Mở đầu Để giải quyết vấn đề quản lý và giám sát được việc sử dụng điện năng của các phụ tải điện thì việc thiết kế một hệ thống thông minh có thể giúp người dùng tiết kiệm điện năng qua việc giám sát lượng điện và có thể định ngưỡng tiêu thụ điện trong mỗi ngày hoặc mỗi tháng. Khi lượng điện vượt mức giới hạn thì thông báo cho người dùng biết mà đưa ra việc điều khiển thiết bị điện phù hợp, hoặc hệ thống tự động tắt các thiết bị khi không cần thiết. Hoặc người dùng có thể theo dõi các thiết bị từ xa bằng điện thoại hoặc máy tính thông qua internet wifi [8, 9]. Hệ thống có khả năng đo đếm dòng điện tải và điện áp các thiết bị điện trong gia đình, cơ quan… từ đó cho biết được lượng điện tiêu thụ và chi phí tiêu thụ điện.
Người dùng có thể đặt mức giới hạn lượng điện tiêu thụ theo từng ngày hoặc từng tháng nhằm tối ưu hóa khả năng sử dụng và tiết kiệm điện, đồng thời giảm được chi phí điện cho gia đình, cơ quan. Khi lượng điện tiêu thụ đạt mức ngưỡng cho phép của người dùng thì xuất ra các thông báo cảnh báo, gửi SMS tới điện thoại người dùng nếu đang ở xa, tự động tắt các thiết bị nếu vượt ngưỡng cho phép. Hệ thống có thể gửi dữ liệu điện năng qua điện thoại cho người dùng thông qua SMS, từ đó người dùng có thể tự quản lý, giám sát được ngôi nhà của mình từ xa [10]. Chất lượng điện năng Chất lượng điện năng (CLĐN) là những vấn đề liên quan đến điện áp, dòng điện, tần số làm cho các thiết bị điện vận hành không bình thường hoặc bị hư hỏng [1, 2].
Sóng điện áp và dòng điện ba pha. Vì sao phải quan tâm đến CLĐN [1]: - CLĐN ảnh hưởng trực tiếp đến các quá trình sản xuất hiện đại. - CLĐN ảnh hưởng trực tiếp quá trình vận hành và tuổi đời của thiết bị. - CLĐN luôn là mối quan tâm hàng đầu của các nhà sản xuất thiết bị.
- Yêu cầu cung cấp cho khách hàng với CLĐN cao nhất là mục tiêu của các công ty điện lực. - Mối quan tâm của xã hội đến CLĐN ngày càng được nâng cao. Tóm lại, CLĐN là của mọi bên, từ các điện lực, khách hàng cho đến các nhà sản xuất, chế tạo thiết bị và của xã hội. Tiêu chuẩn về CLĐN 1.
Tiêu chuẩn IEEE 519-1992 về sóng hài dòng và áp Bảng 1. Tiêu chuẩn IEEE 519-1922 về sóng hài điện áp. Cấp điện áp Sóng hài riêng lẻ (%) Tổng độ biến dạng sóng hài THDv (%) ≤ 69 kV 3. Tiêu chuẩn IEEE 519-1922 về sóng hài dòng điện.
Tỉ lệ: Isc/IL Tổng biên độ sóng hài dòng điện THDI (%) < 69 kV 69 – 161 kV > 161 kV < 20 5. Tiêu chuẩn theo Thông tư 32 của Bộ Công thương Ngày 15/04/2010 Bộ Công Thương có ban hành Thông tư 32 về việc quy định hệ thông điện truyền tải trong đó có yêu cầu chi tiết về các thông số điện năng như sau: a) Điện áp: - Điện áp danh định trong hệ thống phân phối bao gồm: 110kV, 35kV, 22kV, 15kV, 10kV, 6kV và 0. - Trong điều kiện bình thường, dao động điện áp cho phép so với điện áp danh định là: + Khách hàng: không được vượt quá ±5%. + Nhà máy điện: không được vượt quá +10% và -5%.
- Trong điều kiện sự cố đơn lẻ, độ dao động cho phép là +5% và -10%. - Trong điều kiện sự cố nghiêm trọng, độ dao động cho phép là ±10%. b) Tần số: Tần số định mức là 50Hz, dao động tần số cho phép so với tần số định mức như sau: - Trong điều kiện bình thường, dao động cho phép là ±2%. - Trong điều kiện hệ thống chưa ổn định, dao động cho phép là ±5%.
c) Sóng hài dòng và áp: e 12 Sóng hài điện áp: Bảng 1. Chỉ số méo dạng sóng hài điện áp theo Thông tư 32. Cấp điện áp Tổng độ biến dạng Biến dạng riêng lẻ sóng hài (THDU) Từ 110 kV trở lên 3,0% 1,5% Trung và hạ áp 6,5% 3,0% Sóng hài dòng điện: - Đối với đầu nối vá cấp điện áp hạ áp công suất tới 10kW thì giá trị dòng điện sóng hài bậc cao không được vượt quá 5A cho 1 pha và 14A cho 3 pha. - Đối với đầu nối vào cấp điện áp trung áp hoặc đầu nối có công suất từ 10kW đến 50kW thì giá trị dòng bậc cao không được vượt quá 20% dòng phụ tải.
- Đối với đầu nối vào cấp điện áp cao áp hoặc công suất lớn hơn 50kW thì giá trị dòng hài không được vượt quá 12% dòng phụ tải. d) Cân bằng pha: Trong chế độ làm việc bình thường, thành phần thứ tự nghịch của điện áp pha không được vượt quá 3% điện áp danh định đối với cấp điện áp 110kV và 5% đối với cấp điện áp trung áp và hạ áp. e) Nhấp nháy điện áp: Mức nhấp nháy điện áp theo tiêu chuẩn như sau: Bảng 1. Chỉ số mức nhấp nháy theo Thông tư 32.
Cấp điện áp Mức nhấp nháy ngắn hạn Mức nhấp nháy dài hạn cho phép (Pst 95%) cho phép (Pst 95%) Cao áp từ 110kV 0,80 0,60 Trung áp 1,00 0,80 Hạ áp 1,00 0,80 e 13 1. Nguyên nhân làm giảm CLĐN 1. Từ đơn vị cung cấp điện Đơn vị cung ứng điện cung cấp điện không đủ tiêu chuẩn về CLĐN theo luật điện lực, nghị định 105/2005/NG-CP, Thông tư 12/2010/TT-BCT, Thông tư 32/2010/TT-BCT. Cụ thể như sau: - Các tổ máy phát điện cung cấp nguồn điện không đạt yêu cầu về tiêu chuẩn CLĐN.
- Việc khắc phục các sự cố trên đường dây truyền tải không kịp thời, giảm độ tin cậy trong viêc cung cấp điện. - Khách hàng sử dụng điện, gây ra sóng hài dòng & áp lớn, gây méo dạng cho nguồn điện lưới, giảm chất lượng nguồn điện cung cấp… 1. Từ khách hàng sử dụng điện Quá trình vận hành của các phụ tải phi tuyến bao gồm: - Bộ biến tần - Hệ thống khuếch đại pha - Bộ chỉnh lưu - Bộ điều khiển góc pha điện tử như hệ thống thyristor - Hệ thống đóng cắt nguồn bằng điện tử - Hệ thống lò luyện kim loại như lò hồ quang, lò trung tần - Các loại nhiệt điện trở. Sẽ làm phát sinh ra sóng hài dòng và áp, tăng độ nhấp nháy điện áp, làm giảm CLĐN.
Ảnh hưởng của CLĐN đối với khách hàng sử dụng điện Nhiễu sóng hài và nhấp nháy điện áp ảnh hưởng rất tiêu cực đến hệ thống điện như: 1. Với động cơ điện và máy phát điện e 14 Sóng hài làm tăng tổn thất dưới dạng nhiệt trên lõi sắt và dây quấn đồng. Gây ra tiếng ồn lớn, gây rung trong quá trình làm việc của động cơ. Các sóng hài bậc 5 và bậc 7 gây ra hiện tượng dao động giữa tuabin và máy phát hoặc giữa động cơ và hệ thống tải.
Với máy biến áp Tăng tiếng ồn, gây rung, lắc và phát nóng máy biến áp. Sóng hài còn làm tăng tổn thất trong cuộn dây và lõi từ của máy biến áp. Gây quá tải, giảm tuổi thọ thậm chí còn gây cháy máy biến áp. Với cáp điện Giảm công suất truyền tải, tăng tổn hao nhiệt, có thể dẫn đến hư hỏng và cháy cáp.
Với tụ điện Dòng điện sóng hài và điện áp sóng hài dễ dàng đánh thủng tụ do quá điện áp. Với các thiết bị điện tử Các thiết bị điện tử rất nhạy cảm với sự không ổn định của nguồn điện cung cấp cho nó. Do vậy, khi có sóng hài tác động có thể làm nhiễu loạn hoặc cháy các vi mạch điện tử. Thiết bị đo lường bảo vệ Các thành phần sóng hài sẽ tác động làm sai kết quả thực tế của thiết bị đo và thiết bị bảo vệ, dẫn đến đưa tín hiệu tác động nhầm.
Các lò luyện thép Tăng thời gian nấu chảy kim loại, cũng như tăng thời gian tạo ra sản phẩm dẫn đến chi phí vận hành và chi phí năng lượng tăng cao. Ngoài ra còn giảm công suất nguồn cấp dẫn đến giảm hiệu suất vận hành của lò luyện. Chất lượng sản phẩm e 15 CLĐN thấp, không ổn định sẽ làm giảm năng suất sản xuất, chất lượng sản phẩm… 1. Các hộ sử dụng điện kế cận Sóng hài gây ra làm ảnh hưởng đến ác nhà máy điện xung quanh, khiến role tác động nhầm, gây hư hỏng thiết bị điện tử, gián đoạn sản xuất cũng như mất thời gian cho việc khởi động lại nhà máy.
Hệ thống lưới điện Gây tổn thất trên lưới điện, giảm chất lượng và công suất truyền tải trên lưới điện… 1. Đo lường các đại lượng điện 1. Yêu cầu chung Việc đo được ghi lại nhờ các dụng cụ ghi mức nhiễu động và cách các tín hiệu thể hiện. Điều đó có thể chỉ dẫn là không tồn tại sai số và nhiễu ghi và người dùng không thể hiểu rõ tầm quan trọng của nhiễu trên thiết bị [3, 4].
Điều này có thể dẫn tới kết luận sai và quyết định tốn tiền. Vì thế người dùng cần xem xét lại đặc tính kỹ thuật đo của các dụng cụ đo. Những điểm quan trọng nhất là: - Mẫu chuẩn; - Độ chính xác và cấp chính xác; - Độ phân giải; - Độ rộng dải biên độ/ tần số; - Dạng vi phân của biến thiên biên độ và góc pha; - Bộ lọc khử độ đập mạch của áp một chiều; - Độ rộng dải mẫu đo; - Số dải mẫu đo; - Số dải mẫu đo được phân tích mỗi giây; - Kiểu dải gia trọng được dùng; e 16 - Kỹ thuật đồng bộ hóa sử dụng; - Độ chính xác của kỹ thuật đồng bộ hóa; - Tỷ số loại trừ sai số chung; - Cờ báo chu kỳ khóa pha không đồng bộ; - Cờ báo lỗi phần cứng hay phần mềm xuất hiện; - Cờ báo hiện diện một số sóng hài trong tín hiệu không được ghi; - Độ khử nhiễu của thiết bị trong nguồn cấp điện áp; - Môi trường vận hành. Sơ đồ đo Sơ đồ đo theo tiêu chuẩn IEC 61000-4-30 trình bày ở Hình 1.
Có ba phần tử đo CLĐN là cảm biến, đơn vị đo và đơn vị đánh giá. Tín hiệu Tín hiệu Kết quả Đánh giá điện Cảm đo Đơn vị đo Đơn vị số đo biến đo đo đánh giá Hình 1. Cảm biến Cảm biến thực hiện chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu đo đưa vào đơn vị đo. Tín hiệu đo có thể là tín hiệu điện áp thấp, tín hiệu cách ly về điện với tín hiệu điện hoặc tín hiệu truyền qua khoảng cách.
