Sóng hài là gì ?

Thứ sáu - 03/06/2016 21:21

1, Sóng hài là gì ? 
Sóng hài là một dạng nhiễu không mong muốn, ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng lưới điện và cần được chú ý tới khi tổng các dòng điện hài cao hơn mức độ giới hạn cho phép. Dòng điện hài là dòng điện có tần số là bội của tần số cơ bản. Ví dụ dòng 250Hz trên lưới 50Hz là sóng hài bậc 5.
Dòng điện 250Hz là dòng năng lượng không sử dụng được với các thiết bị trên lưới. Vì vậy, nó sẽ bị chuyển hoá sang dạng nhiệt năng và gây tổn hao.

2, Hiệu ứng của sóng hài
Sóng hài có thể làm cho cáp bị quá nhiệt, phá hỏng cách điện. Động cơ cũng có thể bị quá nhiệt hoặc gây tiếng ồn và sự dao động của momen xoắn trên rotor dẫn tới sự cộng hưởng cơ khí và gây rung. Tụ điện quá nhiệt và trong phần lớn các trường hợp có thể dẫn tới phá huỷ chất điện môi. Các thiết bị hiển thị sử dụng điện và đèn chiếu sáng có thể bị chập chờn, các thiết bị bảo vệ có thể ngắt điện, máy tính lỗi (data network) và thiết bị đo cho kết quả sai.

3, Dòng hài được tạo ra như thế nào?
Dòng điện và điện áp hài được sinh ra bởi các tải phi tuyến nối với hệ thống phân phối điện. Toàn bộ các bộ biến đổi năng lượng điện sử dụng dưới các dạng khác nhau trong hệ thống điện có thể làm tăng nhiễu sóng hài bằng cách bơm trực tiếp dòng điện hài vào lưới. Các tải phi tuyến thông thường bao gồm khởi động động cơ, các hệ truyền động điện, máy tính và các thiết bị điện tử khác, đèn điện tử, nguồn hàn...
song hai la gi
4, Giải pháp giảm ảnh hưởng phát xạ sóng hài từ các bộ biến tần?
Bản thân các bộ biến có chứa các phần tử phi tuyến là nguồn gốc gây ra sóng hài. Tuy nhiên, dòng điện hài nhiều hay ít còn phụ thuộc vào cấu trúc của hệ truyền động và tải, nếu sử dụng động cơ lớn (so với biến áp nguồn) hay tăng tải động cơ đều làm tăng dòng điện hài. Do vậy, để giảm được sóng hài, buộc các nhà sản xuất công nghiệp phải sử dụng các bộ biến tần phát sóng hài thấp hoặc sử dụng các phương pháp lọc ngoài. Trong đó, muốn giảm dòng điện hài phải tăng điện cảm AC, DC hoặc tăng số van chỉnh lưu trong bộ chỉnh lưu và giảm điện áp hài gây ra bởi dòng điện hài phải tăng công suất biến áp, giảm trở kháng biến áp hay tăng khả năng chịu ngắn mạch của nguồn.
- Dùng chỉnh lưu 6 xung, 12 xung và 24 xung
Mạch chỉnh lưu trong các biến tần 3 pha sử dụng công nghệ điều chế độ rộng xung (PWM) thông thường là cầu diode 6 van. Các bộ chỉnh lưu đó có đặc điểm là đơn giản, chắc chắn và rẻ, nhưng thành phần đầu vào chứa nhiều sóng hài bậc thấp.
Cầu chỉnh lưu diode 12 van được tạo ra bằng cách nối song song hai bộ chỉnh lưu 6 van, nó cho ra dòng điện trơn hơn cầu 6 van. Tương tự, bộ chỉnh lưu 24 van được tạo ra đơn giản từ việc ghép bốn bộ 6 van với nhau.
- Sử dụng cầu IGBT (Integrated Gate Bipolar Thyristor)
Một bộ biến đổi tích cực IGBT có thể dùng để chỉnh lưu điện áp xoay chiều đầu vào. Nó sẽ giúp làm cải thiện hệ số công suất, giảm sóng hài và mang lại nhiều lợi ích như: An toàn cả khi mất nguồn; điều khiển chính xác toàn dải trong chế độ chỉnh lưu và tái sinh; cho phép trả ngược năng lượng về lưới; dòng điện cung cấp có dạng sóng gần sin với thành phần hài nhỏ. IGBT có ít thành phần hài thấp ở tần số thấp, nhưng lại tăng cao ở tần số cao hơn; có khả năng nâng điện áp. Khi điện áp nguồn bị giảm xuống, điện áp một chiều DC có thể được khuyếch lên để giữ cho điện áp động cơ cao hơn điện áp nguồn cung cấp.

5, Phương pháp giảm thiểu sóng hài
Bộ biến đổi giảm thiểu sóng hài của ABB cung cấp giải pháp hạ thấp sóng hài một cách đơn giản hợp nhất trong biến tần. Những biến tần ấy sử dụng công nghệ giảm sóng hài mà không cần dùng tới bộ lọc ngoài hay biến áp đa xung. Các biến tần giảm thiểu sóng hài sinh ra các thành phần hài bậc thấp ở phía đầu vào với tổng dòng méo thấp hơn 5%.
Vì vậy, biến tần giảm thiểu sóng hài của ABB cung cấp giải pháp đơn giản, giá thành thấp để thoả mãn các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về chất lượng nguồn.

6, Nâng cao chất lượng điện lưới
Trong biến tần với cầu diode 6 xung, dòng điện phía lưới là không sin và chứa các thành phần song hài, đặc biệt là thành phần bậc 5 và bậc 7. Nó được biểu hiện bằng kiểu dòng méo, có thể tới 30-50%. Trong biến tần giảm thiểu sóng hài của ABB, việc sử dụng phương pháp DTC (Direct Torque Control) và bộ lọc sẽ làm dòng điện hài giảm nhỏ hơn 5%. Kết quả là dòng điện hình sin làm cho hình dạng của điện áp lưới gần như không méo.

7, Cần sớm có quy định kiểm soát sóng hài
Lý tưởng mà nói, dòng điện xoay chiều trên lưới điện của các công ty điện lực cung cấp cho các hộ tiêu thụ phải là hình sin. Tuy nhiên, sự tồn tại các phần tử phi tuyến trên lưới điện của nhà cung cấp cũng như về phía phụ tải làm xuất hiện các sóng hài, ảnh hưởng đến tính năng vận hành của lưới điện và thiết bị. Các phần tử phi tuyến điển hình là lõi thép của máy biến áp, động cơ (đặc tính bão hoà của vật liệu sắt từ), các dụng cụ bán dẫn công suất như điốt, tiristo của các bộ biến đổi. Thường thì sóng hài bậc 3 triệt tiêu được nhờ cuộn dây đấu tam giác trong máy biến áp (cùng với đó là tổn thất điện năng), song các sóng hài bậc lẻ khác (giá trị lớn nhất là bậc 5 và bậc 7) vẫn lan truyền theo đường dây, gây tổn thất điện năng, tác động xấu đến sự vận hành của các thiết bị, nhất là các động cơ ba pha... chưa kể các sóng hài bậc cao hơn có thể gây sóng điện từ lan truyền trong không gian, ảnh hưởng đến các thiết bị thu phát sóng rađiô.
Chính vì vậy, khi đầu tư xây dựng công trình cần chọn loại thiết bị ít gây sóng hài và sử dụng các phương tiện bổ sung để giảm thiểu sóng hài. Đồng thời, về phía các cơ quan quản lý nhà nước, cũng nên xem xét và sớm có quy định cụ thể để kiểm soát sóng hài.

8, Sóng hài: Nhận biết mối nguy hại cho hệ thống điện:

Hệ thống lưới điện có thể bị gây hại bởi nhiều tác nhân, trong đó một nguy cơ tiềm ẩn làm cản trở hoạt động và làm hao mòn thiết bị nhưng ít người nhận biết được chính là sóng hài - mối nguy cơ tiềm ẩn được phát hiện ngay đầu thập niên 1890.

Sóng hài và mức độ ảnh hưởng:
Sóng hài là dòng điện không mong muốn làm quá tải đường dây và biến áp, làm tăng nhiệt độ hệ thống (hoặc thậm chí gây hỏa hoạn) và gây nhiễu lên lưới điện. Trong trường hợp chạy nhiều động cơ cùng lúc, nếu không có biện pháp kiểm soát sóng hài có thể làm quá tải hệ thống điện, tăng công suất nhu cầu (power demand) và làm máy ngừng chạy (do nguồn bị quá tải).
Nếu bạn phải thay thế thiết bị hư hỏng nguyên nhân gây ra do sóng hài, điều này có thể làm tăng kinh phí đầu tư đến 15% và kinh phí vận hành đến 10%. Trong ngành công nghiệp, bảo vệ lợi nhuận là ưu tiên hàng đầu, kiểm soát được thiết bị và kinh phí vận hành là nhân tố quan trọng. Muốn đạt được mục tiêu này các doanh nghiệp, tổ chức cần lưu tâm và làm tốt công tác hạn chế tác hại của sóng hài. 
Tác hại của sóng hài với lưới điện:
Khi giá trị hiệu dụng và giá trị biên độ của tín hiệu điện áp hay dòng điện tăng do sóng hài sẽ kéo theo một loạt những nguy hại xảy ra với toàn bộ hệ thống lưới điện như làm tăng phát nóng của dây dẫn điện, thiết bị điện sinh ra nhiệt cao gây hư hỏng thiết bị, hỏa hoạn và nguy cơ cháy nổ; làm cho tụ điện bị quá nhiệt và trong nhiều trường hợp có thể dẫn tới phá hủy chất điện môi. Các sóng điều hòa bậc cao còn có thể làm momen tác động của rơle biến dạng gây ra hiện tượng nhảy rơle dẫn đến thời điểm tác động của rơle sai lệch, gây cảnh báo nhầm của các UPS đồng thời gây ra tổn thất đồng, tổn thất từ thông tản và tổn thất sắt làm tăng nhiệt độ MBA dẫn đến làm tăng tổn thất điện năng.
Ngoài ra, sóng hài còn làm tổn hao trên cuộn dây và lõi thép động cơ tăng, làm méo dạng momen, giảm hiệu suất máy, gây tiếng ồn; ảnh hưởng đến sai số của các thiết bị đo, làm cho kết quả đo bị sai lệch. Nguy hại hơn, các sóng điều hòa bậc cao còn có thể sinh ra momen xoắn trục động cơ hoặc gây ra dao động cộng hưởng cơ khí làm hỏng các bộ phận cơ khí trong động cơ; làm các thiết bị sử dụng điện và đèn chiếu sáng bị chập chờn ảnh hưởng đến con người đồng thời gây sóng điện từ lan truyền trong không gian làm ảnh hưởng đến thiết bị thu phát sóng.
Năm phương pháp làm giảm sóng hài:
Thay thế các thiết bị hư hỏng mà nguyên nhân gây ra bởi sóng hài là giải pháp tốn kém, làm tăng kinh phí đầu tư đến 15% và kinh phí vận hành đến 10%. Vì thế, cần lựa chọn những giải pháp ít tốn kém lại mang hiệu quả cao trong việc kiểm soát sóng hài. Một số phương pháp sau thường được dùng để làm giảm sóng hài: 
+ Dùng cuộn kháng AC (line choke) hay cuộn kháng DC (DC choke) cho biến tần; 
+ Giải pháp chỉnh lưu 12 xung (12 pulse);
+ Bộ lọc thụ động (passive filter); 
+ Bộ lọc tích cực (active filter);
+ Sử dụng loại biến tần có sóng hài thấp (low harmonice drive). 
Ưu và khuyết điểm:
- Dùng cuộn kháng là giải pháp tốt nhất đối với các ứng dụng cần lọc cho nguồn lưới bị nhiễu nặng và yêu cầu giảm sóng hài không phải là ưu tiên hàng đầu.
- Giải pháp nghịch lưu 12 xung cho hiệu suất cao nhất trong việc làm giảm sóng hài nhưng quy trình lại phức tạp nhất. 
- Bộ lọc thu động bao gồm nhiều cuộn kháng và tụ điện được lắp đặt thành mạch cộng hưởng để loại bỏ tần số của bậc hài. Một hệ thống gồm nhiều bộ lọc thụ động có thể loại bỏ một vài bậc hài. 
- Giải pháp dùng bộ lọc tích cực được áp dụng cho nhiều biến tần gắn song song với nhau trên cùng một đường dây phân phối (chung điểm PCC - point of common coupling) với nhiệm vụ chính là bù công suất, bù sóng hài điện áp và bù sóng hài dòng điện.
- Trong ứng dụng đòi hỏi cao về giảm sóng hài, sử dụng biến tần có sóng hài thấp là giải pháp tối ưu. Những biến tần ấy sử dụng công nghệ giảm sóng hài mà không cần dùng tới bộ lọc ngoài hay biến áp đa xung với tổng độ méo dạng hài dòng điện (THDi) thấp hơn 5%.
Ngoài ra, việc lựa chọn giải pháp nào cho hệ thống điện tùy thuộc vào đặc điểm của tải và công suất nhu cầu (power demand) của các thiết bị kết nối, với hướng dẫn này sẽ giúp bạn lựa chọn được phương pháp tốt nhất.
Bảng phân tích của chuyên gia
Các tiêu chí so sánh bao gồm độ nhỏ gọn hay không gian cần thiết để lắp đặt, độ đơn giản trong vận hành, hiệu quả giảm sóng hài, hiệu quả năng lượng, và hiệu quả đầu tư - giá trị, kết quả đạt được so với chi phí bỏ ra.

Ghi chú:
So sánh các phương pháp giảm sóng hài dựa theo điểm: 1 = kém nhất, 5 = tốt nhất
* Nhìn từ phía mạng trung thế
** Độ giảm sóng hài tùy theo cài đặt và công suất
*** Hiệu quả tùy theo mức giảm sóng hài

Có thể thấy, sóng hài là dòng điện không mong muốn làm quá tải đường dây và biến áp, làm tăng nhiệt độ hệ thống (hoặc thậm chí gây hỏa hoạn) và gây nhiễu lên lưới điện. Trong trường hợp chạy nhiều động cơ cùng lúc, không kiểm soát sóng hài có thể làm quá tải hệ thống điện, tăng công suất nhu cầu (power demand) và làm máy ngừng chạy (do nguồn bị quá tải), gây hư hao thiết bị hoặc làm ngưng cả hệ thống. Chính vì thế, giảm thiểu sóng hài là nhân tố quan trọng giúp duy trì tuổi thọ của các thiết bị vận hành.
Một số thiết bị giúp giảm thiểu sóng hài
Biến tần Altivar 212
ATV212 sử dụng công nghệ C-less làm giảm THDi dưới 30% không cần phải lắp đặt thêm bộ lọc, đáp ứng tiêu chuẩn IEC 61000 với chi phí đầu tư thấp nhất.

Biến tần trung thế ATV1200
Biến tần ATV1200 với cấu trúc thiết kế tối ưu và các đặc điểm kỹ thuật dưới đây giúp thân thiện với lưới điện và động cơ
- Công suất lên đến 16,200 KVA với điện áp 3 pha ngõ ra động cơ từ 2.4 kV đến 11 kV.
- Dễ dàng tích hợp vào hệ thống có sẵn hoặc hệ thống mới.
- Hệ thống làm mát đơn giản và hiệu quả với công nghệ làm mát bằng gió cưỡng bức với dòng khí kép.
- Giảm năng lượng điện năng tiêu thụ và hiệu suất hoạt động lớn hơn 96%.
- Kỹ thuật làm giảm sóng hài với công nghệ chỉnh lưu 18- 54 xung và cấu trúc nghịch lưu đa bậc, vì vậy THDi thấp hơn 3% (ở cả ngõ vào và ngõ ra), đáp ứng tiêu chuẩn IEEE519-1992.

Tiết kiệm năng lượng

Tối ưu chất lượng điện năng
Đáp ứng tiêu chuẩn IEEE 519, THDi thấp hơn 5% ở mọi chế độ hoạt động, tích hợp bộ lọc nhiễu tần số vô tuyến- class 3, dòng điện nguồn cấp hình sin, hệ số công suất (power factor) và Cos-phi gần bằng 1.

Hệ thống làm mát đơn giản và hiệu quả

Lắp đặt và vận hành an toàn thông qua tiêu chuẩn TVD

Tổng số điểm của bài viết là: 20 trong 4 đánh giá

Xếp hạng: 5 - 4 phiếu bầu
Click để đánh giá bài viết

  Ý kiến bạn đọc

Những tin mới hơn

Những tin cũ hơn

Danh mục sản phẩm

Facebook
Thống kê
  • Đang truy cập26
  • Máy chủ tìm kiếm2
  • Khách viếng thăm24
  • Hôm nay643
  • Tháng hiện tại28,000
  • Tổng lượt truy cập1,932,993
Bạn đã không sử dụng Site, Bấm vào đây để duy trì trạng thái đăng nhập. Thời gian chờ: 60 giây