thông tin đầy đủ
Trang 11 Bài gi ả ng 1
040118060
Ch ấ t l ượ ng đ i ệ n n ă ng
Gi ả ng viên: TS Nguy ễ n Quang Nam
2013 – 2014, HK1
http://www4.hcmut.edu.vn/~nqnam/lecture.php
nqnam@hcmut.edu.vn
N ộ i dung
Ch ươ ng 1: Ch ấ t l ượ ng đ i ệ n n ă ng (1 tu ầ n)
Ch ươ ng 2: S ụ t đ i ệ n áp và m ấ t đ i ệ n áp (1 tu ầ n)
Ch ươ ng 3: Quá điệ n áp quá độ (2 tu ầ n)
Ch ươ ng 4: H ọ a t ầ n (1 tu ầ n)
Ch ươ ng 5: Phân tích – đ ánh giá – gi ả m thi ể u ả nh h ưở ng h ọ a t ầ n (2
tu ầ n)
Ch ươ ng 6: Thay đổ i đ i ệ n áp th ờ i gian dài (1 tu ầ n)
Ch ươ ng 7: Ch ấ t l ượ ng đ i ệ n n ă ng trong l ướ i đ i ệ n phân tán, l ướ i đ i ệ n thông minh (1 tu ầ n)
Ch ươ ng 8: Giám sát ch ấ t l ượ ng đ i ệ n n ă ng (1 tu ầ n)
Trang 23 Bài gi ả ng 1
Ch 1: Ch ấ t l ượ ng đ i ệ n n ă ng
Chất lượng điện năng là vấn đề mang tính thời sự từ
khoảng 2 thập niên qua, và ngày càng được quan tâm đến Vấn đề thực ra không phải là mới mẻ, mà đã tồn tại ngay
từ buổi khởi thủy của ngành điện.
Vấn đề trở nên mới, thời sự là do cách đặt vấn đề hiện nay mang tính hệ thống hóa, toàn cục, chứ không phải đề cập đến từng vấn đề, từng hiện tượng một cách riêng rẽ như trước đây.
Vấn đề được đặc biệt quan tâm đến, không chỉ trên
phương diện nhà cung cấp (sản xuất, truyền tải và phân
phối điện năng), mà còn trên phương diện khách hàng
(người sử dụng).
B ố n lý do để quan tâm đế n CL Đ N
1 Khác với các thiết bị thuộc thế hệ cũ, các thiết bị thuộc thế hệ mới (sử dụng phổ biến linh kiện điện tử) hiện nay nhạy cảm hơn nhiều đối với các thay đổi của nguồn điện
2 Xu hướng ngày càng nâng cao hiệu quả, hiệu suất của quá trình sản xuất khiến việc sử dụng thiết bị mới (biến tần, mạch lọc tích cực) càng trở nên phổ biến Điều này khiến mức họa tần trên lưới tăng cao hơn nhiều
3 Mối quan tâm cũng như hiểu biết của khách hàng về vấn đề chất lượng điện cũng cao hơn so với trước đây Do đó, yêu cầu của khách hàng đối với chất lượng điện cũng khắt khe hơn
4 Việc nối mạng, liên kết các thiết bị trở nên phổ biến trong quá trình sản xuất Điều này có nghĩa là một phần tử gặp sự cố sẽ gây ảnh hưởng lớn hơn
Trang 35 Bài gi ả ng 1
Ch ấ t l ượ ng đ i ệ n n ă ng là gì?
Định nghĩa về chất lượng điện có thể rất khác nhau, tùy quan điểm (quan điểm của điện lực thường nghiêng về độ tin cậy trong cung cấp điện, còn nhà sản xuất thiết bị lại thiên về các thông số của nguồn điện sao cho thiết bị có thể làm việc tốt) Chất lượng điện năng là vấn đề có liên quan nhiều đến người
sử dụng Do đó, quan điểm của người sử dụng phải được quan tâm đến nhiều hơn
Định nghĩa sau thường được chấp nhận trong các tài liệu về chất lượng điện:
Chất lượng điện là bất cứ vấn đề nào liên quan đến điện áp, dòng điện, tần số khiến cho các thiết bị của người sử dụng điện không làm việc bình thường hay thậm chí hư hỏng
Các nhìn nh ậ n khác nhau:
Hai biểu đồ dưới đây cho thấy mối quan tâm đối với cùng vấn đề chất lượng điện năng là khác nhau, tùy từ quan điểm của khách hàng hay của điện lực:
Khách hàng Đ i ệ n l ự c
Trang 47 Bài gi ả ng 1
Ch ấ t l ượ ng đ i ệ n = Ch ấ t l ượ ng đ i ệ n áp
Xét trên phương diện kỹ thuật, điện lực chỉ có thể kiểm soát
được chất lượng điện áp cung cấp, và không thể kiểm soát dòng điện mà một tải nào đó tiêu thụ
Vì lý do trên, các tiêu chuẩn cho chất lượng điện thực ra được xây dựng trên cơ sở đảm bảo điện áp trong một mức quy định Chất lượng điện được thể hiện qua biên độ, tần số, hình sin của điện áp cung cấp Bất cứ sai lệch nào của các yếu tố trên đều có liên quan đến vấn đề chất lượng điện
Tất nhiên, giữa áp và dòng luôn có mối quan hệ mật thiết Điện
áp do các máy phát ra hầu như luôn có hình sin, nhưng dòng điện qua các tải khác nhau sẽ khác nhau, và điều này lại có ảnh hưởng ngược lại đối với điện áp cung cấp
Ch ấ t l ượ ng đ i ệ n = Ch ấ t l ượ ng đ i ệ n áp
Ví dụ một số trường hợp:
- Dòng ng ắ n m ạ ch làm cho đ i ệ n áp s ụ t gi ả m, ho ặ c b ằ ng 0.
- Dòng do xung sét t ạ o nên xung đ i ệ n áp r ấ t cao gây phóng đ i ệ n
b ề m ặ t, và có th ể d ẫ n đế n hi ệ n t ượ ng ng ắ n m ạ ch.
- Các dòng đ i ệ n b ị méo d ạ ng do các t ả i phi tuy ế n s ẽ làm méo d ạ ng
đ i ệ n áp Điệ n áp này l ạ i ả nh h ưở ng đế n các h ộ tiêu th ụ khác.
Vì thế, tuy điện áp là đại lượng sau cùng được quan tâm đến, trong thực tế cần phải quan tâm đến dòng điện khi đề cập đến các vấn đề của chất lượng điện năng
Trang 59 Bài gi ả ng 1
Vì sao c ầ n quan tâm đế n ch ấ t l ượ ng đ i ệ n
Chất lượng điện có ảnh hưởng trực tiếp đến các quá trình sản xuất hiện đại, với mức độ tự động hóa, tin học hóa ngày càng cao, với các thiết bị nhạy cảm hơn nhiều đối với chất lượng
điện, so với các thế hệ thiết bị điện cơ trước đây
Một ví dụ cho thấy, chỉ cần một tác động của máy ngắt cung cấp điện cho một KCN trung bình, có thể dẫn đến thiệt hại khoảng
10000 USD vì cần có 4 giờ để khởi động lại tiến trình sản xuất Các điện lực hiện nay trong tiến trình phi độc quyền, càng ý thức
rõ hơn vấn đề trên Trong bối cảnh cạnh tranh giữa các điện lực, yêu cầu cung cấp cho khách hàng chất lượng điện cao nhất là mục tiêu của các điện lực
Mối quan tâm của xã hội đến chất lượng điện ngày càng được nâng cao
Vì sao c ầ n quan tâm đế n ch ấ t l ượ ng đ i ệ n
Các nhà sản xuất thiết bị ngày càng quan tâm đến vấn đề, vì cần thiết kế, chế tạo các thiết bị ngày càng tinh vi hơn, nhiều chức năng hơn, nhưng giá thành phải ngày càng rẻ hơn
Tóm l ạ i, v ấ n đề ch ấ t l ượ ng đ i ệ n là c ủ a m ọ i bên, t ừ các
đ i ệ n l ự c, khách hàng, cho đế n các nhà s ả n xu ấ t, ch ế t ạ o thi ế t b ị , và c ủ a xã h ộ i.
Trang 611 Bài gi ả ng 1
Các tiêu chu ẩ n liên quan
IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers), IEC (The International Electrotechnical Commission), CIGRE
(Congrès International des Grands Réseaux Électriques à Haute Tension) có nhiều định nghĩa, tiêu chuẩn về chất lượng điện Tiêu chuẩn IEEE P1159
Bảng sau liệt kê các hiện tượng, cũng như các đặc tính liên
quan, theo cách phân loại của IEC
Các hi ệ n t ượ ng gây r ố i lo ạ n đ i ệ n t ừ (theo IEC)
Hiện tượng tần số thấp, do dẫn điện
Họa tần, liên họa tần
Hệ thống thông tin (tải ba)
Chập chờn điện áp (flicker)
Võng điện áp và gián đoạn điện áp
Mất cân bằng điện áp
Dao động tần số
Cảm ứng điện áp tần số thấp
DC trong mạng AC
Hiện tượng tần số thấp, do bức xạ
Từ trường
Điện trường
Trang 713 Bài gi ả ng 1
Các hi ệ n t ượ ng gây r ố i lo ạ n đ i ệ n t ừ (theo IEC)
Hiện tượng tần số cao, do dẫn điện
Điện áp/dòng điện cảm ứng dạng sóng liên tục
Quá độ theo một hướng
Quá độ dao động
Hiện tượng tần số cao, do bức xạ
Từ trường
Điện trường
Điện từ trường
Sóng liên tục
Quá độ
Hiện tượng phóng tĩnh điện (ESD)
Xung điện từ hạt nhân (NEMP)
Các hi ệ n t ượ ng quá độ
Các hiện tượng quá độ xảy ra trong hệ thống điện có thể được phân loại thành quá độ xung (impulsive) và quá độ dao động
(oscillatory)
Quá độ xung: các thay đổi đột ngột của điện áp, dòng điện, ở tần số khác với tần số công nghiệp, có cực tính dương hoặc âm
Trang 815 Bài gi ả ng 1
Các hi ệ n t ượ ng quá độ
Quá độ dao động: các thay đổi đột ngột của điện áp, dòng điện,
ở tần số khác với tần số công nghiệp, có cực tính dương và âm
Ví dụ dưới đây là quá độ dao động khi đóng trạm tụ bù
Các thay đổ i đ i ệ n áp kéo dài
ANSI C84.1 quy định thay đổi điện áp là kéo dài khi khoảng thời gian tồn tại là lớn hơn 1 phút Các thay đổi có thể là quá điện áp hay thấp điện áp
Nguyên nhân thường là thay đổi tải hay thao tác đóng/ngắt
Quá điện áp: khi điện áp tăng đến hơn 110%, và kéo dài hơn 1 phút Ví dụ, ngắt một tải công suất lớn ra khỏi lưới; đóng điện vào trạm tụ bù
Thấp điện áp: khi điện áp giảm còn dưới 90%, và kéo dài hơn 1 phút Ví dụ, đóng điện một tải công suất lớn; ngắt điện trạm tụ bù
Mất điện kéo dài: khi điện áp bằng 0 trong khoảng thời gian hơn
1 phút
Trang 917 Bài gi ả ng 1
Các thay đổ i đ i ệ n áp trong th ờ i gian ng ắ n
Theo bảng 2, các thay đổi điện áp trong thời gian ngắn được phân loại theo thời gian tồn tại: tức thời, khoảnh khắc, và ngắn hạn (tạm thời)
Nguyên nhân thường là sự cố, khởi động của tải lớn
Mất điện áp (interruption): khi điện áp giảm còn dưới 0,1 pu, và kéo dài không quá 1 phút Ví dụ, sự cố đường dây
Sụt điện áp (sag): khi điện áp còn 0,1 – 0,9 pu, và kéo dài không quá 1 phút Ví dụ, sự cố 1 pha chạm đất hay mở máy động cơ công suất lớn
Vượt điện áp (swell): khi điện áp bằng 1,1 – 1,8 pu, trong thời gian không quá 1 phút Ví dụ, sự cố 1 pha chạm đất, ngắt điện tải lớn, hay đóng điện vào trạm tụ bù
Đ i ệ n áp m ấ t cân b ằ ng
Điện áp mất cân bằng xảy ra khi mức lệch điện áp khỏi giá trị điện áp trung bình vượt quá mức quy định.
Có thể biểu diễn mức mất cân bằng điện áp qua % của thành phần thứ tự nghịch hay thành phần thứ tự không Ví
dụ mức mất cân bằng được biểu diễn qua tỷ số U0/U1 và U2/U1 của một phát tuyến trong 1 tuần.
Nguyên nhân của việc mất cân bằng điện áp có thể do sự
có mặt của các tải 1 pha trên lưới điện (dưới 2%) Điện áp cũng có thể bị mất cân bằng do nổ chì 1 pha của dàn tụ bù
3 pha.
Trang 1019 Bài gi ả ng 1
Méo d ạ ng đ i ệ n áp
Méo dạng điện áp xảy
ra khi dạng điện áp lệch
khỏi hình sin trong trạng
thái xác lập, do có mặt
các họa tần bậc cao.
Có 5 loại méo dạng
điện áp chính:
Phân cực DC
Họa tần
Liên họa tần
Khấc điện áp
Nhiễu
Phân c ự c DC
Trang 1121 Bài gi ả ng 1
H ọ a t ầ n
Họa tần là các điện áp hay dòng điện hình sin có tần số là bội số của tần số công nghiệp (tần số cơ bản), do sự hiện diện của các tải phi tuyến trong lưới điện.
Mức độ méo dạng họa tần có thể biểu diễn bằng phổ các biên độ và góc pha của các thành phần họa tần Độ méo dạng tổng THD đánh giá mức độ méo dạng.
Dòng điện tiêu thụ của bộ biến tần là một ví dụ.
IEEE 519-1992 quy định các mức độ cho phép của méo dạng điện áp và dòng điện trong lưới truyền tải và phân phối, và định nghĩa thêm độ méo dạng tiêu thụ TDD nhằm đánh giá mức độ méo dạng theo phần trăm dòng điện định mức, còn THD được tính theo % của biên độ cơ bản.
Liên h ọ a t ầ n
Thành phần họa tần có tần số không phải là bội số của tần
số công nghiệp (tần số cơ bản), được gọi là liên họa tần Các liên họa tần có thể ở dạng các tần số rời rạc hoặc là một dải rộng các tần số.
Nguồn sinh ra các liên họa tần là các bộ biến đổi tần số, các động cơ đồng bộ, các lò cảm ứng và các lò hồ quang Thông tin tải ba cũng có thể được coi là liên họa tần.
Trang 1223 Bài gi ả ng 1
Kh ấ c đ i ệ n áp
Hiện tượng xảy ra khi tải điện tử công suất chuyển dòng điện từ pha này sang pha khác.
Họa tần xuất hiện có thể có bậc rất cao Ví dụ minh họa một bộ chỉnh lưu 3 pha, khi có hiện tượng trùng dẫn.
Nhi ễ u
Nhiễu được định nghĩa là tín hiệu không mong muốn có phổ dưới 200 kHz, xuất hiện trên điện áp hoặc dòng điện Nguyên nhân sinh nhiễu có thể là các thiết bị điện tử công suất, mạch điều khiển, thiết bị tạo hồ quang, tải chỉnh lưu bán dẫn, và nguồn chuyển mạch.
Trang 1325 Bài gi ả ng 1
Ch ậ p ch ờ n đ i ệ n áp
ANSI C84.1-1982 định nghĩa chập chờn điện áp khi đường bao của biên độ điện áp thay đổi trong khoảng từ 0,9 đến 1,1 pu.
Nguyên nhân có thể
do ảnh hưởng của lò
hồ quang Con
người có thể cảm
nhận sự chập chờn
với biên độ 0,5% nếu
tần số là 6 – 8 Hz.
Đườ ng cong CBEMA
Theo ANSI 446, là đường cong thường được dùng để đánh giá chất lượng điện Đường cong được thành lập nhằm
đánh giá hoạt động của các máy tính lớn theo biên độ điện
áp và thời gian thay đổi điện áp.
Tuy rằng các máy tính thế hệ mới có dung sai làm việc khác
so với đường cong này, nó vẫn còn được dùng làm tiêu chuẩn để đánh giá các thiết bị nhạy cảm với chất lượng điện.
Các điểm hoạt động nằm dưới đường bao dưới thể hiện thiết bị làm việc trong tình trạng không đủ công suất Các điểm làm việc nằm trên đường bao trên thể hiện thiết bị làm việc trong tình trạng hỏng cách điện, quá điện áp, bão hòa
Trang 1427 Bài gi ả ng 1
Đườ ng cong CBEMA
Đườ ng cong ITI (2000)