Các vấn đề về chất lượng điện năng

Chia sẻ: mylove_042007

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 tượng này là sự dao động điện áp khỏi ngưỡng hoạt động bình thường của điện áp hệ thống. Sụt giảm điện áp là một quá trình diễn ra trong thời gian ngắn (thông thường 0,5 tới 30 chu kỳ), nguyên nhân bởi sự cố trong hệ thống hoặc khởi động của các tải lớn, như động cơ....

Bạn đang xem 10 trang mẫu tài liệu này, vui lòng download file gốc để xem toàn bộ.

Nội dung Text: Các vấn đề về chất lượng điện năng

Tài Liệu


Các vấn đề về chất lượng
điện năng




1
Mục Lục

CHƯƠNG 2: CÁC VẤN ĐỀ VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG ..................................... 4
Sụt giảm điện áp và mất điện áp [6] ................................................................................... 4
2.1.1 Đánh giá hiện tượng sụt giảm điện áp ................................................................. 4
2.1.1.2 Sụt giảm điện áp trong hệ thống truyền tải ............................................................. 6
2.1.1.3 Sụt giảm điện áp trong hệ thống phân phối ............................................................ 6
2.1.2 Các giải pháp giảm sụt giảm và mất điện áp ....................................................... 6
2.1.2.1Các giải pháp ở mức thiết bị .................................................................................... 7
Các máy ổn áp ..................................................................................................................... 7
Các bộ tổng hợp từ tính....................................................................................................... 8
Hệ thống bánh đà lưu giữ năng lượng .............................................................................. 10
Các thiết bị lưu giữ năng lượng từ siêu dẫn ...................................................................... 11
2.1.2.2Các giải pháp loại trừ sự cố hệ thống nguồn.......................................................... 12
2.2 Quá điện áp quá độ [6] .......................................................................................... 15
2.2.1 Nguyên nhân ..................................................................................................... 15
.1.1 Đóng cắt tụ ................................................................................................................. 15
.1.2 Sét .............................................................................................................................. 15
.1.3 Cộng hưởng sắt từ ...................................................................................................... 16
.1.4 Quá độ do nguyên nhân đóng cắt khác ...................................................................... 17
.2 Nguyên lý bảo vệ và các thiết bị bảo vệ quá điện áp................................................ 18
.2.1 Nguyên lý bảo vệ ....................................................................................................... 18
.2.2 Thiết bị bảo vệ quá điện áp ........................................................................................ 18
Các bộ triệt quá áp (TVVSs- Transient Voltage surge suppressors) ................................ 18
2.3.1 Khái niệm chung về sóng hài ................................................................................ 21
2.3.1.1 Khái niệm .............................................................................................................. 21
2.3.1.2 Độ méo điện áp và độ méo dòng điện................................................................... 22
2.3.1.3 Sóng hài và quá độ ................................................................................................ 23
2.3.1.4 Phép đo sóng hài ................................................................................................... 23
Độ méo yêu cầu tổng(Total demand Distortion) .............................................................. 24
2.3.2 Các nguồn tạo sóng hài ......................................................................................... 24
2.3.2.2 Nguồn sóng hài từ tải công nghiệp (Harmonics Sources from Industrial Loads) 26
Các bộ biến đổi công suất 3 pha (Three phase power converters).................................... 26
2.3.3 Ảnh hưởng của sóng hài ....................................................................................... 28
2.3.3.1 Tác động tới tụ ...................................................................................................... 28
2.3.3.2 Tác động tới máy biến áp ...................................................................................... 28
2.3.3.3 Tác động tới động cơ ............................................................................................ 29
2.3.3.4 Tác động tới các rơ le bảo vệ ................................................................................ 29
2.3.3.5 Tác động tới các thiết bị đóng cắt ......................................................................... 30
2.3.3.6 Tác động tới các dụng cụ đo ................................................................................. 30
2.3.3.7 Tác động tới các thiết bị khác ............................................................................... 30
2.3.4 Nguyên tắc điều khiển sóng hài ............................................................................ 31
Giảm dòng điều hoà tạo trong tải. ..................................................................................... 32
Lọc .................................................................................................................................... 32
Điều chỉnh đáp ứng tần số hệ thống.................................................................................. 32

2
2.3.5 Khắc phục sóng hài ............................................................................................... 33
Dao động điện áp [6]......................................................................................................... 34
2.4.1 Nguyên tắc của điều chỉnh điện áp. ...................................................................... 34
2.4.2 Thiết bị cho điều chỉnh điện áp .............................................................................. 35
2.4.2.1 Điều chỉnh điện áp tại nguồn ................................................................................ 36
2.4.2.2 Máy ổn áp ............................................................................................................. 37
Hình 2.8: Đặc điểm ổn định tĩnh của máy ổn áp ........................................................... 37
2.4.2.3 Các thiết bị điều chỉnh đầu phân áp ngắt mạch điện tử ........................................ 37
2.4.2.4 Hệ thống lưu điện trực tiếp (UPS online) ............................................................. 37
2.4.2.5 Hệ thống động cơ-máy phát .................................................................................. 38
2.4.2.6 Các bộ tụ bù tĩnh (Static Var Compensators) [4] .................................................. 38
2.4.3 Các ứng dụng điều chỉnh điện áp nguồn ............................................................... 38
2.4.3.1 Bù sụt giảm điện áp đường dây (Line drop Compensator) .................................. 39
2.4.3.2 Điều chỉnh nối tiếp ................................................................................................ 39
2.4.4 Các bộ tụ cho điều chỉnh điện áp .......................................................................... 40
2.4.4.1 Các bộ tụ rẽ nhánh ................................................................................................ 40
2.4.4.2 Các bộ tụ nối tiếp ................................................................................................. 40
2.4.5 Điều chỉnh điện áp bằng nguồn phân phối ........................................................... 41
2.4.6 Dao động thoáng qua ............................................................................................ 42
2.4.6.1 Nguồn của dao động thoáng qua ........................................................................... 42




3
CHƯƠNG 2: CÁC VẤN ĐỀ VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG

Sụt giảm điện áp và mất điện áp [6]
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 tượng này là sự dao động điện
áp khỏi ngưỡng hoạt động bình thường của điện áp hệ thống.
Sụt giảm điện áp là một quá trình diễn ra trong thời gian ngắn (thông thường 0,5
tới 30 chu kỳ), nguyên nhân bởi sự cố trong hệ thống hoặc khởi động của các tải lớn, như
động cơ.
Mất điện áp tức thời (thường nhỏ hơn 2 đến 5s) thường xảy ra khi thực hiện việc
tách sự cố quá độ trong hệ thống. Hiện tượng mất điện áp có thời gian lâu hơn 1 phút
thường là do các sự cố xác lập gây ra.
Các công ty Điện lực đang phải đối mặt với sự phàn nàn về chất lượng điện năng
do hiện tượng sụt giảm và mất điện áp gây ra cho khách hàng. Các khách hàng ngày càng
có nhiều tải dễ bị ảnh hưởng bởi sự cố trong hệ thống. Các máy tính điều khiển mất bộ
nhớ, các qui trình ngày càng phức tạp cũng mất rất nhiều thời gian để khởi động lại. Các
ngành công nghiệp phải dựa nhiều vào các thiết bị tự động để đạt được hiệu suất lớn nhất
để duy trì sức cạnh tranh. Chính vì vậy, các hiện tượng này có tác động rất lớn về mặt
kinh tế.[5],[8]

2.1.1 Đánh giá hiện tượng sụt giảm điện áp
Đánh giá hiện tượng sụt giảm điện áp của nguồn cung cấp để các thiết bị có thể
được thiết kế và phát triển các thông số kỹ thuật nhằm tối ưu hoạt động của chúng. Trong
các quy trình sản xuất, để đảm bảo sự tương thích giữa đặc điểm nguồn và hoạt động của
hệ thống cần chú ý:
Xác định số lượng và đặc điểm của hiện tượng sụt giảm điện áp do sự cố
trong hệ thống truyền tải.
Xác định số lượng và đặc điểm của hiện tượng sụt giảm điện áp do sự cố
trong hệ thống phân phối.




4
Xác định ảnh hưởng của thiết bị với hiện tượng sụt giảm điện áp. Điều này
sẽ xác định được hiệu suất thực tế của các quy trình sản xuất dựa trên việc tính
toán sự sụt giảm điện áp theo hai bước trên,
Đánh giá kinh tế theo các giải pháp tăng hiệu suất khác nhau, hoặc ở mức
hệ thống cung cấp (ít sụt giảm điện áp hơn) hoặc trong các thiết bị.
2.1.1.1 Ảnh hưởng của thiết bị với sụt giảm điện áp
Các thiết bị sử dụng có thể có nhiều ảnh hưởng khác nhau với hiện tượng sụt
giảm điện áp, chúng phụ thuộc vào loại tải, hệ thống điều khiển và các ứng dụng[8]. Do
đó, thường khó để nhận biết được đặc điểm của hiện tượng sụt giảm điện áp gây mất hoạt
động cho các thiết bị. Đặc điểm chung thường được sử dụng là thời gian và biên độ của
sự sụt giảm. Ít sử dụng hơn là sự thay đổi pha và mất cân bằng, mất điện áp, mất cân
bằng điện áp 3 pha trong trường hợp giảm thấp điện áp... Thông thường, các thiết bị ảnh
hưởng với sự sụt giảm điện áp có thể chia thành ba nhóm:
Các thiết bị chỉ ảnh hưởng với biên độ của sụt giảm điện áp. Nhóm thiết
bị này bao gồm các thiết bị như rơle thấp áp, các bộ điều khiển quy trình, điều
khiển truyền động động cơ, và các loại máy tự động. Các thiết bị trong nhóm
này thường ảnh hưởng với biên độ nhỏ nhất (hoặc lớn nhất) của điện áp xuất
hiện trong quá trình sụt giảm điện áp. Với nhóm thiết bị này, thời gian trong các
dao động là quan trọng bậc hai sau biên độ.
Các thiết bị ảnh hưởng với cả biên độ và thời gian của sụt giảm điện áp.
Nhóm thiết bị này bao gồm các thiết bị sử dụng các nguồn cung cấp điện tử. Các
thiết bị này sẽ mất hoạt động hoặc sự cố khi điện áp đầu ra giảm xuống duới giá
trị danh định. Chính vì vậy, đặc điểm quan trọng của các thiết bị này là thời gian
mà điện áp định mức bị giảm xuống dưới ngưỡng định mức.
Các thiết bị ảnh hưởng với các đặc điểm khác của sụt giảm điện áp. Nhóm
thiết bị này chịu ảnh hưởng bởi các đặc điểm khác của sự sụt giảm điện áp như
mất cân bằng pha, hoặc các quá độ xuất hiện trong quá trình mất ổn định... Các
đặc điểm này thường khó thấy hơn biên độ và thời gian, và các tác động của
chúng cũng khó để nhận biết.




5
2.1.1.2 Sụt giảm điện áp trong hệ thống truyền tải
Sự sụt giảm điện áp sẽ phụ thuộc vào khách hàng được cung cấp từ hệ thống
lưới truyền tải hay lưới phân phối. Nếu khách hàng được cung cấp từ lưới truyền tải thì
sự sụt giảm điện áp chỉ phụ thuộc vào lưới truyền tải. Còn nếu khách hàng được cung cấp
từ lưới phân phối thì sự sụt giảm điện áp sẽ phụ thuộc vào cả hệ thống truyền tải và phân
phối.
Sự cố đường dây truyền tải và tác động của thiết bị bảo vệ ít khi gây ra sự mất
điện áp cho các khách hàng bởi sự liên thông trong hệ thống lưới truyền tải. Tuy nhiên,
các sự cố đó có thể gây ra hiện tượng sụt giảm điện áp. Tuỳ thuộc vào sự ảnh hưởng của
các thiết bị, các thiết bị có thể sẽ tách ra khỏi hệ thống, gây ra những tổn thất về kinh tế
đáng kể. Chính vì vậy, khả năng tính toán sự sụt giảm điện áp tại thiết bị là hết sức quan
trọng.

2.1.1.3 Sụt giảm điện áp trong hệ thống phân phối
Các khách hàng được cung cấp từ mức độ điện áp phân phối chịu tác động của
sự cố trong cả hệ thống truyền tải và phân phối. Sự sụt giảm điện áp tại các thiết bị là
tổng sự sụt giảm điện áp trong hệ thống truyền tải và phân phối. Các tính toán tại mức độ
phân phối phải bao gồm cả sự mất điện áp tạm thời do các thiết bị bảo vệ hoạt động để
loại trừ sự cố.[10]

2.1.2 Các giải pháp giảm sụt giảm và mất điện áp
Một số cách có thể được thực hiện bởi nguồn, tải, và các nhà sản xuất thiết bị để
giảm số lượng, tính khắc nghiệt của sự sụt giảm điện áp và giảm bớt sự ảnh hưởng của
thiết bị với sụt giảm điện áp. Thường càng giải quyết được vấn đề tại mức độ thấp thì sẽ
càng tiết kiệm được chi phí.
Khi mức độ yêu cầu không thực hiện được, có thể sử dụng một hệ thống lưu
điện (UPS- Uninterruptible power supply) hoặc một vài loại điều hoà công suất khác
cho các thiết bị điều khiển. Điều này sẽ thích hợp khi các thiết bị có thể chống lại sụt
giảm hoặc mất điện áp nhưng các thiết bị điều khiển sẽ tự động ngắt chúng.




6
2.1.2.1Các giải pháp ở mức thiết bị
Các giải pháp để tăng độ tin cậy và hiệu suất của các qui trình hoặc của các thiết
bị có thể được chấp nhận tại nhiều mức độ khác nhau. Các công nghệ khác nhau có thể
được tính toán dựa trên các yêu cầu riêng của các qui trình để xác định giải pháp tối ưu
cho việc cải thiện sự sụt giảm điện áp. Các giải pháp có thể được thực hiện theo các mức
độ khác nhau:
Bảo vệ cho các tải nhỏ (ví dụ như nhỏ hơn 5kVA). Điều này thường bao
gồm bảo vệ cho các thiết bị điều khiển, các máy cá nhân nhỏ hoặc nhiều khi là
các tải một pha cần được bảo vệ.
Bảo vệ cho các thiết bị riêng hoặc nhóm các thiết bị tới khoảng 300 kVA.
Tuy rằng không phải mọi tải trong nhóm thiết bị này cần bảo vệ, nhưng đây có
thể là một giải pháp hết sức kinh tế cho việc đối xử với các tải tới hạn, đặc biệt
là khi sự bảo vệ cho các tải này được ghi rõ trên thiết kế.
Bảo vệ cho nhóm các tải lớn hoặc toàn bộ thiết bị tại mức độ điện áp thấp.
Thỉnh thoảng khi một phần lớn của các thiết bị trong trạng thái tới hạn hoặc cần
bảo vệ, điều này thích hợp để tính toán cho một nhóm lớn các thiết bị cần được
bảo vệ tại một vị trí thuận lợi. Các công nghệ hiện đại có thể được xem xét khi
một nhóm lớn các tải cần được bảo vệ.
Bảo vệ tại mức độ điện áp trung bình hoặc tại nguồn cung cấp. Nếu toàn
bộ thiết bị cần được bảo vệ hoặc tăng chất lượng điện năng, các giải pháp tại
điện áp trung bình có thể được xem xét.
Phạm vi của các nhóm trên là không cố định và rất nhiều các công nghệ khác
nhau có thể được áp dụng trên phạm vi đó. Sau đây là các công nghệ chính và mức độ
chúng có thể áp dụng.

Các máy ổn áp
Các máy ổn áp có thể điều khiển được hầu hết sự sụt giảm điện áp. Các máy ổn
áp đặc biệt hiệu quả cho các tải cân bằng công suất thấp. Các máy ổn áp về cơ bản là máy
biến áp 1:1 được kích thích cao trên đường cong bão hoà. Chính điều này đã tạo ra một
điện áp đầu ra không bị tác động bởi điện áp đầu vào.



7
Các bộ tổng hợp từ tính
Nguyên lý hoạt động của các bộ tổng hợp từ tính tương tự như các máy ổn áp
ngoại trừ chúng là các thiết bị ba pha và có thuận lợi với từ tính ba pha để tăng điện áp và
điều chỉnh tải ba pha. Chúng có thể sử dụng cho các tải có công suất từ 15 đến 200 kVA
và thường được sử dụng cho các tải của hệ thống máy tính lớn nơi sụt giảm điện áp hoặc
dao động điện áp tĩnh gây ra hậu quả quan trọng.
Sự truyền năng lượng và cách điện đường dây được hoàn thiện qua việc sử dụng
các cuộn cảm kháng phi tuyến. Điều này loại trừ được các vấn đề như tiếng ồn (noise)
đường dây. Dạng sóng đầu ra xoay chiều được tạo thành bằng cách kết hợp các xung điện
áp từ các máy biến áp bão hoà. Năng lượng dạng sóng được lưu giữ trong các máy biến
áp bão hoà và các bộ tụ như dòng điện và điện áp. Sự lưu giữ năng lượng này cho phép
đầu ra của một dạng sóng sạch với một chút dao động điều hoà nhỏ.
a. Các bộ bù nối tiếp hoạt động(Active series compensators)
Sự phát triển trong kỹ thuật điện tử công suất đã tạo ra những lựa chọn mới cho
việc cải thiện sụt giảm điện áp chống lại các tải giới hạn. Một trong các lựa chọn quan
trọng là một thiết bị có thể tăng điện áp bằng cách đẩy điện áp nối tiếp với điện áp yêu
cầu trong suốt quá trình sụt giảm điện áp. Đây là các thiết bị bù nối tiếp hoạt động.
Chúng có thể sử dụng cho các thiết bị một pha nhỏ (1 đến 5kVA) đến các thiết bị rất lớn
(lớn hơn 2MVA) sử dụng trong hệ thống trung áp.
b. Các hệ thống lưu điện
Hệ thống trực tiếp (On-line UPS)
Hình 2.1 miêu tả một hệ thống lưu điện trực tiếp.




§uêng d©y TB. chØnh luu tb. BiÕn ®æi T¶i
Hình 2.1: Hệ thống lưu điện trực tiếp
Trong trường hợp này, tải luôn được cung cấp qua một hệ thống UPS. Công suất
¾c Quy
xoay chiều đầu vào được chỉnh lưu thành một chiều và được nạp bằng một bộ ắc quy.
Công suất một chiều này sau đó được biến đổi lại thành xoay chiều để cung cấp cho tải.
Nếu công suất xoay chiều đầu vào hỏng, bộ biến đổi sẽ được cấp từ ắc quy và tiếp tục

8
cung cấp đến tải. Trong trường hợp mất công suất, nguồn sẽ cung cấp riêng cho các tải
không bị ảnh hưởng của tình trạng mất cân bằng công suất đường dây. Tuy nhiên, hoạt
động trực tiếp làm tăng tổn thất và có thể không cần thiết cho bảo vệ của rất nhiều tải.
Hệ thống dự phòng (Standby UPS)
Một hệ thống dự phòng (hình 2.2) được sử dụng để cung cấp công suất cho các
thiết bị cho đến khi sự nhiễu loạn được xác định và chuyển mạch sẽ chuyển tải tới các bộ
biến đổi ngược. Một hệ thống dự trữ công suất thường không cung cấp bảo vệ quá độ và
điều chỉnh điện áp như các hệ thống trực tiếp.


§uêng d©y TB. chØnh luu tb. BiÕn ®æi T¶i




¾c Quy


Hình 2.2: Hệ thống dự phòng
Đặc điểm kỹ thuật của các hệ thống lưu điện bao gồm công suất KVA, điều
chỉnh điện áp tĩnh và động, dao động điều hoà của dòng điện vào và điện áp ra, các bảo
vệ sóng, và sự suy giảm tạp âm. Các đặc điểm kỹ thuật này thường được chỉ rõ bởi các
nhà cung cấp.
Hệ thống gián tiếp (Hybrid UPS)
Tương tự thiết kế như hệ thống trực tiếp, hệ thống gián tiếp sử dụng một bộ điều
chỉnh điện áp trong đầu ra để cung cấp điều chỉnh cho tải khi có sự chuyển từ hệ thống
bình thường sang hệ thống lưu điện.
Hình 2.3 miêu tả một hệ thống UPS gián tiếp.



§uêng d©y TB. chØnh luu tb. BiÕn ®æi æn ¸p T¶i




¾c Quy
Hình 2.3: Hệ thống gián tiếp
c. Hệ thống động cơ- máy phát(Motor- Generators sets)
Đây là một hệ thống hữu ích cho việc cách ly các tải giới hạn khỏi sự sụt giảm
và mất điện áp trong hệ thống điện. Một hệ thống động cơ- máy phát được miêu tả như
trong hình 2.4

9
§éng c¬ m¸y ph¸t



B¸nh ®μ
§uêng d©y t¶i

Hình 2.4: Hệ thống động cơ- máy phát
Một động cơ được cung cấp công suất từ đường dây truyền động cho máy phát
cung cấp công suất cho tải. Bánh đà đồng trục tạo ra quán tính lớn để tăng thời gian đi
qua. Khi đường dây chịu ảnh hưởng của mất cân bằng, quán tính của các máy và bánh đà
sẽ điều chỉnh công suất trong vòng vài giây. Điều này cũng có thể tách được các tải ra
khỏi các sự mất cân bằng khác như dao động điều hoà và quá độ chuyển mạch.
Tuy nhiên, hệ thống này cũng có một số bất lợi cho một vài loại tải như:
Có nhiều tổn thất liên quan đến các máy.
Tiếng ồn, và một số loại tải phải được bảo dưỡng.
Tần số và điện áp giảm xuống trong suốt quá trình mất điện áp.

Hệ thống bánh đà lưu giữ năng lượng
Hệ thống động cơ- máy phát chỉ có tính chất để khai thác năng lượng lưu giữ
trong các bánh đà. Một hệ thống năng lượng bánh đà sử dụng các bánh đà tốc độ cao và
các thiết bị điện tử công suất để vượt qua sụt giảm và mất điện áp từ 10s đến 2 phút.
Trong khi hệ thống động cơ- máy phát thường hoạt động mở và thường là đối tượng của
tổn thất ma sát khí động học thì các bánh đà hoạt động trong môi trường chân không và
sử dụng trục từ tính để giảm tổn thất dự trữ. Các thiết kế với các rô to thép có thể quay tại
tốc độ khoảng 10.000 rpm, trong khi với các rô to composite có thể quay với tốc độ cao
hơn. Khi lượng năng lượng lưu trữ tương ứng với bình phương của tốc độ, một lượng lớn
năng lượng có thể được lưu giữ trong một không gian nhỏ. Roto hoạt động như một thiết
bị lưu giữ năng lượng liền khối, động cơ và máy phát. Để lưu giữ năng lượng. rôto được
quay tới tốc độ như động cơ. Khi năng lượng đã đạt yêu cầu, thì rôto và phần ứng lại hoạt
động như một máy phát.




10
Các thiết bị lưu giữ năng lượng từ siêu dẫn
Một thiết bị lưu giữ năng lượng từ siêu dẫn được sử dụng để giảm sự sụt giảm
và mất điện áp. Năng lượng lưu giữ được bằng cách lưu giữ năng lượng trong dòng điện
chạy trong nam châm siêu dẫn. Khi cuộn dây tổn thất, năng lượng có thể được giải
phóng. Qua các bộ điều chỉnh điện áp và các bộ biến đổi, năng lượng này có thể được đẩy
vào bảo vệ hệ thống điện trong thời gian nhỏ hơn 1 chu kỳ để bù cho điện áp mất đi trong
quá trình sụt giảm điện áp.
Hệ thống này có một vài thuận lợi hơn hệ thống lưu điện dựa trên các bình ắc
quy là:
Với cùng một năng lượng lưu trữ và khả năng phát công suất, hệ thống
này nhỏ hơn nhiều.
Năng lượng được lưu trữ có thể được truyền nhanh vào hệ thống để bảo vệ
khi có sự cố.
Hệ thống hầu như không giới hạn về chu kỳ nạp và phóng điện. Các chu
kỳ này có thể được thực hiện hàng ngàn lần mà không làm giảm phẩm chất của
các nam châm siêu dẫn.
d. Các bộ chuyển mạch tĩnh và chuyển mạch động
Có một số lựa chọn để bảo vệ cho toàn bộ các thiết bị dễ bị ảnh hưởng bởi sụt
giảm điện áp. Chúng bao gồm các máy hồi phục điện áp lực (dynamic voltage restorers-
DVRs) và các hệ thống lưu điện UPS sử dụng công nghệ tương tự như miêu tả trên
nhưng tại mức độ điện áp trung bình. Một giải pháp khác được sử dụng tại điện áp thấp
hoặc điện áp trung bình là các bộ chuyển mạch tự động.
Các bộ chuyển mạch tự động có thể sử dụng các công nghệ khác nhau, từ thông
thường đến các bộ chuyển mạch tĩnh. Các bộ chuyển mạch thường sẽ chuyển mạch từ
nguồn sơ cấp tới nguồn dự phòng trong vài giây. Các bộ chuyển mạch động sử dụng kỹ
thuật ngắt chân không có thể chuyển mạch chỉ trong khoảng 2 chu kỳ. Điều này có thể đủ
nhanh để bảo vệ các tải dễ bị ảnh hưởng. Các bộ chuyển mạch tĩnh sử dụng các chuyển
mạch điện tử công suất để thực hiện các sự chuyển mạch trong khoảng một phần tư chu
kỳ điện.
Điều chú ý nhất đối với các bộ chuyển mạch cho bảo vệ các tải dễ bị ảnh hưởng
là chúng yêu cầu hai nguồn cung cấp độc lập tới. Ví dụ như cả hai nguồn cấp đến từ một

11
thanh cái trạm, khi đó cả hai sẽ cùng bị đặt vào cùng một sự sụt giảm điện áp khi có sự cố
xảy ra trong hệ thống nguồn. Nếu một phần trăm đáng kể của các hiện tượng tác động
đến các thiết bị, gây ra bởi sự cố trong hệ thống truyền tải, các bộ chuyển mạch động sẽ
có ít lợi ích cho bảo vệ các thiết bị.

2.1.2.2Các giải pháp loại trừ sự cố hệ thống nguồn
Các công ty Điện lực có hai lựa chọn cơ bản để giảm số lượng và tính khắc
nghiệt của sự cố trong hệ thống. Đó là ngăn ngừa sự cố hoặc thực hiện các biện pháp điều
chỉnh loại trừ sự cố.
Việc ngăn ngừa sự cố không chỉ tăng sự hài lòng của khách hàng, mà còn ngăn
ngừa những hư hại lớn cho các thiết bị điện. Các hoạt động ngăn ngừa sự cố bao gồm: tỉa
cây, đặt chống sét đường dây, đặt thiết bị bảo vệ động vật... Cách điện của đường dây
không thể loại trừ được mọi sự cố do sét gây ra, chính vì vậy cần chú ý xem xét hiện
tượng các đường dây chịu tác động với sự cố do sét. Trong đường dây truyền tải, các dây
chống sét có thể được tính toán để giảm sự cố do sét. Trong lưới phân phối, các dây
chống sét cũng có thể là một lựa chọn khi các chống sét đặt dọc theo đường dây. Ngoài
ra, một trong những vấn đề trên đường dây là hiện tượng đổ cây vào đường dây. Trong
các vùng mà thực vật phát triển nhanh, việc tỉa cây để tránh đổ vào đường dây cũng là
một nhiệm vụ cần chú ý.
Nâng cao biện pháp loại trừ sự cố có thể bao gồm: đặt thêm các tự động đóng lại
đường dây, tính toán nhả nhanh, tăng thêm mạch vòng hoặc điều chỉnh thiết kế đường
dây. Các biện pháp này có thể giảm số lượng hoặc thời gian của các ngắt mạch tạm thời
và sự sụt giảm điện áp, nhưng sự cố hệ thống sẽ không bao giờ có thể tính toán trọn vẹn.
Nguyên lý phối hợp quá dòng
Rất quan trọng để hiểu sự hoạt động của hệ thống trong suốt quá trình sự cố. Có
các giới hạn tự nhiên để ngắt sự cố dòng điện và phục hồi công suất. Các vị trí này
thường yêu cầu nhỏ trong tải. Trong một số trường hợp việc thực hiện phía hệ thống
nguồn để nâng cao chất lượng điện năng sẽ tốt hơn phía tải. Chính vì vậy, chúng ta sẽ nêu
ra các giải pháp để loại trừ sự cố với cả hai phía nguồn và tải.
Các chế độ làm việc của hệ thống điện được chia làm hai loại chính: chế độ xác
lập và chế độ quá độ. Chế độ xác lập là các chế độ trong đó các thông số của hệ thống


12
không thay đổi, hoặc trong những khoảng thời gian tương đối ngắn, chỉ biến thiên nhỏ
xung quanh các trị số định mức. Chế độ làm việc bình thường, lâu dài của hệ thống điện
thuộc về chế độ xác lập (còn gọi là chế độ xác lập bình thường). Chế độ sau sự cố, hệ
thống được phục hồi và làm việc tạm thời cũng thuộc về chế độ xác lập (còn gọi là chế độ
xác lập sau sự cố). Ở các chế độ xác lập sau sự cố thông số ít biến thiên nhưng có thể lệch
khỏi trị số định mức tương đối nhiều, cần phải nhanh chóng khắc phục.
Ngoài chế độ xác lập còn diễn ra các quá trình quá độ trong hệ thống điện. Đó là
các chế độ trung gian chuyển từ chế độ xác lập này sang chế độ xác lập khác. Chế độ quá
độ thường diễn ra sau những sự cố hoặc thao tác đóng cắt các phần tử đang mang công
suất (những kích động lớn). Chế độ quá độ được gọi là bình thường nếu nó tiến đến chế
độ xác lập mới. Trong trường hợp này các thông số hệ thống bị biến thiên nhưng sau một
thời gian lại trở về gần định mức và tiếp theo ít thay đổi. Ngược lại, có thể diễn ra chế độ
quá độ với thông số hệ thống biến thiên mạnh, sau đó tăng trưởng vô hạn hoặc giảm đến
0. Chế độ quá độ khi đó được gọi là chế độ quá độ sự cố. Nói chung, với mọi hệ thống
điện yêu cầu nhất thiết là phải đảm bảo cho các chế độ quá độ diễn ra bình thường, nhanh
chóng chuyển sang chế độ xác lập mới, bởi chế độ quá độ chỉ có thể là tạm thời, chế độ
xác lập mới là chế độ cơ bản làm việc của hệ thống điện.[3]
Mục tiêu chính của quá trình loại trừ sự cố trong hệ thống điện, bên cạnh đảm
bảo an toàn, là để hạn chế sự hư hại của hệ thống phân phối. Chính vì vậy, việc xác định
sự cố và loại trừ sự cố phải được thực hiện với tốc độ có thể lớn nhất mà không gây ra
mất hoạt động trong quá trình quá độ thông thường. Hai quan tâm lớn nhất cho hư hỏng
thường là: hồ quang điện gây ra cho dây dẫn, các thanh cái và hư hỏng các máy biến áp
trong các trạm.
Một hệ thống lưới phân phối hình tia được thiết kế cho chỉ riêng thiết bị ngắt sự
cố được hoạt động để loại trừ sự cố. Với các sự cố xác lập, các thiết bị ngắt sự cố sẽ hoạt
động để tách các đường dây. Chính vì vậy, sự cố sẽ được cách ly và công suất có thể
được phục hồi.
Các thiết bị bảo vệ quá dòng điện xuất hiện nối tiếp dọc theo các đường dây. Với
sự cố xác lập, các thiết bị hoạt động tăng chậm dần từ cuối đường dây tới trạm biến áp.
Điều này giúp đảm bảo chính xác các phần của đường dây nên chỉ cách ly phần bị sự cố.
Thứ tự các thiết bị bảo vệ quá dòng trên đường dây thường bao gồm:[1]

13
Các máy cắt có trang bị tự đóng lại: Đây là loại máy cắt nhẹ tác động
nhanh được trang bị bảo vệ quá dòng, phần tử lôgic để cắt và đóng trở lại máy
cắt có bộ phận đếm số lần tác động và chỉ trạng thái của máy cắt. Số lần tự đóng
lại có thể được đặt trước, nếu đóng lại không thành công, máy cắt sẽ giữ ở trạng
thái cắt, chờ nhân viên vận hành xử lý. Máy cắt có trang bị tự động đóng lại có
loại 3 pha hoặc 1 pha, ngày nay người ta sử dụng máy cắt chân không hoặc SF6
thay cho máy cắt ít dầu thường dùng trước đây để giảm trọng lượng của thiết bị,
cho phép dễ dàng lắp đặt trên cột đường dây phân phối, nâng cao độ an toàn và
tin cậy của thiết bị. Bộ phận điều khiển lô gích cắt và tự động đóng lại, đếm chu
trình và thời gian tác động do một microprocessor thực hiện cho phép kết nối với
hệ thống điều khiển xa và hiển thị trạng thái máy cắt trong sơ đồ tự động của
lưới phân phối.
Các dao cách ly tự động: Là loại dao cách ly được trang bị bộ truyền động
có thể điều khiển từ xa tác động phối hợp với máy cắt có trang bị tự đóng lại để
thực hiện việc tách và cách ly phần tử bị sự cố trong khoảng thời gian không
điện trong chu trình tự đóng lại. Dao cách ly tự động không có khả năng cắt
dòng điện lớn, vì vậy trong quá trình xử lý sự cố cần phối hợp chính xác tác
động giữa nó và máy cắt.
Rơle quá dòng: Được trang bị kèm theo máy cắt tự động đóng lại, có đặc
tính thời gian phụ thuộc, đôi khi được sử dụng kết hợp với bộ khoá điện áp thấp
để tăng độ nhạy của bảo vệ hoặc bộ phận định hướng công suất (trong các mạch
vòng).
Các bộ phận chỉ thị sự cố: Thời gian phát hiện phần tử bị sự cố quyết định
mức độ kéo dài của quá trình xử lý sự cố. Bộ phận chỉ thị sự cố sẽ tác động khi
có dòng điện sự cố chạy qua nó, nó chỉ cảnh báo chứ không tác động cắt máy
cắt. Các bộ phận chỉ thị sự cố được lắp đặt ở đầu tất cả các đường dây, kể cả
đường dây rẽ nhánh giúp cho việc xác định đường đi của dòng điện sự cố và từ
đó xác định vị trí điểm sự cố được dễ dàng và nhanh chóng. Có rất nhiều loại chỉ
thị sự cố được chế tạo theo nhiều nguyên tắc khác nhau từ loại điện từ thường
dùng trước đây với hệ thống trở về điều khiển bằng tay đến các loại thiết bị điện



14
tử hiện đại với các hệ thống trở về khác nhau, có thể lắp đặt trong nhà hoặc trên
cột, dùng cho đường dây trên không hoặc cáp ngầm.
Cầu chảy cao áp: Cầu chảy (cầu chì) là loại thiết bị đơn giản nhất dùng
trong lưới phân phối với đặc tính bảo vệ quá dòng có thời gian phụ thuộc. Có
nhiều loại cầu chảy cao áp khác nhau, những loại thường gặp trong lưới phân
phối là: Cầu chảy tự rơi, cầu chảy chứa thạch anh, cầu chảy chứa chất lỏng dập
hồ quang và cầu chảy chứa chân không hoặc chứa khí SF6.

2.2 Quá điện áp quá độ [6]

2.2.1 Nguyên nhân
Hiện tượng quá điện áp quá độ là do quá trình đóng cắt thiết bị hoặc do hiện
tượng sét. Quá điện áp quá độ có thể xảy ra ở tần số cao, trung bình hoặc thấp.

.1.1 Đóng cắt tụ
Tụ thường được sử dụng để cung cấp công suất phản kháng nhằm nâng cao khả
năng tải cho đường dây, giảm tổn thất và cung cấp điện áp cho hệ thống điện. Sử dụng tụ
mang lại hiệu quả kinh tế cao. Trong khi các phương pháp khác như sử dụng máy điện
quay hoặc sử dụng các thiết bị bù tĩnh điện đều có giá thành và bảo dưỡng tốn kém hơn
nên hiện nay việc sử dụng tụ trong hệ thống điện là phổ biến nhất.
Tuy nhiên nhược điểm của tụ là gây ra quá độ trong quá trình đóng cắt. Một số
tụ được cung cấp năng lượng toàn bộ thời gian tuy nhiên một số khác đóng cắt theo tải.
Chính điều này đã làm xuất hiện các sự thay đổi các thông số hệ thống như điện áp, dòng
điện, công suất phản kháng...

.1.2 Sét
Hệ thống lưới điện và các trạm biến áp hầu hết được xây dựng ngoài trời với các
đường dây tải điện hàng trăm, hàng ngàn km. Quá điện áp khí quyển không chỉ gây nên
phóng điện trên cách điện dường dây mà còn truyền sóng vào trạm biến áp gây sự cố hư
hỏng cách điện trong trạm. Quá điện áp khí quyển có thể do sét đánh thẳng lên đường dây
hoặc mặt đất gần đường dây sẽ sinh ra sóng điện từ truyền dọc đường dây, gây nên quá
điện áp tác dụng lên cách điện của đường dây. Khi cách điện của đường dây bị hỏng sẽ

15
gây nên ngắn mạch pha-đất hoặc ngắn mạch pha-pha buộc các thiết bị bảo vệ đầu đường
dây phải làm việc. Với những hệ thống đường dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt
nhảy có thể gây mất ổn định hệ thống, nếu hệ thống tự động của các nhà máy làm việc
không nhanh thì có thể gây nên sự cố rã lưới.
Sóng sét còn có thể truyền từ đường dây vào trạm biến áp hoặc đánh thẳng vào
trạm biến áp đều gây nên phóng điện trên cách điện trạm biến áp, điều này rất nguy hiểm
vì nó tương đương với ngắn mạch trên thanh góp và dẫn đến sự cố trầm trọng. Mặt khác
khi có sóng sét truyền vào trạm biến áp, nếu chống sét van đầu cực máy biến áp làm việc
không hiệu quả thì cách điện của máy biến áp sẽ bị chọc thủng gây thiệt hại vô cùng lớn.
Nhìn chung, khi bảo vệ chống sét đường dây không phải là loại trừ hoàn toàn khả năng
sự cố do sét mà chỉ giảm sự cố đến mức giới hạn hợp lý mà thôi.

.1.3 Cộng hưởng sắt từ
Cộng hưởng sắt từ là một loại cộng hưởng đặc biệt bao gồm điện dung và điện
cảm của lõi sắt. Nó gây ra hiện tượng mất cân bằng khi điện kháng từ hoá của một máy
biến áp được đặt nối tiếp với tụ hệ thống. Điều này xảy ra trong đường dây hở mạch một
pha. Dưới trạng thái điều khiển, cộng hưởng sắt từ có thể được sử dụng hữu ích như một
máy ổn áp.
Cộng hưởng sắt từ khác cộng hưởng trong các phần tử hệ thống tuyến tính. Cộng
hưởng tuyến tính là hiện tượng xảy ra sau khi có sự khuếch đại của sóng hài trong hệ
thống điện. Trong hệ thống tuyến tính, cộng hưởng dẫn đến điện áp và dòng điện sin cao
theo tần số cộng hưởng, trong khi đó cộng hưởng sắt từ thì dạng sóng thường không theo
quy luật.
Các nguyên nhân chính dẫn đến cộng hưởng sắt từ là:
Đóng cắt không tải, đường dây cáp, máy biến áp 3 pha với chỉ một pha
đóng.
Đóng cắt không tải, đường dây cáp, máy biến áp ba pha với một pha hở.
Cầu chì 1 hoặc 2 cực hỏng để máy biến áp với 1 hoặc 2 pha mở. Các tự
động đóng lại 1 pha cũng có thể gây ra tình trạng này.




16
Tuy nhiên không phải những sự kiện trên đều gây ra cộng hưởng sắt từ. Có các
hệ thống cáp ngầm cả chục năm mà không xuất hiện cộng hưởng. Tình trạng hệ thống mà
làm tăng sự xuất hiện của cộng hưởng sắt từ bao gồm:
Hệ thống điện áp phân phối cao hơn, đặc biệt là nhóm hệ thống điện áp 22
và 35kV.
Đóng cắt tải nhẹ hoặc các máy biến áp không tải.
Cách đấu dây phía sơ cấp máy biến áp.
Mạch cáp ngầm quá dài.
Hư hỏng cáp và các thiết bị đóng cắt trong suốt quá trình xây dựng hệ
thống cáp ngầm.
Hệ thống yếu, dòng ngắn mạch thấp.
Các máy biến áp tổn thất nhỏ.
Hệ thống 3 pha với thiết bị đóng cắt chỉ một pha.
Sự xuất hiện của cộng hưởng sắt từ có thể xuất hiện tại nhiều mức độ điện áp
khác nhau. Tỷ lệ của tổn thất, điện kháng từ hoá và điện dung tại mức độ thấp có thể giới
hạn được tác dụng của công hưởng sắt từ nhưng nó vẫn xuất hiện.
Có một vài loại của cộng hưởng sắt từ với sự biến đổi vật lý và điện khác nhau.
Một số có điện áp và dòng điện rất cao, một số khác lại có điện áp gần với giá trị bình
thường. Chính vì vậy, rất khó để nói rằng có cộng hưởng sắt từ trừ khi có bằng chứng
hoặc sử dụng các thiết bị đo chất lượng điện năng.

.1.4 Quá độ do nguyên nhân đóng cắt khác
Quá độ đường dây thường xuất hiện khi một dao cách ly đóng nối đường dây
vào hệ thống điện. Khi đó chúng thường sinh ra một thành phần tần số cao hơn quá độ do
đóng cắt tụ. Quá trình quá độ này là kết quả của sự kết hợp của sóng mang, điện dung của
đường dây và điện cảm của nguồn.
Các quá độ trong mạch điện phân phối thường bao gồm kết quả của quá độ
đường dây, đặc điểm dòng khởi động máy biến áp và đặc điểm khởi động của tải. Quá độ
đường dây không thường xuyên là vấn đề với các thiết bị sử dụng. Các thiết bị sử dụng
có thể được bảo vệ với thành phần tần số cao bằng các thiết bị nếu cần thiết.




17
Một nguyên nhân khác của quá áp là do sự cố chạm đất một pha. Trong một hệ
thống có trở kháng thứ tự không cao sẽ xuất hiện điện áp cao trong suốt quá trình xảy ra
sự cố. Sự quá áp này chỉ là tạm thời và nó sẽ biến mất sau khi sự cố bị loại trừ. Hiện
tượng này thường không gây ra vấn đề quá lớn trừ khi quá trình loại trừ sự cố lâu. Nói
chung, sự tác động lớn hay nhỏ của hiện tượng quá áp này phụ thuộc vào đấu nối của
máy biến áp. Với máy biến áp đấu sao-sao-đất, điện áp sẽ được biến đổi trực tiếp trong
khi với máy biến áp đấu tam giác sẽ giúp bảo vệ được thiết bị khỏi quá điện áp trong quá
trình sự cố.



.2 Nguyên lý bảo vệ và các thiết bị bảo vệ quá điện áp

.2.1 Nguyên lý bảo vệ
Nguyên lý cơ bản của bảo vệ quá điện áp các thiết bị là:
Giới hạn điện áp qua các cách điện dễ bị tác động bởi quá áp.
Làm lệch hướng dòng xung qua tải.
Ngăn dòng xung vào tải.
Nối đất liên kết giữa các thiết bị.
Giảm, hoặc ngăn dòng xung chạy giữa các nối đất.
Tạo ra một bộ lọc tần thấp sử dụng nguyên lý ngăn ngừa và giới hạn quá
điện áp.

.2.2 Thiết bị bảo vệ quá điện áp

Các bộ triệt quá áp (TVVSs- Transient Voltage surge suppressors)
Các bộ triệt quá áp dùng để bảo vệ thiết bị khỏi quá điện áp quá độ bằng cách
giới hạn điện áp lớn nhất qua thiết bị. Tuy nhiên các bộ triệt quá điện áp thường liên kết
với các thiết bị được sử dụng tại tải. Một bộ triệt quá điện áp thường có giới hạn xung lớn
hơn một bộ chống sét.
Các yếu tố tạo thành các thiết bị này có thể được chia thành hai loại có chức
năng hoạt động khác nhau là crowbar(đẩy) và clamping(kẹp).



18
Nhóm các thiết bị đẩy(crowbar) là các thiết bị thường dẫn dòng trong suốt
quá trình quá độ điện áp. Điện áp đường dây sẽ giảm gần tới không trong suốt
quá trình xảy ra ngắn mạch. Các thiết bị này thường được cấu tạo với một khe
hở chứa không khí hoặc gas đặc biệt. Tuy nhiên nhóm thiết bị này có bất lợi là
điện áp sẽ giảm xuống không hoặc giá trị rất thấp trong ít nhất nửa chu kỳ. Điều
này sẽ làm cho một số tải sa thải đường dây không cần thiết.
Nhóm các thiết bị kẹp (clamping) thường là các điện trở phi tuyến (biến
trở) mà cho phép dẫn một lượng rất nhỏ dòng điện cho đến khi có quá điện áp.
Khi có quá áp chúng dẫn điện rất tốt và trở kháng giảm nhanh chóng theo sự
tăng của điện áp. Các thiết bị này hoạt động tăng lượng dòng điện dẫn để giới
hạn sự tăng điện áp của sóng.

Các máy biến áp cách ly (Isolation Transformers)

Nguyên nhân chính của các máy biến áp cách ly được tải ra khỏi
hệ thống khi xảy ra quá độ là do độ tự cảm rò của các máy biến áp này.
Nhờ vậy mà các tạp âm tần số cao và quá độ bị giữ lại không ảnh hưởng
đến tải và không tác động tới hệ thống điện. Các xung đóng cắt và xung
sét có thể bị ngăn chặn.
Hình 2.5 thể hiện một sơ đồ của máy biến áp cách ly sử dụng để ngăn ngừa các
tạp âm tần số cao và quá độ qua máy biến áp đến tải.


C


S¬ cÊp thó cÊp

§uêng D©y T¶i




C
Hình 2.5: Máy biến áp cách ly
a. Các bộ lọc tần thấp (low-pass fillters)



19
Các bộ lọc tần thấp bao gồm một mạch LC. Mạch LC này bao gồm các điện cảm
nối tiếp và các tụ điện mắc song song. Mạch LC này cung cấp một trở kháng thấp cho các
tần số cộng hưởng lựa chọn. Trong mục đích bảo vệ xung, các thiết bị giữ điện áp được
đặt song song với các tụ. Trong một vài thiết kế, sẽ không có tụ trong mạch LC này.
Hình 2.6 là một bộ bảo vệ gián tiếp bao gồm hai bộ triệt quá áp và một bộ lọc
tần thấp. Bộ bảo vệ sử dụng một thiết bị phóng điện khe hở để tác động với các quá độ
năng lượng lớn. Bộ lọc tần thấp giới hạn các quá độ cao tần. Các chống sét được sử dụng
để ngăn ngừa các quá độ cao tần và đẩy vào trong bộ triệt quá áp. Tụ sẽ giới hạn sự tăng
trong khi chống sét sẽ giảm bớt điện áp tại thiết bị bảo vệ.
Một dạng khác của thiết kế này sẽ yêu cầu chống sét được đặt ở cả hai đầu của
bộ lọc và có thể có nhiều bộ tụ.




§uêng D©y ®Õn §Z ®· b¶o vÖ

§uêng D©y ®Õn §Z ®· b¶o vÖ

BV. kiÓu khe hë Bé läc tÇn thÊp Chèng sÐt
Hình 2.6: Bộ lọc tần thấp
BV. kiÓu khe hë Bé läc tÇn thÊp Chèng sÐt
b. Điều hoà công suất trở kháng thấp (low-impedance power conditioners)
Các thiết bị điều hoà công suất trở kháng thấp thường được sử dụng phía sơ cấp
để phân cách với các nguồn công suất kiểu đóng cắt trong các thiết bị điện tử. Khác với
các máy biến áp cách ly, các thiết bị này có trở kháng thấp hơn rất nhiều và có một bộ lọc
(hình 2.7). Các bộ lọc được đặt phía đầu ra và bảo vệ chống lại tần số cao, và các mất ổn
định.

§uêng D©y T¶i




trung tÝnh trung tÝnh

§Êt §Êt
Hình 2.7: Điều hoà công suất trở kháng thấp
c. Chống sét



20
Hầu hết các chống sét sản xuất gần đây sử dụng một điện trở phi tuyến như là
thiết bị giới hạn điện áp chính. Thành phần chính của các điện trở phi tuyến là ô xít kẽm
ZnO.
Trước đây, các chống sét được chế tạo có khe hở kết hợp với mạch silíc cácbon
(SiC). Cấu trúc có khe hở tạo ra một nguồn khí ở bên trong, đây là nguyên nhân chính
của các hư hỏng chống sét do nhiễm ẩm. Tình trạng ô nhiễm có thể làm hỏng đặc tính của
khe hở và tạo ra hiện tượng phóng điện dẫn đến hư hỏng do nhiệt của các khối biến trở
(MOV- Metal-oxide varistor). Mạch SiC trong thiết kế có khe hở cho phép một dòng
điện lớn liên tục chạy qua, vì vậy tổn thất điện năng trong thiết kế có khe hở lớn hơn rất
nhiều lần (khoảng 4-8 lần) so với thiết kế không khe hở. Ngoài ra việc đưa khe hở phóng
điện vào đã làm giảm số lượng các khối điện trở phi tuyến ZnO, do vậy khả năng hấp thụ
năng lượng nhỏ hơn 50% so với chống sét có khe hở cùng cấp điện áp. Bên cạnh đó, có
quá nhiều phần tử bên trong gây ra xác suất nhầm lẫn, thiếu chính xác trong lắp ráp cao
hơn, đặc tính bảo vệ bị thay đổi trong các chế độ làm việc khác nhau.
Với cấu trúc hoàn toàn không có khe hở, các chống sét không khe hở hiện nay
hạn chế được tối đa khả năng nhiễm bẩn và không bị ảnh hưởng bởi tình trạng của ô
nhiễm bên ngoài. Do thiết kế không khe hở chỉ cho dòng điện khoảng 1mA chạy qua
trong điều kiện làm việc bình thường nên tổn thất điện năng là không đáng kể. Với số
lượng các khối điện trở phi tuyến lớn nên khả năng hấp thụ năng lượng lớn hơn rất nhiều
so với loại có khe hở. Ngoài ra với thiết kế đơn giản với số lượng phần tử ít hơn, đặc tính
bảo vệ rất ổn định, không bị thay đổi trong các chế độ làm việc khác nhau.

Sóng hài [6]

2.3.1 Khái niệm chung về sóng hài

2.3.1.1 Khái niệm
Sóng hài, là do các tải phi tuyến trong hệ thống điện gây ra.
Các tải phi tuyến là các tải mà có dòng điện không cân xứng với áp. Trong các
tải phi tuyến thì điện áp đầu vào là sin nhưng dòng qua nó có dạng không sin.
Một dạng sóng bất kỳ có thể miêu tả như là tổng của các dạng sóng hình sin. Khi
đồng nhất từ chu kỳ này sang chu kỳ khác có thể được miêu tả như những sóng sin cơ

21
bản trong đó tần số có thể tần số cơ bản hoặc bội số của tần số cơ bản. Sự xếp chồng này
được gọi là hài cơ bản và chuỗi của các dạng sóng sin này được gọi là chuỗi Forrier.
Chuỗi Forrier được sử dụng rộng rãi trong tính toán sóng hài. Hệ thống có thể
tính toán độc lập với mỗi hài riêng. Thêm vào đó, tìm kiếm hệ thống hướng đáp lại với
dạng sin của sóng hài riêng biệt thì dễ dàng hơn nhiều so với tổng các dạng sóng hài. Đầu
ra của mỗi tần số sau đó được kết hợp vào một dạng của chuỗi Forrier và từ đó dạng sóng
ra có thể tính toán nếu cần. Thông thường khi tính toán người ta chỉ quan tâm đến biên độ
của sóng hài.
Khi cả nửa chu kỳ âm, dương của một dạng sóng có dạng đồng nhất, chuỗi
Forrier chỉ chứa hài bậc lẻ. Điều này làm đơn giản cho quá trình nghiên cứu hệ thống vì
hầu hết các thiết bị sinh ra sóng hài thông thường có dạng sóng đồng nhất. Tuy nhiên sự
xuất hiện của sóng hài thường gây ra sự cố cho các thiết bị tải hoặc các bộ chuyển đổi
dùng cho đo lường.
Thông thường các sóng hài bậc cao thường không đáng kể với tính toán hệ
thống điện. Chúng không gây hại cho hệ thống, ngoài ra còn rất khó trong quá trình thu
thập dữ liệu tới hệ thống tại các tần số này.

2.3.1.2 Độ méo điện áp và độ méo dòng điện
Bộ truyền động tốc độ động cơ bị thay đổi, lò hồ quang không thể hoạt động
được bởi sóng hài. Nó có thể được giải thích bởi những nguyên nhân sau đây:
Sóng hài điện áp quá lớn (điện áp quá dao động) cho quá trình điều khiển
để xác định góc đốt.
Sóng hài dòng điện quá lớn với khả năng của một số thiết bị trong hệ
thống như máy biến áp và thiết bị phải hoạt động dưới công suất nhỏ hơn định
mức.
Sóng hài điện áp quá cao do sóng hài dòng điện tạo bởi các thiết bị quá
lớn so với tình trạng nhất định của hệ thống.
Trong khi dòng hài cơ bản của tải gây ra độ méo điện áp, thì bản thân tải cũng
không điều khiển được trong tình trạng xuất hiện độ méo điện áp. Cùng một loại tải được
đặt vào trong hai tình trạng khác nhau của hệ thống sẽ gây ra các độ méo điện áp có giá
trị khác nhau.


22
2.3.1.3 Sóng hài và quá độ
Sóng hài gây cho mất cân bằng chất lượng điện năng giống quá trình quá độ. Đo
hiện tượng này có thể thấy dạng sóng dao động với thành phần tần số cao riêng biệt. Mặc
dù mất cân bằng quá độ cũng chứa thành phần tần số cao, nhưng quá trình quá độ và sóng
hài khác nhau cơ bản về hiện tượng và cách tính toán.
Dạng sóng quá độ biểu hiện tần số cao chỉ xuất hiện ngắn sau khi có sự thay đổi
đột ngột trong hệ thống điện. Các tần số của quá trình quá độ là tần số tự nhiên của hệ
thống tại thời điểm đóng cắt, chúng không có liên quan với tần số cơ bản của hệ thống.
Sóng hài, xuất hiện trong trạng thái ổn định và là bội số của tần số cơ bản. Dạng
sóng của sóng hài là tiếp nối hoặc ít nhất là một vài giây trong khi quá độ thông thường
chỉ tồn tại trong một vài chu kỳ. Quá độ kết hợp với sự thay đổi của hệ thống (ví dụ như
quá trình đóng cắt của tụ) còn sóng hài là sự kết hợp với tình trạng hoạt động liên tục của
tải.

2.3.1.4 Phép đo sóng hài
Hai cách thường sử dụng nhất để đo dạng của sóng hài là độ méo điều hoà tổng
THD (Total harmonic distortion) và độ méo yêu cầu tổng TDD (Total deman distortion).
Cả hai đều đo giá trị của dạng sóng hài và có thể áp dụng cho đồng thời cả dòng điện và
điện áp.
a. Độ méo điều hoà tổng THD (Total harmonic distortion)
Hệ số THD là một số đo của độ méo tần số đơn bị gây ra bởi sóng hài trong hệ
thống và được xác định theo công thức:
hMAX

∑M
h >1
2
h

THD =
M1
Trong đó:
• Mh: Biên độ của thành phần điều hoà bậc h
• M1: Biên độ của thành phần cơ bản
THD là một đại lượng rất thường sử dụng trong nhiều trường hợp nhưng nó
cũng có giới hạn. Nó có thể cung cấp lượng quá nhiệt khi một điện áp dao động qua tải
trở. Tương tự, nó cũng có thể đưa ra số chỉ của tổn thất phụ do dòng điện qua vật dẫn.

23
Tuy nhiên, nó không ứng dụng tốt trong quá trình đo điện áp trong một tụ điện bởi tụ chỉ
liên quan với giá trị đỉnh của dạng sóng điện áp chứ không phải là giá trị nhiệt.
THD thường được sử dụng để miêu tả độ méo điện áp điều hoà. Điện áp điều
hoà thường có liên quan đến giá trị cơ bản của dạng sóng. Bởi sự biến đổi điện áp cơ bản
thường chỉ vài phần trăm nên điện áp THD gần như là một số chính xác.

Độ méo yêu cầu tổng(Total demand Distortion)
Độ méo của dòng điện có thể biểu hiện bởi giá trị THD nhưng vẫn có thể bị sai
sót. Một dòng điện nhỏ có thể có THD cao nhưng không là một biểu hiện báo trước của
hệ thống. Ví dụ như các động cơ có thể điều chỉnh tốc độ sẽ có giá trị THD cao với dòng
điện vào khi chúng hoạt động với tải nhẹ.
Một số tính toán để tránh sự sai sót này bằng cách sử dụng độ méo yêu cầu tổng
TDD. Công thức tính toán của TDD như sau:
hMAX

∑I
h =2
2
h

TDD =
IL
Trong đó IL là đỉnh, hoặc giá trị max, dòng tải yêu cầu tại tần số cơ bản. Có hai
cách để đo IL: với tải đã ở trong hệ thống, có thể tính toán như là giá trị trung bình của
dòng yêu cầu lớn nhất trong 12 tháng trước, còn với những tải mới thì IL phải được tính
toán dựa trên dữ liệu của tải.

2.3.2 Các nguồn tạo sóng hài

2.3.2.1 Nguồn sóng hài từ tải thương mại (Harmonics Sources from
Commercial Loads)
Tải thương mại như khu văn phòng, các bệnh viện, trung tâm internet....có ảnh
hưởng lớn bởi ánh sáng huỳnh quang hiệu suất cao với các chấn lưu điện tử, các động cơ
có thể diều chỉnh tốc độ cho thiết bị nhiệt, thông gió, tải điều hoà nhiệt độ, thang máy, và
các thiết bị điện tử được cung cấp bởi nguồn một pha.
Các tải thương mại có đặc điểm bởi một số lượng lớn của các tải tạo ra các dòng
điều hoà nhỏ. Phụ thuộc vào tính đa dạng của các loại tải khác nhau, các dòng điều hoà
này sẽ cộng thêm vào pha hoặc bỏ qua. Mức độ méo điện áp phụ thuộc vào trở kháng

24
mạch điện và độ méo dòng điều hoà tổng. Các tụ bù hệ số công suất không thường được
sử dụng trong các tải thương mại. Trở kháng của mạch điện bị chi phối bởi máy biến áp
đầu vào và trở kháng dẫn. Chính vì vậy, độ méo điện áp có thể tính toán đơn giản bằng
cách xếp chồng dòng điện bởi điện kháng điều chỉnh cho tần số. Đặc điểm của các tải
thương mại phi tuyến sẽ được trình bày cụ thể dưới đây.

Nguồn một chiều
Các tải biến đổi công suất điện với khả năng tạo ra dòng hài ngày nay là nhóm
quan trọng nhất của tải phi tuyến trong hệ thống điện. Thuận tiện của công nghệ thiết bị
bán dẫn đã tạo ra một cuộc cách mạng trong công nghiệp điện tử so với thập kỷ trước đây
và xu hướng này sẽ được tiếp tục. Nhóm thiết bị này bao gồm các động cơ có thể điều
chỉnh tốc độ, các nguồn cung cấp công suất, động cơ một chiều, các bộ nạp, các chấn lưu
điện tử, các bộ lọc và bộ biến đổi điện.
Sự quan tâm chính trong các trung tâm thương mại là nguồn cung cấp cho các
thiết bị một chiều tạo ra quá nhiều dòng hài cho hệ thống mạng điện. Phần trăm của các
tải chứa đựng nguồn cung cấp công suất điện đang tăng với tốc độ nhanh chóng.
Có hai kiểu thông thường của nguồn một chiều. Các công nghệ trước đây sử
dụng phương pháp điều khiển điện áp phía xoay chiều, ví dụ như máy biến áp, để giảm
điện áp tới mức chấp nhận được tại thanh cái một chiều. Các công nghệ mới gần đây sử
dụng công nghệ biến đổi một chiều để tạo đầu ra một chiều với thành phần nhẹ và nhỏ.
Các máy tính cá nhân, các máy in, máy copy, và các thiết bị điện tử một pha khác ngày
ngay hầu như sử dụng nguồn một chiều.

Ánh sáng huỳnh quang(Fluorescent Lighting)
Ánh sáng thường chiếm khoảng 40-60% tải trong các trung tâm thương mại.
Theo nghiên cứu năm 1995 về sự tiêu thụ năng lượng trong các trung tâm thương mại của
Chính phủ thông tin năng lượng US, đèn huỳnh quang sử dụng 77% trong khi đèn sợi đốt
chỉ sử dụng 14%, Đèn huỳnh quang là sự lựa chọn cho tiết kiệm năng lượng.[9]
Các chấn lưu điện tử của các đèn huỳnh quang có thiết kế đặc biệt để làm giảm
đến mức tối thiểu sóng hài và có thể giảm bớt độ méo điều hoà hơn các chấn lưu từ thông
thường. Các chấn lưu điện tử thường giảm dòng THD đến khoảng 10-32%. Hầu hết các


25
chấn lưu điện tử được trang bị bộ lọc thụ động để giảm độ méo dòng điều hoà đầu vào
nhỏ hơn 20%.
Các bóng đèn huỳnh quang là nguồn quan trọng của sóng hài trong các toà
building thương mại, chúng thường được cung cấp giữa các pha trong tình trạng cân
bằng. Máy biến áp nối tam giác - sao sẽ giảm được dòng hài bậc ba đi vào trong hệ thống
điện. Tuy nhiên với dạng máy biến áp nối sao-sao sẽ không ngăn cản dòng hài bậc ba.

Các bộ truyền động có thể điều chỉnh tốc độ
Ứng dụng chung của các bộ truyền động có thể điều chỉnh tốc độ trong tải
thương mại có thể tìm thấy trong các động cơ thang máy, máy bơm, và quạt. Một bộ
truyền động có thể điều chỉnh tốc độ bao gồm một bộ biến đổi công suất điện biến điện
áp xoay chiều với tần số cơ bản thành điện áp và tần số biến đổi. Các điện áp và tần số
biến đổi này cho phép các bộ truyền động có thể điều chỉnh tốc độ của động cơ theo yêu
cầu.
Các bộ truyền động có thể điều chỉnh tốc độ cũng được tìm thấy rất nhiều ứng
dụng trong tải công nghiệp.

2.3.2.2 Nguồn sóng hài từ tải công nghiệp (Harmonics Sources from
Industrial Loads)
Các thiết bị công nghiệp ngày nay có đặc điểm ứng dụng phổ biến của các tải
phi tuyến. Các tải này có thể đưa các dòng điều hoà vào trong hệ thống điện, gây ra độ
méo điều hoà trong điện áp. Các nguồn công nghiệp thường sử dụng các bộ tụ để nâng
cao hệ số công suất.
Các tải phi tuyến công nghiệp có thể được chia thành 3 loại là : Các bộ biến đổi
3 pha, các thiết bị hồ quang và các thiết bị bão hoà.

Các bộ biến đổi công suất 3 pha (Three phase power converters)
Khác cơ bản so với các bộ biến đổi một pha là nó không sinh ra sóng hài bậc ba.
Tuy nhiên nó vẫn là nguồn đáng kể của hài tại các tần số riêng của nó.
Bộ truyền động một chiều: Chỉnh lưu chỉ là một bước trong bộ truyền động một
chiều nên chúng chỉ thuận lợi trong điều chỉnh hệ thống giản đơn. So sánh với hệ thống
xoay chiều, bộ truyền động một chiều thường có một phạm vi tốc độ lớn hơn và momen

26
khởi động lớn hơn. Tuy nhiên giá thành và bảo dưỡng các bộ truyền động một chiều đắt
hơn rất nhiều so với xoay chiều nên không kinh tế. Hầu hết các bộ truyền động một chiều
sử dụng bộ lọc sáu xung. Các bộ truyền động lớn hơn có thể sử dụng bộ lọc 12 xung.
Điều này làm giảm dòng công suất và giảm một lượng lớn hài dòng xoay chiều. Hai dòng
điều hoà lớn nhất với bộ truyền động 6 xung là hài bậc 5 và hài bậc 6. Với bộ lọc 12 xung
có thể giới hạn tới 90% các hoại hài bậc 5 và bậc 6 tuỳ thuộc vào tình trạng mất cân bằng
của hệ thống. Bất tiện của bộ truyền động 12 xung là nó đắt hơn và yêu cầu phải có các
máy biến áp riêng.
Bộ truyền động xoay chiều: Chỉnh lưu đầu ra là bộ biến đổi để tạo ra điện áp
xoay chiều có tần số thay đổi được cho động cơ. Truyền động xoay chiều có thể là bộ
biến đổi nguồn áp (Voltage source Inverters-VSI) hoặc bộ biến đổi nguồn dòng
(Current source Inverters-CSI).
Độ méo dòng điều hoà của bộ truyền động có thể điều chỉnh tốc độ không là
hằng số, dạng sóng thay đổi đáng kể theo các tốc độ và các giá trị momen lực khác nhau.

Thiết bị hồ quang(Arcing devices)
Các thiết bị hồ quang thường gặp là các lò điện hồ quang, các máy hàn hồ quang
và các thiết bị chiếu sáng dựa trên nguyên lý hồ quang. Các thiết bị hồ quang điện là
nguồn của sóng hài điện áp.
Đặc điểm U- I của hồ quang điện là phi tuyến. Theo sự phóng tia hồ quang, điện
áp giảm xuống khi dòng hồ quang tăng, giới hạn chỉ bởi trở kháng của hệ thống điện.
Trong các ứng dụng của các lò hồ quang điện, trở kháng giới hạn chủ yếu là cáp và dây
dẫn từ hệ thống và máy biến áp lò. Dòng điện giới hạn thường khoảng 60.000A.

Thiết bị bão hoà (Saturable devices)
Thiết bị trong nhóm này bao gồm các máy biến áp và các thiết bị điện từ với lõi
thép, bao gồm cả các động cơ. Hài được sinh ra do đặc điểm từ hoá phi tuyến của lõi
thép.
Mặc dù dòng kích thích máy biến áp sinh ra rất nhiều sóng hài ở điện áp hoạt
động bình thường nhưng nó thường nhỏ hơn 1% của dòng đầy tải định mức. Tuy không
phải quá quan tâm như các bộ biến đổi công suất điện hoặc các thiết bị hồ quang nhưng
ảnh hưởng của nó sẽ dễ nhận thấy, đặc biệt là trong hệ thống truyền tải với hàng trăm

27
máy biến áp. Dễ nhận thấy rằng có một sự tăng đáng kể dòng điều hoà bậc ba trong buổi
sáng khi tải thấp và điện áp tăng lên. Độ méo điện áp điều hoà từ máy biến áp quá kích
thích thường chỉ xuất hiện dưới tình trạng tải nhẹ.
Động cơ cũng tạo ra một vài độ méo trong dòng điện khi quá kích thích, mặc dù
nó không quan trọng lắm. Chính vì vậy, một vài động cơ một pha có mã lực nhỏ có dạng
sóng hình tam giác với dòng hài bậc 3.

2.3.3 Ảnh hưởng của sóng hài
Dòng điều hoà tạo bởi các tải phi tuyến được đưa ngược trở lại hệ thống cung
cấp. Các dòng này có thể tác động tới các thiết bị của hệ thống điện như: cáp, máy biến
áp và các thiết bị cung cấp điện khác có thể bị quá tải, còn những phụ tải nhạy cảm có thể
tác động nhầm hoặc bị hưu hại do điện áp nguồn điện bị biến dạng (máy tính, bộ truyền
động tốc độ, các chấn lưu điện tử), gây ra nhiễu đường dây thông tin và lỗi trong hệ
thống đồng hồ đo công suất.
Sau đây ta sẽ lần lượt xem xét sự ảnh hưởng của sóng hài đến các thiết bị.

2.3.3.1 Tác động tới tụ
Vấn đề của hài thường xuất hiện đầu tiên ở các bộ tụ. Các bộ tụ sẽ sinh ra độ
méo điện áp cao trong quá trình cộng hưởng. Dòng qua các tụ cũng lớn đáng kể trong
điều hoà đơn. Trong tình trạng cộng hưởng, dòng điện thường cao hơn dòng tụ định mức.
Tiêu chuẩn IEEE cho tụ điện rẽ nhánh định mức như sau:
135% công suất phản kháng định mức
110% của điện áp định mức (bao gồm hài nhưng không bao gồm quá độ)
180% của dòng điện định mức (bao gồm dòng điều hoà và cơ bản)
120% của điện áp đỉnh (bao gồm hài)

2.3.3.2 Tác động tới máy biến áp
Máy biến áp được thiết kế để truyền tải nguồn điện yêu cầu tới các tải với tổn
thất nhỏ nhất trong tần số cơ bản. Ảnh hưởng của các sóng hài trên các máy biến áp là
gây ra tổn thất điện xoáy và tổn thất lõi thép, làm gia tăng nhiệt độ của máy biến áp.
Tiêu chuẩn IEC 57.12.00-1980 đưa ra giới hạn đối với các sóng hài dòng điện tải
trong máy biến áp. Giới hạn được cho là 5% đối với sóng điều hoà dòng điện. Tiêu chuẩn

28
của trị số quá điện áp hiệu dụng cực đại mà máy biến áp có thể chịu đựng ở trạng thái xác
lập là 5% ở tải định mức và 10% ở không tải. Trị số hiệu dụng tổng của các thành phần
điều hoà trong điện áp sử dụng không được vượt quá các định mức này.
Điều cần lưu ý là các tổn thất máy biến áp gây nên bởi các điện áp và dòng điện
điều hoà là phụ thuộc vào tần số. Các tổn thất gia tăng cùng với sự gia tăng tần số. Do
vậy các thành phần điều hoà tần số cao hơn sẽ quan trọng hơn các thành phần điều hoà
tần số thấp hơn trong việc gây nên sự phát nóng trong máy biến áp.

2.3.3.3 Tác động tới động cơ
Động cơ có thể có những tác động đặc biệt bởi sóng hài điện áp. Sóng hài điện
áp tại đầu cực của động cơ được tịnh tiến tới dòng điều hoà trong động cơ. Dòng hài
không tác động tới momen của động cơ nhưng quay tại một tần số không giống các tần số
đồng bộ của động cơ. Ảnh hưởng trong động cơ giống với một dòng thứ tự nghịch tại tần
số cơ bản, dòng này tạo ra ít tổn thất cảm ứng. Sự giảm dần hiệu suất theo phát nóng, độ
rung và tạp âm cường độ cao là các biểu hiện của sóng hài điện áp.
Tại tần số điều hoà, động cơ có thể xem như trở kháng động cơ nối dọc theo
đường dây. Thành phần sóng hài điện áp bậc thấp thường là quan trọng nhất với động cơ.
Theo tiêu chuẩn IEEE 519-1992 thường không phải giảm công suất động cơ khi
độ méo điện áp yêu cầu giới hạn khoảng 5% THD và 3% cho các thành phần hài riêng.
Vấn đề quá nhiệt bắt đầu khi độ méo điện áp đạt từ 8 đến 10% trở lên. Khi đó độ méo
điện áp cần được hiệu chỉnh lại để đạt yêu cầu định mức.

2.3.3.4 Tác động tới các rơ le bảo vệ
Các sóng hài ảnh hưởng đến các rơ le bằng nhiều cách, làm cho rơ le có thể tác
động sai. Các rơ le làm việc phụ thuộc vào đỉnh của điện áp, dòng điện hay các điểm
không của điện áp vận hành. Do vậy các rơ le bị ảnh hưởng trực tiếp bởi độ méo điều
hoà. Khi có quá nhiều hài bậc 3 có thể làm cho các rơ le chạm đất tác động sai.
Ngày nay nhiều thí nghiệm đã cho thấy rằng các rơ le được bố trí nhằm hạn chế
hoàn toàn những vấn đề trên. Nói chung, việc nghiên cứu các mức điều hoà làm cho rơ le
vận hành sai thường được quan tâm nhiều hơn việc xem xét để hạn chế cho các thiết bị
khác.


29
2.3.3.5 Tác động tới các thiết bị đóng cắt
Cũng như hầu hết các thiết bị khác, các dòng điều hoà bậc cao có thể gây ra quá
nhiệt và tổn hao trong các thiết bị đóng cắt. Ngoài ra, các thành phần điều hoà trong dòng
điện còn có thể ảnh hưởng đến khả năng cắt dòng của các thiết bị này. Vấn đề là các
thành phần điều hoà có thể đưa tới việc biên độ di/dt cao hơn tại các điểm không của
dòng điện làm cho việc cắt khó khăn hơn.
Các máy cắt không cắt được dòng điện do các cuộn cắt không có khả năng vận
hành thích hợp trong các điều kiện các sóng hài đạt trị số lớn. Khi cuộn cắt tác động, thời
gian cắt bị kéo dài, hồ quang điện sinh ra cũng bị kéo dài có thể dẫn đến hậu quả làm
hỏng máy cắt. Các vấn đề tương tự cũng có thể xảy ra trong các thiết bị đóng cắt dòng
điện khác.

2.3.3.6 Tác động tới các dụng cụ đo
Đo lường và trang bị dụng cụ đo thường bị ảnh hưởng lớn do các phần tử điều
hoà bậc cao. Đặc biệt nếu các điều kiện cộng hưởng tồn tại, dẫn đến xuất hiện các điện áp
điều hoà trong mạch thì sự ảnh hưởng càng lớn hơn nhiều. Các thiết bị có đĩa cảm ứng
như các điện kế và các rơ le quá dòng thông thường chỉ làm việc với tần số cơ bản, nhưng
khi xảy ra sự méo điện áp do điều hoà thì các thiết bị này sẽ có sai số.
Các nghiên cứu gần đây cho thấy cả sai số dương và âm đều có thể có thể xảy ra
do sự xuất hiện của độ méo điều hoà tuỳ theo loại của dụng cụ xem xét. Nói chung độ
méo phải lớn (thông thường t>20%) thì sai số đáng kể mới được phát hiện.

2.3.3.7 Tác động tới các thiết bị khác
Các sóng hài trên hệ thống cũng có thể ảnh hưởng đến các loại thiết bị khác như
sau:
Gây nên hư hỏng các phần tử trong các bộ lọc của đường dây được sử
dụng trong các hệ thống thông tin tải ba,
Các hệ thống truyền dẫn để điều khiển từ xa các thiết bị cũng có thể vận
hành sai nếu có các sóng hài có tần số gần với tần số tín hiệu truyền dẫn. Hệ
thống truyền dẫn điều khiển theo thời gian và điều khiển khi thấp điểm của phụ
tải là hai hệ thống dễ bị ảnh hưởng nhất,


30
Các sóng hài có thể làm cho lõi các máy biến áp đo lường bị bão hoà, do
vậy làm tăng sai số khi đo đếm. Trong trường hợp này, tỷ số máy biến áp ít bị
ảnh hưởng nhưng góc pha bị ảnh hưởng làm cho việc đo công suất và điện năng
có thể bị ảnh hưởng theo,
Sự xuất hiện của sóng hài, như sóng hài bậc 3 trong thiết bị nối đất trung
tính, cũng làm ảnh hưởng đến sự vận hành của hệ thống điện. Chính vì vậy cũng
cần phải giảm bớt các thiết bị này,
Tạp âm trong các thiết bị điều khiển do các sóng hài gây nên cũng có thể
dẫn đến điểm vận hành sai của các thiết bị điều khiển,
Các nhà sản xuất máy tính thiết lập các hạn chế nghiêm ngặt về số sóng
hài trong các điện áp cung cấp,
Các sóng hài có thể làm méo các tín hiệu truyền thanh và truyền hình.
Điều này có thể dẫn đến các thay đổi trên độ sáng và kích thước của hình ảnh
trên màn hình,
Sóng hài còn làm ảnh hưởng và dẫn đến hư hỏng cáp ngầm trung thế đến
35kV,
Các máy X quang chụp không rõ cũng do các sóng hài trong nguồn cung
cấp gây nên.

2.3.4 Nguyên tắc điều khiển sóng hài
Có 3 nguyên nhân thường gây ra sóng hài:
Nguồn của dòng điều hoà quá lớn.
Đường dây quá dài.
Đáp ứng của hệ thống khuếch đại một hoặc nhiều điều hoà tới mức độ lớn
hơn khả năng của hệ thống.
Khi xuất hiện vấn đề về sóng hài, các biện pháp cơ bản để điều khiển đó là:
Giảm dòng điều hoà tạo bởi tải.
Đặt các bộ lọc hút dòng điều hoà của hệ thống, ngăn ngừa dòng điện đi
vào trong hệ thống hoặc cung cấp dòng điều hoà cục bộ.
Điều chỉnh tần số đáp ứng của hệ thống bởi các bộ lọc, các bộ cảm điện
hoặc các tụ.


31
Giảm dòng điều hoà tạo trong tải.
Thường rất ít khi có thể thực hiện được với các thiết bị đang hoạt động để giảm
số lượng dòng điều hoà mà nó tạo ra trừ khi các thiết bị không hoạt động. Trong khi 1
máy biến áp quá kích thích có thể quay trở lại hoạt động bình thường bằng các biện pháp
giảm thấp điện áp cung cấp tới mức chuẩn, các thiết bị hồ quang và các bộ biến đổi công
suất điện được khoá trong đặc điểm thiết kế của chúng.
Đặt thêm một bộ điện kháng đường dây hoặc máy biến áp mắc nối tiếp sẽ giảm
được đáng kể sóng hài, đồng thời cũng cung cấp một bảo vệ quá độ hết sức kinh tế.
Đấu nối máy biến áp cũng có thể giảm sóng hài trong hệ thống 3 pha. Các máy
biến áp nối tam giác - sao có thể giới hạn dòng điều hoà thứ tự không (thường là bậc 3) từ
đường dây. Các máy biến áp zigzag và nối đất có thể chuyển hài bậc 3 ra khỏi đường dây.

Lọc
Các bộ lọc đặt càng gần với nguồn của dao động càng có lợi, nó sẽ đưa dòng
điện ra khỏi hệ thống. Đây là phương pháp thông thường nhất của bộ lọc bởi tính kinh tế
và bởi nó cũng hướng tới việc bù hệ số công suất của tải.
Cách khác là đặt một dãy các bộ lọc giới hạn sóng hài. Đây là mạch song song
cung cấp một trở kháng cao với dòng điều hoà. Cách này không được sử dụng nhiều do
việc khó khăn để cách ly và điện áp của tải bị dao động rất nhiều. Một cách thường hay
sử dụng là một tụ trung tính nối sao đất để giới hạn dòng hài bậc ba trong khi vẫn duy trì
một nối đất tốt tại tần số cơ bản.

Điều chỉnh đáp ứng tần số hệ thống.
Có các phương pháp sau đây:
Đặt một bộ lọc rẽ nhánh: Phương pháp này không chỉ chuyển hướng dòng
điều hoà ra khỏi hệ thống mà còn thay đổi tần số đáp ứng hệ thống, thường
xuyên nhưng không liên tục, trở nên tốt hơn.
Đặt một bộ điện kháng để điều chỉnh tần số hệ thống: Bộ điện kháng phải
được đặt giữa nguồn cung cấp cho hệ thống và tụ. Một phương pháp đơn giản là
đặt một bộ điện kháng nối tiếp với tụ. Cách khác là đặt điện kháng trên đường
dây.


32
Thay đổi dung lượng của tụ: Đây thường là một trong những cách ít tốn
kém nhất cho cả nguồn và tải công nghiệp.
Di chuyển tụ tới điểm hệ thống có điện kháng ngắn mạch khác hoặc có tổn
thất cao hơn. Đây cũng là một lựa chọn cho nguồn khi một dãy tụ mới gây ra
nhiễu sóng điện thoại, di chuyển dãy này qua nhánh khác của đường dây có thể
giải quyết được vấn đề. Đây cũng không thường xuyên là lựa chọn của các tải
công nghiệp bởi tụ không thể di chuyển đủ xa để tạo một sự khác biệt.
Bỏ tụ và chấp nhận mức tổn thất cao hơn, điện áp thấp hơn, và hệ số công
suất ở tình trạng bất lợi. Trong trường hợp này, nếu các biện pháp kỹ thuật có
thể thực hiện được thì đây là phương án lựa chọn kinh tế nhất.

2.3.5 Khắc phục sóng hài
Hiện nay người ta sử dụng một số kỹ thuật để khắc phục phần nào tác động của các
sóng hài như:
Giảm công suất thiết bị hoặc tăng tiết diện cáp, tính dư công suất cho động
cơ.
Sử dụng các máy biến áp dịch pha để triệt một số sóng hài.
Lắp thêm các cuộn kháng nối tiếp và sử dụng các bộ lọc thụ động cộng
hưởng với một số sóng hài đã chọn để triệt chúng (như hình vẽ).



MBA

Thanh cái


Tải phi tuyến Cuộn cản


Tụ
Mỗi biện phápSơ đồđều cócủa TB ưu nhược điểm nhất định, nhưng nói chung khi lắp
trên 1 sợi những lọc hài
đặt đều có những phiền phức, lại kém linh hoạt và có thể trở nên mất tác dụng nếu như
đặc tính gây sóng hài của phụ tải thay đổi như lắp đặt thêm nhiều máy tính . . .
Một cách tiếp cận khác linh hoạt hơn để chống sóng hài một cách tích cực là đưa vào
lưới điện những tín hiệu bằng về giá trị ngược dấu để khử những dạng sóng gây hại.


33
Kỹ thuật này đã được đơn vị UPS của Merlin Gerin áp dụng với hệ thống điện mang
tên bộ điều hoà sóng hài chủ động hình sin (SineWave active harmonic conditioner).
Thiết bị này được lắp chung cùng hộp UPS (bộ lưu điện), công suất đầu ra chỉ hạn chế ở
30A.
Dựa trên kinh nghiệm của bộ điều hoà này và sử dụng những thành tựu về bán dẫn
công suất và vi sử lý tín hiệu số (digital signal processor DSP), hiện nay đã chế tạo ra bộ
điều hoà nhỏ, gọn, công suất lớn hơn.




Tải




Lọc sóng hài điều khiển bằng Thyristor

Dao động điện áp [6]
Các nhà cung cấp bao giờ cũng cố gắng điều chỉnh điện áp cấp tới các thiết bị sử
dụng với dung sai +-5%. Dưới tình trạng này trong một thời gian ngắn, tiêu chẩn ANSI
C84.1 cho phép điện áp có thể ở mức +6 đến -13% của điện áp định mức. Một số tải nhạy
có nhiều giới hạn điện áp chặt chẽ hơn theo nguyên tắc hoạt động, và đương nhiên, các
thiết bị hoạt động thường nhiều hiệu quả hơn tại gần điện áp thường. Ở đây chúng ta
nghiên cứu vấn đề cơ bản đằng sau điều chỉnh điện áp và các loại thiết bị thường có thể
giải quyết được vấn đề này.

2.4.1 Nguyên tắc của điều chỉnh điện áp.
Nguyên nhân chính của vấn đề điều chỉnh điện áp là có quá nhiều điện kháng
trong hệ thống cung cấp từ nguồn tới tải, hay nói cách khác là hệ thống quá yếu với tải.
Chính vì vậy điện áp giảm quá thấp dưới tải nặng. Trong trường hợp ngược lại sẽ xuất


34
hiện tình trạng quá áp khi tải giảm quá thấp. Các lựa chọn thông thường để điều chỉnh
điện áp hệ thống là:
Đặt một bộ tụ rẽ nhánh để giảm dòng điện và thay đổi nó tới các pha với
điện áp.
Đặt một bộ điều chỉnh điện áp.
Thay dây dẫn tiết diện lớn hơn để giảm trở kháng .
Thay trạm hoặc máy biến áp công suất lớn hơn để giảm trở kháng.
Đặt một số loại bù công suất phản kháng động, loại hoạt động giống một
bộ tụ để thay đổi tải.
Mắc tụ nối tiếp để xoá bỏ trở kháng cảm ứng.

2.4.2 Thiết bị cho điều chỉnh điện áp
Có nhiều thiết bị được sử dụng trong việc điều chỉnh điện áp. Chúng ta có 3
nhóm chính sau đây:
Các máy biến áp có nấc điều chỉnh đầu phân áp.
Các thiết bị cách ly với bộ điều chỉnh điện áp riêng biệt.
Các thiết bị bù trở kháng, ví dụ như các bộ tụ.
Các máy biến áp điều chỉnh đầu phân áp có thể bằng máy hoặc tự động. Các
máy biến áp thường là các máy biến áp tự ngẫu, mặc dù các máy biến áp hai hoặc ba
cuộn dây cũng có thể được sử dụng đầu phân áp. Các thiết bị bằng máy thường được sử
dụng cho tải thay đổi chậm, trong khi với các thiết bị điện tử, các máy biến áp điều chỉnh
tự động có thể thay đổi rất nhanh để điều chỉnh điện áp.
Các thiết bị cách ly bao gồm hệ thống lưu điện UPS, máy ổn áp và các hệ thống
động cơ-máy phát. Đây là các thiết bị cách ly tải từ nguồn bằng cách thực hiện một vài
loại chuyển đổi năng lượng. Chính vì vậy, phía tải của thiết bị có thể điều chỉnh riêng biệt
và có thể điều chỉnh điện áp cân bằng bất chấp những gì xuất hiện trong hệ thống nguồn.
Phía thấp của sử dụng như các thiết bị thường đắt, tạo nhiểu tổn thất và có thể gây ra dao
động điều hoà trong hệ thống nguồn cung cấp.
Các bộ tụ rẽ nhánh giúp điều chỉnh điện áp bằng cách giảm dòng điện trong
đường dây. Ngoài ra bằng các dòng điện cảm ứng quá bù, sự tăng điện áp có thể được
thực hiện. Để điều chỉnh một điện áp cao hơn điện áp không thay đổi, các bộ tụ có thể


35
được chuyển mạch chung với tải, thỉnh thoảng trong các bước thay đổi nhỏ theo tải chặt
chẽ với nhau. Nếu đối tượng đơn giản để điều chỉnh điện áp tại một giá trị lớn hơn để
tránh tình trạng thấp áp, các tụ thường cố định giá trị (không điều chỉnh được).
Các bộ tụ rẽ nhánh bù cho hầu hết trở kháng trong hệ thống. Nếu hệ thống cảm
ứng lớn, nó sẽ giảm đáng kể trong trở kháng, còn nếu cảm ứng hệ thống không cao
nhưng có một tỷ lệ lớn điện trở, các bộ tụ rẽ nhánh sẽ không hiệu quả. Đây là trường hợp
thông thường trong rất nhiều hệ thống điện của các nhà máy điện công nghiệp có chiều
dài lớn cáp giữa máy biến áp và tải. Để đạt được một sự giảm đáng kể trong trở kháng, cỡ
của cáp và của máy biến áp phải được tăng lên.
Phương pháp khác để điều chỉnh điện áp là sử dụng các tụ bù tĩnh (Static Var
Compensators). Chúng có thể hoạt động trong một vài chu kỳ để điều chỉnh gần điện áp
cân bằng bằng cách điều khiển nhanh tạo công suất phản kháng. Các thiết bị này thường
được sử dụng trong các lò hồ quang, các máy nghiền đá, và các tải biến đổi ngẫu nhiên
nơi hệ thống yếu và dao động điện áp gần các thiết bị.

2.4.2.1 Điều chỉnh điện áp tại nguồn
Các bộ điều chỉnh điện áp có thay đổi đầu phân áp thông thường có thể điều
chỉnh từ -10 đến +10% điện áp đường dây. Các máy biến áp trạm phân phối thường có
đầu phân áp tải ba pha trong khi các bộ điều chỉnh đường dây thường là một pha ở Nam
Mỹ. Khi đặt vào đường dây ba pha, các bộ điều chỉnh thường đặt vào từng pha. Tuy
nhiên, chúng cũng có nhiều cách sử dụng của các bộ điều chỉnh tam giác hở trong các
nhánh tải ba pha nhỏ. Loại này chỉ cần hai bộ điều chỉnh và ít tốn kém hơn so với loại ba
pha.
Các bộ biến đổi điện áp đường dây nguồn và trạm thường tương đối chậm. Thời
gian trễ khi điện áp ra ngoài dải thường ít nhất 15 giây và thông thường là 30 hoặc 45
giây. Chính vì vậy, nó thường ít lợi nhuận khi điện áp có thể biến đổi trong khoảng vài
chu kỳ hoặc giây. Mục đích chính của chúng là tăng điện áp trong đường dây dài nơi tải
thay đổi chậm hơn vài phút hoặc giờ.
Điều khiển có thể thực hiện để điều chỉnh điện áp tại một số điểm điện áp giảm
thấp từ đường dây bằng cách sử dụng các bộ tụ bù giảm áp đường dây (Line drop




36
Compensator). Điều này ứng dụng rất nhiều trong đáp ứng mức độ điện áp trung bình và
giúp ngăn ngừa quá áp trong các thiết bị gần các bộ điều chỉnh.

2.4.2.2 Máy ổn áp
Tại phía sử dụng, các máy ổn áp thường không chỉ sử dụng để bảo vệ thiết bị
khỏi sụt giảm điện áp mà còn có thể sử dụng để đạt được một điều chỉnh điện áp rất
tốt(+-1% đầu ra). Hình 2.8 miêu tả đặc điểm ổn định tĩnh của một máy ổn áp 120VA với
tải 15VA. Khi điện áp đầu vào giảm tới 30V thì đầu ra vẫn không đổi. Nếu điện áp đầu
vào tiếp tục giảm, điện áp đầu ra sẽ bắt đầu sụp đổ. Trong trường hợp đó, khi điện áp đầu
vào giảm, dòng đưa ra bởi máy ổn áp tăng từ 0.4 đến 2A. Chính vì vậy, các máy ổn áp sẽ
gây tổn thất và không có hiệu quả.




Hình 2.8: Đặc điểm ổn định tĩnh của máy ổn áp

2.4.2.3 Các thiết bị điều chỉnh đầu phân áp ngắt mạch điện tử
Các bộ điều chỉnh điện áp ngắt mạch điện tử cũng có thể sử dụng để điều chỉnh
điện áp. Chúng hiệu quả hơn các máy ổn áp và nhanh chóng thay đổi đầu phân áp, và
thay đổi điện áp. Các bộ điều chỉnh này có một thời gian đáp ứng rất nhanh khoảng nửa
chu kỳ và rất được ưa chuộng với các thiết bị có công suất trung bình.

2.4.2.4 Hệ thống lưu điện trực tiếp (UPS online)
Hệ thống UPS online sử dụng cho bảo vệ chống lại sụt giảm và mất điện áp cũng
có thể được sử dụng cho việc điều chỉnh điện áp, cung cấp điện áp nguồn lưu lại cao để
nạp ắc quy. Đây là biện pháp thông thường cho các máy tính nhỏ, tới hạn hoặc các tải
điều khiển điện tử trong môi trường công nghiệp mà có tải dao động lớn bởi điện áp thay
đổi.



37
2.4.2.5 Hệ thống động cơ-máy phát
Hệ thống động cơ- máy phát cũng được sử dụng để điều chỉnh điện áp. Chúng
tách riêng tải từ hệ thống điện, chắn cho tải từ các quá độ điện. Điều chỉnh điện áp được
cung cấp bởi điều khiển máy phát. Mặt hạn chế lớn nhất của hệ thống động cơ-máy phát
là thời gian đáp ứng của hệ thống với thay đổi của tải lớn. Hệ thống này có thể mất vài
giây để mang điện áp quay trở lại với mức độ yêu cầu, tạo ra cho thiết bị này quá chậm
cho điều chỉnh điện áp với các tải thông thường, đặc biệt với các tải thay đổi nhanh
chóng. Hệ thống này có thể sử dụng cho các biến đổi điện áp vào, đặc biệt với các điện
áp thấp, bằng cách lưu giữ năng lượng trong thiết bị quán tính.

2.4.2.6 Các bộ tụ bù tĩnh (Static Var Compensators) [4]
Các bộ bù tĩnh có thể được sử dụng trong cả hệ thống nguồn hoặc hệ thống công
nghiệp. Chúng giúp điều chỉnh điện áp bằng cách đáp ứng rất nhanh để cung cấp hoặc
tiêu thụ công suất phản kháng. Điều này hoạt động với trở kháng hệ thống hoặc tăng hoặc
giảm thấp điện áp trong một chu kỳ cơ bản.
Các bộ bù tĩnh có điều khiển trong trường hợp chung, được cấu tạo từ ba phần tử
cơ bản:
Thyristor Controlled Reactor (TCR)
Thyristor Switched Reactor (TSR)
Thyristor Switched Capacitor (TSC)
TSR và TSC thực chất là các bộ kháng và tụ được đóng cắt nhanh bằng
Thyristor. Đáng chú ý hơn là TCR, một thiết bị kháng có tham số được điều chỉnh trơn
(từ 0 đến giá trị cực đại). Phối hợp ba loại phần tử trên cho phép chế tạo được những
kháng bù ngang thay đổi được liên tục thông số (điện kháng, công suất) trong phạm vi đủ
rộng (dấu âm và dấu dương) với giá thành hạ.

2.4.3 Các ứng dụng điều chỉnh điện áp nguồn
Có nhiều ứng dụng của các bộ điều chỉnh nhưng ở đây ta nghiên cứu hai ứng
dụng có liên quan chặt chẽ đến chất lượng điện năng đó là: bù sụt giảm điện áp đường
dây (Line drop Compensator) và điều chỉnh nối tiếp (Regulators in series)




38
2.4.3.1 Bù sụt giảm điện áp đường dây (Line drop Compensator)
Các bộ điều chỉnh thường có hiệu quả trong các tình trạng thấp áp trong đường
dây phân phối khi tải phát triển nhanh hơn khả năng của đường dây tại tình trạng tải đỉnh
bởi đây là thời gian sử dụng để xác định sự lắp đặt đúng cho bù sụt giảm áp đường dây.
Điện trở R và điện kháng X thường được đặt bằng 0 và điểm đặt điều chỉnh điện áp gần
với giới hạn lớn nhất chấp nhận được. Điều này đã làm cho điện áp đường dây gần với
cực đại nhất trong suốt thời gian bởi tải chỉ đạt đỉnh với lượng nhỏ trăm phần của giờ
trong năm. Đây là đầy dủ cho các trường hợp ngoại trừ:
Hoạt động của máy biến áp cao hơn đường cong bão hoà của chúng, tạo ra
nhiều sóng hài (và tổn thất), nhiều dao động điều hoà trong đường dây, có thể
gây ra nhiều vấn đề tại tải thấp.
Các thiết bị có thể xuất hiện nhiều sự thay thế thường xuyên của các đèn
sợi đốt.
Điện áp tăng cao tạo ra sự tăng cao công suất yêu cầu, có thể gây ra những
điều không mong muốn và có thể làm giảm tác dụng của năng lượng.
Mục đích chính của các bộ bù sụt giảm điện áp đường dây là san bằng điện áp để
cung cấp điện áp cần thiết tại tải đỉnh, giữ cho điện áp gần với giá trị bình thường tại tải
thấp hơn.

2.4.3.2 Điều chỉnh nối tiếp
Trong các vùng xa nhau thường phải đặt hai hoặc nhiều bộ điều chỉnh nối tiếp
trong đường dây dài tới tải. Hai ứng dụng đáng chú ý là phục vụ cho tưới tiêu và khai
thác mỏ khi đường dây tới hàng dặm trong khi chỉ với một tải không thường xuyên. Điều
này yêu cầu các tính toán đặc biệt để tránh vấn đề về chất lượng điện năng.
Một điều quan tâm quan trọng cho các bộ điều chỉnh mắc nối tiếp là đặt thời
gian trễ ban đầu. Các bộ điều chỉnh gấn nhất với trạm biến áp thì đặt với thời gian trễ nhỏ
nhất, thông thường là 15 hoặc 30s. Các bộ ở xa thì tăng dần thời gian trễ lên. Điều này
làm giảm thiểu sự thay đổi đầu phân áp, giữ cho sự biến đổi điện áp ở mức thấp nhất.
Có lẽ, vấn đề chất lượng điện năng lớn nhất trong tình trạng này là tải sa thải. Sự
đột ngột mất tải, điều có thể xảy ra sau sự cố, sẽ làm dư thừa một lượng điện áp rất lớn
bởi sự tăng thế của các bộ điều chỉnh tích luỹ lại. Khi đó điện áp tăng quá 20% hoặc hơn


39
nữa có thể xuất hiện. Máy biến áp bão hoà và các tải còn lại sẽ giúp giảm điện áp xuống
nhưng nó vẫn sẽ lớn hơn giới hạn bình thường.
Để giảm thiểu hư hỏng cho tải, các bộ điều chỉnh cần một mạch điều khiển “trở
về nhanh”(Rapid runback) mà tránh các thời gian trễ và điều khiển các bộ điều chỉnh
giảm càng nhanh càng tốt. Loại này thường có 2 đến 4s cho một đầu phân áp.

2.4.4 Các bộ tụ cho điều chỉnh điện áp
Các bộ tụ có thể sử dụng cho điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện trong trạng
thái rẽ nhánh hoặc nối tiếp.

2.4.4.1 Các bộ tụ rẽ nhánh
Với các bộ tụ rẽ nhánh, phần trăm điện áp tăng là độc lập với tải. Chính vì vậy
các đóng cắt tự động thường được sử dụng trong trường hợp nhận các yêu cầu điều chỉnh
tại tải cao, nhưng ngăn ngừa dư thừa điện áp tại thấp tải.

2.4.4.2 Các bộ tụ nối tiếp
Không giống như tụ rẽ nhánh, tụ nối tiếp với đường dây làm cho điện áp cuối
đường dây biến đổi trực tiếp với dòng tải, Điện áp không tăng khi không tải, và tăng lớn
nhất khi đầy tải. Chính vì vậy, các tụ rẽ nhánh sẽ không cần chuyển mạch trong khi đáp
ứng với thay đổi của tải. Hơn nữa, một tụ nối tiếp sẽ yêu cầu một lượng điện áp và công
suất định mức nhỏ hơn nhiều so với tụ rẽ nhánh.
Tuy nhiên các tụ nối tiếp cũng có một vài bất lợi. Đầu tiên, chúng không thể
cung cấp bù phản kháng cho tải đường dây và không giảm được tổn thất hệ thống. Các tụ
nối tiếp chỉ có thể giảm điện dung phụ của hệ thống nếu nó được giới hạn bởi dư thừa
điện áp đường dây giảm thấp. Hay nói cách khác, các bộ tụ rẽ nhánh, thường hiệu quả
hơn khi điện dung của hệ thống bị giới hạn bởi dòng đường dây cao.
Thứ hai, các tụ nối tiếp không thể chịu được với sự cố dòng điện. Điều này sẽ
đưa lại kết quả quá áp nặng nề và phải được ngăn ngừa bằng cách đấu rẽ tụ với một
chuyển mạch tự động. Một chống sét cũng phải được nối qua tụ để làm chệch hướng
dòng điện cho đến khi chuyển mạch được đóng.




40
Có một vài sự chú ý khác cũng phải được tính toán đến trong khi sử dụng tụ nối
tiếp. Đó là cộng hưởng hoặc dao động với động cơ đồng bộ và cảm ứng hoặc cộng hưởng
sắt từ với các máy biến áp.
Chính các điều như trên nên sự ứng dụng của các bộ tụ nối tiếp trong hệ thống
phân phối là rất giới hạn.

2.4.5 Điều chỉnh điện áp bằng nguồn phân phối
Trở thành thông dụng cho các người làm quy hoạch nguồn để tính toán máy phát
và các thiết bị lưu giữ để trì hoãn sự đầu tư trạm và đường dây truyền tải cho đến khi tải
phát triển đủ để đảm bảo sự đầu tư lớn hơn. Điều này thường hữu dụng khi có một số
lượng tương đối giờ hàng năm khi mà tải tới gần giới hạn khả năng của hệ thống.
Hầu hết nguồn riêng thường được đặt trong trạm phân phối nguồn. Ngày nay các
kỹ sư nghiên cứu lợi ích của việc di chuyển thiết bị ra khỏi đường dây để tăng thêm khả
năng của hệ thống, giảm tổn thất, tăng độ tin cậy và điều chỉnh điện áp. Các máy phát này
thường được sử dụng riêng bởi các phụ tải, nhưng cũng có thể hoạt động cho lợi ích của
hệ thống nguồn.
Nguồn thường có các chuyển mạch cục bộ nên nó chia đường dây phân phối có
thể được cung cấp từ các đường dây hoặc các trạm biến áp khác nhau trong tình trạng
nguy hiểm. Nếu sự cố xuất hiện khi tải yếu, nó có thể tìm được nhiều tải từ các đường
dây khác trong trường hợp bình thường bằng cách đóng các dao cách ly. Tuy nhiên, một
máy phát cạnh vị trí dao cách ly có thể cung cấp đủ công suất cho các tải tăng thêm tại
điện áp chấp nhận đựoc. Nếu máy phát là đủ lớn thì nó có thể giúp điều chỉnh điện áp.
Một thuận lợi của sử dụng máy phát để điều chỉnh điện áp là đáp ứng điều khiển
nhanh hơn và bằng phẳng hơn so với thiết bị thay đổi đầu phân áp.
Một sử dụng khác của các máy phát là công suất và điều chỉnh hệ số công suất.
Điều này giảm thiểu sự rủi ro do bị cô lập. Các máy phát rất hữu ích cho mục đích điều
chỉnh điện áp trong suốt quá trình giảm tải bằng cách thay đổi công suất tác dụng và phản
kháng.
Việc điều chỉnh các nguồn phân phối phải chú ý đến các bộ điều chỉnh điện áp
đường dây và trạm biến áp. Các luồng công suất nghịch có thể làm cho các bộ điều chỉnh
điện áp điều chỉnh không đúng. Ngoài ra, các máy phát có thể làm cho các bộ điều chỉnh


41
thay đổi đầu phân áp liên tục, gây ra các sự cố sớm cho các cơ cấu đầu phân áp. Ngày
nay, vấn đề này đã được giải quyết với các máy phát gần đây sử dụng một bộ vi xử lý cho
thiết bị điều khiển điều chỉnh.
Để tránh phân tán nguồn cho điều chỉnh điện áp, một điều được giới hạn trong
lựa chọn các kiểu của thiết bị với đầu ra ổn định và có thể thay đổi được như các máy
kiểu pít tông, các tuabin đốt, pin nhiên liệu và các bộ pin. Các nguồn biến đổi ngẫu nhiên
như các tua bin gió hay quang điện thường không phù hợp cho việc này. Các máy phát
phân phối sử dụng cho việc điều chỉnh điện áp phải đủ lớn để thực hiện nhiệm vụ này.
Tuy nhiên, không phải mọi công nghệ đều phù hợp với việc điều chỉnh điện áp.
Chúng phải có khả năng cung cấp công suất phản kháng. Các máy phát cảm ứng giản đơn
tiêu thụ công suất phản kháng như động cơ cảm ứng sẽ là nguyên nhân gây ra tình trạng
thấp áp.

2.4.6 Dao động thoáng qua
Mặc dù dao động thoáng qua không phải là dao động điện áp trong thời gian dài
nhưng nguyên nhân chính của nó cũng như trên đó là hệ thống quá yếu để cung cấp cho
tải. Ngoài ra, một vài giải pháp cũng giống như điều chỉnh điện áp thay đổi chậm. Dao
động diện áp từ dao động thoáng qua thường trong ngưỡng của điện áp nhưng sự thay đổi
nhanh chóng sẽ kích thích tình trạng bình thường của các thiết bị sử dụng. Định nghĩa
dao động thoáng qua thường dược miêu tả đồng bộ với dao động điện áp, điện áp thoáng
qua, dao động nhẹ...
Các dao động thoáng qua có thể chia thành hai loại là chu kỳ và không chu kỳ.
Dao động chu kỳ là kết quả của dao động điện áp định kỳ trong hệ thống trong khi không
chu kỳ là kết quả của dao động điện áp không thường xuyên.

2.4.6.1 Nguồn của dao động thoáng qua
Thông thường, dao động thoáng qua xuất hiện trong hệ thống là do hệ thống
không đáp ứng dủ lượng công suất yêu cầu bởi tải. Điều này, kết hợp với sự biến đổi của
dòng điện quá chu kỳ của thời gian, đã tạo ra dao động thoáng qua. Khi tải tăng, dòng
điện trên đường dây tăng, tăng độ giảm áp qua đường đây. Hiện tượng này gây ra sự sụt
giảm điện áp đột ngột trên điện áp thanh cái. Tùy theo sự thay đổi biên độ của điện áp và
tần số xuất hiện, nó có thể dẫn đến một lượng lớn dao động thoáng qua. Nếu một tải ánh

42
sáng được nối với hệ thống gần với tải dao động, người quan sát sẽ thấy được bóng đèn
tối lờ mờ. Một tình trạng chung, có thể gây ra dao động thoáng qua, có thể là một dự án
công nghiệp lớn đặt tại cuối đường dây cung cấp yếu.
Có đưa đến kết quả dao động điện áp bởi dao động thoáng qua hay không tuỳ
thuộc vào các tham số sau đây:
Công suất của nguồn tạo dao động thoáng qua.
Trở kháng hệ thống.
Tần số của kết quả dao động điện áp.
Một tải thường gây dao động thoáng qua là các lò hồ quang điện (EAF-Electric
Arc Furnace). Các lò hồ quang điện là các tải phi tuyến, thời gian biến đổi có thể gây ra
dao động dòng điện lớn và dao động sóng hài. Hầu hết các dao động dòng lớn xuất hiện
tại điểm bắt đầu của chu kỳ của sự nấu chảy. Trong suốt thời gian này, những mảnh thép
nhỏ sẽ có thể là cầu nối giữa các điện cực gây ra dòng ngắn mạch phản ứng cao trong
phía thứ cấp của máy biến áp hồ quang. Thời gian nấu chảy có thể gây ra dao động
thoáng qua trong ngưỡng 1.0-10Hz.
Các máy điện cảm ứng lớn đang khởi động hoặc momen tải thay đổi rộng cũng
gây ra dao động điện áp trong hệ thống. Khi một động cơ được khởi động, công suất chủ
yếu của động cơ là công suất phản kháng. Điều này đã gây ra sự giảm áp lớn qua đường
dây phân phối. Trường hợp xấu nhất là khi động cơ khởi động qua đường dây. Khi đó có
thể gây dòng điện dẫn của động cơ đến bội số của dòng tải đầy.
Trong một vài trường hợp thông thường, đa hài trong điện áp cung cấp cũng có
thể gây ra dao động thoáng qua. Hiện tượng này có thể quan sát với đèn sợi đốt cũng như
đèn huỳnh quang. Nguyên nhân của đa hài bao gồm các bộ biến đổi tần số tĩnh, các bộ
biến đổi tuần hoàn, các tầng biến đổi đồng bộ, các lò cảm ứng và các lò hồ quang.
2.4.6.2 Kỹ thuật để làm giảm dao động thoáng qua
Có nhiều cách để làm giảm bớt vấn đề dao động thoáng qua. Các lựa chọn có thể
là các bộ tụ tĩnh, các thiết bị chuyển mạch dựa trên mạch điện tử công suất, và tăng khả
năng của hệ thống. Phương pháp thông thường được lựa chọn là dựa trên các yếu tố như
loại của tải gây ra dao động, khả năng của hệ thống cấp tới tải, và giá thành của biện pháp
kỹ thuật thực hiện,



43
Dao động thoáng qua là kết quả của tải biến đổi lớn hơn so với khả năng của hệ
thống. Một cách để chuyển dao động thoáng qua ra khỏi hệ thống là nâng cao khả năng
của hệ thống để giảm tác động của dao động tạo bởi tải. Nâng cấp hệ thống có thể bao
gồm nhiều cách như: thay dây, thay máy biến áp với công suất định mức cao hơn hoặc
tăng điện áp hoạt động.
Làm giảm nhẹ động cơ cũng là một cách để giảm lượng dao động tạo bởi quá
trình khởi động của động cơ và tải biến đổi. Động cơ có thể được thay đổi ví dụ như điều
chỉnh đường cong momen tốc độ của động cơ. Tuy nhiên trong một vài trường hợp, điều
này có thể gây ra hiệu suất làm việc thấp. Các hệ thống năng lượng quán tính cũng có thể
giảm lượng dòng tạo bởi động cơ bằng cách nhận năng lượng yêu cầu để bù cho biến đổi
momen của tải.
Gần đây, các điện kháng nối tiếp đã được sử dụng để giảm lượng dao động trong
hệ thống gây bởi các lò hồ quang điện. Các điện kháng nối tiếp giúp làm ổn định hổ
quang, giảm dòng biến đổi trong suốt quá trình nung chảy. Bằng cách đặt thêm các bộ
điện kháng nối tiếp, sự tăng đột ngột trong dòng điện đã giảm xuống theo sự tăng lên của
điện kháng mạch điện. Các điện kháng nối tiếp cũng có lợi ích trong việc giảm mức sóng
hài phía cung cấp. Thiết kế của các điện kháng phải được kết hợp với công suất yêu cầu.
Các tụ nối tiếp cũng được sử dụng để giảm tác dụng của dao động thoáng qua
trong hệ thống. Thông thường, các tụ nối tiếp thường được đặt nối tiếp với đường dây
truyền tải cung cấp cho tải. Lợi ích của các tụ nối tiếp là thời gian phản ứng cho hiệu
chỉnh dao động tụ là tức thời. Phía thấp của tụ nối tiếp là bù nên chỉ phụ thuộc vào tụ.
Nhưng điện áp giữa nguồn và tụ là không được bù. Chính vì vậy, các tụ nối tiếp có hoạt
động khó khăn yêu cầu các kỹ thuật cẩn trọng.
Các tụ cố định đấu rẽ nhánh đã được sử dụng cho dao động điện áp và hiệu
chỉnh hệ số công suất. Các tụ rẽ nhánh cũng có thể sử dụng để giảm dao động thoáng
qua. Điện áp khởi động thấp được giảm, nhưng % thay đổi trong điện áp (ΔV/V) là không
giảm, và trong một vài trường hợp nó lại có thể tăng lên.
Một cách ít tốn kém và đơn giản cho việc giảm tác dụng của dao động thoáng
qua do khởi động động cơ đó là đặt khởi động từng bước cho động cơ. Nó sẽ giảm lượng
dòng khởi động trong suốt quá trình khởi động. Với thuận tiện của công nghệ bán dẫn,



44
cơ, cân nặng và giá của bộ truyền động có thể điều chỉnh tốc độ giảm xuống, cho phép sử
dụng các thiết bị có nhiều khả thi trong việc giảm dao động thoáng qua gây bởi tải.
Các bộ bù tĩnh (SVC) rất linh hoạt và đóng vai trò lớn trong hệ thống điện. SVC
có thể sử dụng cho hiệu chỉnh hệ số công suất, giảm dao động thoáng qua, điều khiển
điện áp ổn định và cũng có thể làm bộ lọc lọc các tần số không mong muốn trong hệ
thống. Các bộ bù tĩnh cũng có thể hiệu quả trong điều khiển dao động điện áp tại tải biến
đổi nhanh nhưng giá thành rất cao. Vì thế thường chỉ các giải pháp hiệu quả được sử
dụng trong các tải đặt tại các vị trí điều khiển mà hệ thống yếu.




45
Đề thi vào lớp 10 môn Toán |  Đáp án đề thi tốt nghiệp |  Đề thi Đại học |  Đề thi thử đại học môn Hóa |  Mẫu đơn xin việc |  Bài tiểu luận mẫu |  Ôn thi cao học 2014 |  Nghiên cứu khoa học |  Lập kế hoạch kinh doanh |  Bảng cân đối kế toán |  Đề thi chứng chỉ Tin học |  Tư tưởng Hồ Chí Minh |  Đề thi chứng chỉ Tiếng anh
Theo dõi chúng tôi
Đồng bộ tài khoản