Cú rất nhiều nguyờn nhõn gõy tổn thất điện năng: do chất lượng nguồn cấp; do lỗi đưởng truyền; do chất lượng, đặc tớnh phụ tải...
Bỡnh thường, theo lý thuyết, dạng súng điện ỏp của nguồn cung cấp là chuỗi cỏc hỡnh sin lệch pha nhau 1200 điện và tổng vecto của dũng điện và điện ỏp 3 pha là bằng khụng. Tuy nhiờn, trong thực tế, sự mất cõn bằng và súng hài xuất hiện làm dạng hỡnh sin cơ bản bị mộo, dẫn tới việc làm xấu chất lượng nguồn điện, hoặc ở cỏc tải cú tớnh điện cảm ngoài cụng suất hữu cụng cũn tiờu thụ thờm cụng suất vụ cụng cũng là một trong những nguyờn nhõn gõy ra tổn thất điện năng.
1. Sự mất cõn bằng giữa cỏc pha của tải.
a.Nguyờn nhõn:
Theo lý thuyết thỡ tải của 3 pha thường được phõn bố cõn bằng nhau, nhưng trong thực tế, tải của 3 pha khụng thể cõn bằng nhau tuyệt đối mà thường bị sai lệch, khụng cõn bằng nhau cả về giỏ trị lẫn gúc pha. Thụng thường, ở cỏc nhà mỏy sản xuất thường cố gắng bố trớ tải cho đều ở cả 3 pha (bằng việc cõn bằng bằng tay hay tự động) nhưng việc này rất khú chớnh xỏc, chưa kể nhiều loại tải cú tớnh chất biến động theo thời gian, theo nhu cầu sản xuất thực tế... Thậm chớ ở cỏc phụ tải 3 pha đối xứng cũng cú sai lệch về tải. Sự mất cõn bằng pha dẫn đến sự sai lệch về điện ỏp và dũng điện giữa cỏc pha.
b. Hệ quả:
Nếu tải 3 pha khụng cõn bằng, theo tiờu chuẩn của Hiệp hội cỏc nhà cụng nghiệp quốc gia của Mỹ thỡ:
- Mất cõn bằng điện ỏp đến 3% tương đương giảm 10% cụng suất của động cơ cảm ứng.
- Mất cõn bằng điện ỏp đến 4,4% tương đương giảm 20% cụng suất của động cơ cảm ứng.
2. Sự xuất hiện của súng hài:
a. Nguyờn nhõn gõy ra súng hài:
Trong quỏ trỡnh sử dụng cỏc thiết bị điện, do rất nhiều nguyờn nhõn mà dạng súng điện ỏp thường bị mộo dạng. Hoặc trong cỏc bộ điều khiển cụng suất bằng điện tử, khi cú sự tăng đột ngột của tải phi tuyến sẽ tạo ra một xung động, kết quả là cỏc súng hài xuất hiện sẽ gõy ra nhiễu trong hệ thống cung cấp, làm tăng dũng điện tiờu thụ, cụng suất tiờu thụ và tăng điện trở.
b. Cỏc loại tải gõy ra súng hài:
- Hệ thống Computer, UPS.
- Cỏc bộ chỉnh lưu, cỏc thiết bị y tế. - Balat điện tử.
- Cỏc lũ hồ quang điện, mỏy hàn. - Cỏc biến thế bị bóo hoà từ...
c. Cỏc vấn đề do súng hài gõy ra:
Theo lý thuyết, khi phõn tớch theo chuỗi Fuarie thỡ súng điện ỏp chuẩn là tổng hợp một chuỗi cỏc súng bậc 1 là thành phần súng cơ bản tạo ra cụng hữu ớch và cỏc súng bậc cao khỏc khụng cú ớch nhưng biờn độ rất nhỏ ớt gõy ảnh hưởng đến lưới điện. Nhưng nếu dạng súng điện ỏp đú bị mộo sẽ tạo ra nhiều súng hài bậc cao là những thành phần gõy ra tổn thất điện năng.
Mộo súng sẽ làm cho:
- Quỏ nhiệt và quỏ dũng trong đường dõy trung tớnh. - Quỏ nhiệt, rung và ồn cho cỏc mỏy biến thế.
- Quỏ nhiệt, rung và sai tần số cho cỏc mụtơ cảm ứng. - Gõy nhiễu và ồn cho mỏy tớnh PC và cỏp.
- Giảm tuổi thọ của cỏc thiết bị điện.
- Làm tăng chức năng của cỏc thiết bị bảo vệ...
3. Do cụng suất vụ cụng:
Phần lớn các phụ tải trong nhà máy sản xuất là phụ tải có tính điện cảm (có cuộn dây - lõi thép) nh− động cơ điện, máy biến áp động lực, các cuộn dây hút trong nam châm điện, rơle, khởi động từ... Những loại này đều tiêu thụ hai loại công suất, đó là công suất tác dụng để sinh công P (KW) và công suất phản kháng Q (KVAr) là loại vô công. Thành phần công suất phản kháng Q tạo nên sự lệch pha giữa dòng điện và điện áp của phụ tải một góc lệch ф. Nếu máy chạy non tải hay không tải thì cosϕ thấp sẽ làm xấu đi chất l−ợng điện, nhà máy phải truyền tải thêm công suất Q, từ đó sẽ làm tăng dòng điện phụ tải dẫn đến làm tăng tổn thất trong hệ thống điện.
4. Cỏc giải phỏp giảm tổn hao điện năng:
Để làm giảm tổn hao cụng suất truyền tải do cỏc nguyờn nhõn trờn gõy ra cho nguồn cấp cú khỏ nhiều giải phỏp như:
- Bự hệ số cụng suất cosф:
Việc bù thông thường là tạo ra một công suất phản kháng khác theo chiều ngược lại để tăng hệ số công suất bằng cách dùng tụ bù. Khi bù Q vào phụ tải thì cosф tăng do vậy dòng điện giảm và tổn thất điện sẽ giảm theo. Tụ bù có thể đặt tại thanh cái phía hạ áp, đặt trong tủ phân phối điện hoặc đặt trực tiếp
87 đến từng thiết bị tiêu thụ điện. Điều đó sẽ tạo ra hiệu quả đáng kể như giảm đến từng thiết bị tiêu thụ điện. Điều đó sẽ tạo ra hiệu quả đáng kể như giảm
nhỏ công suất lựa chọn, giảm công suất tiêu thụ và dung lượng biến thế. Bù công suất phản kháng là giải pháp khá hữu hiệu để giảm tổn thất điện năng. Tuy nhiên, trong thực tế phần lớn các thiết bị này không đ−ợc trang bị các cơ cấu tự động điều chỉnh, nên th−ờng dẫn đến hiện t−ợng không cân bằng công suất phản kháng. Hiện t−ợng bù thừa th−ờng xẩy ra khi phụ tải thấp, khi đó không những tổn thất điện năng không giảm mà ng−ợc lại. Thêm vào đó hiện t−ợng bù thừa còn dẫn đến sự quá áp ở một số điểm nút của mạng điện, làm giảm chất l−ợng điện và đôi khi gây hậu quả nghiêm trọng đối với các thiết bị điện. Vì vậy cần tính toán và lắp đặt hệ thống bù tự động hợp lý với b−ớc tụ phù hợp đảm bảo tiết kiệm tối −u điện năng tiêu thụ.
- Dựng cuộn cản để lọc cỏc súng hài bậc cao:
Để giảm cỏc tổn thất do súng hài gõy ra, hầu hết cỏc phương phỏp giảm súng hài trước đõy đều sử dụng 1 cuộn cản lắp giữa dõy đất của nguồn điện và tải để giảm súng hài. Tuy nhiờn cuộn cản cú thể bị quỏ nhiệt bởi cỏc tải như cỏc bộ biến đổi dũng một chiều, tàu điện cao tốc, cỏc biến thế nối sao... là những thiết bị cú thể gõy ra nhiều súng hài và dõy dẫn sẽ hay bị ngắt hay bị đứt. Do đú hệ quả của việc giảm súng hài dựng cuộn cản là cú thể gõy ra cỏc dao động xấu và dõy trung tớnh cú thể bị đứt do quỏ dũng, lỳc đú sẽ xảy ra nhiều vấn đề như điện ỏp ở tải sẽ mất cõn bằng (mức điện ỏp cao nhất cú thể lờn tới 2 lần).
- Dựng thiết bị cải thiện chất lượng nguồn cấp:
Để thực hiện điều này, cú thể nhờ cỏc thiết bị được chế tạo dựa trờn nguyờn tắc cõn bằng điện ỏp, cõn bằng dũng điện, thiết bị ổn định điện ỏp trỏnh quỏ cao hay quỏ thấp, trỏnh thiếu ỏp...
- Dựng biến thế quấn kiểu Ziczac:
Đõy là cụng nghệ mới nhất trong lĩnh vực điện từ để tạo ra cỏc thiết bị làm cõn bằng điện ỏp và khử cỏc súng hài. Thiết bị này được đặt giữa nguồn và tải và triệt tiờu dũng do súng hài xuất hiện trong dõy trung tớnh của hệ thống điện qua dõy 0 của tải nhờ cỏc luồng từ thụng ngược nhau qua biến thế quấn kiểu Ziczac. Nhờ đú chống được sự phỏ huỷ hệ thống điện do dũng điện pha 0, loại trừ cỏc thụng số gõy tổn hao năng lượng, cải thiện chất lượng nguồn cấp, giảm chi phớ tiền điện, tăng tuổi thọ của thiết bị...
5. Phương ỏn lựa chọn:
Để giảm tổn thất điện năng do mất cõn bằng, do súng hài gõy ra cho hệ thống điện, chỳng tụi đó nghiờn cứu, thiết kế thiết bị tiết kiệm điện năng mẫu PS- 01/ESC dựa trờn nguyờn lý sử dụng cuộn khỏng quấn Ziczac để cõn bằng điện ỏp và khử cỏc súng hài bậc cao .
Sơ đồ nguyờn lý quấn biến thế: Xem hỡnh 1.
Cuộn dõy đầu tiờn sẽ được quấn quanh trụ thứ nhất và thứ hai, cuộn thứ hai quấn ở trụ thứ hai và thứ ba, cuộn dõy thứ ba sẽ được quấn quanh trụ thứ ba và thứ nhất. Trong mỗi pha, cỏc cuộn này sẽ được quấn theo chiều ngược lại trước khi được nối với dõy trung tớnh. Khi cỏc cuộn dõy được quấn ngược chiều nhau với từ thụng giống nhau trong mỗi pha, sẽ tạo ra một luồng từ thụng khụng đổi và ngược chiều với chiều dũng điện trong pha, dũng điện pha 0 xuất hiện trong khi mang tải sẽ được bự trong mỗi pha và sẽ tự động được dẫn vào dõy trung tớnh. Kết quả là giảm tự động dũng điện do mộo súng, khử cỏc súng hài và dũng điện khụng cõn bằng và giảm sự lệch pha giữa điện ỏp và dũng điện.
Sơ đồ vectơ từ thụng: Xem hỡnh 2.
89 Dựa trờn nguyờn lý này, cú nhiều dạng ứng dụng của thiết bị giảm súng Dựa trờn nguyờn lý này, cú nhiều dạng ứng dụng của thiết bị giảm súng
hài (với tải điện ỏp ≤600V):
- Loại 3 pha 3 dõy: Loại này được sử dụng với tải 3 pha đối xứng khụng sử dụng dõy trung tớnh.
- Loại 3 pha 4 dõy: Loại này dựng với tải 3 pha cú nối dõy trung tớnh.
Sơ đồ nguyờn lý: Xem Hỡnh 3.
Ở đõy, bộ giảm súng hài 3 pha 4 dõy bao gồm biến thế Ziczac 70, trong đú cỏc vũng dõy của nú được nối giữa hệ thống nguồn điện 55 và tải 50 và được quấn qua lừi 60 cú trụ 61, 62 và 63 riờng biệt với dạng ziczac và phần nối tam giỏc hở 80 trong mỗi cuộn dõy sẽ được quấn qua 3 trụ 61, 62 và 63 giữa dõy trung tớnh N của nguồn và “n” của tải.
- Nguồn điện 3 pha 4 dõy là 1 biến thế nối Y gồm cỏc pha R, S, T và dõy trung tớnh N cung cấp nguồn xoay chiều cho tải. Biến thế và 1 đầu của tam giỏc hở được đặt giữa nguồn điện và và tải. Cuộn sơ cấp và thứ cấp của biến thế được nối với từng pha riờng biệt của nguồn điện và được quấn qua 2 của 3 trụ 61, 62 và 63 trong đú chiều của luồng từ thụng là ngược nhau. Cuộn sơ cấp nối với pha R sẽ được quấn qua trụ 61 và cuộn thứ cấp sẽ được quấn qua trụ 62. Điểm cuối của cuộn sơ cấp sẽ được nối với điểm cuối của cuộn thứ cấp, và điểm đầu của cuộn sơ cấp sẽ được nối với dõy “n” của tải. Tương tự, cuộn sơ cấp nối với pha S sẽ được quấn qua trụ 62 và cuộn thứ cấp sẽ được quấn qua trụ 63, cũn cuộn sơ cấp nối với pha T được quấn qua trụ 63 và cuộn thứ cấp được quấn qua trụ 61, điểm đầu của cuộn sơ cấp sẽ được nối với dõy trung tớnh “n” của tải. Như ở biểu đồ vector (Hỡnh 4), dũng điện pha 0 của từng pha sẽ ngược chiều nhau và triệt tiờu nhau.
- Để chuyển dũng súng hài từ nguồn điện qua dõy trung tớnh ‘n” phớa tải, phần nối của tam giỏc hở được đặt giữa dõy N và dõy “n”. Cuộn sơ cấp của pha T được nối với dõy 0 của tải và được quấn qua trụ 63, của pha S quấn qua trụ 62 và của pha R quấn qua trụ 61, mỗi cuộn dõy được quấn theo cựng chiều trong đú điểm cuối của pha R được nối với dõy trung tớnh của nguồn điện. Cỏc điểm nối của 3 pha tam giỏc hở được nối với N của lưới và “n” của tải.
- Trờn hỡnh 4, dõy N khụng nối trực tiếp với dõy “n” mà nối qua phần tam giỏc hở nờn hầu hết cỏc súng hài được đưa qua tải và được triệt tiờu riờng rẽ trong từng pha của tam giỏc hở. Như vậy hầu hết cỏc súng hài được chuyển đi và cung cấp dũng điện cơ bản cho nguồn điện.
Lưu ý: tốt hơn hết là dựng thờm cuộn cản 90 được đặt giữa từng pha của nguồn điện và biến thế để chuyển cỏc thành phần súng hài bằng hay lớn hơn bậc 5.
Hỡnh 3: Sơ đồ nguyờn lý bộ giảm súng hài.
Hỡnh 5: Biểu đồ vectơ dong điện dõy trung tớnh.