thông tin đầy đủ
1Bài giảng 1 040118060 Chất lượng điện năng Giảng viên: TS. Nguyễn Quang Nam 2013 – 2014, HK1 http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php nqnam@hcmut.edu.vn 2Bài giảng 1 Nội dung Chương 1: Chất lượng điện năng (1 tuần) Chương 2: Sụt điện áp và mất điện áp (1 tuần) Chương 3: Quá điện áp quá độ (2 tuần) Chương 4: Họa tần (1 tuần) Chương 5: Phân tích – đánh giá – giảm thiểu ảnh hưởng họa tần (2 tuần) Chương 6: Thay đổi điện áp thời gian dài (1 tuần) Chương 7: Chất lượng điện năng trong lưới điện phân tán, lưới điện thông minh (1 tuần) Chương 8: Giám sát chất lượng điện năng (1 tuần) 3Bài giảng 1 Ch. 1: Chất lượng điện năng Chất lượng điện năng là vấn đề mang tính thời sự từ khoảng 2 thập niên qua, và ngày càng được quan tâm đến. Vấn đề thực ra không phải là mới mẻ, mà đã tồn tại ngay từ buổi khởi thủy của ngành điện. Vấn đề trở nên mới, thời sự là do cách đặt vấn đề hiện nay mang tính hệ thống hóa, toàn cục, chứ không phải đề cập đến từng vấn đề, từng hiện tượng một cách riêng rẽ như trước đây. Vấn đề được đặc biệt quan tâm đến, không chỉ trên phương diện nhà cung cấp (sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng), mà còn trên phương diện khách hàng (người sử dụng). 4Bài giảng 1 Bốn lý do để quan tâm đến CLĐN 1. Khác với các thiết bị thuộc thế hệ cũ, các thiết bị thuộc thế hệ mới (sử dụng phổ biến linh kiện điện tử) hiện nay nhạy cảm hơn nhiều đối với các thay đổi của nguồn điện. 2. Xu hướng ngày càng nâng cao hiệu quả, hiệu suất của quá trình sản xuất khiến việc sử dụng thiết bị mới (biến tần, mạch lọc tích cực) càng trở nên phổ biến. Điều này khiến mức họa tần trên lưới tăng cao hơn nhiều. 3. Mối quan tâm cũng như hiểu biết của khách hàng về vấn đề chất lượng điện cũng cao hơn so với trước đây. Do đó, yêu cầu của khách hàng đối với chất lượng điện cũng khắt khe hơn. 4. Việc nối mạng, liên kết các thiết bị trở nên phổ biến trong quá trình sản xuất. Điều này có nghĩa là một phần tử gặp sự cố sẽ gây ảnh hưởng lớn hơn. 5Bài giảng 1 Chất lượng điện năng là gì? Định nghĩa về chất lượng điện có thể rất khác nhau, tùy quan điểm (quan điểm của điện lực thường nghiêng về độ tin cậy trong cung cấp điện, còn nhà sản xuất thiết bị lại thiên về các thông số của nguồn điện sao cho thiết bị có thể làm việc tốt). Chất lượng điện năng là vấn đề có liên quan nhiều đến người sử dụng. Do đó, quan điểm của người sử dụng phải được quan tâm đến nhiều hơn. Định nghĩa sau thường được chấp nhận trong các tài liệu về chất lượng điện: Chất lượng điện là bất cứ vấn đề nào liên quan đến điện áp, dòng điện, tần số khiến cho các thiết bị của người sử dụng điện không làm việc bình thường hay thậm chí hư hỏng. 6Bài giảng 1 Các nhìn nhận khác nhau: Hai biểu đồ dưới đây cho thấy mối quan tâm đối với cùng vấn đề chất lượng điện năng là khác nhau, tùy từ quan điểm của khách hàng hay của điện lực: Khách hàng Điện lực 7Bài giảng 1 Chất lượng điện = Chất lượng điện áp Xét trên phương diện kỹ thuật, điện lực chỉ có thể kiểm soát được chất lượng điện áp cung cấp, và không thể kiểm soát dòng điện mà một tải nào đó tiêu thụ. Vì lý do trên, các tiêu chuẩn cho chất lượng điện thực ra được xây dựng trên cơ sở đảm bảo điện áp trong một mức quy định. Chất lượng điện được thể hiện qua biên độ, tần số, hình sin của điện áp cung cấp. Bất cứ sai lệch nào của các yếu tố trên đều có liên quan đến vấn đề chất lượng điện. Tất nhiên, giữa áp và dòng luôn có mối quan hệ mật thiết. Điện áp do các máy phát ra hầu như luôn có hình sin, nhưng dòng điện qua các tải khác nhau sẽ khác nhau, và điều này lại có ảnh hưởng ngược lại đối với điện áp cung cấp. 8Bài giảng 1 Chất lượng điện = Chất lượng điện áp Ví dụ một số trường hợp: - Dòng ngắn mạch làm cho điện áp sụt giảm, hoặc bằng 0. - Dòng do xung sét tạo nên xung điện áp rất cao gây phóng điện bề mặt, và có thể dẫn đến hiện tượng ngắn mạch. - Các dòng điện bị méo dạng do các tải phi tuyến sẽ làm méo dạng điện áp. Điện áp này lại ảnh hưởng đến các hộ tiêu thụ khác. Vì thế, tuy điện áp là đại lượng sau cùng được quan tâm đến, trong thực tế cần phải quan tâm đến dòng điện khi đề cập đến các vấn đề của chất lượng điện năng. 9Bài giảng 1 Vì sao cần quan tâm đến chất lượng điện Chất lượng điện có ảnh hưởng trực tiếp đến các quá trình sản xuất hiện đại, với mức độ tự động hóa, tin học hóa ngày càng cao, với các thiết bị nhạy cảm hơn nhiều đối với chất lượng điện, so với các thế hệ thiết bị điện cơ trước đây. Một ví dụ cho thấy, chỉ cần một tác động của máy ngắt cung cấp điện cho một KCN trung bình, có thể dẫn đến thiệt hại khoảng 10000 USD vì cần có 4 giờ để khởi động lại tiến trình sản xuất. Các điện lực hiện nay trong tiến trình phi độc quyền, càng ý thức rõ hơn vấn đề trên. Trong bối cảnh cạnh tranh giữa các điện lực, yêu cầu cung cấp cho khách hàng chất lượng điện cao nhất là mục tiêu của các điện lực. Mối quan tâm của xã hội đến chất lượng điện ngày càng được nâng cao. 10Bài giảng 1 Vì sao cần quan tâm đến chất lượng điện Các nhà sản xuất thiết bị ngày càng quan tâm đến vấn đề, vì cần thiết kế, chế tạo các thiết bị ngày càng tinh vi hơn, nhiều chức năng hơn, nhưng giá thành phải ngày càng rẻ hơn. Tóm lại, vấn đề chất lượng điện là của mọi bên, từ các điện lực, khách hàng, cho đến các nhà sản xuất, chế tạo thiết bị, và của xã hội. 11Bài giảng 1 Các tiêu chuẩn liên quan IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers), IEC (The International Electrotechnical Commission), CIGRE (Congrès International des Grands Réseaux Électriques à Haute Tension) có nhiều định nghĩa, tiêu chuẩn về chất lượng điện. Tiêu chuẩn IEEE P1159 Bảng sau liệt kê các hiện tượng, cũng như các đặc tính liên quan, theo cách phân loại của IEC. 12Bài giảng 1 Các hiện tượng gây rối loạn điện từ (theo IEC) Hiện tượng tần số thấp, do dẫn điện Họa tần, liên họa tần Hệ thống thông tin (tải ba) Chập chờn điện áp (flicker) Võng điện áp và gián đoạn điện áp Mất cân bằng điện áp Dao động tần số Cảm ứng điện áp tần số thấp DC trong mạng AC Hiện tượng tần số thấp, do bức xạ Từ trường Điện trường 13Bài giảng 1 Các hiện tượng gây rối loạn điện từ (theo IEC) Hiện tượng tần số cao, do dẫn điện Điện áp/dòng điện cảm ứng dạng sóng liên tục Quá độ theo một hướng Quá độ dao động Hiện tượng tần số cao, do bức xạ Từ trường Điện trường Điện từ trường Sóng liên tục Quá độ Hiện tượng phóng tĩnh điện (ESD) Xung điện từ hạt nhân (NEMP) 14Bài giảng 1 Các hiện tượng quá độ Các hiện tượng quá độ xảy ra trong hệ thống điện có thể được phân loại thành quá độ xung (impulsive) và quá độ dao động (oscillatory). Quá độ xung: các thay đổi đột ngột của điện áp, dòng điện, ở tần số khác với tần số công nghiệp, có cực tính dương hoặc âm. 15Bài giảng 1 Các hiện tượng quá độ Quá độ dao động: các thay đổi đột ngột của điện áp, dòng điện, ở tần số khác với tần số công nghiệp, có cực tính dương và âm. Ví dụ dưới đây là quá độ dao động khi đóng trạm tụ bù. 16Bài giảng 1 Các thay đổi điện áp kéo dài ANSI C84.1 quy định thay đổi điện áp là kéo dài khi khoảng thời gian tồn tại là lớn hơn 1 phút. Các thay đổi có thể là quá điện áp hay thấp điện áp. Nguyên nhân thường là thay đổi tải hay thao tác đóng/ngắt. Quá điện áp: khi điện áp tăng đến hơn 110%, và kéo dài hơn 1 phút. Ví dụ, ngắt một tải công suất lớn ra khỏi lưới; đóng điện vào trạm tụ bù. Thấp điện áp: khi điện áp giảm còn dưới 90%, và kéo dài hơn 1 phút. Ví dụ, đóng điện một tải công suất lớn; ngắt điện trạm tụ bù. Mất điện kéo dài: khi điện áp bằng 0 trong khoảng thời gian hơn 1 phút. 17Bài giảng 1 Các thay đổi điện áp trong thời gian ngắn Theo bảng 2, các thay đổi điện áp trong thời gian ngắn được phân loại theo thời gian tồn tại: tức thời, khoảnh khắc, và ngắn hạn (tạm thời). Nguyên nhân thường là sự cố, khởi động của tải lớn. Mất điện áp (interruption): khi điện áp giảm còn dưới 0,1 pu, và kéo dài không quá 1 phút. Ví dụ, sự cố đường dây. Sụt điện áp (sag): khi điện áp còn 0,1 – 0,9 pu, và kéo dài không quá 1 phút. Ví dụ, sự cố 1 pha chạm đất hay mở máy động cơ công suất lớn. Vượt điện áp (swell): khi điện áp bằng 1,1 – 1,8 pu, trong thời gian không quá 1 phút. Ví dụ, sự cố 1 pha chạm đất, ngắt điện tải lớn, hay đóng điện vào trạm tụ bù. 18Bài giảng 1 Điện áp mất cân bằng Điện áp mất cân bằng xảy ra khi mức lệch điện áp khỏi giá trị điện áp trung bình vượt quá mức quy định. Có thể biểu diễn mức mất cân bằng điện áp qua % của thành phần thứ tự nghịch hay thành phần thứ tự không. Ví dụ mức mất cân bằng được biểu diễn qua tỷ số U0/U1 và U2/U1 của một phát tuyến trong 1 tuần. Nguyên nhân của việc mất cân bằng điện áp có thể do sự có mặt của các tải 1 pha trên lưới điện (dưới 2%). Điện áp cũng có thể bị mất cân bằng do nổ chì 1 pha của dàn tụ bù 3 pha. 19Bài giảng 1 Méo dạng điện áp Méo dạng điện áp xảy ra khi dạng điện áp lệch khỏi hình sin trong trạng thái xác lập, do có mặt các họa tần bậc cao. Có 5 loại méo dạng điện áp chính: Phân cực DC Họa tần Liên họa tần Khấc điện áp Nhiễu 20Bài giảng 1 Phân cực DC Phân cực một chiều là hiện tượng có sự hiện diện của điện áp hay dòng điện một chiều trong lưới điện. Nguyên nhân có thể do các biến đổi từ học của trái đất hay do nguồn chỉnh lưu bán sóng. Sự hiện diện của thành phần một chiều trong lưới điện gây ra các ảnh hưởng tiêu cực đến sự hoạt động của các thiết bị: mạch từ máy biến áp bị bão hòa, và làm tăng tổn hao thép cũng như làm giảm tuổi thọ của máy; sự ăn mòn điện hóa của các mối nối tiếp địa. . Chất lượng điện năng trong lưới điện phân tán, lưới điện thông minh (1 tuần) Chương 8: Giám sát chất lượng điện năng (1 tuần) 3Bài giảng 1 Ch. 1: Chất lượng. đề chất lượng điện năng là khác nhau, tùy từ quan điểm của khách hàng hay của điện lực: Khách hàng Điện lực 7Bài giảng 1 Chất lượng điện = Chất lượng điện