1
Chương 8:
Chất Lượng Điện Năng
I. Độ sụt áp
1. Khái niệm
Nếu điện áp đặt vào phụ tải không hoàn toàn đúng với điện áp định mức của thiết bị thì
khi đó, thiết bị sẽ làm việc khác với các thông số định mức.Dòng điện có thể tăng lên,
làm động cơ bị quá tải, công suất và mô men động cơ giảm, …ảnh hưởng đến chất lượng
hoạt động của thiết bị. Thậm chí, một số thiết bị không thể vận hành nếu điện áp quá
thấp.
Độ lệch điện áp được định nghĩa
100.%
dm
dm
U
UU
U
(8.1)
Trong đó :
U : điện áp đặt vào phụ tải
Uđm : điện áp định mức của phụ tải
Nguyên nhân gây ra độ lệch điện áp tại nơi tiêu thụ điện là do:
Bản thân các hộ tiêu thụ : Tải của các hộ tiêu thụ luôn thay đổi, dẫn đến phân bố công
suất trong hệ thống điện thay đổi, và giá trị điện áp tại các nút trong hệ thống cũng thay
đổi.
Hệ thống bị sự cố: Nhà máy điện, dây dẫn bị sự cố, gây quá tải cục bộ và làm cho điện áp
giảm xuống.
Thay đổi phương thức vận hành của hệ thống : Thay đổi phương phức vận hành nhà máy,
sơ đồ mạng điện, sẽ làm cho dòng phân bố công suất thay đổi.
Hình 8.1 Độ lệch điện áp theo tình trạng tải
Hình 8.1 thể hiện sự phân bố điện áp giảm dần từ nguồn đến tải, và sự thay đổi này phụ
thuộc tùy theo tính chất của tải: Peak load – tải đỉnh và Low load – non tải.
Theo “ Quy trình trang bị điện”,quy định
2
Điện áp đặt trên cực động cơ nằm trong giới hạn ±5% so với điện áp định mức, trong
trường hợp đặc biệt cho phép tăng điện áp đến +10%. Đối với đèn thắp sáng sinh hoạt thì
điện áp không được thấp hơn định mức là 2.5% đối với xí nghiệp, 5% đối với nhà ở.
Trong trường hợp sự cố, điện áp trên đèn không được giảm qúa -12%.
Theo luật điện lực, quy định
Về điện áp: trong điều kiện bình thường, độ lệch điện áp cho phép trong khoảng ± 5% so
với điện áp danh định của lưới điện và được xác định tại vị trí đặt thiết bị đo đếm điện
hoặc tại vị trí khác do hai bên thoả thuận. Đối với lưới điện chưa ổn định sau sự cố, độ
lệch điện áp cho phép từ +5% đến -10%;
2. Ảnh hưởng của độ lệch điện áp
Chất lượng điện áp rõ ràng sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của các thiết bị sử dụng điện,
đặc biệt là khi điện áp thấp.
a. Các thiết bị phát nhiệt
Các thiết bị sử dụng nguyên lý phát nóng của điện trở như : bóng đèn sợi đốt, máy nước
nóng, bàn ủi, bếp điện, …sẽ bị ảnh hưởng rất nhiều theo điện áp.
Nhiệt độ phát ra giảm 10% khi điện áp giảm 10%
Điện áp tăng cao -> quá nhiệt : gây hỏa hoạn , ảnh hưởng đến tuổi thọ thiết bị.
b. Các động cơ điện
Hoạt động của các động cơ điện sẽ bị ảnh hưởng khi có sự thay đổi điện áp.
Ảnh hưởng đến quá trình khởi động động cơ
Điện áp giảm sẽ làm dòng động cơ tăng : quá tải, quá nhiệt.
Ảnh hưởng đến quá trình vận hành động cơ do các thiết bị bảo vệ điện áp hoạt
động
c. Các thiết bị điện tử
Các thiết bị điện tử như tivi, máy tính, đầu
thu,… bị ảnh hưởng khi điện áp thay đổi
Điện áp thấp làm giảm chất lượng
các thiết bị : màu sắc, âm thanh, ..
Ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của các
thiết bị
Ví dụ : Khi bị quá áp 5%, tuổi thọ bóng
đèn hình tivi giảm 50 %
3. Các biện pháp điều chỉnh điện áp
Có rất nhiều biện pháp cho phép cải thiện chất lượng điện áp, cụ thể gồm
- Thay đổi đầu phân áp của các MBA
- Thay đổi cấu trúc hệ thống
Hình 8.2 Thiết bị điện tử
3
- Tăng tiết diện dây dẫn
- Tăng điện áp hệ thống
- Lắp đặt tụ bù trên đường dây
- Xây dựng các trạm mới
- Lắp đặt các thiết bị điều chỉnh điện áp
Trong giáo trình này, chúng ta chỉ tìm hiểu phương pháp thay đổi đầu phân áp của MBA
và phương pháp lắp đặt tụ bù trên đường dây.
4. Điều chỉnh đầu phân áp của MBA
Đầu phân áp của MBA chủ yếu dùng để điều chỉnh điện áp của các MBA điện lực và
trong một số trường hợp dùng để điều chỉnh góc pha. Trong hệ thống phân phối, đầu
phân áp chủ yếu dùng để duy trì một điện áp không đổi phía thư cấp khi điện áp phía sơ
cấp thay đổi.
Có nhiều loại điều chỉnh đầu phân áp của MBA, tùy thuộc vào cấp điện áp sử dụng và
công suất của MBA. Đầu phân áp thường được đặt phía điện áp áp cao của MBA, khi đó
các tiếp điểm chỉ phải chịu dòng điện nhỏ, cũng như thao tác chuyển đầu phân áp ít phát
sinh hồ quang.
MBA có đầu phân áp không thuộc loại điều áp dưới tải, khi cần thay đổi đầu phân áp bắt
buộc phải cô lập MBA ra khỏi hệ thống. Do đó không thể thay đổi thường xuyên đầu
phân áp, mà cần tính toán chọn một đầu phân áp thỏa mãn được yêu cầu về điện áp tại
các hộ tiêu thụ điện trong các tình trạng khác nhau của phụ tải ( cực đại và cực tiểu).
Xét một MBA giảm áp, ví dụ 110/15 kV, là loại máy được sử dụng để biến đổi điện áp từ
cấp truyền tải 110kV xuống cấp phân phối là 15kV. MBA có phía cao áp là phía (a), phía
hạ áp là (b), có nấc điều chỉnh phân áp phía cao áp.
Hình 8.3 MBA giảm áp
Tỉ số biến áp của MBA là
kt
pa
U
U
n
(8.2)
Với :
Upa : Điện áp tương ứng của đầu phân áp được ghi trên nhãn máy
Ukt : Điện áp không tải của MBA, phụ thuộc điện áp ngắn mạch %
Un% ≥7.5 % : Ukt = 1.1 Uđm
Un% <7.5 % : Ukt = 1.05 Uđm
4
Sơ đồ thay thế tính toán được cho như sau
Hình 8.4 Sơ đồ thay thế MBA giảm áp
MBA giảm áp có đầu phân áp được thay thế bằng một MBA lý tưởng có tỉ số biến áp n
mắc nối tiếp với một tổng trở của MBA. Giả sử rằng tổng trở ZBA không thay đổi khi
thay đổi đầu phân áp.
Điện áp quy đổi phía thứ cấp về sơ cấp
'b
U
BAab UUU
'
(8.3)
Đồng thời, xét MBA lí tưởng:
n
U
U
U
U
kt
pa
b
b
'
(8.4)
Suy ra điện áp cần chọn
][ BAa
b
kt
pa UU
U
U
U
(8.5)
Trong thực tế, tải thường có 2 chế độ làm việc :
Chế độ phụ tải cực đại ứng với công suất Smax
(8.6)
Chế độ phụ tải cực tiểu ứng với công suất Smin
][ )2()2(
)2(
2BAa
b
kt
pa UU
U
U
U
(8.7)
Chọn đầu phân áp trung bình:
2
21 papa
pa
UU
U
(8.8)
Ví dụ :
MBA 1800KVA 35±2x2.5%/10.5kV, ΔPN = 24kW, Un% =6.5%. Phụ tải định mức : S =
1680 KVA, cosφ=0.8
Phụ tải cực đại : Tải định mức
kVUkVU ab 34,7.9 )1()1(
Phụ tải cực tiểu : Tải định mức
5
kVUkVU ab 3.36,9.9 )1()1(
Chọn đầu phân áp cho MBA
5. Bù trên đường dây
a. Bù dọc trên đường dây
Một cách gần đúng, tổn thất điện áp trên đường dây tỉ lệ tuyến tính với cảm kháng đường
dây, do đó để điều chỉnh điện áp đường dây, ta điều chỉnh thay đổi giá trị cảm kháng
đường dây.
Điện kháng đường dây là hàm số logarit của kích thước đường dây, do đó, nó chỉ thay đổi
rất ít theo sự thay đổi của kích thước này. Ngoài ra, việc thay đổi kích thước đường dây
khó thực hiện do chi phí đầu tư cao. Còn biện pháp mắc thêm các đường dây song song
rõ ràng là cũng không kinh tế.
Do đó, người ta có thể sử dụng bù dọc đường dây như là một phương pháp đơn giản để
tăng khả năng tải, giảm tổn thất điện áp trên đường dây.
Sơ đồ thay thế của đường dây sau khi gắn tụ bù dọc.
Hình 8.5 Bù dọc trên đường dây
Công thức tính độ sụt áp sau khi gắn tụ
dm
C
U
XXQPR
U)(
(8.9)
Công thức để tính dung kháng bộ tụ bù:
Q
RPUU
XXC
..
(8.10)
b. Bù ngang trên đường dây
Mục đích của bù ngang trên đường dây là thay đổi dòng công suất phản kháng tại thanh
cái .
Hình 8.6 Bù ngang trên đường dây
Công thức tính độ sụt áp sau khi gắn tụ
dm
C
U
XQQPR
U)(
(8.11)
X
RPUU
QQC
..
(8.12)