CHƯƠNG I: KHÁI NIỆM VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 1. ĐỊNH NGHĨA CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG: Ngay từ những năm đầu của thế kỷ 20 người ta đã đưa ra các khái niệm về "Chất lượng điện năng ", lúc đó nó đã trở thành một khái niệm gây tranh cãi, cho đến ngày nay thì còn nhiều bất đồng về việc sử dụng khái niệm này, về cách định nghĩa và áp dụng nó thế nào cho chính xác. Trong nhiều tài liệu của châu Âu và Mỹ, "Chất lượng điện năng" được hiểu là chất lượng của sản phẩm điện được nhà cung cấp phân phối cho các hộ sử dụng. Còn các nhà chuyên môn thì đưa ra những nhận định của riêng mình.Dugan: Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về chất lượng điện năng, điều này phụ thuộc vào vị trí người đưa ra định nghĩa này.
Ví dụ các nhà cung cấp điện thì định nghĩa "Chất lượng điện năng" là độ tin cậy và khẳng định độ tin cậy đó. Các nhà quản lý điện cũng đưa ra các tiêu chuẩn dựa trên quan điểm này. Còn các nhà sản xuất thì định nghĩa "Chất lượng điện năng" là những đặc tính của nguồn điện cho phép thiết bị làm việc ổn định. Ngoài ra ông cũng đã viết "Chất lượng điện năng" = "Chất lượng điện áp" và phân tích rằng hệ thống cung cấp điện chỉ có thể điều chỉnh chất lượng của điện áp chứ không thể điều chỉnh được dòng điện do các tải đặc biệt sinh ra.
Dugan đưa ra định nghĩa: Chất lượng điện năng là bất kỳ một vấn đề điện năng nào thể hiện qua sai lệch của điện áp, dòng điện hay tần số dẫn đến các thiết bị của người sử dụng bị hỏng hay hoạt động sai. Kennedy, ông nhận định chất lượng điện năng theo hai quan điểm nó là một vấn đề hay một sản phẩm tuỳ thuộc theo quan điểm của từng người. Ông viết: Nếu bạn là một kỹ sư điện,một nhà nghiên cứu về điện hay một thợ điện thì bạn có thể nhìn nhận chất lượng điện năng là một vấn đề và cần phải được giải quyết. Còn nếu bạn là nhà kinh doanh, người mua bán điện hay một khách hàng tiêu thụ điện thì điện năng là một sản phẩm và chất lượng điện năng là một phần quan trọng trong đó.
Từ đó ông đưa ra định nghĩa của Gerry Heydt về chất lượng 1 điện năng “là biện pháp, sự phân tích,cải thiện cho điện áp, thông thường là điện áp trên tải, để duy trì điện áp này ở dạng sin theo điện áp và tần số định mức”. Trong một số tài liệu khác, Maura.Ryan định nghĩa: Chất lượng điện năng là mức độ trong đó việc sử dụng và phân phối năng lượng điện đều tác động đến sự hoạt động của thiết bị điện. Bất kỳ một sai lệch nào so với biên độ, tần số của dạng sóng điện áp hình sin lý tưởng đều xem như là các vấn đề chất lượng điện năng. Còn Kabelo Klifford Modipance cho rằng: Chất lượng điện năng là bất kỳ phản ứng nào không bình thường trên hệ thống điện xảy ra đối với dạng sóng của dòng điện hay /và điện áp, tác động có hại đối với sự hoạt động bình thường của thiết bị điện tử hay điện.
Các cơ quan tiêu chuẩn hoá quốc tế như IEEE (Institue of Electric and Electronic Engineers) và IEC (International Electronical Commision) cũng đã định nghĩa và phân loại các hiện tượng liên quan đến chất lượng điện năng. Theo IEEE thì: Chất lượng điện năng là một khái niệm của việc nối nguồn và nối đất cho các thiết bị nhạy cảm mà theo cách đó phù hợp cho việc hoạt động của thiết bị. Vào năm 2000 IEC đã đưa ra bản dự thảo và đề nghị định nghĩa về chất lượng điện năng theo cách sau: Chất lượng điện năng là tính chất điện tại một điểm cho trước trên một hệ thống điện được đánh giá so sánh với một bộ các thông số kỹ thuật tham khảo (với một chú ý đi kèm: trong một vài trường hợp các thông số này có liên quan đến độ tương thích giữa năng lượng cung cấp trên mạng và các tải được kết nối với mạng đó). CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI: 1.
Điện áp nút phụ tải: 1. Tiêu chuẩn điện áp: Duy trì điện áp định mức là một trong những yêu cầu cơ bản để đảm bảo chất lượng điện năng của hệ thống điện. Chất lượng điện năng được đặc trưng bằng các giá trị quy định của điện áp và tần số trong hệ thống điện. Chất lượng điện năng ảnh 2 hưởng nhiều đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của các thiết bị dùng điện.
Các thiết bị dùng điện chỉ có thể làm việc hiệu quả tốt trong trường hợp điện năng có chất lượng cao. Tần số của dòng điện được điều khiển trong phạm vi toàn hệ thống. Các chỉ tiêu chính của chất lượng điện áp là độ lệch điện áp, dao động điện áp, sự không đối xứng, độ không hình sin của đường cong điện áp và độ không cân bằng. Độ lệch điện áp ΔU: Độ lệch điện áp tại một điểm trong hệ thống cung cấp điện là độ chênh lệch giữa điện áp thực tế Ut và điện áp định mức U đm với điều kiện là tốc độ biến thiên của điện áp nhỏ hơn 1%Uđm /s, được tính như sau: U t U dm ΔU = .1) U dm Độ lệch cho phép ΔUcp%: - Trên cực của các thiết bị chiếu sáng từ -2,5 ÷ 5% - Trên các cực của động cơ, các thiết bị mở máy từ -5 ÷ 10% - Trên các thiết bị còn lại từ -5 ÷ 5% - Trong các trạng thái sự cố, cho phép tăng giới hạn trên thêm 2.5% và giảm giới hạn dưới thêm 5%.
Dao động điện áp dU: Dao động điện áp là sự biến thiên của điện áp xảy ra trong khoảng thời gian tương đối ngắn. Phụ tải chịu ảnh hưởng của dao động điện áp không những về biên độ dao động mà cả về tần số xuất hiện các dao động đó. Nguyên nhân chủ yếu là do mở máy các động cơ lớn, ngắn mạch trong hệ thống điện, các phụ tải lớn làm việc đòi hỏi sự đột biến về tiêu thụ công suất tác dụng và phản kháng, các lò điện hồ quang, các máy hàn, các máy cán thép cỡ lớn thường gây ra dao động điện áp. U max U min dU= .2) Udm Trong đó: Umax điện áp hiệu dụng lớn nhất; U min điện áp hiệu dụng bé nhất; Uđm điện áp danh định.
3 Tiêu chuẩn quy định: - Tần suất xuất hiện 2-3 lần/giờ thì dU = 3 ÷ 5%Uđm - Tần suất xuất hiện 2-3 lần/phút thì dU = 1÷ 1,5%Uđm - Tần suất xuất hiện 2-3 lần/giây thì dU = 0,5% Uđm c. Độ không đối xứng K2: Xuất hiện khi có điện áp thứ tự nghịch Khi điện áp thứ tự nghịch lớn thì độ không đối xứng cao Độ không đối xứng K2 : .3) 3Udm 3Udm Với U2 điện áp thứ tự nghịch ở tần số cơ bản a= K2 ≤ 1% thì xem là đối xứng. Độ không hình sin Kks: U Kks = .4) U1 Với U γ∑ = U s 2 2 Kks ≤ 5% thì xem là hình sin. Ảnh hưởng điện áp đến sự làm việc của phụ tải: Hệ thống điện cần phải bảo đảm cung cấp cho các hộ tiêu thụ điện năng có chất lượng.
Nếu chất lượng điện năng không đảm bảo, vượt ra ngoài giới hạn quy định thì thiết bị điện có thể sẽ bị sự cố hư hỏng, giảm tuổi thọ, hoặc làm việc kém hiệu quả và không kinh tế. Sau đây ta xét ảnh hưởng của điện áp đến sự làm việc của các phụ tải thông dụng trong thực tế như sau: a. Đối với động cơ: Momen của động cơ không đồng bộ tỷ lệ thuận với bình phương điện áp U đặt vào động cơ. 4 Đối với động cơ đồng bộ khi điện áp thay đổi làm cho moment quay thay đổi, khả năng phát công suất phản kháng của máy phát và máy bù đồng bộ giảm đi khi điện áp giảm quá 5% so với định mức, vì các máy phát và máy đồng bộ được thiết kế để giữ nguyên khả năng phát công suất phản kháng khi điện áp biến đổi ít.1) biểu diễn sự biến đổi đặc tính momen của động cơ điện không đồng bộ khi điện áp thay đổi.
M U>Unm U=Uđm U<Unm 0 S th 1 S Hình 1.1: Sự biến đổi đặc tính momen của động cơ điện không đồng bộ b. Đối với thiết bị chiếu sáng: Các thiết bị chiếu sáng rất nhạy cảm với điện áp, khi điện áp tăng 2,5% thì quang thông của đèn dây tóc giảm 9%, đối với đèn huỳnh quang khi điện áp tăng 10% thì tuổi thọ của nó giảm (20÷25)%, với các đèn có khí khi điện áp giảm xuống quá 20% định mức thì nó sẽ tắt và nếu duy trì độ tăng điện áp kéo dài thì có thể cháy bóng đèn. Đối với đèn hình khi điện áp nhỏ hơn 95% điện áp định mức thì chất lượng hình ảnh bị méo mó. Các đài phát hoặc thu vô tuyến, các thiết bị liên lạc bưu điện, các thiết bị tự động hóa rất nhạy cảm với sự thay đổi của điện áp.
Chính vì thế độ lệch điện áp cho phép đối với các thiết bị chiếu sáng và điện tử được quy định nhỏ hơn so với các thiết bị điện khác.2: Đặc tính của đèn sợi đốt T: Thời gian phục hồi đèn. Φ[%]: Quang thông của đèn. Các dụng cụ đốt nóng, các bếp điện trở: Công suất tiêu thụ đối với các thiết bị một pha là: 2 Up P =I2 R = (1.5) P Còn đối với hệ thống tiêu thụ 3 pha: 2 2 Up P = 3I R =3 (1.6) P Trong đó: Up : điện áp pha R: là điện trở Như vậy công suất tiêu thụ trong các phụ tải loại này sẽ tỷ lệ với bình phương điện áp đặt vào. Khi điện áp giảm, hiệu quả của các phần tử đốt nóng sẽ giảm xuống rõ rệt.
Đối với lò điện sự biến đổi điện áp ảnh hưởng nhiều đến đặc tính kinh tế kỹ thuật của các lò điện. Khi điện áp ở lò luyện kim giảm từ 10÷15% thành phẩm có thể giảm từ 15÷20% do hư hỏng và do bị kéo dài thời gian. Đối với nút phụ tải tổng hợp: 6 Khi thay đổi điện áp ở nút phụ tải tổng hợp bao gồm các phụ tải thành phần thì công suất tác dụng và phản kháng do nó sử dụng cũng biến đổi theo đường đặc tính tĩnh của phụ tải (Hình 1.3) ta thấy công suất tác dụng ít chịu ảnh hưởng của điện áp so với công suất phản kháng.