tìm hiểu về sống hài

SĨNG HÀI:
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.
Dịng điện hài là dịng điện có tần số là bội của tần số cơ bản. Ví dụ dịng 250Hz trên lưới
50Hz là sóng hài bậc 5.
Dịng điện 250Hz là dịng năng lượng khơng 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 dịng điện hài vào
lưới. Các tải phi tuyến thơng 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...
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, dịng điện hài nhiều hay ít cịn 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 dịng
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 ngồi. Trong đó,
muốn giảm dịng 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 dịng 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 cơng suất, giảm sóng hài và mang lại nhiều lợi ích như: An
tồn cả khi mất nguồn; điều khiển chính xác tồn dải trong chế độ chỉnh lưu và tái sinh;
cho phép trả ngược năng lượng về lưới; dịng 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 khơng cần dùng tới bộ lọc ngồi 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 dịng 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, dịng điện phía lưới là khơng sin và chứa các thành

phần song hài, đặc biệt là thành phần bậc 5 và bậc 7. Nó được biểu hiện bằng kiểu dịng
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 dịng điện hình sin làm cho hình dạng của điện áp lưới gần như khơng
méo.
7, Cần sớm có quy định kiểm sốt sóng hài
Lý tưởng mà nói, dịng 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 hồ 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 khơng gian, ảnh
hưởng đến các thiết bị thu phát sóng rađiơ.
Chính vì vậy, khi đầu tư xây dựng cơng 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 sốt 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 mịn 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 dịng 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 khơng có biện pháp kiểm sốt sóng hài có thể làm
q 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 cơng 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 dịng 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 mơi. Các sóng điều hịa bậc cao cịn 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.
Ngồi ra, sóng hài cịn 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 hịa bậc cao cịn 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 sốt 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 khơng 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 cơng suất, bù sóng hài điện áp và bù sóng hài dịng điện.
- Trong ứng dụng địi 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 cơng nghệ giảm sóng hài mà khơng cần dùng tới
bộ lọc ngoài hay biến áp đa xung với tổng độ méo dạng hài dịng điện (THDi) thấp hơn
5%.
Ngồi 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 cơng suất
*** Hiệu quả tùy theo mức giảm sóng hài
Có thể thấy, sóng hài là dịng điện khơng 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, khơng kiểm sốt 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
dịng 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 IEEE5191992.
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 vơ tuyến- class 3, dịng điện nguồn cấp hình sin, hệ số cơng suất (power
factor) và Cos-phi gần bằng 1.
Hệ thống làm mát đơn giản và hiệu quả
Lắp đặt và vận hành an tồn thơng qua tiêu chuẩn TVD