Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy phân tích chất lượng điện năng trong hệ thống điện

BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA
—

–

˜

&

™

—

–





BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN
ĐỀ TÀI NCKH&PTCN CẤP BỘ NĂM 2010

Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY PHÂN TÍCH
CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Cơ quan chủ trì:
Chủ nhiệm đề tài:








VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA

NGUY
ỄN THẾ VINH



HÀ NỘI – 2010


BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA
—

–

˜

&

™

—

–





BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN
ĐỀ TÀI NCKH&PTCN CẤP BỘ NĂM 2010

Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY PHÂN TÍCH
CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN






CƠ QUAN CHỦ TRÌ
VIỆN TRƯỞNG

Nguyễn Thế Truyện

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI





Nguyễn Thế Vinh



MỤC LỤC

PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1-4
1.1 Tổng quan 1-4
1.2 Phân loại chất lượng điện năng theo tiêu chuẩn quốc tế 1-8
1.2.1 Hiện tượng chuyển tiếp nhất thời 1-9
1.2.2 Các biến thiên điện áp trong thời gian ngắn 1-10
1.2.3 Các biến thiên điện áp trong thời gian dài 1-12
1.2.4 Méo dạng sóng 1-13
1.2.5 Dao động điện áp 1-15
1.2.6 Các biến đổi tần số 1-15
1.2.7 Mất cân bằng điện áp 1-16
1.3 Các chỉ tiêu về chất lượng điện năng của Việt Nam [6] 1-16
1.3.1 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3971-84 1-16
1.3.2 Nghị định số 45/2001/NĐ-CP của Chính phủ 1-17
1.3.3 Quy phạm trang bị điện của Bộ Công nghiệp 1-18
1.4 Các thiết bị giám sát chất lượng điện năng 1-20

1.4.1 Các thiết bị phân tích chất lượng điện năng 1-20
1.4.2 Data Logger và Chart Recorder 1-24
1.4.3 Các đồng hồ đo RMS 1-25
1.5 Cấu hình chung của một thiết bị phân tích chất lượng điện năng 1-25
1.6 Các vị trí cần kiểm tra về chất lượng điện năng 1-27
1.7 Mục tiêu của đề tài 1-28
1.8 Nội dung nghiên cứu 1-28
1.9 Mô tả phương pháp nghiên cứu 1-29
PHẦN 2 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 2-30
2.1 Thiết kế tổng thể thiết bị phân tích chất lượng điện năng 2-30
2.1.1 Cơ sở và quan điểm thiết kế phần cứng 2-30
2.1.2 Cấu hình phần cứng của thiết bị 2-30
2.1.3 Đặc điểm của thiết bị phân tích chất lượng điện năng của đề tài 2-32
2.2 Lựa chọn vật tư linh kiện để thiết kế các module 2-34
2.2.1 Lựa chọn bộ chia tỷ lệ và cách ly điện áp 2-35
2.2.2 Lựa chọn bộ chia tỷ lệ và cách ly dòng điện 2-36
2.2.3 Lựa chọn linh kiện để thiết kế bộ lọc Anti-aliasing filter 2-36
2.2.4 Lựa chọn linh kiện cho bộ chuyển đổi tương tự/số ADC 2-37
2.2.5 Lựa chọn linh kiện cho truyền thông 2-38
2.2.6 Lựa chọn bộ xử lý trung tâm 2-38
2.2.7 Lựa chọn bộ nguồn cung cấp 2-40
2.3 Nghiên cứu thiết kế module HMI 2-41
2.3.1 Màn hình hiển thị Graphic LCD (GLCD) 2-41
2.3.2 Bàn phím 2-43
2.3.3 Thiết kế khối truyền thông RS485 2-43
2.4 Nghiên cứu thiết kế module xử lý tính toán 2-45
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phân tích chất lượng điện năng


Báo cáo nội dung thực hiện đề tài cấp bộ 2010

Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa
Trang 1-2


2.4.1 Thiết kế khối chia tỷ lệ và cách ly điện áp 2-45
2.4.2 Thiết kế bộ chia tỷ lệ và cách ly dòng điện và bảo vệ 2-48
2.4.3 Thiết kế bộ lọc thông thấp cho các đầu vào dòng điện 2-51
2.4.4 Thiết kế bộ lọc thông thấp cho các đầu vào điện áp 2-52
2.4.5 Thiết kế module chuyển đổi tương tự sang số 2-53
2.4.6 Thiết kế module xử lý trung tâm 2-53
PHẦN 3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 3-55
3.1 Cơ sở và quan điểm thiết kế phần mềm nhúng 3-55
3.2 Thiết kế chương trình phần mềm HMI 3-58
3.2.1 Module chương trình cài đặt các thông số 3-58
3.2.2 Module chương trình truyền thông nội bộ 3-59
3.3 Thiết kế chương trình phần mềm xử lý tính toán 3-65
3.3.1 Chương trình xử lý tín hiệu tương tự 3-65
3.3.2 Chương trình tính toán các thông số điện 3-68
3.4 Thiết kế phần mềm máy tính 3-71
3.4.1 Thiết kế các module 3-71
3.4.2 Một số giao diện phần mềm máy tính 3-73
PHẦN 4 THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ 4-75
4.1 Mục tiêu, nội dung thử nghiệm trong phòng thí nghiệm 4-75
4.1.1 Mục tiêu thử nghiệm 4-75
4.1.2 Nội dung thử nghiệm trong phòng thí nghiệm 4-75
4.2 Cấu hình và bài toán phục vụ thử nghiệm tại phòng thí nghiệm 4-75
4.2.1 Thiết lập kết nối dây phần cứng module phân tích dòng điện 4-76
4.2.2 Thử nghiệm chức năng phân tích điện áp 4-77
4.3 Kết quả thử nghiệm tại phòng thí nghiệm 4-77
4.4 Mục tiêu, nội dung thử nghiệm thực tế 4-78

4.4.1 Mục tiêu thử nghiệm 4-78
4.4.2 Nội dung thử nghiệm thực tế 4-79
4.5 Cấu hình phục vụ thử nghiệm 4-79
4.6 Tổ chức thực hiện 4-80
4.7 Kết quả thử nghiệm thực tế 4-80
PHẦN 5 PHỤ LỤC BÁO CÁO 5-81
5.1 Phụ lục 1: Thiết kế cơ khí 5-81
5.1.1 Vỏ máy 5-81
5.1.2 Kiểu vỏ 5-81
5.1.3 Mặt trước 5-81
5.1.4 Phần thân PQA-10-1 5-81
5.1.5 Giắc đấu nối 5-82
5.1.6 Hình ảnh máy phân tích chất lượng điện năng PQA-10-1 5-83
5.2 Phụ lục 2: Các bản vẽ thiết kế phần cứng 5-84
5.2.1 Các bản vẽ thiết kế phần cứng 5-84
5.2.2 Sơ đồ nối dây module đo áp 5-85
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phân tích chất lượng điện năng


Báo cáo nội dung thực hiện đề tài cấp bộ 2010
Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa
Trang 1-3


5.2.3 Sơ đồ nối dây module đo dòng điện 5-86
5.3 Phụ lục 3: Hướng dẫn vận hành PQA-10-1 5-87
5.3.1 Giao diện hiển thị 5-87
5.3.2 Các phím chức năng 5-87
5.3.3 Các LED chỉ thị 5-88
5.3.4 Màn hình hiển thị GLCD 128x64 5-88

5.3.5 Trạng thái của các LED 5-89
5.3.6 Màn hình hiển thị ban đầu khi PQA-10-1 được cấp điện 5-89
5.3.7 Trang phân tích dòng điện 5-89
5.3.8 Trang phân tích điện áp 5-91
5.3.9 Trang phân tích công suất, cos∅, tần số và các thông số cấu hình 5-93
5.4 Phụ lục 4: Các nguồn điều hoà và ảnh hưởng của nó 5-97
5.4.1 Tải tiêu dùng 5-97
5.4.2 Tải công nghiệp 5-100
5.4.3 Các tính chất đáp ứng tần số của hệ thống 5-102
5.4.4 Ảnh hưởng của điều hoà đến các thiết bị 5-102
5.5 Phụ lục 5: Các kết quả thử nghiệm thực tế và biên bản kiểm tra hiệu
chuẩn 5-108
5.6 TÀI LIỆU THAM KHẢO 5-109

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phân tích chất lượng điện năng


Báo cáo nội dung thực hiện đề tài cấp bộ 2010
Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa
Trang 1-4


PHẦN 1 MỞ ĐẦU

1.1 Tổng quan
Thuật ngữ “chất lượng điện năng” (thuật ngữ tiếng anh là Power Quality, viết
tắt là PQ) là một khái niệm khó định nghĩa, đi tìm cho câu trả lời chính xác cho câu
hỏi chất lượng điện năng là gì? chất lượng điện năng là một vấn đề hay là một sản
phẩm thương mại? câu trả lời phụ thuộc vào quan điểm của mỗi người. Trong [2],
R.C Dugan viết: Có rất nhiều định nghĩa khác nhau về chất lượng điện năng, điều
này tuỳ thuộc vào vị trí của người đưa ra định nghĩa. Ví dụ như người cung cấp điện
định nghĩa chất lượng điện năng là độ tin cậy và đưa ra các thống kê về độ tin cậy.

Các nhà quản lý điện cũng đưa ra các tiêu chuẩn dựa trên quan điểm này. Nhưng
chất lượng điện năng xét đến cùng là một vấn đề chi phối hộ sử dụng, và vị trí hộ sử
dụng điện xét đến chiếm vị trí hàng đầu. Và vì thế R.C Dugan định nghĩa chất
lượng điện năng là bất kì một vấn đề điện năng nào thể hiện qua sai lệch của điện
áp, dòng điện hay tần số dẫn đến các thiết bị của người sử dụng bị hỏng hoặc hoạt
động sai. Các cơ quan tiêu chuẩn hoá quốc tế cũng đã bắt đầu định nghĩa và phân
loại hoá các hiện tượng liên quan đến chất lượng điện năng. Định nghĩa được đưa ra
trong từ điển của IEEE, bắt nguồn từ IEEE Emerald Book, đã cho rằng: chất lượng
điện năng là một khái niệm của việc nối nguồn và nối đất cho các thiết bị nhạy cảm
mà theo cách đó là phù hợp cho việc hoạt động của các thiết bị [3]. Vào năm 2000
IEC đã bắt đầu có bước khởi đầu trong khi định nghĩa về chất lượng điện năng, kết
quả là đưa ra được một bản dự thảo và đề nghị việc định nghĩa chất lượng điện năng
theo cách sau: Chất lượng điện năng là một bộ các thông số xác định các đặc tính
của nguồn cung cấp khi phân phối cho người sử dụng ở các điều kiện hoạt động
bình thường dưới dạng nguồn cung cấp hoạt động liên tục và các tính chất của điện
áp(sự đối xứng, tần số, biên độ và dạng sóng) [3]. Tuy nhiên định nghĩa này gây ra
rất nhiều sự hiểu nhầm, do vậy định nghĩa đã được sửa lại là: Chất lượng điện năng
là các tính chất điện tại một điểm cho trước trên một hệ thống điện, được đánh giá
so sánh với một bộ các thông số kĩ thuật tham khảo(với một chú ý đi kèm là: trong
một vài trường hợp, các thông số này có thể liên quan đến độ tương thích giữa điện
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phân tích chất lượng điện năng


Báo cáo nội dung thực hiện đề tài cấp bộ 2010
Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa
Trang 1-5


năng được cung cấp trên mạng và các tải được kết nối với mạng đó ) [3]. Hình vẽ 1
minh họa sự gia tăng hoạt động nghiên cứu trong lĩnh vực chất lượng điện trên thế

giới (trích trong tài liệu “Signal processing of power quality distubances”, , Math
H.J. Bollen, 2006).

Hình 1. Biểu đồ về sự quan tâm đến chất lượng điện năng

Do các yêu cầu của thực tế là các thiết bị điện ngày càng được sử dụng nhiều,
điện đã thành một sản phẩm kinh doanh thương mại có giá trị lớn nên các nhà cung
cấp điện cũng như hộ sử dụng điện ngày càng quan tâm đến chất lượng điện năng
hơn. Ngay từ khi khái niệm chất lượng điện năng được đưa ra đầu thập kỉ 80 của thế
kỉ 20 lập tức nó đã trở thành một khái niệm gây tranh cãi, cho đến ngày nay thì còn
rất nhiều các bất đồng về việc sử dụng khái niệm trên, về cách định nghĩa nó và việc
áp dụng nó thế nào cho chính xác. Nguyên nhân chính là rất khó có thể định nghĩa
một đại lương vật lý kiểu năng lượng, và vì thế một số khái niệm khác đã được sử
dụng để thay thế cho khái niệm này. Một trong các khái niệm này là “chất lượng
điện áp”, nó được sử dụng rất nhiều trong các tài liệu của châu Âu và được hiểu là
chất lượng của sản phẩm do nhà cung cấp phân phối cho hộ sử dụng. Khái niệm tiếp
theo bổ sung cho khái niệm trên là “chất lượng dòng điện”, nó được định nghĩa là
sự sai lệch của dạng sóng dòng điện với dòng điện sin lý tưởng. Một khái niệm tiếp
theo là “chất lượng nguồn cung cấp” (quality of supply) nhưng khái niệm này cũng
không được sử dụng nhiều. Khái niệm nữa là “chất lượng tiêu thụ” (quality of
consumption), nhưng cũng giống trên, khái niệm này ít được dùng trong ngành công
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phân tích chất lượng điện năng


Báo cáo nội dung thực hiện đề tài cấp bộ 2010
Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa
Trang 1-6


nghiệp điện cho nên không nên quan tâm nhiều đến nó. Trong các tiêu chuẩn, thuật

ngữ chất lượng điện năng đã được chính thức sử dụng rất nhiều nơi. Ở Mỹ trong
tiêu chuẩn của IEEE (Institue of Electric and Electronic Engineers), một trong các
tiêu chuẩn của SCC ( Standard Coordinate Committees), cụ thể là SCC 22 đã chính
thức chấp nhận thuật ngữ chất lượng điện năng. Mặc dù trong các tài liệu (tiêu
chuẩn) của IEC (International Electrotechnical Commission), một tổ chức thiết lập
các tiêu chuẩn về điện quốc tế, thuật ngữ chất lượng điện năng không hề xuất hiện
chính thức, mãi cho đến năm 2002 trong một bản dự thảo tiêu chuẩn của IEC thuật
ngữ chất lượng điện năng mới được sử dụng lần đầu tiên.
Chất lượng điện năng là một vấn đề có ý nghĩa chiến lược đối với toàn ngành
điện, các nhân viên kỹ thuật vận hành, khai thác, bảo dưỡng, quản lý, các nhà chế
tạo thiết bị vì các lý do sau đây:
q Tính chất cạnh tranh của nền kinh tế đòi hỏi điện năng phải được đảm bảo
thường xuyên với chất lượng tốt.
q Việc sử dụng ngày càng rộng các phụ tải nhạy cảm với chất lượng điện như
máy tính, thiết bị đo lường-điều khiển, hệ thống thông tin liên lạc đòi hỏi
phải được cung cấp điện với chất lượng cao.
q Việc suy giảm chất lượng điện làm cho thiết bị vận hành với hiệu suất thấp,
tuổi thọ bị giảm.
q Thị trường điện (trên thế giới) là thị trường mở tự do, các xí nghiệp có khả
năng lựa chọn các nhà cung cấp điện có chất lượng cao hơn.
Mục đích cuối cùng của vấn đề nghiên cứu phân tích chất lượng điện năng là
để giải quyết nâng cao chất lượng điện năng và tiết kiệm điện (trong đề tài này
không thực hiện vấn đề nâng cao chất lượng điện năng và tiết kiệm điện). Giải
quyết vấn đề chất lượng điện năng phụ thuộc vào việc thu thập dữ liệu có ý nghĩa
tại địa điểm tối ưu hoặc tại các địa điểm và trong một khung thời gian nhạy cảm. Để
có được dữ liệu hữu ích và xác đáng, thì cần sử dụng dụng cụ phù hợp nhất cho một
ứng dụng cụ thể, ví dụ các đồng hồ đo, ghi và phân tích điện thậm chí là một hệ
thống SCADA. Hầu hết các vấn đề chất lượng điện năng mà không được công nhận
là do sử dụng các dụng cụ không phù hợp cho các ứng dụng đó. Vấn đề này rất
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phân tích chất lượng điện năng

Báo cáo nội dung thực hiện đề tài cấp bộ 2010
Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa
Trang 1-7


quan trọng vì việc đầu tư nâng cấp chất lượng điện năng phải cần một khoản kinh
phí rất lớn và có thể sẽ dấn đến sự tăng lên về biểu giá. Để kiểm tra xem trên thực tế
có cần tiến hành những khoản đầu tư cải thiện chất lượng điện năng hay không, thì
việc kiểm tra chất lượng nguồn cung cấp có tính quyết định. Việc kiểm tra này cũng
giúp tìm ra các nguồn gây gián đoạn và cho phép so sánh chất lượng điện năng tại
những vị trí khác nhau. Một ví dụ thực tế là đối với các khách hàng tiêu thụ điện tại
Ấn Độ hiện nay, việc gián đoạn cung cấp điện và mức điện áp thấp là vấn đề cần
quan tâm liên tục, không ngừng. Các công ty điện lực thừa nhận các vấn đề này và
đang tiến hành những đầu tư lớn nhằm cải thiện chất lượng điện năng. Để tiến hành
giải quyết chất lượng điện năng, 3 thiết bị thu thập dữ liệu ESMI đã được lắp đặt tại
Thành phố Pune. Dữ liệu từ các vị trí này sẽ được tải xuống theo chu kỳ và công bố
trên trang web của Prayas. Các kết quả thu được rất kém khi tham chiếu tới các tiêu
chuẩn tại Châu Âu và Bắc Mỹ. Trong tuần kiểm tra đầu tiên:
q Điện áp định mức chỉ được duy trì tới 23% thời gian.
q Điện áp thấp chiếm đến 69% thời gian.
q Điện áp rất thấp ở mức 7% thời gian.
q Mất nguồn cung cấp điện là 1% thời gian.
Con số 1% cuối cùng có nghĩa rằng cứ một tuần thì sẽ có 1h45 phút mất điện. Bảng
1 trình bày kết quả kiểm tra tại Thành phố Pune. Hình 2 minh họa dạng sóng điện
áp theo thời gian đo đếm.
Bảng 1. Kết quả kiểm tra tại Pune, theo [2]
Khoảng thời gian gián đoạn Số lần gián đoạn Tổng thời gian mất điện
(phút)

Gián đoạn tạm thời (<3 phút)
- -
Gián đoạn ngắn:
a. 4÷30phút
b. 31÷60phút

3
1

26
32
Gián đoạn kéo dài:
a. 61÷180phút
b. > 3 giờ

1
-

86
-
Tổng cộng: 5 144

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phân tích chất lượng điện năng


Báo cáo nội dung thực hiện đề tài cấp bộ 2010
Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa
Trang 1-8

Hình 2. Dạng sóng điện áp theo thời gian đo đếm
1.2 Phân loại chất lượng điện năng theo tiêu chuẩn quốc tế
Khởi đầu từ cách phân loại các yếu tố chất lượng điện năng của IEC, uỷ ban
hợp tác các tiêu chuẩn 22 của IEEE (IEEE SCC22) đã phát triển các thực tế được
khuyến nghị cho việc giám sát chất lượng điện năng được trình bày trong [1]. IEEE
đã phân loại các yếu tố chất lượng điện năng dựa trên tần số, khoảng thời gian tồn
tại và biên độ của của mỗi yếu tố. Trên cơ sở đó, IEEE đã thành lập được bảng tổng
phân loại và tính chất của các hiện tượng điện từ của hệ thống điện, bảng 2 đưa ra
các thông tin tuân theo tần số, khoảng thời gian, biên độ tương ứng với các hiện
tượng điện từ của mỗi yếu tố được phân loại. Hiện nay trên thế giới rất nhiều cơ
quan quản lý điện, tiêu chuẩn hay các hãng sản xuất sử dụng bảng phân loại yếu tố
chất lượng điện năng IEEE.
Bảng 2. Phân loại và tính chất của các hiện tượng điện từ hệ thống điện
Phân loại Tần số điển hình Khoảng thời gian
điển hình
Biên độ điện áp
điển hình
1 Transient
1.1 Xung
1.1.1 Nano giây 5-ns tăng < 50 ns
1.1.2 Micro giây
1-
µ
s tăng
50 ns-1ms
1.1.3 Mili giây 0.1-ms tăng >1ms
1.2 Dao động
1.2.1 Tần số thấp < 5kHz 0,3-50 ms 0-4 pu
1.2.2 Tần số trung bình 5-500kHz

20
µ
s
0-8 pu
1.2.3 Tần số cao 0,5-5 MHz
5
µ
s
0-4 pu
2 Các biến đổi thời gian ngắn
2.1 Tức thời (Instantaneous)
2.1.1 Ngắt 0,5-30 chu kì <0,1 pu
2.1.2 Lõm 0,5-30 chu kì 0,1-0,9 pu
2.1.3 Lồi 0,5-30 chu kì 1,1-1,8 pu
2.2 Thoáng qua (Momentary)
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phân tích chất lượng điện năng


Báo cáo nội dung thực hiện đề tài cấp bộ 2010
Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa
Trang 1-9


2.2.1 Ngắt 30 chu kì –3 s <0,1 pu
2.2.2 Lõm 30 chu kì –3 s 0,1-0,9 pu
2.2.3 Lồi 30 chu kì –3 s 1,1-1,4 pu
2.3 Tạm thời (Temporary)
2.2.1 Ngắt 3s –1 phút <0,1 pu
2.2.2 Lõm 3s –1 phút 0,1-0,9 pu
2.2.3 Lồi 3s –1 phút 1,1-1,2 pu

3 Các biến đổi thời gian dài
3.1 Ngắt duy trì > 1 phút 0,0 pu
3.2 Dưới điện áp > 1 phút 0,8-0,9 pu
3.3 Quá điện áp > 1 phút 1,1-1,2 pu
4 Mất cân bằng điện áp Ổn định 0,5-2%
5 Méo dạng sóng
5.1 DC offset Ổn định 0-0,1%
5.2 Hài hài 0-100
th
Ổn định 0-20%
5.3 Các nội điều hoà 0-6kHz Ổn định 0-2%
5.4 Notching Ổn định
5.5 Nhiễu Băng tần rộng Ổn định 0-1%
6 Dao động điện áp <25Hz Liên tiếp 0,1-7%
7 Biến đổi tần số <10s
Chú ý: s=giây, ns=nano giây,
µ
s = micro giây, ms = mili giây, kHz = kilohertz, MHz = megahertz, pu(per
unit) đơn vị tương đối
1.2.1 Hiện tượng chuyển tiếp nhất thời
Hiện tượng chuyển tiếp nhất thời (thuật ngữ tiếng anh là Transient) là các
nhiễu mà xuất phát từ rất nhiều nguyên nhân: ví dụ đóng cắt tụ điện, phóng điện
trong đèn ballast, chúng có thể được xếp vào các loại nhiễu xung và nhiễu dao
động. Các nhiễu xung xuất hiện trong khoảng thời gian nhỏ hơn 1ms, đạt giá trị
đỉnh và từ giá trị đỉnh xuống rất nhanh. Các dao động transient nói chung là có thời
gian tồn tại nhỏ hơn một chu kì dao động (tần số của nguồn kích thích) và thường
có tần số dao động trên 5kHz. Thuật ngữ transient đã được sử dụng trong phân tích
các biến đổi hệ thống điện năng để chỉ ra một sự kiện không theo mong muốn hoặc
mang tính chất tức thời của tự nhiên. Transient có thể được phân loại thành hai
dạng.

1.2.1.1 Xung chuyển tiếp
Xung chuyển tiếp (thuật ngữ tiếng anh là Impulsive transient), hình 3, là một
sự thay đổi đột nhiên trong điều kiện làm việc ổn định của điện áp hoặc dòng điện
hay cả hai mà sự thay đổi này không làm thay đổi giá trị cực tính của điện áp hay
dòng điện (Khởi đầu điện áp hay dòng điện có thể là âm hay dương).
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phân tích chất lượng điện năng


Báo cáo nội dung thực hiện đề tài cấp bộ 2010
Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa
Trang 1-10



Hình 3. Impulsive transient
1.2.1.2 Dao động chuyển tiếp
Dao động chuyển tiếp (thuật ngữ tiếng anh là Oscillatory transient), hình 4, là
sự thay đổi đột nhiên trong các điều kiện ổn định của điện áp và dòng điện hoặc cả
hai mà sự thay đổi này làm thay đổi chiều cực tính của điện áp hay dòng điện bao
gồm cả hai giá trị âm và dương. Tuỳ theo tần số dao động mà chúng được phân loại
vào tần số thấp (fdđ<5kHz), trung bình (5kHz≤fdđ<500kHz) và tần số cao
(500kHz≤fdđ<5MHz).

Hình 4. Oscillatory transient
1.2.2 Các biến thiên điện áp trong thời gian ngắn
Các biến đổi này bao gồm các loại ngắt thời gian ngắn, điện áp lõm và điện áp
lồi. Mỗi loại khác nhau có thể được xếp loại vào trường hợp tức thời (instaneous),
thoáng qua (momentary), tạm thời (temporary), điều này phụ thuộc vào khoảng thời
gian tồn tại của chúng. Biến đổi điện áp trong thời gian ngắn được chia thành ba
loại khác nhau: tức thời 0,5≤t<30 chu kỳ (600ms), thoáng qua 30 chu kỳ ≤t<3 s, tạm

thời 3s≤t<1phút.
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phân tích chất lượng điện năng


Báo cáo nội dung thực hiện đề tài cấp bộ 2010
Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa
Trang 1-11


1.2.2.1 Lõm điện áp
Lõm điện áp (thuật ngữ tiếng anh là Voltage sag hoặc Voltage dip), xem hình
5, đã được sử dụng để mô tả độ suy giảm của điện áp trong một khoảng thời gian
nào đấy. Mặc dù voltage dip không được chính thức định nghĩa, nhưng các nhà
phân phối điện năng ngày càng sử dụng nhiều thuật ngữ này, các nhà sản xuất thiết
bị và hộ tiêu dùng tương tự cũng chấp nhận và sử dụng. Voltage dip được hiểu là
mức suy giảm điện áp trong khoảng 10% đến 90% giá trị hiệu dụng định mức trong
khoảng thời gian từ nửa chu kì (50Hz-10ms) đến một phút.

Hình 5. Voltage dip
1.2.2.2 Điện áp lồi
Điện áp lồi (Voltage swell) được định nghĩa là sự tăng của điện áp trong
khoảng 1,1 đến 1,8 lần giá trị hiệu dụng điện áp định mức tại tần số công nghiệp
(50Hz-60Hz) và tồn tại trong khoảng thời gian từ 0,5 chu kì (10ms-50Hz) cho đến
một phút, minh họa trong hình 6.

Hình 6. Hình biểu diễn voltage swell gây ra bởi lỗi chạm đất một
pha

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phân tích chất lượng điện năng

Báo cáo nội dung thực hiện đề tài cấp bộ 2010
Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa
Trang 1-12


1.2.2.3 Ngắt
Ngắt (Interruption) xuất hiện khi điện áp nguồn cung cấp giảm xuống dưới
10% giá trị định mức trong khoảng thời gian không vượt quá một phút. Nó là kết
quả của các sự cố trong hệ thống, các sự cố của thiết bị vận hành và các điều khiển
không chuẩn.
1.2.3 Các biến thiên điện áp trong thời gian dài
Là sự quá điện áp, dưới điện áp, hay trạng thái duy trì ngắt ở điều kiện làm
việc ổn định. Các ảnh hưởng này có khoảng thời gian xuất hiện trên một phút.
1.2.3.1 Dưới điện áp
Dưới điện áp (thuật ngữ tiếng anh là Undervoltage) là sự suy giảm điện áp bên
dưới 90% điện áp hiệu dụng định mức và thời gian tồn tại của nó phải lớn hơn một
phút. Undervoltage đôi khi được gọi là “Brownout” mặc dù thuật ngữ này không
được định nghĩa một cách rõ ràng. Brownout thường được các nhà cung cấp điện
năng sử dụng khi họ cố tình giảm điện áp hệ thống xuống cho phù hợp với nhu cầu
sử dụng điện cao điểm hoặc một lý do đáng quan tâm nào đó, hình 7.

Hình 7. Undervoltage
1.2.3.2 Quá điện áp
Quá điện áp (Overvoltage) là hiện tượng điện áp đặt vào thiết bị có giá trị vượt
quá 110% giá trị điện áp hiệu dụng định mức trong khoảng thời gian lớn hơn 1
phút, hình 8.

Hình 8. Overvoltage
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phân tích chất lượng điện năng

Báo cáo nội dung thực hiện đề tài cấp bộ 2010
Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa
Trang 1-13


1.2.3.3 Ngắt duy trì
Khi điện áp của nguồn cung cấp bằng không trong khoảng thời gian lớn hơn
một phút thì được gọi là ngắt duy trì (Sustained interruptions). Nói chung các ngắt
điện áp kéo dài quá một phút thì thường là kéo dài vĩnh viễn do đó cần có sự tác
động của người sửa chữa và vận hành để phục hồi lại hệ thống. Tuy nhiên Sustained
interruptions phải được hiểu là các hiện tượng của hệ thống điện năng và chúng
không hề có sự liên hệ nào với tình trạng mất điện của lưới, hình 9.

Hình 9. Sustained interruptions
1.2.4 Méo dạng sóng
Méo dạng sóng (Waveform Distortion) được định nghĩa là sự sai lệch ổn định
so với dạng sóng tần số lý tưởng của điện năng, được xác định bằng cách phân tích
phổ tần số của sự sai lệch. Waveform Distortion được xếp vào năm loại cơ bản, như
sau.
1.2.4.1 Thành phần DC offset
Sự xuất hiện của dòng điện hay điện áp một chiều trong mạng điện xoay chiều
được gọi là DC offset. Khoảng một chiều xuất hiện do nhiễu từ trường trái đất hoặc
do tác động của chỉnh lưu nửa chu kì.
1.2.4.2 Sóng hài
Sóng hài (Harmonics) là các dòng điện hay điện áp có tần số bằng số nguyên
lần tần số của nguồn cung cấp (thường được gọi là tần số sóng cơ bản, thông thường
là 50Hz, 60 Hz). Các dòng điện, điện áp bị méo có thể được phân tích thành tổng
của sóng có tần số cơ bản và các harmonics, hình 10.

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phân tích chất lượng điện năng


Báo cáo nội dung thực hiện đề tài cấp bộ 2010
Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa
Trang 1-14


1.2.4.3 Nội điều hoà
Các dòng điện hay điện áp chứa các thành phần tần số không phải là số
nguyên lần tần số cơ bản (50-60Hz) được gọi là các nội điều hòa (Interharmonic).
Chúng dường như là các tần số rời rạc hay là các phổ tần số mở rộng.

1.2.4.4 Notching
Là các nhiễu điện áp tuần hoàn xuất hiện trong các thiết bị điện tử công suất
khi dòng điện đảo mạch từ pha này sang pha khác. Khi notching xuất hiện trong
mạch, nó có thể được nhận dạng thông qua phân tích phổ tần số của điện áp chịu tác
động, hình 11.

Hình 11. Hiện tượng notching
1.2.4.5 Nhiễu
Nhiễu (noise) được định nghĩa là các tín hiệu điện không mong muốn với phổ
tần rất rộng nhưng nhỏ hơn 200kHz, được xếp chồng lên điện áp hay dòng điện của
Hình 10. Hài dòng điện


Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phân tích chất lượng điện năng


Báo cáo nội dung thực hiện đề tài cấp bộ 2010

Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa
Trang 1-15


hệ thống trong các đường dây pha, đường dây trung tính hay các đường dây tín
hiệu, hình 12.

Hình 12. Hiện tượng nhiễu
1.2.5 Dao động điện áp
Dao động điện áp (Voltage Fluctuation) là các biến đổi có hệ thống của điện
áp hay là một chuỗi thay đổi các điện áp ngẫu nhiên, nhưng biên độ của các thay đổi
điện áp thay đổi này thường là không vượt quá vùng giới hạn đã được xác định theo
tiêu chuẩn ANSI C 84.1 là 0,9 ÷1,1 giá trị tương đối (pu).
1.2.6 Các biến đổi tần số
Các biến đổi tần số (Power Frequency Variations) được định nghĩa là sự sai
lệch tần số cơ bản hệ thống điện khỏi giá trị định mức được xác định của nó
(thường là 50Hz-60Hz) trong khoảng thời gian <10s, hình 13.

Độ lệch tần số ∆f=(f-f
đm
)x100/f
đm
(theo Nga là ±0.2Hz, tối đa ±0.4Hz). Chỉ
tiêu tần số do cơ quan điều khiển hệ thống điều chỉnh. Chỉ có những hộ tiêu thụ lớn
(hàng chục MW trở lên) mới phải quan tâm đến chế độ vận hành của mình sao cho
Hình 13. Dạng sóng của biến đổi tần số

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phân tích chất lượng điện năng

Báo cáo nội dung thực hiện đề tài cấp bộ 2010
Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa
Trang 1-16


hợp lý, để góp phần ổn định tần số của hệ thống. Vì vậy người thiết kế cung cấp
điện thường chỉ phải quan tâm đảm bảo chất lượng điện áp cho khách hàng.
1.2.7 Mất cân bằng điện áp
Trong phụ lục D của tiêu chuẩn ANSI (ANSI Std C84 1989) mất cân bằng
điện áp được xác định là tỉ lệ phần trăm giữa độ lệch lớn nhất khỏi giá trị hiệu dụng
của điện ba pha chia cho giá trị hiệu dụng của điện áp ba pha đó.

1.3 Các chỉ tiêu về chất lượng điện năng của Việt Nam [6]
Chất lượng điện năng đã được những người làm công tác năng lượng Việt
Nam quan tâm từ những năm 80 của thế kỷ trước. Trải qua những năm chiến tranh
kéo dài, những năm cuối của thế kỷ 20 – giai đoạn khôi phục và xây dựng, ngành
điện mới chỉ cố gắng đáp ứng đủ nhu cầu cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, chúng
ta chưa thể đòi hỏi ngành điện phải đáp ứng ngay cho các hộ tiêu thụ điện năng có
chất lượng như các nước công nghiệp phát triển. Tuy nhiên, trong quá trình xây
dựng và phát triển chúng ta cũng đã thấy được mục tiêu phấn đấu của ngành điện
nhằm hướng tới những mục tiêu này, đó là.
1.3.1 Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3971-84
Ngày 21 tháng 11 năm 1984 theo đề nghị của Bộ Điện Lực, Ủy ban Khoa học
và Kỹ thuật Nhà nước đã ban hành Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3971-84 quy định
về “Mức chất lượng điện năng ở các thiết bị tiêu thụ điện năng nối vào lưới điện
công dụng chung”. Trong đó quy định:
Điều 2.1. Chỉ tiêu chất lượng điện năng cho các thiết bị tiêu thụ điện bao gồm:
a). Độ lệch tần số, độ lệch điện áp khi cung cấp điện từ lưới điện một pha;
b). Độ lệch tần số, độ lệch điện áp, sự dịch chuyển trung tính ở tần số cơ bản
khi cung cấp điện từ lưới ba pha.

Điều 3.1. Độ lệch tần số cho phép so với tần số danh định trong chế độ làm việc
bình thường phải nằm trong phạm vi ± 0.5 hez;
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phân tích chất lượng điện năng


Báo cáo nội dung thực hiện đề tài cấp bộ 2010
Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa
Trang 1-17


Điều 3.2. Các thiết bị chiếu sáng, độ lệch điện áp cho phép nằm trong giới hạn – 10
% ÷ 5 % so với điện áp danh định. Đối với các thiết bị tiêu thụ điện khác, độ
lệch điện áp cho phép nằm trong giới hạn ± 8 % so với điện áp danh định.
1.3.2 Nghị định số 45/2001/NĐ-CP của Chính phủ
Ngày 2 tháng 08 năm 2001 Chính phủ đã ban hành Nghị định số 45/
2001/NĐ-CP về “Các hoạt động điện lực và sử dụng điện”. Trong đó quy định:
Điều 17. Tổ chức, cá nhân sản xuất điện có nghĩa vụ:
1) Thực hiện các nội dung ghi trong giấy phép đầu tư hoặc quyết định đầu tư,
giấy phép hoạt động điện lực và các giấy phép khác theo quy định của pháp
luật.
2) Thực hiện đầy đủ các thỏa thuận trong hợp đồng đã ký với bên mua điện,
hợp đồng với đơn vị truyền tải, các bên có liên quan khác và các quy định của
Trung tâm Điều độ hệ thống điện Quốc gia.
3) Bảo đảm sản xuất điện ổn định, an toàn và chất lượng điện năng.
4) Bảo đảm các tiêu chuẩn bảo vệ môi trường theo quy định của pháp luật.
5) Chịu sự kiểm tra, giám sát của các cơ quan quản lý nhà nước theo quy định
của pháp luật.
6) Thực hiện các nghĩa vụ khác theo quy định của pháp luật.
Điều 31. Bên bán phải đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp cho bên mua theo
quy định sau:

1) Về điện áp: Trong điều kiện bình thường, điện áp được phép dao động
trong khoảng ± 5 % so với điện áp danh định và được xác định tại phía thứ
cấp của máy biến áp cấp điện cho bên mua hoặc tại vị trí khác do hai bên thoả
thuận trong hợp đồng khi bên mua đạt hệ số công suất (cosφ) ≥0.85 và thực
hiện đúng biểu đồ phụ tải đã thoả thuận trong hợp đồng. Trong trường hợp
lưới điện chưa ổn định, điện áp được dao động từ + 5 % đến – 10 %.
2) Về tần số: trong điều kiện bình thường, tần số hệ thống điện được dao động
trong phạm vi ±0,2 Hz so với tần số định mức là 50 Hz. Trường hợp hệ thống
điện chưa ổn định, cho phép độ lệch tần số là ±0,5 Hz.
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phân tích chất lượng điện năng


Báo cáo nội dung thực hiện đề tài cấp bộ 2010
Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa
Trang 1-18


3) Trong trường hợp bên mua cần chất lượng điện năng cao hơn tiêu chuẩn
quy định tại các khoản 1 và 2 của Điều này thì các bên phải thoả thuận trong
hợp đồng.
Điều 32.
1) Trong điều kiện lưới điện đảm bảo chất lượng điện năng theo quy định, bên
mua điện để sản xuất, kinh doanh, dịch vụ có công suất sử dụng từ 80kW hoặc
máy biến áp có dung lượng từ 100 kVA trở lên phải đảm bảo cosφ ≥ 0.85 tại
điểm đặt công tơ mua bán điện.
2) Trường hợp cosφ < 0.85, bên mua điện phải thực hiện các biện pháp:
a) Lắp đặt thiết bị bù công suất phản kháng, nâng cosφ đạt từ 0.85 trở lên;
b) Mua thêm công suất phản kháng trên hệ thống điện của bên bán.
3) Trường hợp bên mua điện có khả năng phát công suất phản kháng lên lưới,
hai bên có thể thoả thuận việc mua, bán đó trong hợp đồng. Bộ Công nghiệp,

Ban Vật giá Chính phủ hướng dẫn việc mua, bán công suất phản kháng quy
định tại khoản 2 và khoản 3 của Điều này.
1.3.3 Quy phạm trang bị điện của Bộ Công nghiệp
“Quy phạm trang bị điện” được ban hành theo Quyết định số 19/2006/ QĐ-
BCN, ngày 11/07/2006 của Bộ trưởng Bộ Công nghiệp là một bước tiến mới trong
việc đưa dần các chỉ tiêu chất lượng điện của Việt Nam phù hợp với Tiêu chuẩn của
các nước công nghiệp phát triển. Quy phạm này có bốn phần được biên soạn thành
dạng Tiêu chuẩn của ngành điện, trong đó:
Phần I. Quy định chung – ký hiệu 11 TCN - 19 - 2006;
Phần II. Hệ thống đường dây điện – ký hiệu 11 TCN – 20 - 2006;
Phần III. Thiết bị phân phối và trạm biến áp – ký hiệu 11 TCN - 21 - 2006;
Phần IV. Bảo vệ tự động – ký hiệu 11 TCN - 22 - 2006.
Về chất lượng điện áp và điều chỉnh điện áp TCN - 19 -2006 có quy định:
Điều 1.2.39. Mức điện áp tại các điểm trong lưới điện phải xác định theo phương
thức vận hành và theo chế độ phụ tải cực đại và cực tiểu. Trong điều kiện bình
thường, độ lệch điện áp được phép dao động trong khoảng ±5% so với điện áp
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phân tích chất lượng điện năng


Báo cáo nội dung thực hiện đề tài cấp bộ 2010
Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa
Trang 1-19


danh định và được xác định tại vị trí đặt thiết bị đo đếm điện hoặc tại vị trí
khác do hai bên thỏa thuận.
Trong trường hợp lưới điện chưa ổn định, điện áp được phép dao động trong
phạm vi từ -10% đến +5%.
Điều 1.2.40. Ở chế độ làm việc bình thường của hệ thống điện, máy biến áp đến
35kV phải có điều chỉnh điện áp trong phạm vi ±5% điện áp danh định.

Điều 1.2.41. Ở chế độ làm việc bình thường của trạm cấp điện, trong thời gian tổng
phụ tải giảm đến 30% so với trị số phụ tải lớn nhất, điện áp tại thanh cái phải
duy trì ở mức điện áp danh định của lưới.
Điều 1.2.42. Để điều chỉnh điện áp, ở lưới điện 110 kV trở lên nên dùng máy biến
áp có bộ điều chỉnh điện áp dưới tải với dải điều chỉnh ±(10% ÷ 15%).
Ngoài ra cần xét đến việc dùng thiết bị điều chỉnh điện áp tại chỗ như:
□ Động cơ đồng bộ;
□ Máy bù đồng bộ;
□ Các bộ tụ điện bù;
□ Đường dây liên hệ ở điện áp đến 1kV giữa các trạm biến áp để có thể cắt
một số máy biến áp trong chế độ phụ tải cực tiểu.
Điều 1.2.43. Việc chọn điện áp và hệ thống cấp điện cho các lưới điện động lực và
chiếu sáng trong các phân xưởng dùng điện áp 660V trở xuống phải được giải
quyết một cách toàn diện. Nếu dùng máy biến áp để cung cấp điện động lực và
chiếu sáng cho hộ tiêu thụ thì sơ đồ lưới phải cho phép cắt bớt máy biến áp
trong những giờ không làm việc hoặc ngày nghỉ và chuyển việc cấp điện chiếu
sáng thường trực sang máy biến áp riêng công suất nhỏ hoặc qua đường dây
nối sang một trong những máy biến áp còn làm việc.
Điều 1.2.44. Trong điều kiện làm việc bình thường, tần số hệ thống điện được phép
dao động trong phạm vi ±0,2Hz so với tần số danh định là 50Hz. Trong trường
hợp hệ thống điện chưa ổn định, cho phép độ lệch tần số là ± 0,5Hz.
Phía hộ tiêu thụ điện có công suất sử dụng từ 80 kW trở lên hoặc máy biến áp
có dung lượng từ 100 kVA trở lên phải đảm bảo có hệ số công suất cosφ ≥
0.85 tại điểm đặt công tơ mua bán điện. Trong trường hợp cosφ < 0.85 thì phải
thực hiện các biện pháp sau:
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phân tích chất lượng điện năng


Báo cáo nội dung thực hiện đề tài cấp bộ 2010
Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa

Trang 1-20


ü Lắp đặt các thiết bị bù công suất phản kháng để nâng cosφ đạt từ 0.85 trở
lên;
ü Mua thêm công suất phản kháng trên hệ thống điện của phía cung cấp.
Trường hợp phía hộ tiêu thụ có khả năng phát công suất phản kháng lên lưới,
hai bên có thể thỏa thuận việc mua bán đó trong hợp đồng.
1.4 Các thiết bị giám sát chất lượng điện năng trên thế giới
Chương trình giám sát chất lượng điện năng thường được thúc đẩy bởi nhu
cầu nâng cao chất lượng điện năng. Nhiều khách hàng công nghiệp và thương mại
có các thiết bị nhạy cảm với rối loạn điện, và, do đó, họ rất quan tâm đến vấn đề
hiểu rõ chất lượng điện được cung cấp. Ví dụ các thiết bị nhạy cảm với rối loạn điện
bao gồm mạng máy tính, thiết bị viễn thông, các cơ sở sản xuất linh kiện điện tử,
công nghệ sinh học và phòng thí nghiệm dược phẩm,…. Do đó, trong thập kỷ qua
rất nhiều công ty trên thế giới đã triển khai chương trình giám sát chất lượng điện
năng rộng lớn.
Việc giám sát chất lượng điện năng là một phần của một dịch vụ nâng cao chất
lượng điện năng. Nhiều nhà sản xuất năng lượng điện trên thế giới hiện đang xem
xét các dịch vụ bổ sung để cung cấp cho khách hàng. Một trong những dịch vụ này
là sẽ cung cấp mức độ khác biệt về chất lượng điện để phù hợp với nhu cầu của
khách hàng cụ thể. Một nhà cung cấp và khách hàng có thể đạt được mục tiêu này
bằng cách sửa đổi hệ thống điện hoặc bằng cách cài đặt trang thiết bị bên trong cơ
sở của khách hàng. Trong cả hai trường hợp, giám sát chất lượng điện năng trở nên
thiết yếu để thiết lập các chuẩn mực và xác minh rằng hợp đồng cung cấp điện đạt
được về chất lượng.
Hình vẽ 14 minh họa tiến trình phát triển của thiết bị phân tích chất lượng điện
năng trên thế giới.
1.4.1 Các thiết bị phân tích chất lượng điện năng
Thiết bị phân tích hài (harmonic analyzer) hay đồng hồ đo hài (harmonic

meter), là dụng cụ được sử dụng để đo (và ghi dữ liệu) méo sóng hài (harmonic
distortion, HD), một thiết bị tiêu biểu của thiết bị phân tích chất lượng điện năng.
Nói chung các thiết bị phân tích hài bao gồm một màn hình hiển thị dạng sóng, đầu
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phân tích chất lượng điện năng


Báo cáo nội dung thực hiện đề tài cấp bộ 2010
Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa
Trang 1-21


vào (các) điện áp, và đầu vào (các) dòng điện, có thể có thêm tính năng truyền
thông như một RTU trong mạng. Các thiết bị phân tích hài thường sử dụng phân
tích Fourier rời rạc để kết xuất các thành phần hài. Về kiểu dáng thì, một số các
thiết bị là loại thiết bị cầm tay, một loại để bàn và một loại nữa là gắn trên các panel
giám sát điều khiển.
Đối với loại gắn trên các panel giám sát thì chúng có khả năng nối mạng, hoạt
động đo lường phân tích sóng hài liên tục, chúng thường được gọi là các Smart
power quality monitor. Một số loại dụng cụ cung cấp việc kết xuất nhanh méo
dạng sóng và hài ngay trong quá trình thực hiện phép đo, trong khi một số dụng cụ
lại có khả năng ghi lại các kết xuất cũng như ghi lại HD theo thời gian, loại dụng cụ
này có giá thành, tất nhiên, cao hơn và thường có phần mềm máy tính phân tích số
liệu đi kèm. Nói chung, tùy thuộc vào vấn đề chất lượng điện năng mà người sử
dụng sẽ lựa chọn loại dụng cụ nào cho phù hợp mục đích. Một vấn đề khác đó là
liên quan đến tần số hài cao nhất cần quan tâm là gì khi sử dụng và lựa chọn dụng
cụ phân tích hài, tất nhiên, điều này phụ thuộc vào thời điểm cũng như kế hoạch vận
hành tải của các hộ tiêu thụ. Theo kinh nghiệm của các chuyên gia chất lượng điện
năng thì sóng hài bậc 15 là “đủ” để phân tích các vấn đề chất lượng điện năng.
Đối với các thiết bị phân tích hài có khả năng phân tích đến hài bậc 15 thì yêu
cầu tần số lấy mẫu ít nhất phải là 1500 mẫu trên một giây (tần số cơ bản là 50Hz,

1500 = 15 x 50 x 2), theo luật Nyquist, hay nói cách khác là trong một chu kỳ lưới
điện (20ms) thì dụng cụ phân tích sóng hài phải lấy tối thiểu 25 mẫu. Tất nhiên, nếu
lấy mẫu với tần số cao thì việc phản ảnh chính xác dạng sóng càng cao. Ngoài ra,
với các dụng cụ phân tích sóng hài đó thì các dây cáp tín hiệu điện áp có độ dài lớn
nhất mà không gây ảnh hưởng biến dạng (ảnh hưởng bởi điện dung của đôi dây)
đến tín hiệu có tần số cao nhất (hài bậc 15) là khoảng 6 mét.
Đối với các thiết bị phân tích HD dòng điện thì yêu cầu phải cân nhắc một số
điểm đặc biệt. Hầu hết thiết bị phân tích HD dòng điện sử dụng các đầu dò dòng
điện (current probes) sử dụng một biến áp lõi sắt được thiết kế để quấn dây dẫn
xung quanh, xem hình 15.
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phân tích chất lượng điện năng


Báo cáo nội dung thực hiện đề tài cấp bộ 2010
Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa
Trang 1-22



Hình 14. Tiến trình phát triển thiết bị phân tích chất lượng điện năng trên thế giới

Lõi sắt của đầu dò dòng điện dễ bị lỗi tại các tần số cao và bão hòa tại các
dòng điện cao hơn giá trị danh định. Do đó, việc kiểm tra các đầu dò dòng điện cho
các xét nghiệm HD thì cần đảm bảo rằng các đầu dò phù hợp cho việc sử dụng ở tần
số cao mà không có một mất mát đáng kể về độ chính xác, mức độ cho phép sai số
đến 5% đối với hài bậc cao.

Hình 15. Đầu dò dòng điện
Hình 16 minh họa một dụng cụ đo lường HD cầm tay một phase, thiết bị có
thể được sử dụng trong các mạch lên đến 600 VAC.

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy phân tích chất lượng điện năng


Báo cáo nội dung thực hiện đề tài cấp bộ 2010
Viện nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa
Trang 1-23



Hình 16. Thiết bị phân tích HD cầm tay một phase FLUKE 39/41
Hình 17 minh họa một thiết bị phân tích HD loại để bàn đang thực hiện các kết
xuất HD và dữ liệu lịch sử HD trong một thời gian quy định. Các kết xuất HD cùng
với các dữ liệu lịch sử này rất hữu ích trong việc xác định tính chất của sóng hài.

Hình 17. Thiết bị phân tích HD để bàn
Hình 18a minh họa một thiết bị phân tích HD loại gắn trên panel giám sát. Đối
với những loại thiết bị này thì chúng thường tích hợp tính năng kết nối mạng, để tạo
thành một hệ thống tự động giám sát chất lượng điện năng, hình 18b.