CHƯƠNG 1 : CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG. Các vấn đề liên quan đến chất lượng điện năng. Hệ thống điện ngày nay là một mạng lưới tổ hợp với hàng trăm máy phát điện và hàng nghìn trung tâm phụ tải được kết nối với nhau thông qua đường dây truyền tải dài và mạng lưới phân phối. Sơ đồ hệ thống truyền tải, phân phối điện năng.
Trong hệ thống truyền tải phân phối, điện áp được phát ra bởi các nhà máy điện có dạng hình sin với tần số là cố định. Các hộ tiêu thụ điện năng cần nguồn liên tục có dạng sin, tần số cố định, điện áp đối xứng với giá trị hiệu dụng không đổi để tiến hành việc sản xuất kinh doanh. Tuy nhiên, trong thực tế tryền tải hệ thống điện có nhiều tải phi tuyến, do đó ảnh hưởng đáng kể chất lượng của nguồn cung cấp điện. Do có tải phi tuyến cho nên dạng sóng của nguồn cung cấp bị thay đồi, điều này làm gia tăng các vấn đề liên quan đến chất lượng điện năng bởi vì một sự xáo trộnnào đó cũng có thể gây ra việc mất dữ liệu, gián đoạn việc sản xuất cho nên chất lượng điện năng đang nhận được sự quan tâm lớn [5].
Thuật ngữ chất lượng điện năng đã trở thành một trong những khái niệm quen thuộc từ những thập niên 1980. Khái niệm về chất lượng điện năng chủ yếu là 3 yếu tố cấu thành chính: Độ tin cậy, chất lượng nguồn cung cấp và các dịch vụ khách hàng đi kèm [3]. Chất lượng nguồn điện năng là một vấn đề rộng nhưng có thể được phân chia thành hai loại chính là: chất lượng về điện áp và chất lượng về tần số. Các vấn đề về chất lượng điện áp có liên quan với : lõm điện áp, lồi điện áp, điện áp thấp, điện áp cao, mất điện áp cung cấp…trong khi vấn đề chất lượng tần số có liên quan với: sóng hài và chuyển mạch.
11 Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ các tải nhạy cảm ngày càng nhiều do đó duy trì chất lượng điện năng là một trong những vấn đề then chốt, nhằm đáp ứng yêu cầu của việc tiêu thụ điện. Lý do là với công nghệ sản xuất hiện đại yêu cầu nguồn liên tục, không gián đoạn, đặc biệt chất lượng điện năng cao để cung cấp cho việc vận hành các thiết bị nhạy cảm với điện áp như là các hệ thống điều khiển cao cấp, hệ thống tự động hóa, các kỹ thuật gia công chính xác, hệ thống máy tính, các thiết bị quang học. Chất lượng điện năng có thể giảm sút do 2 nguyên nhân chủ yếu là quá trình truyền tải và sự bất thường hộ tiêu thụ điện.Các bất thường trong hệ thống phân phối là chuyển đổi tải, khởi động động cơ, tải bị dao động và tải phi tuyến tính.Trong khi yếu tố sét và lỗi hệ thống có thể được coi là bất thường bên phía truyền tải. Và theo đó mỗi một hiện tượng khác nhau thì cần có cách điều tra, công cụ đo lường khác nhau nhằm tìm ra giải pháp thích hợp để khắc phục hoặc giảm thiểu những ảnh hưởng của chúng [5].
Ngày nay khái niệm chất lượng điện năng mang ý nghĩa rộng hơn. Nó bao hàm toàn bộ các quan hệ phức tạp giữa nhà sản xuất và người tiêu dùng điện, từ nhà máy đến khách hàng cuối cùng. Trong sản xuất và trong đời sống hàng ngày xuất hiện nhiều loại thiết bị, máy móc có yêu cầu cao về độ ổn định, tính liên tục của nguồn điện cung cấp. Các hệ thống dịch vụ và sản xuất cũng thay đổi mối quan hệ giữa hoạt động sản xuất, khả năng cung cấp dịch vụ đáp ứng các nhu cầu của khách hàng như một trong những mối quan tâm hàng đầu.
Tóm lại những trục trặc nhỏ trong hệ thống cung cấp năng lượng có thể dẫn tới những tổn thất lớn về kinh tế. Chính vì vậy ngày nay khách hàng đặt ra những tiêu chuẩn mà nhà sản xuất và phân phối điện phải đáp ứng. Khách hàng thường có liên hệ với nhà cung cấp điện ngay từ những khâu đầu tiên trong quá trình thiết kế, xây dựng, lắp đặt cũng như sử dụng hàng ngày để được đảm bảo cung cấp điện phù hợp nhất. Rất khó để đánh giá chính xác về mặt tác động của chất lượng điện năng nhưng có thể nói rằng việc gián đoạn đột xuất về nguồn có thể gây tổn thất hàng tỷ đồng.
Cùng với các chi phí hữu hình bị mất ( ảnh hưởng đến doanh thu), lãng phí nguyên 12 vật liệu và làm hư hỏng thiết bị thì còn có các chi phí vô hình như lòng tin của khách hàng do việc giao hàng chậm. STT Yếu tố nhiễu loạn Ảnh hưởng 1 Điện áp cao Hư hại về mặt cách điện 2 Điện áp thấp Quá dòng cho moto 3 Điện áp không cân bằng Mô tơ bị nóng 4 Điện áp trung tính- đất Gây ra sự cố cho các thiết bị số 5 Gián đoạn điện áp Ngừng hoạt động hoàn toàn Làm ngắt máy tính, PLC, biến tần… hoặc 6 Lõm điện áp hệ truyền động điều chỉnh tốc độ động cơ. 7 Lồi điện áp Hư hại về mặt cách điện 8 Điện áp dao động Hệ thống chiếu sáng luôn bị chập chờn. Các vấn đề về chất lượng điện năng và ảnh hưởng của nó.
Các hộ tiêu thụ điện sẽ chịu ảnh hưởng mạnh nhất của các hiện tượng: lõm điện áp, mất nguồn ngắn hạn và sóng hài. Là hiện tượng điện áp sụt giảm xuống tới 0,1 đến 0,9 p. trong thời gian 0,5 chu kỳ điện áp lưới (10 ms ở 50 Hz) đến 1 phút [9]. Lõm điện áp thường xuất hiện do có sự cố trên đường truyền tải hoặc đường phân phối làm các thiết bị bảo vệ tác động, do các động cơ công suất lớn khởi động.
Do lõm điện áp nhiều thiết bị sẽ bị ngừng hoạt động, như các công tắc tơ, các biến tần, thiết bị điều khiển điện tử, dẫn đến cả dây chuyền có thể phải dừng lại, điều này có thể gây nên những hậu quả nghiêm trọng. Mất điện tạm thời. Hiện tượng này xảy ra khi điện áp giảm đến 0 trong 1s đến 5 phút [9]. Các hậu quả xảy ra cũng giống như lõm điện áp, tuy nhiên việc khắc phục sẽ phức tạp hơn nhiều.
Một tương quan có thể được tìm thấy giữa bị gián đoạn và lõm điện áp. Các biện pháp để giảm số lượng gián đoạn có thể tăng số lượng các lõm điện áp xảy ra. Ví dụ bằng việc có một hệ thống mắt lưới phân phối (dự phòng cao) số lượng gián đoạn đi xuống, nhưng lõm điện áp có thể xảy ra thường xuyên hơn và nặng hơn.Tuy nhiên, có sự khác nhau giữa ngắt điện (mất hoàn toàn điện áp) và lõm điện áp. Ngắt điện xảy ra khi các thiết bị bảo vệ thực ra là ngắt mạch cung cấp phục vụ một khách hàng cụ thể.
Điều này thường chỉ xảy ra khi mà có lỗi xảy ra ở trên mạch đó. Còn hiện tượng lõm điện áp xảy ra trong thời gian một lỗi trong những lỗi trên một phần lớn của hệ thống điện. Lỗi trên đường cung cấp song song hoặc trên hệ thống truyền tải sẽ gây ra lõm điện áp nhưng sẽ không dẫn đến sự gián đoạn thực tế. Vì vậy, lõm điện áp là thường xuyên hơn và nhiều hơn so với ngắt điện.
Nếu thiết bị nhạy cảm với lõm điện áp, thì tần suất của hiện tượng lõm điện áp sẽ nhiều hơn so với việc thiết bị chỉ nhạy cảm với ngắt nguồn. Vấn đề sóng hài. Sóng hài trở nên nghiêm trọng hơn do ngày càng có nhiều loại phụ tải phi tuyến được sử dụng như các bộ biến đổi bán dẫn, các phụ tải một pha hoặc do các quá trình phụ tải biến động nhanh. Sóng hài đặc trưng bởi hệ số méo phi tuyến tổng thể: hm ax M h=2 2 h THDM (1.1) MI Trong đó h là bậc của sóng hài, số nguyên lần tần số cơ bản.
Độ méo phi tuyến sóng hài đối với dòng điện thể hiện rõ nhất tác động của méo phi tuyến đối với các thiết bị trong hệ thống vì dòng điện mới phản ánh được công suất.2) IL Trong đó IL là dòng tải lớn nhất ở tần số cơ bản, lấy giá trị trung bình cho phụ tải trong 12 tháng cuối cùng. Các định nghĩa và tiêu chuẩn liên quan đến hiện tượng lõm điện áp. Chuẩn IEEE 1100-1992 định nghĩa một lõm điện áp như là hiện tượng “ Giảm giá trị hiệu dụng trong điện áp xoay chiều, ở tần số nguồn trong vòng nửa chu kỳ cho đến một vài giây” [5]. Lưu ý rằng: Thuật ngữ của IEC gọi hiện tượng lõm/ võng là hiện tượng lún điều này có liên quan đến hiện tượng dịch pha.
Nếu điện áp được giảm xuống bằng không, sự xáo trộn này được cho là mất điện tạm thời. Cách rõ ràng nhất để mô tả một lõm điện áp là việc giảm điện áp hiệu dụng, thời gian và có thể đi kèm với hiện tượng dịch pha. Trong tiêu chuẩn 1159 -1995 của IEEE định nghĩa rất rõ ràng về hiện tượng lõm điện áp và các giá trị chỉ định của nó.“ Lõm điện áp được định nghĩa là hiện tượng mà giá trị hiệu dụng thay đổi biên độ giữa khoảng 10% và 90% của giá trị danh định trong khoảng thời gian từ 0,5 chu kỳ cho đến 1 phút” [9].Tiêu chuẩn 1159-1995 của IEEE về giảm điện áp [6]. Đặc tính về hiện tượng lõm điện áp này được thiết lập bởi Hiệp hội sản xuất kinh doanh thiết bị máy tính, được minh họa bằng đường cong CBEMA như sau [6]: Hình 1.
Đường cong CBEMA. 16 Gần đây nhất, CBEMA đã đổi tên thành Hội đồng công nghiệp công nghệ thông tin (ITIC), và đường cong hiện tại cũng được thay đổi thành đường cong ITIC : Hình 1. Đường cong ITIC 1. Phân loại lõm điện áp.
Có 3 dạng lõm điện áp xảy ra tùy thuộc số lượng pha bị lõm như sau: 1. Lõm điện áp một pha. Là dạng lõm điện áp thường xuyên xảy ra nhất trong hệ thống điện chiếm tới hơn 70%, lõm một pha xảy ra khi một pha bị lỗi chạm đất ở đâu đó trong hệ thống điện. Nó xuất hiện như lõm điện áp trong đường cấp chung từ trạm phân phối, các nguyên nhân điển hình như do sét đánh, cành cây gãy, do động vật tiếp xúc vào… Lõm điện áp một pha có thể gây ra lõm đến 30% hoặc là thấp hơn nữa đặc biệt là trong các nhà máy công nghiệp.Lõm điện áp pha với pha.
Lõm điện áp pha với pha thường xuất hiện do cành cây, thời tiết bất lợi, động vật hay là xe tải va chạm với cột điện gây nên hai pha, hoặc là pha với lõm điện áp pha.