Dòng điện hài là dòng điện có tần số là bội của tần số cơ bản. Ví dụ dòng 250H z trên lưới 50H z là sóng hài bậc 5. Dòng điện 250H z là dòng nguồn năng lượng không sử dụng được với những thiết bị trên lưới. Vì vậy, nó sẽ bị chuyển hoá sang dạng nhiệt năng và gây tổn hao .
Tóm Tắt
Bản chất sóng hài là gì
Như tất cả chúng ta đã biết, tần số thao tác không thay đổi của những thiết bị điện do nhà máy sản xuất phân phối là 50 Hz, nhưng trong quy trình truyền tải và phân phối điện năng, những thành phần sóng bậc cao được sinh ra và hòa vào lưới điện do những thành phần phụ tải phi tuyến như lò hồ quang, máy hàn vv .
Chúng sản sinh ra các thành phần sóng hài bậc cao khác nhau và trả lại lưới điện thông qua dây dẫn, kết hợp với tần số cơ bản làm méo mó biến dạng sóng của hệ thống phân phối năng lượng chung.
Bạn đang đọc: Sóng hài là gì? – Elitech Việt Nam
Thành phần sóng hài bậc cao
Đặc điểm của sóng hài là bội của tần số cơ bản 50 Hz, tuần hoàn liên tục và khi hòa vào lưới điện làm biến dạng sóng sin đơn thuần mà tất cả chúng ta thường thấy
Vậy dạng nguồn năng lượng hài bậc cao này không được những thiết bị điện sử dụng, nó biến hóa sang nhiệt năng và phát nóng trên đường dây gây hao mòn những thiết bị .
Công thức tính sóng hài
Sóng hài được đặc trưng của xê dịch trọn vẹn trên phổ tần số công nghiệp cơ bản. Thành phần sóng hài trong nguồn AC được định nghĩa là thành phần sin của một chu kỳ luân hồi sóng có tần số bằng số nguyên lần tần số cơ bản của mạng lưới hệ thống .
Công thức tính sóng hài như sau :
fh = h.fb
trong đó : h là số nguyên dương .
Nguyên nhân sinh ra sóng hài
Nguyên nhân gây ra sóng hài là do các phụ tải dạng phi tuyến trong hệ thống điện. Điện áp đầu vào của tải phi tuyến là dạng hình sin nhưng dòng qua nó có dạng không sin.
Một dạng sóng bất kể là tổng của những dạng sóng hình sin. Khi giống hệt từ chu kỳ luân hồi này sang chu kỳ luân hồi khác nó hoàn toàn có thể được miêu tả như những sóng sin cơ bản và bội số của tần số cơ bản, có nghĩa là gồm có sóng sin cơ bản và chuỗi của những dạng sóng sin hài bậc cao, gọi là chuỗi Fourier .
Quá trình đo lường và thống kê hoàn toàn có thể độc lập với mỗi hài riêng. Kết quả giám sát của mỗi tần số sẽ được tích hợp vào một dạng của chuỗi Fourier để có dạng sóng ra tổng quát nếu cần. Thông thường chỉ cần chăm sóc đến biên độ của sóng hài .
Khi cả nửa chu kỳ luân hồi âm, dương của một dạng sóng có dạng như nhau, chuỗi Fourier chỉ chứa hài bậc lẻ. Vì hầu hết những thiết bị sinh ra sóng hài thường thì có dạng sóng giống hệt nên trong trong thực tiễn ta chỉ cần chăm sóc đến sóng hài bậc lẻ 3,5,7, …
Các nguồn sinh ra sóng hài:
Các tải công nghiệp: Các thiết bị điện tử công suất, biến tần, lò hồ quang, máy hàn, bộ khởi động điện tử, đóng mạch máy biến áp công suất lớn…
Các tải dân dụng: Đèn phóng điện chất khí, tivi, máy photocopy, máy tính, lò vi sóng…
Với nhiều giải pháp khác nhau, người ta hoàn toàn có thể giảm 1 số ít sóng hài đến một giá trị nhỏ không đáng kể. Việc khử bỏ trọn vẹn chúng tất yếu không hề trọn vẹn thực thi được .
Tác hại sóng hài lên lưới điện:
Sóng hài là dạng nhiễu không mong ước ảnh hưởng tác động trực tiếp đến chất lượng điện năng, Open khi sử dụng những tải không tuyến tính ( biến tần, bộ chuyển điện thế, UPS, … ) có công dụng rất xấu đến những thiết bị, máy móc được sử dụng trong nhà máy sản xuất như :
– Sóng hài làm cho cáp bị quá nhiệt, phá hỏng cách điện .
– Giảm tuổi thọ động cơ, gây ra quá nhiệt động cơ, gây tiếng ồn lớn khi quản lý và vận hành .
– Quá tải CB, quá nhiệt và gây cháy nổ máy biến áp ( trong khi lượng điện sử dụng vẫn nhỏ hơn định mức ) .
– Máy cắt, Aptomat, cầu chì hoàn toàn có thể bị tác động ảnh hưởng mà không rõ nguyên do .
– Sóng hài gây mối đe dọa nghiêm trọng đến tụ bù do phá hỏng chất điện môi, tụ bị phồng, giảm tuổi thọ tụ bù, thậm chí còn gây nổ tụ bù không bình thường .
– Gây nhiễu ảnh hưởng tác động đến những thiết bị viễn thông, mạng lưới hệ thống tự động hóa như PLC, Role, …
– Các thiết bị đo hoạt động giải trí không đúng mực .
– Lãng phí nguồn năng lượng …
Tiêu chuẩn quy định ngưỡng sóng hài:
Để giảm ảnh hưởng tác động của sóng hài trong mạng lưới hệ thống điện, Thông tư 39/2015 / TT-BCT ngày 18/11/2015 của Bộ Công Thương pháp luật :
Yêu cầu về sóng hài điện áp ( trích Điều 7 ) :
1. Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp tại mọi điểm đấu nối trung và hạ áp không được vượt quá số lượng giới hạn như sau :
– Tổng biến dạng sóng hài : ≤ 6,5 %
– Biến dạng riêng không liên quan gì đến nhau : ≤ 3,0 %
2. Cho phép đỉnh nhọn điện áp không bình thường trên lưới điện phân phối trong thời hạn ngắn vượt quá tổng mức biến dạng sóng hài lao lý như trên nhưng không được gây hư hỏng thiết bị của lưới điện phân phối .
Yêu cầu về sóng hài dòng điện (Điều 32):
1. Giá trị cực đại cho phép của tổng độ biến dạng sóng hài dòng điện phụ tải gây ra được quy định như sau:
a ) Đối với đấu nối vào cấp điện áp trung áp và hạ áp có hiệu suất nhỏ hơn 50 kW : Giá trị dòng điện của sóng hài bậc cao không vượt quá 20 % dòng điện phụ tải ;
b ) Đối với đấu nối vào cấp điện áp cao áp hoặc những đấu nối có hiệu suất từ 50 kW trở lên : Giá trị dòng điện của sóng hài bậc cao không vượt quá 12 % dòng điện phụ tải .
2. Tổng độ biến dạng sóng hài dòng điện do Đơn vị phân phối điện đo tại điểm đấu nối của Khách hàng sử dụng lưới điện phân phối được đo đếm theo tiêu chuẩn IEC1000-4-7, lê dài tối thiểu 24 giờ với chu kỳ luân hồi 10 phút 01 lần. Chậm nhất 06 tháng kể từ thời gian phát hiện thiết bị của người mua không đạt được giá trị pháp luật tại Khoản 1 Điều này, người mua phải vận dụng những giải pháp khắc phục để đạt được giá trị tổng độ biến dạng sóng hài dòng điện trong số lượng giới hạn được cho phép .
Thiết bị đo và phân tích sóng hài:
Để đo sóng hài cần phải có thiết bị chuyên sử dụng. Có một số ít thiết bị đo sóng hài ở mức độ đơn thuần dạng như Ampe kìm cầm tay giá khoảng chừng từ vài trăm USD, cũng có những thiết bị đo và nghiên cứu và phân tích sóng hài có khá đầy đủ tính năng thiết yếu ( như hình ảnh minh họa ) nhưng khá đắt tiền khoảng chừng từ vài nghìn USD. Do ngân sách góp vốn đầu tư thiết bị khá cao nên đa số những nhà máy sản xuất không trang bị sẵn cho nhân viên cấp dưới kỹ thuật điện. Bên cạnh đó để sử dụng được thiết bị đo và nghiên cứu và phân tích sóng hài cần phải có kỹ năng và kiến thức nâng cao .
Các vấn đề liên quan đến tụ bù:
Tụ bù là thành phần tĩnh và tuyến tính nên nó không gây ra sóng hài. Tuy nhiên nó sẽ tương tác với những nguồn tự cảm của mạng lưới hệ thống điện và hoàn toàn có thể tạo ra điều kiện kèm theo cộng hưởng song song ở tần số hài. Việc này làm tăng dòng qua tụ một cách đáng kể và hoàn toàn có thể gây ra nổ cầu chì, nhảy aptomat hay làm điện áp trên tụ tăng cao dẫn đến phá hỏng chất điện môi hoặc tụ bị phồng, nổ .
Với sóng hài trong mạng lưới hệ thống và việc bổ trợ tụ bù để giảm thông số hiệu suất phản kháng cosφ, rất dễ gây ra sự cố cho mạng lưới hệ thống mặc dầu trước đó mạng lưới hệ thống quản lý và vận hành trọn vẹn thông thường. Nguyên nhân chính là do tụ bù điện đã gây ra cộng hưởng sóng hài làm tăng mức độ ảnh hưởng tác động của sóng hài .
Thực tế lắp ráp và giải quyết và xử lý sự cố mạng lưới hệ thống tụ bù hiệu suất phản kháng chúng tôi nhận thấy sóng hài gây ra thiệt hại khá nghiêm trọng cho tụ bù. Ngày nay những cơ sở sản xuất ứng dụng nhiều thiết bị tinh chỉnh và điều khiển, tự động hóa tân tiến trong đó có biến tần là tác nhân chính gây ra sóng hài. Trong khi đó mạng lưới hệ thống tủ bù ngay từ đầu đã không được lắp ráp thiết bị lọc sóng hài dẫn tới tụ bị phồng, cháy thậm chí còn bị nổ rất nhanh. Muốn khắc phục phải lắp lắp ráp lại cả tủ điện, thay vỏ tủ size lớn, khó khăn vất vả cho việc kiến thiết, tốn nhiều ngân sách, khó sắp xếp chỗ đặt tủ, …
Sử dụng cuộn kháng lọc sóng hài:
Để lọc sóng hài cho tụ bù chỉ cần lắp tiếp nối đuôi nhau Cuộn kháng lọc sóng hài với Tụ bù. Có nhiều loại cuộn kháng 6 %, 7 %, 14 % và được sản xuất tương ứng với những dung tích khác nhau của tụ bù. Ví dụ cuộn kháng Mikro 7 % dùng cho tụ bù 50 kVAr được cho phép lọc sóng hài bậc 5,7 .
Lắp cuộn kháng làm tăng khá nhiều ngân sách, hoàn toàn có thể tăng thêm khoảng chừng 50 % so với giải pháp không lắp cuộn kháng. Đồng thời size tủ lắp cuộn kháng cũng lớn hơn nhiều do cuộn kháng khá cồng kềnh và nặng. Cuộn kháng có tính năng triệt tiêu sóng hài nhưng cũng làm tăng điện áp vào tụ do đó nên sử dụng tụ bù có điện áp cao sẽ bền hơn .
Phân tích nguyên do hình thành sóng hai bậc cao
Theo triết lý, những nguồn tín hiệu đưa đến sống sót và hoạt động giải trí trên mạch gọi chung là hàm điều hòa. Nhưng trong trong thực tiễn, những nguồn tín hiệu này trộn lẫn gồm có nhiều thành phần tần số khác nhau khác với tần số cơ bản của lưới điện .
Nếu theo toán học, thì những dạng sóng tuần hoàn được nghiên cứu và phân tích dưới dạng chuỗi fourier thành tổng của một thành phần không đổi và tổng những thành phần điều hòa dạng hình sin và cos có góc phi gấp N lần góc phi ở sóng điều hòa cơ bản. N chính là số bậc của sóng hài .
Đây là nguyên do vì sao hình thành những sóng hài bậc 3, 5, bậc 7 vv .
Các nguồn gây ra sóng hài trong mạng lưới hệ thống điện
Với sự tăng trưởng chung của xã hội, những thiết bị điện ship hàng cho đời sống ngày càng phong phú và đa dạng và phong phú. Cũng chính từ đây khi hòa vào lưới điện trong quy trình hoạt động giải trí, những thiết bị đó sản sinh ra nhiều loại sóng trả lại phía lưới
Xét góc độ hệ thống truyền tải điện năng :
Sóng hài được hình thành đa phần do cảm kháng từ hóa phi tuyến của những máy biến áp, lò hồ quang, những máy hàn công nghiệp, cuộn kháng điện hoạt động giải trí trên cơ sở cảm ứng điện từ .
Bên cạnh đó những tụ bù trong mạng lưới hệ thống lưới điện phối hợp với cảm kháng lưới điện, tạo ra mạch cộng hưởng làm khuếch đại sóng hài có tần số gần bằng tần số cộng hưởng sống sót trong lưới .
Các mạng lưới hệ thống điện do điều kiện kèm theo quản lý và vận hành vì một nguyên do nào đó mà không cân đối giữa những pha. Ví dụ điện áp, tổng trở, phụ tải không cân đối thì sóng hài sẽ phát sinh ra trong ba thành phần đó .
Đặc thù của tải phi tuyến khi tổng trở của nó đổi khác, dòng của nó hấp thụ sẽ không Sin như mong ước bắt đầu, và từ đó nó tạo ra dòng sóng hài bậc cao bơm vào mạng lưới hệ thống. Các tải phi tuyến tất cả chúng ta thường gặp là
- Thiết bị văn phòng như: Nguồn đổi điện UPS, đèn huỳnh quang, máy copy
- Bộ thiết bị điều chỉnh động cơ, chỉnh lưu điện áp.
- Các máy thuộc ngành điện công nghiệp như: Lò hồ quang, máy hàn công nghiệp
- Với những thiết bị chuyển đổi điện năng nghịch lưu, chỉnh lưu, nó cũng gây ra sóng hài
Tác hại của sóng hài bậc cao
Sóng hài bậc cao gây thiệt hại to lớn về mặt kinh tế tài chính nếu như tất cả chúng ta không có hướng xử lý, đơn cử là
- Đối với động cơ, sóng hài gây tổn hao trên cuộn dây và lõi thép động cơ gây méo dạng momen, làm rung lắc động cơ, giảm hiệu suất, phát nóng, gây tiếng ồn. Trường hợp nguy hại hơn, sóng hài còn sinh ra momen xoắn trục động cơ, gây dao động cộng hưởng cơ khí làm hỏng hộp số
- Đối với máy biến áp, sóng hài sẽ gây tổn hao công suất dưới dạng nhiệt năng, nặng hơn sẽ gây cháy nổ biến áp ( trong khi U/ I vẫn nhỏ hơn định mức)
- Làm sai lệch kết quả đo đạc trong thiết bị đo
- Các thiết bị sử dụng điện như đèn chiếu sáng bị chập chờn
- Gây sóng điện từ lan truyền trong không gian ảnh hưởng đến các thiết bị thu phát sóng khác
- Với dây trung tính hệ thống ba pha bốn dây, sóng hài làm cho hệ thống mất cân bằng, xuất hiện dòng điện lớn chạy qua dây trung tính, ảnh hưởng đến sự an toàn con người và hệ thống điện.
Đối với mạng lưới hệ thống tụ bù phản kháng, dung kháng của những tụ giảm dần khi tần số tăng lên. Trong thực tiễn những sóng hài bậc cao tạo dòng điện lớn đi qua tụ, gây nóng, nguy hại hơn hoàn toàn có thể phát nổ tụ bù mà tất cả chúng ta thường thấy
Giải pháp cho yếu tố này
Đầu tiên tất cả chúng ta phải xác lập nguyên do gây ra sóng hài từ đâu để có cách khắc phục tối ưu nhất .
Giảm tác động ảnh hưởng phát xạ sóng hài từ những bộ biến tần. Các linh phụ kiện chứa trong bộ biến tần là những thành phần phi tuyến, trong quy trình hoạt động giải trí mạng lưới hệ thống truyền động tải đều làm tăng dòng điện hài. Vậy để khắc phục trường hợp này tất cả chúng ta phải sử dụng thêm bộ lọc ngoài, hay đổi sang bộ biến tần phát sóng hài thấp hơn .
Mới đây hãng ABB phân phối giải phát hạ thấp sóng hài mới, công dụng tích hợp trong biến tần. Những bộ biến tần này sử dụng công nghệ tiên tiến giảm sóng hài ( Direct Torque Control ) mà không cần thêm những bộ lọc ngoài như trên. Kiểm định trong thực tiễn cho thấy, những bộ biến tần mới giảm thiểu sóng hài với tổng dòng méo thấp hơn 5 % .
AT V201 sử dụng công nghê C-less làm giảm THDi xuống dưới 20 % mà không cần trang bị thêm bộ lọc, đạt chuẩn IEC 61000
Sử dụng cuộn kháng lọc sóng hài. Phương pháp này là trang bị tụ bù có lắp ráp thêm cuộn kháng với mục tiêu bảo vệ tuổi thọ của tụ và lọc sóng hài. Hiện nay có nhiều loại cuộn kháng ứng với những bậc sóng hài khác nhau như 6 %, 7 %, 14 %. Dùng cuộn kháng là giải phát tốt nhất so với những ứng dụng cần lọc cho nguồn lưới bị nhiễu nặng .
Cần có quy định riêng về kiểm soát sóng hài phát sinh.
Khi điện năng truyền tải từ xí nghiệp sản xuất đến những nơi tiêu thụ là hình sin. Sóng hài sinh ra do những thành phần mà đã trình diễn ở trên, cho nên vì thế khi góp vốn đầu tư kiến thiết xây dựng khu công trình cần có pháp luật phát hành lựa chọn những thiết bị ít gây sóng hài và bổ trợ những phương tiện đi lại giảm thiểu sóng hài .
Các bạn xem thêm video để biết thêm về sóng hài bậc cao
Thực tế cho thấy việc sử lý sóng hài bậc cao trong những khu công nghiệp là yếu tố đau đầu cho những chủ doanh nghiệp. Nó tiêu tốn một khoản tiền không hề nhỏ, mà chưa định hình được những tai hại khôn lường của nó đến tuổi thọ những thiết bị. Thực tế vẫn còn hiểu nhầm về việc sử lý sóng hài sử dụng giải pháp gì ? khi nào sử dụng tụ bù kèm với cuộn kháng, tại sao phải lắp cuộn kháng 7 %, 12 % …. để đạt được hiệu suất cao tối ưu nhất .
Lưu ý : Thông tư 39/2015 / TT-BCT nêu rõ, lao lý về tổng độ biến dạng sóng hài trên mọi điểm đấu nối trung và hạ áp không được vượt quá số lượng giới hạn được cho phép. Tổng biến dạng sóng hài : ≤ 6,5 %, biến dạng riêng không liên quan gì đến nhau : ≤ 3,5 %. Với những thiết bị đầu nối, pháp luật về sóng hài cấp điện áp trung áp và hạ áp có hiệu suất nhỏ < 50 kW. Tổng độ biến dạng sóng hài dòng điện được đo đếm theo tiêu chuẩn IEC1000-4-7 .
Source: https://final-blade.com
Category: Kiến thức Internet
