1, Sóng hài là gì ? Sóng hài là một dạng sóng nhiễu không mong muốn, tác động trực tiếp tới chất lượng sản phẩm của lưới điện và cần được lưu ý tới khi tổng các dòng điện hài lơn hơn mức độ giới hạn được 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 những thiết bị trên lưới. Vì vậy, nó sẽ bị chuyển hoá sang dạng NHIỆT NĂNG và gây TỔN HAO.

2, Tác hại của sóng hài Sóng hài có thể làm cho cáp bị quá nhiệt, phá hỏng cách điện. Động cơ cũng sẽ 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, Nguyên tự tạo ra dòng của sóng hài ? Dòng điện và điện áp hài được sinh ra bởi các tải phi tuyến nối với khối hệ thống phân phối điện. Toàn bộ các bộ chuyển đổi năng lượng điện sử dụng dưới các dạng khác nhau trong khối hệ thống điện có thể làm tăng nhiễu sóng hài bằng phương pháp bơm trực tiếp dòng điện hài vào lưới. Các tải phi tuyến thông thường gồm có phát động động cơ, các hệ truyền động điện, máy tính và các thiết bị điện tử khác, đèn điện tử, nguồn hàn…4, Giải pháp giảm tác động phát xạ sóng hài từ các bộ biến tần? Bản thân các bộ biến có chứa các thành phần 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 sinh sản công nghiệp phải sử dụng các bộ biến tần phát sóng hài thấp hoặc sử dụng các phương pháp lọc ngoài. Trong số 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 quyết sách rộng xung (PWM) thường là cầu diode 6 van. Các bộ chỉnh lưu đó có đặc điểm là đơn giản, vững chắc và rẻ, nhưng thành phần nguồn vào chứa nhiều sóng hài bậc thấp. Cầu chỉnh lưu diode 12 van được tạo ra bằng phương pháp 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 chuyển đổi tích cực IGBT có thể dùng để làm chỉnh lưu điện áp xoay chiều nguồn 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 và tinh chỉnh xác thực toàn dải trong quyết sách chỉnh lưu và tái sinh; được 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 lơn 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 lơn hơn điện áp nguồn cung cấp cấp.5, Phương pháp giảm thiểu sóng hài Bộ chuyển đổi giảm thiểu sóng hài của ABB cung cấp giải pháp hạ thấp sóng hài một cách đơn giản thống 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 nguồn 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 nhặt về chất lượng sản phẩm nguồn.6, Nâng cao chất lượng sản phẩm điện lưới Trong biến tần với cầu diode 6 xung, dòng điện phía lưới là không sin và chứa các thành phần song hài, nhất 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 nhiều đơn vị điện lực cung cấp cho những hộ tiêu thụ phải là hình sin. Tuy nhiên, sự tồn tại những thành phần phi tuyến trên lưới điện của nhà cung cấp cũng như về phía phụ tải làm xuất hiện các sóng hài, tác động đến tính năng vận hành của lưới điện và thiết bị. Các thành phần phi tuyến tiêu biểu 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 nhiều bộ chuyển 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 số 1 là bậc 5 và bậc 7) vẫn Viral theo đường dây, gây tổn thất điện năng, tác động xấu tới sự việc vận hành của nhiều thiết bị, nhất là các động cơ ba pha… chưa tính các sóng hài bậc lơn hơn có thể gây sóng điện từ Viral trong không gian, tác động tới những thiết bị thu phát sóng rađiô. Chính vì vậy, khi góp vốn đầu tư xây dựng khu công trình cần chọn loại thiết bị ít gây sóng hài và sử dụng các phương tiện bổ sung để giảm thiểu sóng hài. Song song, về phía các đơn vị quản lý quốc gia, cũng nên xem xét và sớm có quy định cụ thể để kiểm soát sóng hài.

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

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

Sóng hài và mức độ tác động: Sóng hài là dòng điện không mong muốn làm quá tải đường dây và biến áp, làm tăng nhiệt độ khối hệ thống (hoặc thậm chí còn gây hỏa thiến) và gây nhiễu lên lưới điện. Trong trường hợp chạy nhiều động cơ cùng lúc, nếu không có giải pháp kiểm soát sóng hài có thể làm quá tải khối hệ thống điện, tăng công suất nhu cầu (power demand) và làm máy ngừng chạy (do nguồn bị quá tải). Nếu như khách hàng phải thay thế thiết bị hư hỏng nguyên nhân gây ra do sóng hài, điều này còn có thể làm tăng ngân sách đầu tư góp vốn đầu tư đến 15% và ngân sách đầu tư vận hành đến 10%. Trong ngành công nghiệp, bảo vệ lợi nhuận là ưu tiên hàng đầu, kiểm soát được thiết bị và ngân sách đầu tư 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 việc hạn chế tạo 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 xẩy ra với toàn bộ khối 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 thiến và nguy cơ cháy và 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 tồn tại thể làm momen tác động của rơle biến dạng gây ra hiện tượng lạ nhảy rơle dẫn đến thời khắc tác động của rơle sai lệch, gây cảnh báo nhầm của nhiều UPS song song 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; tác động đến sai số của nhiều thiết bị đo, làm cho kết quả đo bị sai lệch. Nguy hại hơn, các sóng điều hòa bậc cao còn tồn tại thể sinh ra momen xoắn trục động cơ hoặc gây ra dao động cộng hưởng cơ khí làm hỏng các phòng ban cơ khí trong động cơ; làm các thiết bị sử dụng điện và đèn chiếu sáng bị chập chờn tác động đến con người song song gây sóng điện từ Viral trong không gian làm tác động 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 ngân sách đầu tư góp vốn đầu tư đến 15% và ngân sách đầu tư 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 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 thiếu sót: – Dùng cuộn kháng là giải pháp tốt nhất so 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 cực tốt trong việc làm giảm sóng hài nhưng quy trình lại phức tạp nhất. – Bộ lọc thu động gồm có nhiều cuộn kháng và tụ điện được lắp ráp thành mạch cộng hưởng để loại bỏ tần số của bậc hài. Một khối hệ thống gồm nhiều bộ lọc thụ động có thể loại bỏ một vài bậc hài. – Giải pháp dùng bộ lọc tích cực được ứng 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 đấy là bù công suất, bù sóng hài điện áp và bù sóng hài dòng điện. – Trong ứng dụng yên cầu 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 khối hệ thống điện tùy thuộc vào đặc điểm của tải và công suất nhu cầu (power demand) của nhiều thiết bị kết nối, với hướng dẫn này sẽ giúp cho bạn lựa chọn được phương pháp tốt nhất. Bảng phân tích của Chuyên Viên Các tiêu chí so sánh gồm có độ nhỏ gọn hay là không gian cấp thiết để lắp ráp, độ đơn giản trong vận hành, hiệu quả giảm sóng hài, hiệu quả năng lượng, và hiệu quả góp vốn đầu tư – giá trị, kết quả đạt được so với ngân sách chi 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 tùy chỉnh cấu hình 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 khối hệ thống (hoặc thậm chí còn gây hỏa thiến) 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 khối 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 khối hệ thống. Chính vì thế, giảm thiểu sóng hài là nhân tố quan trọng giúp duy trì tuổi thọ của nhiều 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 thiết phải lắp ráp thêm bộ lọc, đáp ứng tiêu chuẩn IEC 61000 với ngân sách góp vốn 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 về sau giúp thân thiện với lưới điện và động cơ – Công suất lên tới 16,200 KVA với điện áp 3 pha ngõ ra động cơ từ 2.4 kV đến 11 kV. – Dễ dàng tích hợp vào khối hệ thống có sẵn hoặc khối hệ thống mới. – Mạng lưới hệ thống làm mát đơn giản và hiệu quả với công nghệ làm mát bằng gió cưỡng bức với luồng khí kép. – Giảm năng lượng điện năng tiêu thụ và hiệu suất hoạt động to ra 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 chi phí năng lượng

Tối ưu chất lượng sản phẩm điện năng Đáp ứng tiêu chuẩn IEEE 519, THDi thấp hơn 5% ở mọi quyết sách 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.

Mạng lưới hệ thống làm mát đơn giản và hiệu quả

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

Tham khảo thêm nội dung bài viết của ĐH BK TP. Đà Nẵng