2.5.1. Sự biến dạng của điện áp :
- Chất lƣợng điện năng trên lƣới phân phối chính là chất lƣợng điện áp.
- Bình thƣờng điện áp có dạng sóng hình sin và biên độ bằng giá trị định mức . - Khi vận hành, do tác động của phụ tải điện và các sự cố nên điện áp bị biến dạng: biên độ giảm hoặc tăng so với giá trị định mức, dạng sóng bị méo (không còn là hình sin) gây ra các sóng hài, ở lƣới điện 3 pha điện áp các pha không bằng nhau gây mất cân bằng, biên độ điện áp dao động ảnh hƣởng đến ánh sáng. Các biến dạng này đều gây ra ảnh hƣởng sấu đối với phụ tải điện. Bảng dƣới đây là phân loại các biến dạng điện áp theo thời gian kéo dài.
Bảng 2.2: Phân loại các hiện tượng liên quan đến chất lượng điện áp theo tiêu chuẩn IEEE 1159-1995. [16]
Loại Dải Tần Thời gian tồn tại Biên độ
1. Quá độ-transient
1.1. Quá độ xung (impulsive)
1.1.1. Nanosecond <50ns
1.1.2. Microsecond 50ns-1ms
1.1.3. Minisecond >1ms
1.2. Quá độ dao động(oscillatory)
1.2.1. Tần số thấp <5kHz 0,3 – 50 ms 0 - 4 pu 1.2.2. Tần số trung bình 5-500kHz 20 micro giây 0 – 8 pu 1.2.3. Tần số cao 0.5-6MHz 5 micro giây 0 – 4 pu
2. Biến đổi ngắn hạn
2.1. Biến đổi tức thời
2.1.1. Gián đoạn(interruption) 0,5 - 30 chu kỳ <0,1 pu 2.1.2. Giảm (sag, dip) 0,5 - 30 chu kỳ 0,1 - 0,9 pu 2.1.3. Tăng (swell) 0,5 - 30 chu kỳ 1,1 – 1,8 pu 2.2. Biến đổi chốc lát
2.2.1.Gián đoạn(interruption) 30 chu kỳ - 3s <0,1 pu 2.2.2.Giảm(sag, dip) 30 chu kỳ - 3s 0,1 - 0,9 pu
2.2.3.Tăng(swell) 30 chu kỳ - 3s 1,1 – 1,4 pu
2.3. Biến đổi tạm thời
2.3.1. Gián đoạn (interruption) 3 sec – 1 min <0,1 pu 2.3.2. Giảm (sag, dip) 3 sec – 1 min 0,1 - 0,9 pu
2.3.3. Tăng(swell) 3 sec – 1 min 1,1 – 1,2 pu
3. Biến đổi dài hạn
3.1. Gián đoạn duy trì >1min 0 pu
3.2. Kém điện áp (undervoltage) >1min 0,8 – 0,9 pu 3.3. Quá điện áp (overvoltage) >1min 1,1 – 1,2 pu
4. Điện áp không cân bằng Trạng thái ổn định 0,5 – 2%
5. Biến đổi sóng điện áp
5.1. Thành phần 1 chiều Trạng thái ổn định 0 – 0,1 % 5.2. Hài bậc cao (Harmonnics) Trạng thái ổn định 0 – 20 % 5.3. Hài đa tần (Interharmonics) Trạng thái ổn định 0 -2 % 5.4. Các xung nhọn xuất hiện theo
chu kỳ (Notching) Trạng thái ổn định
5.5. Do các thành phần khác Trạng thái ổn định 0 -1 %
6. Dao động điện áp (flicker) Không liên tục 0,1 – 7 %
Hình 2.6: Hình ảnh của các biến dạng liên quan đến chất lượng điện áp [14] + Còn theo nguyên nhân biến dạng điện áp đƣợc chia làm 2 loại:
1- Do các nhiễu loạn nhƣ sét đánh, ngắn mạch…: Quá độ (transients); Giảm và tăng áp ngắn hạn (sag và swell); Mất điện ngắn hạn. Loại này ảnh hƣởng mạnh đến các thiết bị điện tử, máy tính.
2- Biến đổi trong chế độ xác lập do biến thiên của phụ tải, phân bố phụ tải điện trên các pha, tính chất dùng điện của các thiết bị dùng điện:
+ Điện áp thấp hoặc cao dài hạn: ảnh hƣởng đến thiết bị dùng điện, an toàn của lƣới điện
+ Không cân bằng giữa các pha: ảnh hƣởng đến thiết bị dùng điện 3 pha, tăng tổn thất điện năng.
+ Méo dạng sóng (harmonics): ảnh hƣởng đến các rơle, thiết bị tự động, điều khiển, gây cộng hƣởng với tụ bù, nhiễu loạn các loại, tăng tổn thất điện năng .
+ Nhiễu âm (notch): ảnh hƣởng đến thông tin.
+ Dao động (flicker): ảnh hƣởng đến ánh sáng điện, gây hại mắt.
2.5.2. Các tiêu chuẩn chất lƣợng điện áp
1- Tiêu chuẩn đối với biến đổi biến độ điện áp dài hạn:
Độ biến đổi điện áp dài hạn đƣợc tính theo độ lệch giữa điện áp thực tế và điện áp định mức: dm100 % dm U U U U (2.4)
Tiêu chuẩn yêu cầu độ lệch này phải nằm trong giới hạn cho phép:
U U U (2.5)
+ Đối với lƣới điện hạ áp giới hạn là ±5%, lƣới điện trung cao áp: ±10%, 500kV: ±5%. 2- Tiêu chuẩn đối với biến đổi biên độ điện áp ngắn hạn và quá độ: ảnh hƣởng đến các thiết bị bán dẫn, máy tính, điện tử. Điện áp phải tuân theo các tiêu chuẩn đƣờng cong dƣới đây, có 3 tiêu chuẩn của 3 cơ quan: CBEMA, ITIC, ANSI. [9]
Hình 2.7: Vùng điện áp an toàn theo các tiêu chuẩn CBEMA, ITIC, ANSI
3- Tiêu chuẩn đối với sóng hài: Khi dạng sóng điện áp lệch khỏi hình sin, ta có thể phân tách thành những sóng hài có tần số biến đổi khác nhau, sóng hài bậc 1 có tần số bằng tần số lƣới điện. Ví dụ nhƣ hình dƣới đây, sóng điện áp biến dạng đƣợc phân thành sóng hài bậc 1, 3, 5. [7]
Hình 2.8: Hình dạng sóng hài bậc cơ bản và bậc cao
- Tiêu chuẩn giới hạn biên độ các loại sóng hài nhƣ hình trên: Ví dụ sóng bậc 3 có giới hạn 5%, biên độ của sóng này =5% biên độ sóng bậc 1. Tổng biên độ các sóng hài phải nhỏ hơn 8%. [4]
Hình 2.9: Tiêu chuẩn EN50160 cho sóng hài
4- Tiêu chuẩn đối với flicker:
Biết số lần dao động r ta tra đƣợc biên độ dao động điện áp cho phép d0. Tiêu chuẩn gián đoạn cung cấp điện dài hạn chính là tiêu chẩn độ tin cậy cung cấp điện. Vấn đề độ tin cậy cung cấp điện là rất quan trọng đối với lƣới điện nên đƣợc trình bày trong một mục riêng ngay dƣới đây. [19]
2.6. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của lƣới phân phối. 2.6.1. Các chỉ tiêu độ tin cậy của lƣới phân phối điện. 2.6.1. Các chỉ tiêu độ tin cậy của lƣới phân phối điện.
Các chỉ tiêu độ tin cậy lƣới điện phân phối đƣợc đánh giá khi dùng 3 khái niệm cơ bản, đó là cƣờng độ mất điện trung bình (do sự cố hoặc theo kế hoạch), thời gian mất điện (sửa chữa) trung bình t, thời gian mất điện hàng năm trung bình T của phụ tải.
Tuy nhiên, những giá trị này không phải là giá trị quyết định mà là giá trị trung bình của phân phối xác suất, vì vậy chúng chỉ là những giá trị trung bình dài hạn. Mặc dù 3 chỉ tiêu trên là quan trọng, nhƣng chúng không đại diện một cách toàn diện để thể hiện độ tin cậy của hệ thống. Chẳng hạn các chỉ tiêu trên đƣợc đánh giá không thể hiện đƣợc tƣơng ứng với 01 khách hàng hay 100 khách hàng, tải trung bình tại điểm đánh giá là 10kW hay 10MW. Để đánh giá đƣợc một cách toàn diện về sự mất điện của hệ thống, ngƣời ta còn đánh giá thêm các chỉ tiêu sau [17]:
1. Tần suất (số lần) mất điện trung bình của hệ thống:
Bằng tổng số lần mất điện trên tổng số phụ tải SAIFI (system average frequency index). SAIFI i i i N N vu phuc duoc hang khach so Tong hang khach cua dien mat lan so Tong (Số lần/phụ tải.năm) (2.6) Trong đó: iNi :tổng số lần mất điện của khách hàng;
Ni: tổng số khách hàng đƣợc phục vụ
Ở đây i là cƣờng độ mất điện và Ni là số khách hàng của nút phụ tải thứ i. Chỉ tiêu này xác định số lần mất điện trung bình của một khách hàng trong một năm.
2. Tần suất mất điện trung bình của khách hàng: CAIFI (Customer average
interruption frequency index):
CAIFI = huong anh bi hang khach so Tong hang khach cua dien mat lan so Tong (2.7)
3. Thời gian trung bình mất điện của hệ thống: SAIDI (system average duration index)
bằng tổng thời gian mất điện của phụ tải trên tổng số phụ tải. Chỉ tiêu này xác định thời gian mất điện trung bình của hệ thống trong một năm.
SAIDI = i i i N N T (giờ/phụ tải.năm) (2.8) Trong đó: Ti : Thời gian mất điện trung bình hàng năm
Ni :Số khách hàng của nút phụ tải thứ i;
TiNi : Tổng số thời gian mất điện của khách hàng.
4. Thời gian mất điện trung bình của khách hàng: CAIDI (Customer average
interruption duration index):
CAIDI = i i i i N N T hang khach cua dien mat lan so Tong hang khach cua dien mat gian thoi so Tong (2.9) Trong đó: λi : Là cƣờng độ mất điện
Ti : Là thời gian mất điện trung bình hàng năm Ni : Là số khách hàng của nút phụ tải thứ i.
Chỉ tiêu này xác định thời gian mất điện trung bình của một khách hàng trong một năm cho một lần mất điện.
5. Độ sẵn sàng (không sẵn sàng) phục vụ trung bình, ASAI (ASUI) (Average
service availability (unavailability) index): Chỉ tiêu này xác định mức độ sẵn sàng hay độ tin cậy (không sẵn sàng) của hệ thống.
ASAI = 8760 * Ni Ni Ti - 8760 * Ni gcapdien hangcancun Sôgiokhach ngcapdien hangduoccu Sôgiokhach (2.10) 8760 * ASAI 1 ASUI i i i N N T
Với: Ni*8760TiNi: Số giờ khách hàng đƣợc cung cấp điện Ni*8760: Số giờ khách hàng cần cung cấp điện.
6. Năng lƣợng không đƣợc cung cấp, ENS (Energy not supplied index): ENS = Tổng số điện năng không đƣợc cung cấp bởi hệ thống
= Pi . Ti (2.11)
Ở đây Pi là tải trung bình đƣợc nối vào nút tải thứ i. Chỉ tiêu này xác định sản lƣợng điện bị mất đối với hệ thống trong một năm.
7. Điện năng trung bình không đƣợc cung cấp, AENS hay mất điện hệ thống trung bình (Average Energy not supplied index):
AENS = i i i N xT P hucVu hHangDuocP TongSoKhac gCapDuoc ngKhongCun TongDienNa (2.12)
Với PiTi: Tổng điện năng không cung cấp đƣợc.
Ni: Tổng số khách hàng đƣợc phục vụ.
Chỉ tiêu này xác định sản lƣợng điện bị mất trung bình đối với một khách hàng trong một năm.
8. Chỉ số mất điện khách hàng trung bình, ACCI (Average customer curtailment index): ACCI = Huong hHangBiAnh TongSoKhac gCapDuoc ngKhongCun TongDienNa (2.13)
Chỉ tiêu này xác định sản lƣợng điện bị mất trung bình đối với một khách hàng bị ảnh hƣởng trong một năm.
9. SARFIx là chỉ tiêu đánh giá mức độ sụt áp sag, trong đó x là mức điện áp so với Uđm.
SARFIx Là % hộ tiêu thụ chịu điện áp sag thấp hơn x%Uđm:
T i V N N SARFI % (2.14)
Trong đó: + x%.Uđm là mức sag cần tính: 140-120-110-90-80-70-50-10 + Ni là số hộ tiêu thụ chịu mức sag nhỏ hơn x% nêu trên nếu x%<110 , và lớn hơn x% nếu x%>100.
Ví dụ trong lƣới phân phối khi xảy ra ngắn mạch một pha tại một điểm nào đó, thì điện áp của tất cả các điểm đầu phụ tải điện đều sụt giảm, ở điểm ngắn mạch điện áp sụt nhiều nhất, các điểm xa hơn sẽ ít sụt giảm hơn. Mức sụt giảm này có thể tính đƣợc. Tính ngắn mạch 1 pha cho mọi điểm trên lƣới điện , ta sẽ thống kê đƣợc có bao nhiều điểm điện áp sụt thấp ví dụ hơn 40% Uđm. Mỗi điểm có một số hộ tiêu thụ , chia số hộ tiêu thụ có mức sụt áp này cho tổng số hộ tiêu thụ ta đƣợc SARFI%40. [21] 3.6.2. Áp dụng các chỉ tiêu trong thực tế
Các chỉ tiêu độ tin cậy trên đƣợc tiêu chuẩn hóa khi áp dụng cho quy hoạch lƣới phân phối điện, ví dụ:
Có 4 chỉ tiêu đƣợc dùng nhiều nhất: SAIDI – SAIFI – CAIDI - ASAI. a. ASAI ≥ 9998, SAIFI < 1, CAIDI < 2h
b. ASAI ≥ 99975 cho thành phố, ASAI ≥ 99973 cho nông thôn, CAIDI < 270 phút, SAIDI < 187 phút.
c. SAIFI = 0,75 cho nhà ở; 0,6 cho thƣơng mại, SAIDI = 65 phút cho nhà ở, 45 phút cho thƣơng mại, SAIDI = 1, SAIFI = 80 phút cho các cửa hàng lớn. [20]
2.6.3. Nguyên nhân gây ra sự cố lƣới phân phối
Độ tin cậy cung cấp điện bị giảm là do các nguyên nhân gây ra gián đoạn dịch vụ bao gồm các nguyên nhân sau:
- Lịch trình mất điện: Sự gián đoạn của khách hàng là do ngắt điện ở một thời gian biết trƣớc với mục đích để bảo trì, bảo dƣỡng hoặc sửa chữa nguồn điện.
- Mất nguồn cung cấp: Sự gián đoạn của khách hàng là do các vấn đề trong hệ thống điện cung cấp với số lƣợng lớn. Hệ thống kết nối điện: Sự gián đoạn của khách hàng là do lỗi từ kết nối điện tự do với các mạch năng lƣợng.
- Do các nguyên nhân từ sét: Sự gián đoạn của khách hàng là do sét gây ra hỏng ở hệ thống phân phối dẫn đến sự cố mất điện hoặc bị hỏng ở đèn điện.
- Do các nguyên nhân từ thiết bị bảo vệ: Sự gián đoạn của khách hàng là do lỗi của thiết bị đã đƣợc sử dụng trong một thời gian dài mà không đƣợc bảo trì, bảo dƣỡng thƣờng xuyên liên tục.
- Do thời tiết bất lợi: Sự gián đoạn của khách hàng là do các yếu tố về thời tiết nhƣ mƣa, băng, tuyết, gió, nhiệt độ khắc nghiệt, mƣa lạnh, sƣơng giá hoặc các điều kiện bất lợi khác.
- Do các yếu tố về con ngƣời: Sự gián đoạn của khách hàng là do sự kết nối hoặc sự làm việc của các nhân viên với hệ thống điện. Hoặc các nguyên nhân chƣa biết hoặc chƣa rõ ràng. [12]
2.6.4. Các số liệu thống kê về các nguyên nhân sự cố
Nguyên nhân từ các loài động vật và thời tiết bất lợi cũng làm ảnh hƣởng đáng kể đến độ tin cậy cung cấp điện của lƣới điện cụ thể nhƣ sau:
- Động vật là một trong những nguyên nhân lớn nhất gây ra cho sự gián đoạn của khách hàng. Vấn đề và kỹ thuật giảm thiểu đa dạng nhƣ các loài động vật tham gia, mô tả mối quan tâm cải thiện độ tin cậy và phổ biến chiến lƣợc cho các lớp học của động vật nhƣ: sóc, chuột, chim…
+ Sóc: Sóc là một mối quan tâm cho tất cả các hệ thống phân phối trên không gần rừng khu vực. Sóc sẽ không leo lên cột điện mà chúng sẽ nhảy vào từ những cây cối gần đó và nguyên nhân gây ra lỗi bằng cách chuyển tiếp các thiết bị căn cứ với giai đoạn dây dẫn. Trong số hơn 365 loài trên khắp thế giới độ tin cậy mối quan tâm chủ yếu là với nhũng con sóc màu xám và màu đỏ. [11]
+ Chim: Chim là nguyên nhân phổ biến nhất của các đứt gãy động vật trên hệ thống truyền tải, trạm biến áp cách điện không khí. Các loại khác nhau của các loài chim gây ra các lỗi khác nhau, có nhiều loại chim khác nhau nhƣ chim làm tổ, chim ăn thịt, chim gõ kiến….Chim thƣờng làm tổ trên tháp lƣới mắt cáo, cột, và trong trạm biến áp. Vật liệu làm tổ có thể gây ra lỗi và phân chim có thể gây ô nhiễm chất cách điện.
- Thời tiết: bất lợi chủ yếu là do mƣa bão gây nên; Các cơn bão đã đổ bộ và gây ra thiệt hại lan rộng hệ thống phân phối, cơn bão đã trở thành một chủ đề quan trọng đối với độ tin cậy phân phối điện. Điều này nhấn mạnh phạm vi thiệt hại mà cơn bão có thể không bao gồm hệ thống chi phí thiệt hại, tổn thƣơng hệ thống ngầm và lũ lụt. [16].
CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU VỀ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN ÁP 3.1. Diễn biến điện áp trên lƣới điện phân phối
3.1.1. Sụt giảm điện áp và mất điện áp
Nguyên nhân của sự sụt giảm điện áp và mất điện áp là do sự cố trong hệ thống và các thao tác đóng cắt để tách sự cố. Đặc điểm của hiện tƣợng này là sự dao động điện áp khỏi ngƣỡng hoạt động bình thƣờng của điện áp hệ thống. Sụt giảm điện áp là một quá trình diễn ra trong thời gian ngắn (thông thƣờng 0.5 đến 30 chu kỳ), nguyên nhân bởi sự cố trong hệ thống hoặc khởi động của các tải lớn, nhƣ động cơ. Mất điện áp tức thời (thƣờng nhỏ hơn 2 đến 5s) thƣờng là kết quả của các hoạt động để tách sự cố quá độ trong hệ thống, hiện tƣợng mất điện áp có thời gian lâu hơn 1 phút thƣờng là