bookmark not defined 2.3 1 Nguồn của dao động thoáng qua Error! Bookmark not defined 2.3 2 Biện pháp làm giảm dao động thoáng qua Error! Bookmark not defined

3.1.1 Mục đích điều chỉnh điện áp Error! Bookmark not defined 3.1.2 Phương thức điều chỉnh điện áp Error! Bookmark not defined 3.2 Điều chỉnh điện áp trong lưới phân phối Error! Bookmark not defined 3.2.1 Độ lệch điện áp trên cực thiết bị dùng điện Error! Bookmark not defined 3.2.2 Đánh giá chất lượng điện áp trong lưới hạ ápError! Bookmark not

not defined

4.2.1 Sơ đồ lưới điện phân phối Error! Bookmark not defined

4.2.2.Tính toán chế độ lưới theo phương pháp công suất max chung Pmax Error!

Bookmark not defined

4.2.3 Tính toán chế độ lưới theo công suất max của phụ tải và hệ số đồng thời

Kdt Error! Bookmark not defined 4.2.4 Tính toán chế độ lưới theo phương pháp Newton – Raphson(N-R) Error!

Bookmark not defined

4.3 Tổng quan về chương trình tính toán lưới phân phốiError! Bookmark not

defined

4.3.1 Nhập các thông số lưới vào chương trình Error! Bookmark not defined

4.4 Áp dụng tính toán cho lưới cáp 24kV – lộ 474 – KCN Thăng Long

Error! Bookmark not defined

4.5 Giải pháp nâng cao CLĐA lưới cáp lộ 474 – KCN Thăng Long

Error! Bookmark not defined

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

STT Viết tắt Giải thích

1 CCĐ Cung cấp điện

2 CLĐA Chất lượng điện áp

3 CLĐN Chất lượng điện năng

4 CSPK Công suất phản kháng

5 CSTD Công suất tác dụng

6 ĐADT Điều áp dưới tải

7 ĐCĐA Điều chỉnh điện áp

8 ĐCĐB Động cơ đồng bộ

9 ĐCKĐB Động cơ không đồng bộ

10 HTĐ Hệ thống điện

11 NMĐ Nhà máy điện

12 LPP Lưới phân phối

13 MBA Máy biến áp

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

1 Hình 1.1 Lưới phân phối điện 3 pha 3 dây 4

2 Hình 1.2 Lưới điện khi chạm đất 1 pha 5

3 Hình 1.3 Lưới phân phối điện 3 pha 4 dây 6

6 Hình 1.4c Lưới phân phối kín vận hành hở do một nguồn cung cấp 7

7

Hình 1.4d Lưới phân phối kín vận hành hở cấp điện từ hai nguồn

độc lập

7

9 Hình 1.4f Lưới điện có đường dây dự phòng chung 8

14 Hình 1.8 Quan hệ giữa điện áp với tuổi thọ - độ sáng đèn 12

16 Hình 1.10 Quá độ dao động với tần số trung bình 19

16 Hình 1.11 Sụt giảm điện áp do sự cố chạm đất một pha 22

17 Hình 1.12 Sụt giảm điện áp do sự khởi động của động cơ 22

18 Hình 1.13 Quá điện áp do sự cố chạm đất một pha 23

21 Hình 1.16 Dạng sóng nhiễu loạn điện áp 27

22 Hình 1.17 Dao động điện áp trong một ngày 28

STT Hình số Tên hình Trang

26 Hình 2.4 Hệ thống động cơ – máy phát 35

27 Hình 2.5 Hiện tượng quá độ điện áp 42

28 Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp cách ly 47

30 Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý điều hòa công suất trở kháng thấp 48

31 Hình 2.9 Cấu tạo chống sét van trung thế 24kV-35kV 49

33 Hình 3.2 Đồ thị véc tơ tổn thất điện áp trên đường dây 57

35 Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn miền giới hạn CLĐA theo tiêu chuẩn 63

37 Hình 3.7 Sơ đồ bố trí cơ bản của cuộn dây có điều áp 69

38 Hình 3.8 Bộ điều áp của các cuộn dây đấu hình sao 69

39 Hình 3.9 Bố trí bộ điều áp trong cuộn dây tam giác 69

41 Hình 3.11 Cấu tạo bộ điều chỉnh điện áp 70

42 Hình 3.12 Bù công suất phản kháng với nhiều điểm bù 74

45 Hình 4.3 Sơ đồ thay thế máy biến áp hai cuộn dây 77

46 Hình 4.4 Miền chất lượng điện năng và đường điện áp của nút tải

49 Hình 4.7 Sơ đồ thay thế máy biến áp hai cuộn dây 100

50 Hình 4.8 Miền chất lượng điện năng và đường điện áp của nút tải

STT Hình số Tên hình Trang

51

52

53

MỞ ĐẦU

Hiện nay, điện năng đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, là nền tảng để phát triển công nghiệp của đất nước Với định hướng chính sách kinh tế trọng tâm xây dựng đất nước ta thành nước công nghiệp phát triển, hàng loạt các cụm, khu công nghiệp và các khu chế xuất được xây dựng, để có thể đảm bảo cung cấp điện năng liên tục và ổn định, ngành điện đã đầu tư xây dựng hệ thống lưới điện phân phối đến từng khách hàng

1 Lý do chọn đề tài luận văn

Trong hệ thống điện, điện áp là một trong những chỉ tiêu quan trọng để phản ánh chất lượng điện năng.Những biến động hay sự thay đổi về giá trị điện áp ở mọi thời điểm đều có ảnh hưởng nhất định đến không chỉ chất lượng điện năng mà còn cả trong công tác vận hành lưới điện Không giống như tần số, điện áp hệ thống luôn mang tính chất cục bộ, do đó việc điều chỉnh điện áp thường được thực hiện tại nhiều điểm trên

hệ thống Đối với lưới phân phối, do hệ thống lưới điện dài với nhiều nút tải, việc điều chỉnh điện áp phải được thực hiện với tính toán rất kỹ để đảm bảo giá trị điện áp cho các nút tải luôn nằm trong giới hạn an toàn cho phép, đảm bảo cung cấp nguồn điện đáp ứng các chỉ tiêu về chất lượng điện năng đối với các khách hàng dùng điện Xuất

phát từ yêu cầu đó, tôi đã quyết định chọn đề tài “điều chỉnh điện áp trong lưới điện

phân phối” làm đề tài luận văn tốt nghiệp

2 Mục đích của luận văn

Nghiên cứu các biện pháp điều chỉnh điện áp trong lưới điện phân phối theo hướng đảm bảo chất lượng điện áp nói riêng và chất lượng điện năng nói chung đối với điện áp tại các nút tải của các máy biến áp phân phối trong lưới phân phối Việt Nam

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là hệ thống lưới điện phân phối và phạm vi nghiên cứu là các biện pháp điều chỉnh điện áp để đảm bảo chất lượng điện năng đối với lưới phân phối

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Luận văn “Điều chỉnh điện áp trong lưới điện phân phối” là đề tài nghiên cứu

vừa có tính lý thuyết vừa có ý nghĩa khoa học và thực tiễn, phù hợp với yêu cầu của ngành điện ở thời điểm hiện tại và trong tương lai

Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung chính của luận văn được trình bày trong 4 chương:

Chương 1: Lưới điện phân phối – Chất lượng điện áp trong lưới điện phân phối Chương 2: Các vấn đề về chất lượng điện áp

Chương 3: Điều chỉnh điện áp trong lưới điện

Chương 4: Áp dụng tính toán trong lưới điện phân phối

CHƯƠNG 1: LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI – CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP TRONG

LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

1.1.Đặc điểm chung

Lưới điện phân phối là khâu cuối cùng đưa điện năng tới hộ tiêu thụ điện Lưới điện nhận điện từ một hay nhiều trạm nguồn của lưới truyền tải đến hộ tiêu thụ điện.Vì vậy lưới điện phân phối ảnh hưởng đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống điện

đa dạng, phức tạp với nhiều các phụ tải từ hộ gia đình cho đến tiểu thu công nghiệp, các khu công nghiệp và khu chế xuất…do đó cũng gây khó khăn trong việc xây dựng các đồ thị phụ tải đặc trưng phục vụ cho các chế độ thống kê tính toán

1.2.Đặc điểm công nghệ của lưới điện phân phối

1.2.1.Lưới phân phối điện trung áp

1.2.1.1.Lưới phân phối điện ba pha ba dây (3p3)

Hình 1.1: Lưới phân phối điện 3 pha 3 dây

Lưới phân phối điện ba pha ba dây chỉ có ba dây pha, các máy biến áp phân phối được cấp điện bằng điện áp dây Khó khăn về kỹ thuật của lưới điện này là khi một pha chạm đất, nếu dòng điện chạm đất do điện dung của các pha đối với đất lớn sẽ xảy ra hồ quang lặp lại, hiện tượng này gây ra quá điện áp khá lớn (đến 3,5 lần Uđm pha) có thể làm hỏng cách điện của đường dây hoặc máy biến áp

Để khắc phục người ta phải nối đất trung tính của các cuộn dây trung áp, đây là nối đất kỹ thuật(cùng với nối đất lưới cao áp gọi chung là nối đất làm việc).Trung tính của phía trung áp được nối đất theo một trong các cách sau:

a) Nối đất trực tiếp xuống đất: Loại trừ hiện tượng hồ quang lặp lại bằng cách cắt ngay đường dây vì lúc này chạm đất sẽ gây ra dòng ngắn mạch rất lớn Bất lợi của cách nối đất này là dòng điện ngắn mạch quá lớn gây nguy hại cho lưới điện và gây nhiễu thông tin

b) Nối đất qua tổng trở: điện trở hoặc điện kháng nhằm giảm dòng ngắn mạch xuống mức cho phép

c) Nối đất qua cuộn dập hồ quang: điện kháng của cuộn dập hồ quang (còn gọi

không gây ra hồ quang lặp lại Do đó khi xảy ra chạm đất một pha lưới điện vẫn vận hành được

Hình 1.2: Lưới điện khi chạm đất 1 pha

Trên hình vẽ là sơ đồ lưới điện khi chạm đất một pha Trong trạng thái bình thường có 3 dòng điện giữa các pha và đất do điện dung pha – đất C0-d sinh ra, nhưng 3 dòng này triệt tiêu nhau nên không có dòng điện đi vào đất Khi 1 pha chạm đất, ví dụ pha C chạm đất thì đất mạng điện áp pha C, dòng điện do điện dung pha C: Icc = 0, do

đó xuất hiện dòng điện điện dung IC = ICa + ICb đi vào điểm chạm đất và gây ra hồ quang Nếu có nối đất trung tính máy biến áp thì khi pha c chạm đất sẽ xuất hiện dòng điện trong mạch pha c qua nối đất Inđ và cũng đi vào điểm chạm đất, khi đó dòng điện

đi vào đất sẽ là Iđ = Inđ + IC Nếu nối đất của lưới là trực tiếp hay đi qua điện trở, điện kháng thì dòng điện này có giá trị khá lớn( là dòng ngắn mạch một pha) và cho máy cắt đầu đường dây cắt đường dây chạm đất khỏi nguồn điện Nếu là cuộn dập hồ quang thì dòng này sẽ là dòng điện cảm IL ngược pha với dòng IC, tạo ra dòng điện tổng Iđ = IL +

IC có giá trị rất nhỏ( xung quanh giá trị 0) nên không gây hồ quang và đường dây không bị cắt điện

Trong thực tế lưới điện trên không 6 -10kV không phải nối đất, với lưới cáp điện thì phải có tính toán cụ thể nhưng với lưới điện 22kV trở lên nhất định phải nối đất theo một trong các cách trên

1.2.1.2 Lưới phân phối điện ba pha bốn dây (3p3)

Hình 1.3: Lưới điện 3 pha 4 dây

Đặc điểm của lưới điện ba pha bốn dây là ngoài 3 dây pha còn có dây trung tính, các máy biến áp phân phối được cấp điện bằng điện áp dây( máy biến áp ba pha) và điện áp pha (máy biến áp 1 pha) Trung tính của các cuộn dây trung áp được nối đất trực tiếp và khi có chạm đất xảy ra đối với một pha bất kỳ thì sự cố sẽ trở thành ngắn mạch một pha

1.2.2.Sơ đồ lưới phân phối điện trung áp

Trong lưới điện Việt Nam hiện nay có 6 loại sơ đồ cơ sở của lưới phân phối điện trung áp :

Hình 1.4a: Lưới phân phối hình tia

Hình 1.4b: Lưới phân phối hình tia phân đoạn

Lưới phân phối hình tia phân đoạn có độ tin cậy cao hơn Phân đoạn lưới phía nguồn có độ tin cậy cao do sự cố hay dừng điện công tác các đoạn lưới phía sau vì nó ảnh hưởng ít đến phân đoạn trước Nếu thiết bị phân đoạn là máy cắt thì không ảnh hưởng, nếu là dao cách ly thì ảnh hưởng trong thời gian đổi nối lưới điện

Hình 1.4c: Lưới phân phối kín vận hành hở do 1 nguồn cung cấp

Lưới phân phối kín vận hành hở do 1 nguồn cung cấp có độ tin cậy cao hơn nữa

do mỗi phân đoạn được cấp điện từ hai phía Lưới điện này có thể vận hành kín cho độ tin cậy cao hơn nhưng phải trang bị máy cắt và thiết bị bảo vệ có hướng nên đắt tiền Vận hành hở độ tin cậy thấp hơn một chút do phải do phải thao tác khi sự cố nhưng rẻ tiền, có thể dùng dao cách ly tự đông hay điều khiển từ xa ( ở một số nước đã sản xuất được rơ le có hướng giá rẻ nên có thể trang bị cho lưới để có thể vận hành kín)

Hình 1.4d: Lưới phân phối kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập

Lưới điện này phải vận hành hở vì không đảm bảo điều kiện vận hành song song lưới điện ở các điểm phân đoạn, khi thao tác có thể gây ngắn mạch

Hình 1.4e: Lưới điện kiểu đường trục

Lưới điện kiểu đường trục cấp điện cho một trạm cắt hay trạm biến áp, từ đó có các đường dây cấp điện cho các trạm biến áp phụ tải Trên các đường dây cấp điện không có nhánh rẽ, loại này có độ tin cậy cao Loại này hay dùng để cấp điện cho các

xí nghiệp hay các nhóm phụ tải xa trạm nguồn và có yêu cầu công suất lớn

Hình 1.4f: Lưới điện có đường dây dự phòng chung

Đặc điểm của lưới điện này là có nhiều đường dây phân phối được dự phòng chung bởi 1 đường dây dự phòng Lưới điện này có độ tin cậy cao và rẻ tiền hơn là kiểu một đường dây dự phòng cho một đường dây như ở trên Lưới điện này rất tiện lợi khi thiết kế cho lưới điện cáp ngầm

Lưới điện trong thực tế sẽ là tổ hợp của của năm loại lưới điện trên Áp dụng cụ thể chp lưới điện trên không hay lưới điện cáp ngầm khác nhau và ở mỗi hệ thống điện

Lưới điện có thể điều khiển từ xa nhờ hệ thống SCADA và cũng có thể được điều khiển bằng tay Các thiết bị phân đoạn phải là loại không đòi hỏi bảo dưỡng định

kỳ và xác suất sự cố rất nhỏ đến mức coi như tin cậy tuyệt đối

Hệ thống phân phối điện( hình vẽ 1.4g) là dạng cao cấp nhất và hoàn hảo nhất của lưới phân phối trung áp Lưới điện có nhiều nguồn, nhiều đường dây tạo thành các mạch kín có nhiều điểm đặt thiết bị phân đoạn Lưới điện bắt buộc phải điều khiển từ

xa với sự trợ giúp của máy tính và hệ thống SCADA Các điểm cắt được chọn theo điều kiện tổn thất điện năng nhỏ nhất cho chế độ bình thường, chọn lại theo mùa trong năm và chọn theo điều kiện an toàn cao nhất khi sự cố

Hình 1.4g : Hệ thống phân phối điện

1.2.3.Lưới phân phối điện hạ áp

Hình 1.5 : Lưới điện hạ áp 380/220V

Lưới phân phối điện hạ áp được thực hiện bằng đường dây trên không, cáp ngầm hay cáp treo( dây vặn xoắn), trong phân xưởng của xí nghiệp có thể dùng thanh dẫn, lưới hạ áp trong nhà được đi ngầm trong tường bằng dây cáp Để có thể lấy ra cả hai loại điện áp 380V và 220V, cuộn dây hạ áp của máy biến áp phân phối có sơ đồ đấu dây như trên hình vẽ 1.5 Ngoài 3 dây pha, từ điểm trung tính của 3 cuộn dây hạ áp của máy biến áp phân phối có thêm dây thứ 4 đi đến các hộ dùng điện, day này gọi là dây trung tính, điện áp 220V là điện áp của dây pha và dây này Trung tính máy biến

áp được nối đất trực tiếp – đây là nối đất an toàn

Lưới điện hạ áp tại Việt Nam có hai sơ đồ lưới điện điển hình là sơ đồ 4 dây

và sơ đồ 5 dây

Lưới điện hạ áp 4 dây gồm 3 dây pha và dây trung tính Trong lưới điện 4 dây, người ta đảm bảo an toàn bằng cách nối vỏ thiết bị với dây trung tính Khi xảy ra chạm điện ra vỏ thiết bị, sẽ có dòng ngắn mạch 1 pha làm nhảy thiết bị bảo vệ, tuy nhiên cần có dòng ngắn mạch đủ lớn để thiết bị đóng cắt tác động Do đó lưới điện hạ

áp 4 dây sẽ không an toàn bằng lưới điện hạ áp 5 dây dùng rơ le so lệch có độ nhạy cao

Hình 1.7 : Lưới điện hạ áp 5 dây

Lưới điện hạ áp 5 dây gồm 3 dây pha , dây trung tính và dây an toàn là lưới điện có độ nhạy an toàn cao nhất cho người Khi xảy ra chạm điện ra vỏ thiết bị thì rơ

le so lệch độ nhạy cao (300 mA) sẽ cắt điện Lưới điện này có nhiều kiểu dạng khác nhau, có thể làm chung cho toàn lưới hạ áp của một trạm phân phối, cũng có thể làm riêng cho từng hộ dùng điện : nhà ở, cửa hàng, công sở…

1.3.Tiêu chuẩn điện áp trong lưới điện

Duy trì điện áp định mức là một trong những yêu cầu cơ bản để đảm bảo chất lượng điện năng của hệ thống điện Chất lượng điện năng được đặc trưng bằng các giá trị quy định của điện áp và tần số trong hệ thống điện Chất lượng điện năng ảnh hưởng nhiều đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các thiết bị dùng điện Các thiết bị dùng điện chỉ có thể làm việc hiệu quả tốt trong trường hợp điện năng có chất lượng cao Tần số của dòng điện được điều khiển trong phạm vi toàn hệ thống Các chỉ tiêu chính của chất lượng điện áp là độ lệch điện áp, dao động điện áp, sự không đối xứng, độ không hình sin của đường cong điện áp và độ không cân bằng

1.3.1.Độ lệch điện áp ∆U

Độ lệch điện áp tại một điểm trong hệ thống cung cấp điện là độ chênh lệch giữa điện áp thực tế Ut và điện áp định mức Uđm với điều kiện tốc độ biến thiên của điện áp nhỏ hơn 1% Uđm/s, được tính như sau:

% 100

dm

dm t

U

U U

=

∆ (1.1)

Độ lệch cho phép ∆U cp%:[28]

- Trên cực của các thiết bị chiếu sáng từ -2,5÷ 5 %

- Trên các cực của động cơ, các thiết bị mở máy từ -5%÷ 10 %

- Trên các thiết bị còn lại từ -5%÷ 5 %

- Trong các trạng thái sự cố, cho phép tăng giới hạn trên thêm 2.5% và giới hạn dưới thêm 5%

Nguyên nhân gây ra độ lệch điện áp thường là do tổn thất điện áp trên lưới điện

và sự biến đổi theo thời gian của phụ tải điện

Khi điện áp quá cao làm tăng dòng điện trong thiết bị dùng điện, tăng độ phát nóng làm già hóa cách điện dẫn đến giảm tuổi thọ của thiết bị dùng điện và cả thiết

bị của lưới điện

Còn khi điện áp thấp quá làm cho các thiết bị dùng điện giảm công suất nhất là đèn điện Điện áp thấp cũng gây ra phát nóng cho thiết bị dùng điện quay, làm giảm tuổi thọ và năng suất công tác, làm hỏng sản phẩm… nếu thấp quá nhiều thiết bị dùng điện sẽ không làm việc được Đèn điện là thiết bị nhạy cảm nhất với sự biến

Hình 1.8: Quan hệ giữa điện áp với tuổi thọ - độ sáng của đèn

1.3.2.Dao động điện áp dU

Dao động điện áp là sự biến thiên của điện áp xảy ra trong khoảng thời gian tương đối ngắn Phụ tải chịu ảnh hưởng của dao động điện áp không những về biên

độ dao động mà cả về tần số xuất hiện các dao động đó

Nguyên nhân chủ yếu là do mở máy các động cơ lớn, ngắn mạch trong hệ thống điện , các phụ tải lớn làm việc đòi hỏi sự đột biến về tiêu thụ công suất tác dụng và phản kháng, các lò điện hồ quang, các máy hàn, các máy cán thép cỡ lớn thường gây ra dao động điện áp

% 100 min max

dm

U

U U

- Tần suất xuất hiện 2-3 lần/giờ thì dU=3÷ 5 % Uđm

- Tần suất xuất hiện 2-3 lần/phút thì dU=1÷1,5 Uđm

- Tần suất xuất hiện 2-3 lần/giây dU=0,5% Uđm

Dao động điện áp sẽ gây ra dao động ánh sáng làm hại mắt người lao động, gây nhiễu radio, tivi và các thiết bị điện tử khác Dao động điện áp cho phép trên các cực thiết bị chiếu sáng là:

61

từ và các thiết bị điều khiển

Biện pháp khắc phục hiện tượng không đối xứng của điện áp là các thiết bị cân bằng điện áp

1.3.4.Độ không hình sin K ks

Các thiết bị dùng điện có đặc tính phi tuyến như: bộ chỉnh lưu, tiristor… làm biến dạng đường cong đồ thị dòng điện dẫn đến biến dạng đồ thị điện áp, khiến nó không còn là hình sin nữa, xuất hiện các sóng hài bậc cao Uj, Ij Các sóng hài bậc cao này góp phần làm giảm điện áp trên đèn điện và thiết bị sinh nhiệt , làm tăng thêm tổn thất sắt

từ trong động cơ, tổn thất điện môi trong cách điện, tăng tổn thất trong lưới điện và thiết bị dùng điện, giảm chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện, gây nhiễu radio, tivi và các thiết bị điều khiển điện tử khác

Tiêu chuẩn quy định:

Kbs =

1

100%

U U

Trong các tiêu chuẩn chất lượng điện áp trước đây, độ lệch điện áp so với điện

áp định mức là tiêu chuẩn cơ bản Điều chỉnh độ lệch điện áp là công việc khó khăn nhất, tốn kém nhất, được thực hiện đồng bộ trên toàn hệ thống điện Các tiêu chuẩn còn lại có tính chất địa phương và được điều chỉnh cục bộ tại các phụ tải công nghiêp – nhà máy – xí nghiệp

Chất lượng điện áp được đảm bảo nhờ các biện pháp điều chỉnh điện áp trong lưới điện truyền tải và phân phối Các biện pháp điều chỉnh điện áp và thiết bị cần thiết

để thực hiện được lựa chọn trong quy hoạch và thiết kế lưới điện và được hoàn thiện thường xuyên trong vận hành, các tác động điều khiển được thực hiện trong vận hành gồm có tác động dưới tải và ngoài tải Điều khiển dưới tải được thực hiện tự động bằng tay từ xa hoặc tại chỗ

1.4.Mối quan hệ giưa chất lượng điện áp và chất lượng điện năng

Chất lượng điện năng trong hầu hết các trường hợp là chất lượng của điện áp

Về mặt kỹ thuật, công suất là định mức của năng lượng cung cấp và là tích số của dòng điện và điện áp Nó sẽ khó khăn để định nghĩa chất lượng của công thức này trong nghĩa nào Hệ thống cung cấp công suất có thể chỉ điều khiển chất lượng của điện áp,

nó không điều khiển dòng điện Chính vì vậy các tiêu chuẩn chất lượng điện năng chủ yếu giành cho điều chỉnh điện áp cung cấp trong giới hạn cho phép Hệ thống điện xoay chiều được thiết kế để hoạt động tại điện áp sin của tần số cơ bản (50Hz hoặc 60 Hz) và biên độ Bất kỳ sự lệch đáng kể nào trong biên độ dạng sóng, tần số sẽ gây ra vấn đề về chất lượng điện áp

Dĩ nhiên, thường có mối quan hệ gần giữa điện áp và dòng điện trong bất kì hệ thống điện thực tế nào Mặc dufcacs máy phát có thể cung cấp điện áp sóng sin gần hoàn hảo nhưng dòng điện qua trở kháng của hệ thống có thể gây ra các mất cân bằng lớn trong điện áp Ví dụ:

ƒ Dòng điện ngắn mạch có thể gây ra điện áp sụt giảm hoặc mất điện áp

ƒ Dòng điện sét qua hệ thống điện sẽ gây ra điện áp xung cao thường xuyên quá mức cách điện, ảnh hưởng điến các hiện tượng khác như ngắn mạch

ƒ Dòng điện dao động tức các tải tạo ra sóng hài cũng làm méo các điện áp

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

Chất lượng điện năng trong hầu hết các trường hợp là chất lượng của điện áp

Về mặt kỹ thuật, công suất là định mức của năng lượng cung cấp và là tích số của dòng điện và điện áp Nó sẽ khó khăn để định nghĩa chất lượng của công thức này trong nghĩa nào Hệ thống cung cấp công suất có thể chỉ điều khiển chất lượng của điện áp,

nó không điều khiển dòng điện Chính vì vậy các tiêu chuẩn chất lượng điện năng chủ yếu giành cho điều chỉnh điện áp cung cấp trong giới hạn cho phép Hệ thống điện xoay chiều được thiết kế để hoạt động tại điện áp sin của tần số cơ bản (50Hz hoặc 60 Hz) và biên độ Bất kỳ sự lệch đáng kể nào trong biên độ dạng sóng, tần số sẽ gây ra vấn đề về chất lượng điện áp

Dĩ nhiên, thường có mối quan hệ gần giữa điện áp và dòng điện trong bất kì hệ thống điện thực tế nào Mặc dufcacs máy phát có thể cung cấp điện áp sóng sin gần hoàn hảo nhưng dòng điện qua trở kháng của hệ thống có thể gây ra các mất cân bằng lớn trong điện áp Ví dụ:

ƒ Dòng điện ngắn mạch có thể gây ra điện áp sụt giảm hoặc mất điện áp

ƒ Dòng điện sét qua hệ thống điện sẽ gây ra điện áp xung cao thường xuyên quá mức cách điện, ảnh hưởng điến các hiện tượng khác như ngắn mạch

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

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

1.5.Các yếu tố ảnh hưởng của điện áp đối với chất lượng điện năng

Định nghĩa về chất lượng điện năng được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện

Sự gia tăng ứng dụng của các thiết bị điện tử và các máy phát phân phối đã làm tăng sự quan tâm đến chất lượng điện năng trong nhưng năm gần đây và đi cùng là sự phát triển của các thuật ngữ để miêu tả các hiện tượng này Ở đây sẽ miêu tả các thuật ngữ được sử dụng để miêu tả về chất lượng điện năng

1.5.1.Quá độ

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

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

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

ƒ Quá độ xung (Impulsive Transient)

Quá độ xung là sự thay đổi tần số đột ngột của điện áp, dòng điện hoặc cả hai theo một hướng của cực ( hoặc cực âm, hoặc cực dương) Các quá độ xung thường đặc trưng bởi độ tăng và thời gian phân rã của chúng Nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng này là do sét Hình 1.8 thể hiện một dạng sóng quá độ xung dòng gây bởi sóng sét

Hình 1.9: Quá độ do xung sét

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

ƒ Quá độ dao động (Oscillatory Transient)

Quá độ dao động là một sự thay đổi tần số đột ngột của điện áp, dòng điện hoặc

cả hai theo cả giá trị cực âm và cực dương Một quá độ dao động bao gồm điện áp và dòng điện có giá trị tức thời thay đổi theo cực rất nhanh Một ví dụ điển hình khi thao tác đóng cắt bộ tụ, ta có thấy rõ quá độ dao động điện áp xảy ra nhanh gây biến đổi tần

số ở mức trung bình ( 5-500 kHz)

Hình 1.10: Quá độ dao động với tần số trung bình

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

quá độ tần số cao Các quá độ này thường là kết quả của đáp ứng hệ thống cục bộ với

xung quá độ

Một quá độ với thành phần tần số chính giữa 5 và 500kHz được định nghĩa là

một quá độ tần số trung bình Các quá độ này cũng có thể là kết quả của đáp ứng hệ

thống với xung quá độ

Một quá độ với thành phần tần số chính nhỏ hơn 5kHz được định nghĩa là một

quá độ tần số thấp Nhóm các hiện tượng này thường bắt gặp trong hệ thống truyền tải

và phân phối và do nhiều nguyên nhân khác nhau

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

1.5.2.Độ lệch điện áp thời gian dài

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

ƒ Quá điện áp (Overvoltage)

Quá điện áp là sự tăng điện áp lên quá 110% điện áp định mức tại tần số công nghiệp trong thời gian lớn hơn một phút Quá điện áp thường là kết quả của chuyển mạch tải (ngắt tải lớn khỏi hệ thống hoặc hoạt động một bộ tụ) Điều chỉnh đầu phân áp máy biến áp không đúng cũng gây ra hiện tượng quá điện áp trong hệ thống điện

ƒ Thấp điện áp (Undervoltage)

Thấp điện áp là sự giảm của điện áp nhỏ hơn 90% điện áp định mức tại tần số công nghiệp trong thời gian lớn hơn một phút Nguyên nhân của sự giảm thấp điện áp ngược lại với nguyên nhân gây ra quá điện áp Một tải đóng vào hệ thống hoặc ngắt một bộ tụ ra khỏi hệ thống có thể gây ra hiện tượng giảm thấp điện áp cho đến khi thiết

bị điều chỉnh điện áp đưa điện áp trong hệ thống về lại giá trị cho phép Mạch điện quá tải cũng có thể gây ra hiện tượng giảm thấp điện áp

ƒ Gián đoạn duy trì (Sustained interruptions)

Khi điện áp cung cấp về 0 trong một chu kỳ thời gian hơn một phút, biến đổi điện áp thời gian dài được định nghĩa là gián đoạn duy trì Gián đoạn điện áp hơn một phút thường yêu cầu sự can thiệp của con người để phục hồi tình trạng hoạt động của

hệ thống

1.5.3.Độ lệch điện áp thời gian ngắn

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

hệ thống, hoạt động của các tải lớn yêu cầu dòng khởi động cao, hoặc do sự kết nối

gián đoạn trong hệ thống dây dẫn Tùy thuộc vào vị trí sự cố và tình trạng của hệ thống, sự cố có thể gây ra hoặc hiện tượng sụt giảm điện áp (sags), tăng điện áp (swells) hoặc mất điện áp hoàn toàn (interruptions) Tình trạng sự cố có thể gần hoặc

xa điểm quan tâm Trong các trường hợp khác nhau, sự tác động tới điện áp trong suốt quá trình sự cố là các biến đổi thời gian ngắn cho đến khi các thiết bị bảo vệ hoạt động

cố trong hệ thống được định nghĩa bởi thời gian hoạt động của thiết bị bảo vệ Tự đóng lại tức thời sẽ có thể giới hạn mất điện áp gây bởi các sự cố vĩnh cửu giảm dười 30 chu

kỳ Sự trì hoãn việc tự động đóng lại của các thiết bị bảo vệ có thể gây ra sự mất điện

áp Thời gian của mất điện áp theo sự cố thiết bị hoặc đứt dây có thể theo quy luật

Có thể xuất hiện hiện tượng sụt giảm điện áp trước khi có mất điện áp do sự cố trong hệ thống Sự sụt giảm điện áp xuất hiện giữa thời gian của sự cố và hoạt động của thiết bị bảo vệ

ƒ Sụt giảm điện áp (Sags)

Sụt giảm điện áp là sự giảm điện áp khoảng 10% đến 90% giá trị điện áp hoặc dòng điện tại tần số công nghiệp trong thời gian từ 0.5 chu kỳ đến 1 phút

Hình 1.11: Sụt giảm điện áp do sự cố chạm đất một pha

Nguyên nhân của sự sụt giảm điện áp thường lien quan đến sự cố trong hệ thống nhưng cũng có thể do bởi hoạt động của tải nặng, hoặc sự khởi động của một động cơ

có công suất lớn

Hình 1.12: Sụt giảm điện áp do sự khởi động của động cơ

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

kỳ đến 1 phút

Cũng giống như hiện tượng sụt giảm điện áp, quá điện áp cũng lien quan đến sự

cố hệ thống, nhưng chúng không phổ biến như sụt giảm điện áp Sự tăng điện áp được đặc điểm bằng biên độ và thời gian của chúng

Hình 1.13: Quá điện áp do sự cố chạm đất một pha

1.5.4.Mất cân bằng điện áp

Mất cân bằng điện áp được định nghĩa là độ biến đổi lớn nhất khỏi giá trị trung bình của điện áp hoặc dòng điện ba pha Hình 1.13 là một dạng sóng của hiện tượng mất cân bằng điện áp

Hình 1.14: Mất cân bằng điện áp

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

Nguyên nhân chính của mất cân bằng điện áp nhỏ hơn 2% là tải đơn pha trong mạch điện ba pha Mất cân bằng điện áp cũng có thể là nguyên nhân do cầu chì trong một pha của bộ tụ ba pha Một vài mất cân bằng điện áp (lớn hơn 5%) có thể gây bởi tình trạng đơn pha

1.5.5.Độ méo dạng sóng

Độ méo được định nghĩa như là sự biến đổi trạng thái ổn định từ một dạng sóng sin lý tưởng của tần số cơ bản Độ méo dạng sóng được thể hiện bởi thành phần phổ của biến đổi

ƒ Tạp âm (Noise)

DC offset Sự có mặt của dòng và áp một chiều trong hệ thống điện xoay chiều

được định nghĩa là DC offset Điều này có thể xuất hiện như là kết quả của sự nhiễu loạn từ tính hoặc tính không đối xứng của các bộ biến đổi công suất điện tử Dòng điện một chiều trong hệ thống điện xoay chiều có thể gây bất lợi, làm bão hòa lõi thép máy biến áp trong tình trạng hoạt động bình thường Điều này làm phát nóng và giảm tuổi thọ của máy biến áp Các dòng điện một chiều cũng có thể gây sự ăn mòn điện phân của các điện cực nối đất hoặc các thiết bị kết nôi

Sóng hài Sóng hài là các điện áp và dòng điện hình sin có tần số là bội số

nguyên của tần số cơ bản của hệ thống Các dạng sóng dao động có thể phân tích thành tổng của tần số cơ bản và sóng hài Các dao động điều hòa bắt nguồn từ đặc điểm không đối xứng của thiết bị và tải trong hệ thống điện

Các mức độ dao động điều hòa được miêu tả bởi hình ảnh của sóng hài đầy đủ với biên độ và góc pha của mỗi thành phần điều hòa riêng biệt Tổng độ méo điều hòa

(THD-Total harmonic distortion) là phép đo giá trị tác dụng của độ méo điều hòa

Dạng sóng có dạng phổ của sóng hài lần lượt được thể hiện trong hình 1.14 cho dòng điện vào truyề động có thể điều chỉnh tốc độ

Hình 1.15: Dạng sóng hài và phổ của dòng điện

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

nguyên của tần số cơ bản được gọi là đa hài Chúng có thể xuất hiện như là tần số riêng

rẽ hoặc hình ảnh dải rộng

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

là đa hài

Notching là sự nhiễu loạn điện áp theo chu kỳ gây bởi hoạt động bình thường

của các thiết bị điện tử công suất khi dòng điện được giao hoán giữa pha này với pha kia

Khi sự nhiễu loạn điện áp xuất hiện liên tiếp, nó có thể được thể hiên qua hình ảnh sóng hài của điện áp tác dụng Tuy nhiên nó thường được xem như một hiện tượng đặc biệt Thành phần tần số liên quan với sự nhiễu loạn điện áp có thể rất cao và có thể không dễ dàng mô tả bằng các thiết bị đo lường thong thường sử dụng cho tính toán sóng hài Hình 1.15 là một ví dụ về nhiễu loạn điện áp từ một thiết bị biến đổi ba pha

Hình 1.16: Dạng sóng nhiễu loạn điện áp

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

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

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

đề này có thể hạn chế bằng cách sử dụng các bộ lọc, các máy biến áp cách ly và điều hòa đường dây

1.5.6.Dao động điện áp

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

Hình 1.17: Dao động điện áp trong một ngày

Sự biến đổi nhanh, liên tiếp trong biên độ dòng tải có thể gây ra biến đổi điện áp thoáng qua Để chính xác, dao động điện áp là một hiện tượng điện từ trong khi dao động thoáng qua là một kết qua không mong muốn của dao động điện áp trong một số tải Tuy nhiên, hai định nghĩa này thường được nối với nhau trong cùng tiêu chuẩn Chình vì vậy, ta cũng sẽ sử dụng định nghĩa dao động điện áp thoáng qua để miêu tả như dao động điện áp