Có rất nhiều tổ chức cả quy mô quốc gia và quốc tế cùng với rất nhiều kĩ sư, các nhà sản xuất thiết bị công nghiệp và các tổ chức đạng nghiên cứu để cố gắng đưa ra các tiêu chuẩn quản lý các chỉ dẫn, các thực tế đề xuất, và các giới hạn điều hoà. Mục đích cơ bản của các tiêu chuẩn này là đưa ra các nền
- 83 -
tảng phổ biến cho các đối tượng tham gia hệ thống điện để đảm bảo sự tương thích giữa các thiết bị của người sử dụng điện và nhà cung cấp điện năng.
4.5.1 TIÊU CHUẨN IEEE STD 519-1992
Các giới hạn điện áp và dòng điện điều hoà của tiêu chuẩn IEEE 519- 1992 đã được tổng kết ở hai bảng mục 6.1. Điều nhấn mạnh ở đây là các lý thuyết thành lập nên các tiêu chuẩn này nhằm giới hạn việc bơm dòng điều hoà từ các tải của các hộ sử dụng để chúng tạo ra một độ méo điện áp nằm trong giới hạn có thể chấp nhận được tại điều kiện hoạt động bình thường kéo dài hơn 1 giờ. Với khoảng thời gian ngắn thì các giá trị giới hạn có thể được vượt quá 50%.Tiêu chuẩn này phân chia trách nhiệm việc giới hạn điều hoà cho cả hai người sử dụng điện và các nhà phân phối. Người sử dụng điện sẽ có trách nhiệm trong việc giới hạn bơm dòng điều hoà, trong khi đó các nhà phân phối điện năng sẽ có trách nhiệm giới hạn độ méo điện áp trong các hệ thống cung cấp.
Các giới hạn điện áp và dòng điện điều hoà được áp dụng tại các điểm PCC. Tiêu chuẩn này cố gắng phân chia lượng giới hạn điều hoà cho mỗi hộ sử dụng, phân chia các giới hạn bơm dòng dựa trên dung lượng của tải và dung lượng của hệ thống được định nghĩa là khả năng ngắn mạch của nó dựa vào tỉ số ngắn mạch. Tỉ số ngắn mạch được định nghĩa là tỉ số của dòng ngắn mạch lớn nhất tại điểm PCC và dòng tải nhu cầu lớn nhất cũng tại điểm PCC.
Điều cơ bản trong việc giới hạn bơm dòng điều hoà từ các hộ sử dụng là để tránh các méo điện áp điều hoà ở mức không thể chấp nhận được. Bảng 6.6 biểu diễn các giới hạn dòng điều hoà cho các điện áp hệ thống thay đổi. Cho phép các tải nhỏ hơn có tỉ lệ phần trăm dòng điều hoà cao hơn hơn các tải lớn với giá trị tỉ số ngắn mạch cao hơn. Lý do là các tải lớn hơn phải đáp ứng nhiều giới hạn chặt chẽ vì chúng chiếm một phần lớn dung lượng tải hệ thống.
- 84 -
Các giới hạn dòng điện phải tính đến sự phức tạp của các dòng điều hoà trong đó các điều hoà có xu hướng là loại trừ hay tăng cường lẫn nhau. Thiết lập các giới hạn điều hoà tại điểm PCC để giới hạn các méo điện áp và giá trị THD của điện áp nhằm thích hợp cho các gía trị được thích hợp với các giá trị trong bảng 6.1. Vì độ méo điện áp phụ thuộc vào tổng trở của hệ thống nên mấu chốt của điều khiển độ méo điện áp chính là điều khiển tổng trở hệ thống.
Hai điều kiện dẫn đến trở kháng của hệ thống cao là nguồn cung cấp không đủ khả năng để cung cấp cho tải tương ứng và hệ thống đang ở trong tình trạng cộng hưởng. Trong đó tình trạng cộng hưởng là phổ biến hơn cả, vì thế để giữ cho độ méo của hệ thống ở mức độ mong muốn có nghĩa là nên tránh cho hệ thống khỏi cộng hưởng với các điều hoà trên.
Bảng 4.2
Tỉ lệ ngắn mạch
tại điểm PCC Điều hoà điện áp
thành phần lớn nhất Các giả thiết liên quan 10
20 50 100 1000
2,5-3 2,0-2,5 1,0-1,5 0,5-1,0 0,005-0,1
Hệ thống duy nhất
Một hoặc hai hộ sử dụng lớn Một vài hộ sử dụng tương đối lớn
5 đến 20 tải dung lượng trung bình
Rất nhiều các hộ sử dụng nhỏ
4.5.2 TIÊU CHUẨN IEC VỀĐIỀU HOÀ
Uỷ ban công nghệ điện quốc tế IEC đã định nghĩa một lớp các tiêu chuẩn tương thích điện từ giải quyết các vấn đề liên quan đến các vấn đề chất lượng điện năng. Tiêu chuẩn này được chia thành sáu phần khác nhau, các tiêu chuẩn IEC liên quan đến điều hoà nói chung nằm ở phần II và phần III, tuy nhiên không giống như các tiêu chuẩn IEEE về điều hoà là các tiêu chuẩn
- 85 -
điều hoà được trình bày trong một ấn bản duy nhất, ở tiêu chuẩn IEC thì các tiêu chuẩn điều hoà được phân chia thành nhiều ấn bản. Các tiêu chuẩn chủ chốt là:
- IEC 61000-2-2 (1993): Khả năng tương thích điện từ. Phần II: Môi trường. Chương 2: Mức độ tương thích cho tần số thấp trong việc kiểm soát nhiễu và tín hiệu trong các hệ thống cung cấp điện năng điện áp thấp.
- IEC 61000-3-2 (1993): Khả năng tương thích điên từ. Phần III: Các giới hạn. Chương 2: Các giới hạn cho việc phát ra dòng điều hoà. (Dòng đầu vào thiết bị có thể lên đến 16A trên một pha).
- IEC 61000-3-4 (1993): Khả năng tương thích điên từ. Phần III: Các giới hạn. Chương 4: Giới hạn việc phát các dòng điều hoà trong các hệ thống cung cấp điện năng điện áp thấp cho thiết bị với dòng tỉ lệ lớn hơn 16A.
- IEC 61000-3-4 (1993): Khả năng tương thích điên từ. Phần III: Các giới hạn. Chương 6: Các đánh giá cho giới hạn phát điều hoà cho các tải méo trong các hệ thống điện năng MV và HV, ấn bản EMC cơ bản.
1. IEC 61000-2-2
Định nghĩa các mức tương thích cho nhiễu và tín hiệu ở tần số thấp tại các hệ thống cung cấp điện hạ áp công cộng ví dụ như các hệ thống đơn pha hoặc ba pha với điện áp định mức 240-415. Các mức độ tương thích được định nghĩa theo kinh nghiệm để chúng giảm đi các cảnh báo hoạt động sai ở các mức độ có thể chấp nhận được. Các mức độ này không quá chặt chẽ, tuy nhiên chúng cũng có một vài các trường hợp ngoại lệ. Các mức tương thích cho các điện áp điều hoà tại mạng điện áp thấp được biểu diễn trong bảng 4.3, được thể hiện ở dạng phần trăm của điện áp cơ bản.
- 86 -
Bảng 4.3
Không phải bội ba Bội ba Bậc lẻ Điện áp điều
hoà (%)
Bậc lẻ h Điện áp điều hoà (%)
Bậc chẵn Điện áp điều hoà (%)
5 7 11 13 17 19 23 25
>25
6 5 3,5
3 2 1,5 1,5 1,5 0,2÷1,3 ×25/h
3 9 15 21
>21
5 1,5 0,3 0,2 0,2
2 4 6 8 10 12
>12
2 1 0,5 0,5 0,2 0,2 0,2
2. Tiêu chuẩn IEC 61000-3-2 và IEC 61000-3-4
Cả hai tiêu chuẩn trên xác định các giới hạn cho việc phát các dòng điều hoà từ các tải phi tuyến, các tiêu chuẩn này nhằm mục đích giới hạn phát các điều hoà từ các thiết bị được kết nối với các mạng hạ áp công cộng vì vậy các giới hạn này đảm bảo rằng điện áp trong hệ thống thoả mãn các giới hạn tương thích trong IEC 61000-2-2. IEC 61000-3-2 là sự kế thừa của IEC 555-2, nó phân loại thiết bị thành 4 loại
- Lớp A: Các thiết bị ba pha cân bằng và tất cả các thiết bị khác không phụ thuộc vào lớp B, C, và D.
- Lớp B: Các công cụ cầm tay.
- Lớp C: Các thiết bị ánh sáng bao gồm cả các thiết bị điều chỉnh.
Lớp D: Các thiết bị có dòng đầu vào với dạng sóng đặc biệt và công suất tích cực đầu vào nhỏ hơn 600W.
Các dòng điều hoà cho phép lớn nhất cho các lớp A, B, C và D được đo tại đầu vào của thiết bị. Chú ý rằng các giới hạn dòng điện điều hoà cho lớp B bằng 150% so với lớp A. Các giới hạn dòng điện điều hoà theo tiêu chuẩn
- 87 -
IEC 61000-3-2 được biểu diễn trong các bảng 4.4 đến 4.6, các giới dòng điện điều hoà cho lớp thiết bị lớp D được xác định tại giá trị tuyệt đối và ở giá trị công suất đầu vào tối đa 600W.
Bảng 4.4 Giới hạn điều hoà cho các thiết bị lớp A Bậc lẻ Dòng điều hoà cho
phép lớn nhất (A)
Bậc chẵn Dòng điều hoà cho phép lớn nhất (A) 3
5 7 9 11 13 15-39
2,3 1,14 0,77 0,4 0,33 0,21 0,15×15/h
2 4 6 8-40
1,08 0,43 0,3 0,23×8/h
Bảng 4.5 Giới hạn điều hoà cho các thiết bị lớp C
Bậc điều hoà Dòng điều hoà cho phép lớn nhất (%) 2
3 5 7 9 11-39
2
30 × hệ số công suất của mạch 10
7 5 3 Bảng 4.6 Giới hạn điều hoà cho các thiết bị lớp D
Dòng điều hoà cho phép lớn nhất Bậc điều hoà Trên một watt (mA/W) (A)
2 3 5 7 9 11-39
3,4 1,9 1,0 0,50 0,35 3,86/h
2,3 1,14 0,77 0,40 0,33 xem bảng 4.4
IEC 61000-3-4 giới hạn việc phát dòng điều hoà từ các thiết bịtrong đó dòng điều hoà thường lớn hơn 16A cho đến 75A đảm bảo rằng các kết nối của
- 88 -
thiết bị loại này không ảnh hưởng đến hệ thống cung cấp, các giới hạn dòng điều hoà của tiêu chuẩn này được trình bày ở bảng sau:
Bảng 4.7 Giới hạn điều hoà theo IEC 61000-3-4 Bậc điều
hoà
Dòng điều hoà cho phép lớn nhất (%)
Bậc điều hoà
Dòng điều hoà cho phép lớn nhất (%) 3
5 7 9 11 13 15 17
21,6 10,7 7,2 3,8 3,1 2 0,7 1,2
19 21 23 25 27 29 31 33
1,1 0,6 0,9 0,8 0,6 0,7 0,7 0,6
3. Tiêu chuẩn IEC 61000-3-6
Tiêu chuẩn IEC 61000-3-6 xác định các giới hạn các dòng điều hoà của các thiết bị được kết nối đến các nguồn cung cấp điện áp trung thế và điện áp cao, trong đó trung thế là 1kV-35kV, cao thế 35-350kV. Tiêu chuẩn này cho rằng các giới hạn phát dòng điều hoà của các thiết bị trong hệ thống hạ áp và trung áp nên được đánh giá dựa trên méo điện áp. Điều này để đảm bảo rằng điện áp trong hệ thống sẽ không vượt lên cao do các dòng điều hoà được bơm vào trong hệ thống. Tiêu chuẩn này đưa ra mức độ tương thích cho các điện áp điều hoà trong các hệ thống điện áp thấp và trung áp, mức độ này thường dựa theo kinh nghiệm để trong hầu hết thời gian thành phần của thiết bị phù hợp với môi trường hoạt động của chúng. Bảng 4.8 biểu diễn mức độ phù hợp của điện áp cho các điện áp điều hoà dưới dạng phần trăm của điện áp cơ bản trong cả hai hệ thống thấp áp và trung áp.
- 89 -
Bảng 4.8 Mức độ tương thích cho các điện áp điều hoà ở các hệ thống thấp áp và trung áp.
Các điều hoà bậc lẻ
Các điều hoà bậc chẵn Không bội ba Bội ba
Số bậc Điện áp điều hoà (%)
Số bậc Điện áp điều hoà (%)
Số bậc Điện áp điều hoà (%) 5
7 11 13 17 19 23 25
>25
6 5 3,5
3 2 1,5 1,5 1,5 0,2 + 1,3×25/h
3 9 15 21
>21
5 1,5
03 0,2 0,2
2 4 6 8 10 12
>12
2 1 0,5 0,5 0,5 0,2 0,2
Mức độ dự kiến là các tiêu chuẩn thiết kế hay là các mức độ được các nhà cung cấp điện năng xác định, chúng thường chặt chẽ hơn mức độ tương thích vì thế mức dự kiến thường nhỏ hơn mức tương thích. Mức dự kiến cho các điện áp điều hoà được biểu diễn ở dạng phần trăm điện áp sóng cơ bản của các hệ thống trung, cao và siêu cao áp được cho trong bảng 4.9 và bảng 4.10.
Bảng 4.9 Mức độ dự kiến cho các điện áp điều hoà ở các hệ trung áp.
Các điều hoà bậc lẻ
Các điều hoà bậc chẵn Không bội ba Bội ba
Số bậc Điện áp điều hoà (%)
Số bậc Điện áp điều hoà (%)
Số bậc Điện áp điều hoà (%) 5
7 11 13 17 19 23 25
>25
5 4 3 2,5 1,6 1,2 1,2 1,2 0,2 + 0,5×25/h
3 9 15 21
>21
4 1,2 0,3 0,2 0,2
2 4 6 8 10 12
>12
1,6 1 0,5 0,4 0,4 0,2 0,2
- 90 -
Bảng 4.10 Mức độ dự kiến cho các điện áp điều hoà ở các hệ cao áp và siêu cao áp
Các điều hoà bậc lẻ
Các điều hoà bậc chẵn Không bội ba Bội ba
Số bậc Điện áp điều hoà (%)
Số bậc Điện áp điều hoà (%)
Số bậc Điện áp điều hoà (%) 5
7 11 13 17 19 23 25
>25
2 2 1,5 1,5 1 1 0,7 0,7 0,2 + 0,5×25/h
3 9 15 21
>21
2 1 0,3 0,2 0,2
2 4 6 8 10 12
>12
1,6 1 0,5 0,4 0,4 0,2 0,2
Tiêu chuẩn IEC-3-6 đưa ra các hướng dẫn đánh giá để xác định việc chấp nhận hay không một thiết bị trong các hệ thống trung và cao áp, có ba phạm vi để đánh giá một thiết bị:
- Phạm vi 1: Đánh giá sơ bộ về sự phát nhiễu.
- Phạm vi 2: Các giới hạn liên quan đến các tính chất đường dây mà thiết bị sẽ kết nối vào.
- Phạm vi 3: Mức độphát điều hoà cao hơn ở các điều kiện ngoại lệ và tạm thời cho thiết bị cụ thể.
Trong phạm vi 1: Các thiết bị có thể được kết nối với hệ thống trung và cao áp mà không cần phải tuân theo các nghiên cứu điều hoà miễn là dung lượng của nó là đủ nhỏ nếu so sánh với khả dung lượng ngắn mạch của hệ thống. Đối với các ứng dụng nhỏ, các nhà sản xuất có trách nhiệm giới hạn các điều hoà của các thiết bị. Nếu các thiết bị này không đáp ứng các tiêu chuẩn phạm vi 1, các tính chất điều hoà của thiết bị nên được đánh giá chi tiết cùng với hệ thống có sẵn. Dựa trên các đánh giá, các thiết bị đơn lẻ sẽ được
- 91 -
chia sẻ khả năng thu hút hệ thống tương ứng dựa vào dung lượng của nó. Vì thế nếu khả năng thu hút hệ thống đã được chia đều cho tất cả các thiết bị, và nếu các thiết bị này bơm dòng điều hoà đến giá trị cực đại cho phép của hệ thống thì méo điện áp hệ thống nên nằm trong mức độ dự kiến.
Nếu các thiết bị không đáp ứng các tiêu chuẩn phạm vi 2, nó cũng có thể được phép nối với hệ thống nếu hộ sử dụng và nhà cung cấp hệ thống đồng ý cấu trúc đặc biệt này.
- 92 -