Chất Lượng Điện Năng

Trong thời gian sắp tới, Phương Lai EStore sẽ xúc tiến thương mại một số sản phẩm liên quan đến vấn đề chất lượng điện năng bao gồm các giải pháp về triệt xung nhiễu, cắt, lọc sét… Đây là một trong những vấn đề mới trong lĩnh vực năng lượng điện. Vì vậy, để quý khách hàng hiểu phần nào tiêu chí của các sản phẩm này, Phương Lai EStore sẽ giới thiệu một số bài viết nhỏ về vấn đề chất lượng điện năng (Power Quality).

Chất lượng điện năng là gì? Đây là một câu hỏi khó, ngay cả những người chuyên sâu về vấn đề này cũng khó mà có thể trả lời một cách đầy đủ cho bạn được. Hầu hết đều trả lời 1 cách chung chung là điện áp và tần số. Đây là một câu trả lời đúng, nhưng nếu suy diễn chi tiết ra nó lại bao gồm rất nhiều khía cạnh, chỉ có thao tác phân biệt các khía cạnh đó thôi đã đủ làm cho chúng ta “nhức cái đầu lâu”

Có lẽ chúng ta đã khá nóng lòng muốn biết chất lượng điện năng là gì rồi. Nhưng mình nghĩ chúng ta chưa nóng vội làm gì. Có lẽ các bạn không lạ gì câu nói “nhu cầu của con người ngày càng tăng, khi xưa chỉ cần ăn no, mặc ấm thì bây giờ là ăn ngon mặc đẹp và tương lai phải là ăn sung mặc sướng”. Chất lượng điện năng cũng tùy thuộc vào thực tế thiết bị sử dụng mà có những tiêu chuẩn cụ thể. Vì dụ lúc xưa và ngay trong thời gian thiếu điện trầm trọng này (thời điểm đầu tháng 07 năm 2010), đối với một số người, chất lượng điện năng đơn thuần chỉ là : cúp điện ít 1 chút, điện áp lúc có thì đủ sáng cái đèn huỳnh quang là được. Nhưng nếu trong thời điểm đầy đủ điện năng thì yêu cầu về chất lượng điện năng có thể nâng lên thành “không được phép cúp điện, không được cấp điện quá áp, thiếu áp quá 5%”… Định nghĩa về chất lượng điện năng thực sự nó cũng có ý hao hao như vậy. Chất lượng điện năng được định nghĩa theo tiêu chuẩn IEEE 1159-1995, phần 3.1.47, trang 5 như sau : The concept of powering and grounding sensitive equipment in a manner that is suitable for the operation of that equipment. Xin được tạm dịch là : khái niệm về việc cấp nguồn và nối đất thiết bị nhạy cảm theo cách phù hợp vận hành thiết bị đó

Mình sẽ liệt kê các tác hại nếu chất lượng điện năng không đảm bảo

  • Đo đếm không chính xác
  • Relay bảo vệ tác động sai hoặc bị lỗi
  • Gây cúp điện, hư hỏng thiết bị
  • Làm tăng chi phí
  • Gây nhiễu điện từ và tiếng ồn

Đó là một ít từ sách vở, còn thực tế, chất lượng điện năng thể hiện trong một số hiện tượng như sau:

  • Cáp điện nóng bất thường dù dòng điện đo được không vượt giới hạn
  • Thiết bị báo cháy báo cháy giả
  • Biến tần hoạt động sai, phải reset và cài đặt lại
  • Tụ điện bị hư dù điện áp đo được không quá ngưỡng
  • Máy vi tính, PLC bị treo

Tiếp theo ta quay lại nhận định ban đầu : chất lượng điện năng thực sự chỉ liên quan đến điện áp và tần số. Vậy điện áp dạng nào được xem là lý tưởng nhất? Câu trả lời là điện áp dạng hình sin

nguồn sin lý tưởng

Trong bài trước, ta đã giới thiệu, dạng sóng lý thưởng nhất đối với các quá trình điện là dạng sóng sin. Vì sao vậy ? Vì dạng sóng này đại lượng biến thiên 1 cách điều hòa, nhẹ nhàng, không có hiện tượng sốc. Con người nhiều lúc chết vì sốc, thiết bị cũng vậy thường người ta ghi là “electric shock”. Tuy vậy trong các mạch điện tín hiệu, nhiều lúc tín hiệu sin lại không thể ứng dụng, buộc phải ứng dụng sóng vuông vì muốn mức logic phải chuyển dứt khoát. Các sóng vuông này có công suất nhỏ nên thường không ảnh hưởng đến các thiết bị khác, nếu các dạng cấp nguồn có dạng sóng vuông mà công suất hoạt động lớn thì lại khác, nó sẽ gây ra sự nhiễu dạng sóng lên nguồn cung cấp, và như vậy nó sẽ gây ảnh hưởng đến thiết bị khác.

chỉnh lưu 3 pha, sóng vuông

Những hiện tượng nào làm giảm chất lượng điện năng : Theo IEEE, các hiện tượng sau đây được xem là ảnh hưởng đến chất lượng điện năng :

  • Voltage Interruption : sự gián đoạn
  • Voltage Sag (Dip) : Võng điện áp, sụt áp
  • Voltage SWell : Vọt điện áp, lố điện áp
  • Long duration variations : biến động thời gian dài
  • Impulsive Transient : quá độ xung
  • Oscillatory Transient : quá độ dao động
  • Harmonic distortion : Nhiễu sóng hài
  • Voltage Fluctutation :
  • Noise : Nhiễu

Để phân biệt rõ ràng các hiện tượng trên chúng ta cùng xem các hình sau đây :

các hiện tượng ảnh hưởng chất lượng điện năng

các hiện tượng ảnh hưởng chất lượng điện năng

Trên đây chỉ là những hiện tượng chính ảnh hưởng đến chất lượng điện năng. Muốn phân biệt tỉ mỉ các hiện tượng này, mời các bạn nhiên cứu bảng sau đây thật kỹ nhé

các hiện tượng ảnh hưởng chất lượng điện năng

Bài trước chúng ta đã được biết các hiện tượng chính gây sụt giảm chất lượng điện năng. Đó chỉ là những hiện tượng chung, và trên những quan điểm khác nhau , số hiện tượng có thể được liệt kê khác đi một chút. Tuy nhiên bản chất vấn đề là như nhau. Ví dụ, hình ảnh trên đây là quan điểm về 9 sự cố về chất lượng điện năng thông dụng của hãng SineTamer, 1 hãng chuyên sản xuất thiết bị cắt sét, lọc sét, chống sét lan truyền của Mỹ

sự cố điện thông dụng

9 sự cố về chất lượng điện năng theo quan điểm SineTamer

Chúng ta sẽ phân tích một vài sự cố chính yếu

Cúp điện : Sự cố cúp điện thường rất phổ biến, thực chất nó là một sự cố lớn, một sự cố kéo theo từ các sự cố khác ví dụ : nhiễu tín hiệu làm thiết bị bảo vệ tác động nhầm, cúp điện do sự cố quá tải, do chủ ý điều độ… Có thể nói khó có thể khắc phục sự cố cúp điện nếu không giải quyết vấn đề là nguyên nhân của nó

Quá độ (Transient) : Quá độ là hiện tượng thường xuyên nhất trong hệ thống điện. Tất cả thành phần của tải là RLC do vậy bất kỳ một sự thay đổi nbào về tải đều kéo theo một sự quá độ nhất định nào đó. Tùy theo bản chất của tải mà ảnh hưởng của nó đối với hệ thống lớn hoặc nhỏ. Hầu hết quá độ là do nội tại của hệ thống, 1 phần nhỏ từ ngoài hệ thống vị dụ sét đánh

Quá độ được chia làm 2 loại : Quá độ xung và quá độ dao động. Quá độ xung thường do sét đánh hoặc đóng cắt tải có dòng lớn. Đối với sét đánh, thời gian quá độ thường rất nhanh (nhỏ hơn 100uS). Các xung sét điển hình là 8/20uS. Hình ảnh dòng quá độ xung của 1 tia sét 1.2/50us có dạng như sau :

dạng dòng điện sét

9 Quá trình dòng điện 1 tia sét

Dạng quá độ xung là nguyên nhân hư hỏng hầu hế của thiết bị. Thời gian quá độ xung rất nhanh nên hầu như các dụng cụ đo không phát hiện sự thay đổi điện áp hiệu dụng, điện áp trung bình nhưng linh kiện, thiết bị thì phải chịu đựng stress rất lớn trong quá trình này. Đoạn phim sau đây sẽ cho bạn thấy sức mạnh thực sự của quá độ xung. Thiết bị được thử nghiệm trong đoạn phim này là 1 bóng đèn dây tóc và 1 con MOV (Metal Oxide Varistor)

Một nguyên nhân sinh ra quá độ xung nữa là đóng cắt tải lớn. Tuy nhiên loại quá độ này gây ra các xung có tần số thấp và độ cao xung cũng thấp hơn

Quá độ dao động (Oscillatory Transient 🙂Thường xảy ra khi có đóng cắt các tụ bù

Xử lý hiện tượng quá độ :Hiện tượng quá độ có thể xử lý bằng cách sử dụng các thiết bị cắt, lọc, hấp thu xung (TVSS : Transient Voltage Surge Suppressor) kết hợp với các bộ lọc cuộn kháng. Đối với các tủ tụ bù, nên sử dụng các cuộn kháng phù hợp thường được nhà sản xuất cung cấp kèm theo