Bậc súng hài Tỷ lệ phần trăm theo cỏc thống kờ
khỏc nhau 2 3.2 4.1 4.5 3 4 0 4 5 4 7 4 1.1 1.8 2.8 5 3.2 2.1 4.5 6 0.6 - 1.7 7 1.3 1.0 1.6 8 0.4 1.0 1.1 9 0.5 0.6 1.0 10 >0.5 >0.5 >1.0
1.6. Ảnh hƣởng của súng hài tới hệ thống và cỏc thiết bị
Súng hài lan truyền trong lƣới điện cú thể gõy cỏc ảnh hƣởng tiờu cực tới cỏc sự vận hành bỡnh thƣờng của cỏc thiết bị. Mức độ ảnh hƣởng tựy theo đặc tớnh của từng loại thiết bị, do đú cần thiết phải cú cỏc đỏnh giỏ để xỏc định mức độ ảnh hƣởng cũng nhƣ đề ra cỏc giải phỏp hạn chế súng hài một cỏch hợp lý.
Ảnh hƣởng chớnh của súng hài dũng điện và điện ỏp tới hệ thống điện cú thể túm lƣợc nhƣ sau:
- Cú thể gõy ra hiện tượng cộng hưởng nguy hiểm tại một tần số súng hài nào đú, dẫn tới quỏ điện ỏp;
- Giảm khả năng khai thỏc tối đa hiệu suất của thiết bị;
- Già húa cỏch điện và làm giảm tuổi thọ cỏc thiết bị;
- Cỏc thiết bị hoạt động sai chức năng so với thiết kế.
1.6.1. Hiện tưởng cộng hưởng tại tần số súng hài
Việc lắp đặt cỏc bộ tụ để bự cụng suất phản khỏng trong hệ thống chớnh là một yếu tố gúp phần tạo ra hiện tƣợng cộng hƣởng súng hài. Hiện tƣợng cộng hƣởng súng hài mang tớnh chất địa phƣơng và cú thể gõy ra quỏ tải cỏc bộ tụ [5].
Cú thể phõn ra hai loại cộng hƣởng súng hài:
- Cộng hƣởng song song;
- Cộng hƣởng nối tiếp.
*) Hiện tượng cộng hưởng song song:
Tải phi tuyến sinh ra cỏc thành phần hài dũng điện, cỏc thành phần súng hài
này chạy về phớa hệ thống.
- Với cỏc bộ tụ bự: dung khỏng của bộ tụ giảm đối với cỏc súng hài bậc cao
(XC 1
j C ).
- Tổng trở của hệ thống: tăng cựng với bậc của súng hài ( ).
Sự cộng hƣởng song song xảy ra nếu giỏ trị điện khỏng của hệ thống bằng với giỏ trị dung khỏng của cỏc bộ tụ bự tại một tần số nào đú, tần số đú đƣợc gọi là tần số cộng hƣởng song song. Tại tần số cộng hƣởng thỡ tổng trở của tƣơng đƣơng của {hệ thống song song với bộ tụ} cú giỏ trị rất lớn.
Điều nguy hiểm khi xảy ra hiện tƣợng cộng hƣởng song song là dũng điện hài chạy vào cỏc bộ tụ và hệ thống tăng lờn lần (trong đú h là bậc tần số cộng hƣởng, XC là dung khỏng cỏc bộ tụ, R là độ lớn thành phần R trong tổng trở
nguồn).Thƣờng R cú giỏ trị rất nhỏ dẫn tới tỷ số cú giỏ trị rất lớn và nhƣ vậy
dũng điện hài cú thể gõy quỏ tải cho cỏc bộ tụ.
Tần số cộng hƣởng song song cú thể tớnh toỏn đƣợc một cỏch gần đỳng. Nờn tớnh toỏn lựa chọn cỏc bộ tụ sao cho tần số cộng hƣởng song song này khụng gần quỏ với cỏc tần số súng hài (vớ dụ: trỏnh trƣờng hợp tần số cộng hƣởng song song cú bậc 5,3 trong khi đang cú cỏc súng hài bậc 5).
*) Hiện tượng cộng hưởng nối tiếp:
L X j L * C h X R * C h X R
Hiện tƣợng cộng hƣởng nối tiếp cú thể xảy ra trong trƣờng hợp bộ tụ và mỏy
biến ỏp (hoặc đƣờng dõy) dõy tạo thành mạch cộng hƣởng R-L-C nối tiếp đối với
nguồn phỏt súng hài. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tại tần số cộng hƣởng của mạch RLC thỡ tổng trở tƣơng đƣơng của mỏy biến ỏp và tụ bự rất nhỏ (bằng thành phần R), do đú hầu hết súng hài sẽ chạy vào khu vực này, gõy quỏ tải cỏc bộ tụ.
Tổng hợp về hiện tƣợng cộng hƣởng súng hài trong lƣới phõn phối cú thể biểu diễn nhƣ sau:
1.6.2. Ảnh hưởng tới cỏc động cơ và mỏy biến ỏp
Do ảnh hƣởng của hiệu ứng mặt ngoài, làm cho vật dẫn bị làm núng nhanh chúng khi tần số dũng điện tăng. Nếu trong điều kiện tồn tại súng hài với trị số lớn, thiết bị vẫn cú thể bị quỏ nhiệt ngay cả khi mang dũng định mức và làm cho tổn hao cụng suất cũng tăng lờn.
Tổn hao từ trễ tỉ lệ với tần số và dũng Fu cụ tỉ lệ với bỡnh phƣơng tần số nờn -
dũng hài cũng gõy tăng tổn thất trong cuộn dõy và mạch từ của mỏy biến ỏp. Cũng giống nhƣ mỏy biến ỏp súng hài gõy ra thờm tổn hao từ trƣờng trong lừi thộp của động cơ. Do chịu thờm phỏt núng nờn cỏc mỏy biến ỏp làm việc trong mụi trƣờng giàu súng hài cần đƣợc lựa chọn với cụng suất lớn hơn để trỏnh bị quỏ tải, hoặc nếu MBA đó cú thỡ phải xem xột giảm cụng suất tải qua MBA.
Mặt khỏc, cuộn tam giỏc của mỏy biến ỏp cú thể bị quỏ tải do cỏc thành phần
súng hài bậc 3, 9, 15…chạy quẩn. Thành phần từ thụng thứ tự khụng cũn gõy thờm
cỏc tổn hao trong lừi thộp, cỏc cấu kiện thộp khỏc.
Một ảnh hƣởng khỏc nghiờm trọng hơn là sự dao động mụmen vỡ súng hài.Những súng hài thƣờng gặp trờn lƣới điện là hài bậc năm và bậc bảy. Súng hài bậc năm là súng hài, dẫn tới từ trƣờng quay ngƣợc chiều với từ trƣờng cơ bản với tốc độ bằng năm lần tốc độ cơ bản. Hài bậc bẩy là hài thứ tự thuận, từ trƣờng quay cựng hƣớng từ trƣờng cơ bản với tốc độ bằng bẩy lần cơ bản. Từ đú dẫn tới sự tƣơng tỏc từ trƣờng và dũng điện cảm ứng trờn rotor tạo ra sự dao động của trục động cơ. Nếu tần số dao động trựng với tần số tự nhiờn của những thành phần cơ, những thiệt hại nghiờm trọng cú thể xảy ra. Sự rung và ồn quỏ mức trong hoạt dộng của động cơ trong mụi trƣờng súng hài nờn đƣợc kiểm tra để ngăn chặn những thiệt hại. Những động cơ làm việc trong mụi trƣờng ụ nhiễm súng hài cần đƣợc thiết kế đặc biệt.
1.6.3. Ảnh hưởng tới hệ số cụng suất
Càng nhiều thành phần súng hài thờm vào cựng với thành phần cơ bản, thỡ giỏ trị dũng điện hiệu dụng tổng sẽ tăng lờn, vỡ vậy sẽ ảnh hƣởng tới hệ số cụng suất của mạch. Hệ số cụng suất cos , đƣợc tớnh nhƣ sau (cho thành phần cơ bản của
dũng và ỏp):
1 1
P cos
Hệ số cụng suất tổng khi cú thành phần súng hài sẽ đƣợc tớnh nhƣ sau: 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 100 100 P P P cos U I THD U I THD U I * . % . %
Thành phần thứ hai trong tớch trờn là hệ số cụng suất mộo gõy bởi thành phần
súng hài. Nhận thấy thành phần này luụn nhỏ hơn 1 nờn hệ số cụng suất khi cú súng
hài bị giảm đi
1.6.4. Ảnh hưởng tới cỏc bộ tụ bự
Súng hài điện ỏp làm tăng tổn hao điện mụi trong cỏc bộ tụ, tổn hao này cú thể
tớnh theo: 2
1 n n
n
C.(tan ). .V
với Vn là giỏ trị hiệu dụng của điện ỏp hài bậc n.
Việc tăng tổn hao này làm núng cỏc bộ tụ, gõy giỏ húa nhanh, giảm tuổi thọ. Cỏc bộ tụ cũng thƣờng đƣợc coi là nơi hỳt cỏc súng hài, điều này là do điện khỏng của bộ tụ giảm theo tần số súng hài. Một cỏch tự nhiờn cỏc súng hài sẽ tỡm đƣờng đi tới cỏc nơi cú tổng trở thấp (vào cỏc bộ tụ) và cú thể gõy quỏ tải.
Mặt khỏc sự xuất hiện của cỏc hiện tƣợng cộng hƣởng cú thể gõy quỏ ỏp và quỏ dũng cho cỏc bộ tụ dẫn tới sớm hƣ hỏng. Để trỏnh cỏc hiện tƣợng cộng hƣởng này cần cú cỏc tớnh toỏn khi lắp cỏc bộ tụ bự. Hoặc cú thể xem xột lắp thờm cỏc cuộn khỏng nối tiếp với cỏc bộ tụ lớn để trỏnh cộng hƣởng tại cỏc tần số súng hài phổ biến trong lƣới điện.
1.6.5. Ảnh hưởng tới thiết bị bảo vệ
Sự xuất hiện thành phần súng hài làm cho thiết bị bảo vệ tỏc động sai hoặc khụng tỏc động khi cú sự cố. Tựy từng điều kiện rơle cú thể tỏc động trƣớc hoặc chậm hơn so với yờu cầu hoặc định vị sai vị trớ điểm sự cố (ảnh hƣởng nhiều nhất đến cỏc rơle tĩnh và rơle cơ, rơle số thƣờng đƣợc trang bị cỏc bộ lọc rất tốt nờn ớt bị ảnh hƣởng), điều này cú thể gõy ra những tỏc động xấu đến cả hệ thống. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1.6.6. Ảnh hưởng tới thiết bị đo đếm
Cỏc thiết bị đo đếm thƣờng đƣợc hiệu chỉnh với cỏc tớn hiệu chuẩn hỡnh sin, tuy nhiờn khi vận hành trong mụi trƣờng cú súng hài cú thể chịu ảnh hƣởng và cú
sai số. Cỏc nghiờn cứu đó cho thấy rằng sai số của thiết bị đo thay đổi phụ thuộc rất nhiều vào chủng loại của thiết bị đo, dạng súng hài…sai số cú thể là õm hoặc dƣơng.
Cỏc thiết bị đo sử dụng nguyờn lý cảm ứng điện từ (vớ dụ cỏc cụng tơ điện cơ) thƣờng cú sai số khi đo cỏc tải cú phỏt sinh súng hài. Tuy nhiờn cỏc sai số này rất khú để đỏng giỏ vỡ phụ thuộc nhiều yếu tố nhƣ tần số súng hài, biờn độ của cỏc súng hài riờng lẻ, kết cấu thiết bị đo.
Cỏc thiết bị đo kỹ thuật số sử dụng kỹ thuật đo khỏc với cỏc thiết bị điện cơ, do đú ảnh hƣởng của súng hài tới sai số cú thể bỏ qua. Tuy nhiờn, cỏc thiết bị đo này cú nhiều chế độ đo và phải đảm bảo cài đặt về chế độ đo “true rms” khi đo lƣờng cỏc đại lƣợng bị mộo dạng súng. Nhƣ vậy cú thể thấy rằng với cỏc cụng tơ số hiện này việc đo điện năng sẽ cú sai số nằm trong dải cho phộp của thiết bị.
Tuy nhiờn vỡ cỏc cụng tơ lấy tớn hiệu từ biến dũng điện và biến điện ỏp, nếu cỏc thiết bị này cú sai số khi làm việc với súng hài thỡ kết quả đo điện năng cũng sẽ bị sai. Cỏc biến dũng điện và biến điện ỏp đƣợc kiểm tra ở tần số làm việc 50Hz, tần số cao hơn 50Hz cỏc mỏy biến dũng và biến điện ỏp sẽ cú sai số cả về gúc pha và độ lớn. Tài liệu tham khảo (5) cho thấy với súng hài tới bậc 35 thỡ mỏy biến điện ỏp cú vẫn cú sai số độ lớn nằm trong dải cho phộp, tuy nhiờn sai số về gúc pha tăng đỏng kể. Cỏc sai số này sẽ gúp phần làm tăng sai số của điện năng đo đƣợc.
CHƯƠNG 2 CÁC GIẢI PHÁP LOẠI TRỪ SểNG HÀI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
2.1. Tổng quan về cỏc giải phỏp loại trừ súng hài trong hệ thống điện
Cú nhiều biện phỏp đó đƣợc đề xuất và thực hiện để loại bỏ ảnh hƣởng của súng hài trong hệ thống điện, cỏc biện phỏp đú cú thể liệt kờ sơ bộ nhƣ sau:
Sử dụng cỏc bộ chỉnh lƣu loại nhiều xung (12 xung, 24 xung, 48 xung). Bảng 2.1 thể hiện phổ tần của dũng điện của chỉnh lƣu 6 và 12 xung, cú thể thấy rằng thành phần hài giảm đỏng kể khi sử dụng cầu chỉnh lƣu 12 xung hoặc cao hơn.
Bảng 2.1: Phổ tần của dũng điện khi sử dụng chỉnh lưu 6 và 12 xung
Bậc súng hài 5 7 11 13 17 19 23 25 29 31 Chỉnh lƣu 6 xung 6 0.132 0.073 0.057 0.035 0.027 0.02 0.016 0.014 0.012 Chỉnh lƣu 12 xung 0.0192 0.0132 0.073 0.057 0.0035 0.0027 0.02 0.016 0.0014 0.0012
Sử dụng cỏc cuộn khỏng nối tiếp với mạch chỉnh lƣu, nghịch lƣu để điều hũa dũng điện.
Hỡnh 2.1 cho thấy khi thay đổi giỏ trị của cuộn khỏng điều hũa cú thể giảm đƣợc độ mộo dạng súng dũng điện một cỏch đỏng kể.
Hỡnh 2.1: Mạch chỉnh lưu cú sử dụng cuộn khỏng điều hũa
u=Usin t LIN
IIN IIN
Sử dụng cỏc mỏy biến ỏp với tổ đấu dõy tam giỏc để loại bỏ cỏc thành phần hài tƣơng tự với thành phần thứ tự khụng trong hệ thống điện (cỏc thành phần hài bậc 3n nhƣ 3, bậc 6, bậc 9...). Cỏc súng hài bậc 3 chạy quẩn trong cuộn tam giỏc cuộn tam giỏc của cỏc mỏy biến ỏp cú vai trũ cỏch ly súng hài. Tuy nhiờn khi cuộn tam giỏc chịu thờm cỏc dũng điện hài thỡ cần lựa chọn cụng suất cuộn dõy một cỏch phự hợp.
Mặt khỏc trong HTĐ cũn cú hiện tƣợng tự loại trừ súng hài: Khi cỏc tải phi tuyến đƣợc cấp từ cỏc mỏy biến ỏp cú tổ đấu dõy khỏc nhau thỡ do hiệu ứng dịch pha của tổ dấu dõy: cỏc súng hài cú thể tự loại trừ. Hiện tƣợng này phổ biến ở lƣới hạ ỏp.
Sử dụng cỏc bộ lọc súng hài: Đõy là giải phỏp thƣờng đƣợc sử dụng phổ biến nhất tại cỏc phụ tải.
Cỏc bộ lọc súng hài cú thể chia ra là bộ lọc súng hài thụ động và lọc súng hài chủ động, bộ lọc súng hài kiểu lai ghộp.
2.2. Cỏc bộ lọc súng hài thụ động
Cỏc bộ lọc súng hài thụ động đƣợc cấu thành từ cỏc bộ tụ và khỏng với trị số thớch hợp để tạo ra mạch cộng hƣởng tại tần số hài mong muốn.
Cú thể phõn loại bộ lọc thụ động theo phƣơng thức kết nối vào lƣới nhƣ bộ lọc thụ động kiểu nối tiếp và song song.
Cỏc bộ lọc loại nối song song sẽ tạo ra cỏc đƣờng dẫn tổng trở thấp đối với một loại súng hài hoặc một số loại súng hài (tựy cấu trỳc của bộ lọc) và súng hài sẽ đi phần lớn vào bộ lọc thay vỡ đi vào phớa hệ thống.
2.2.1. Bộ lọc thụ động kiểu nối tiếp
Cấu hỡnh đơn giản của bộ lọc thụ động bự dọc nhƣ hỡnh 2.2.
Hỡnh 2.2: Bộ lọc thụ động nối tiếpNguồn Nguồn HT Tảiphi tuyến C L Bộ lọc
Bộ lọc thụ động LC đƣợc thiết kế dựa trờn nguyờn lý cộng hƣởng dao động điện từ. Bộ lọc đƣợc thiết kế chỉ cho thành phần súng cơ bản đi qua cũn cỏc thành phần súng hài khỏc sẽ bị chặn lại bởi tổng trở lớn của bộ lọc.
Ứng dụng lớn nhất của bộ lọc này làm bộ lọc súng cao tần trong kờnh thụng tin tải ba, sử dụng dõy điện truyền tin. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.2.2. Bộ lọc thụ động kiểu song song
Cấu hỡnh bộ lọc thụ động bự ngang nhƣ hỡnh 2.3.
Hỡnh 2.3: Bộ lọc thụ động song song
Bộ lọc thụ động LC bự ngang đƣợc thiết kế dựa trờn nguyờn lý cộng hƣởng. Bộ lọc đƣợc điều chỉnh cộng hƣởng với một tần số nào đú khi đú bộ lọc sẽ trở thành đƣờng dẫn trở khỏng thấp cho những súng hài nhất định. Thụng thƣờng trong hệ thống hay sử dụng cỏc loại bộ lọc súng hài bậc 5 và bậc 7. Cỏc bộ lọc súng hài bậc 3 là khụng cần thiết vỡ thành phần này cú tớnh chất tƣơng tự thành phần thứ tự khụng do đú sẽ bị chặn lại bởi cỏc cuộn đấu tam giỏc trong mỏy biến ỏp, cỏc hài bậc cao hơn bậc 7 thƣờng cú biờn độ nhỏ, do đú nếu khụng cần thiết thỡ cú thể khụng cần đặt bộ lọc.
2.3. Cỏc bộ lọc súng hài tớch cực
Sử dụng cỏc thiết bị điện tử cụng suất cú điều khiển để bự cỏc điều hũa dũng điện, điện ỏp nhằm đạt đƣợc dạng súng dũng điện và điện ỏp tải theo yờu cầu.
2.3.1. Cỏc bộ lọc súng hài tớch cực kiểu song song
Cấu hỡnh đơn giản của bộ lọc tớch cực bự ngang nhƣ hỡnh 2.4:
Nguồn HT Thanh cỏitổng Tảiphi tuyến Tải Bộ lọc Ih L C
Hỡnh 2.4: Bộ lọc tớch cực bự ngang
Bộ lọc hoạt động theo nguyờn lý bơm súng hài ngƣợc pha và cú độ lớn bằng độ lớn súng hài do tải phi tuyến sinh ra. Vỡ thế dũng điện sau bộ lọc (về phớa nguồn) sẽ chỉ cú thành phần cơ bản.
2.3.2. Cỏc bộ lọc súng hài tớch cực kiểu nối tiếp
Cấu hỡnh bộ lọc súng hài tớch cực bự dọc nhƣ hỡnh 2.5:
Hỡnh 2.5: Bộ lọc tớch cực bự dọc
Bộ lọc súng hài tớch cực bự dọc đƣợc điều khiển để hoạt động nhƣ một tổng trở động. Về nguyờn lý, tổng trở này đƣợc điều khiển để cú giỏ trị rất nhỏ (chỉ là tổng trở của bản thõn thiết bị) đối với cỏc thành phần dũng điện tần số cơ bản và cú giỏ trị rất lớn đối với cỏc thành phần súng hài bậc cao, do đú dũng điện cơ bản vẫn