Nghiên cứu chất lượng điện áp và các giải pháp nâng cao chất lượng điện áp khu vực

Chapter 1 LỜI MỞ ĐẦU
Đất nước ta ngày nay đang trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa, nền
kinh tế quốc dân ngày càng phát triển mạnh mẽ, đời sống người dân ngày càng
được cải thiện, trình độ dân trí được nâng cao. Theo thống kê và dự báo của Tập
đoàn Điện lực Việt Nam thì trong những năm tới nhu cầu sử dụng điện của cả quốc
gia tăng từ 14% đến 16%. Để đáp ứng nhu cầu đó, hệ thống điện đã được đầu tư và
nâng cấp, từ việc xây dựng mới và cải tạo lại các nguồn điện và mạng lưới đã có
cho tới việc quy hoạch lại lưới điện ở các cấp điện áp khác nhau nhằm đáp ứng nhu
cầu ngày càng tăng của phụ tải điện.
Cùng với sự phát triển ồ ạt của hệ thống lưới điện và nguồn điện là các tuyến
đường dây không đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật, vì đã cũ nát, bên cạnh đó là các
thiết bị đã lạc hậu, thiếu tính đồng bộ không đủ tiêu chuẩn vận hành. Việc xây
dựng không dựa trên một quy hoạch tổng thể mang tính tùy tiện, tự phát, cùng với
sự tăng nhanh của phụ tải dẫn đến tình trạng quá tải trên đường dây. Vì vậy quá
trình truyền tải và phân phối điện đã gây ra tổn thất điện năng và hao tổn điện áp
lớn làm ảnh hưởng đến chất lượng điện cung cấp cho các hộ tiêu thụ điện và chất
lượng làm việc của các thiết bị điện, từ đó ảnh hưởng gián tiếp tới các hộ tiêu thụ
điện và chính ngành điện.
Trước thực trạng đó, ngành điện đã có nhiều chương trình, đề tài nghiên cứu
và thực hiện rất nhiều biện pháp nhằm mục đích giảm tổn thất điện năng, nâng cao
chất lượng điện. Nhờ vậy tổn thất điện năng trung bình hàng năm trên toàn hệ
thống lưới điện quốc gia đang giảm một cách đáng kể, chất lượng điện được nâng
cao rõ rệt.
Trong phạm vi của đồ án em đi sau nghiên cứu về ảnh hưởng của chất lượng
điện năng tới các hộ sử dụng điện, trên cơ sở đó đưa ra các giải pháp nhằm đảm
bảo và nâng cao chất lượng điện năng cho các hộ tiêu thụ điện.
Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã nhận được sự chỉ bảo rất tận tình của


cô NGUYỄN THỊ KHÁNH và các thầy cô khác trong khoa.
Em xin chân thành cảm ơn!

Lạng Sơn, ngày… tháng 03 năm 2016
Sinh Viên


CHƯƠNG 1:
CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP
1.1.

Các chỉ tiêu về chất lượng điện.
Chất lượng điện năng có quan hệ tới nhiều yếu tố. Vì thế để giải quyết hợp

lí vấn đề đảm bảo và nâng cao chất lương điện năng có lẽ là một trong những vấn
đề khó khăn nhất khi thiết kế cung cấp điện.
Chất lượng điện năng được đánh giá dựa trên hai chỉ tiêu là chất lượng điện
áp và chất lượng tần số. Chất lượng điện năng là mức độ trùng hợp của điện áp và
tần số so với giá trị chuẩn đã quy định.
Chất lượng điện năng ảnh hưởng tới các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật của các hộ
dùng điện. Các thiết bị dùng điện chỉ có thể làm việc với hiệu quả tốt trong trường
hợp điện năng có chất lượng cao.
1.1.1.

Tiêu chuẩn điện áp
Với lưới điện ba pha xoay chiều người ta quy định chất lượng điện áp theo 5

đại lượng sau đây:
1. Độ lệch điện áp( khi tốc độ biến đổi của điện áp nhỏ hơn 1% trong 1 giây)
so với giá trị định mức :

qU =

U − U dm
.100%
U dm

(1-1)

2. Độ dao động điện áp ( khi tốc độ biến đổi của điện áp không nhỏ hơn 1%
trong 1 giây)
δU =

U max − U min
.100%
U dm

(1-2)


3. Độ không hình sin của dạng đường cong điện áp :
K K .Sin

Uγ

∑ .100%
=
U1

Uγ

=

∑

∞

∑U γ2

γ =2

trong đó

(1-3)

1

U - Điện áp thành phần cơ bản
Khi

K K .Sin ≤ 5%

thì dạng của đường cong điện áp thường chỉ cần tính đến bậc

13 là đủ.
4. Độ không đối xứng của điện áp :
K2 =

0

U2
U phadinhmuc

.100% =

0

0

U A + a 2 U B + aU C
3U dm

.100%

(1-4)

Trong đó

U2

0

- điện áp thứ tự nghịch a =

Nếu điện áp có

K 2 ≤ 1%

e j120

;

0

a 2 = e j 240

thì có thể xem thực tế như là đối xứng.

5. Độ lệch trung tính.
K0 =

U0
U phadinhmuc

0

.100% =

0

0

I (U A + U B + U C ) I
3U dm

.100%

(1-5)
Trong đó
1.1.2.

U0

- điện áp thứ tự không.

Tiêu chuẩn tần số
Chất lượng tần số được đánh giá theo 2 dại lượng sau đây .
a. Độ lệch tần số ( lấy trong khoảng thời gian là 10 phút)


Độ lệch tần số so với tần số định mức:
∆f =

f − f dm
.100
f dm

(1-6)

Độ lệch tần số phải nằm trong giới hạn cho phép:
∆f

≤ ∆f ≤ ∆
min

fmax.

Cũng có nghĩa là tần số phải luôn nằm trong giới hạn cho phép:
fmin

≤

f

≤

fmax

Trong đó:
fmin = fđm fmax = fđm +

∆f
min

∆

fmax

b. Độ dao động tần số ( khi tốc độ biến đổi của tần số nhỏ hơn 0,2 HZ trong
thời gian một giây).
f =

∆

f max − f min
.100%
f dm

(1-7)

Độ dao động tần số đặc trưng bởi độ lệch giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất
của tần số khi tần số biến thiên nhanh với tốc độ lớn hơn 0,1%. Độ dao động tần số
không được lớn hơn giá trị cho phép.
Ví dụ, theo

ΓOCT

13109- 87[6] của Nga thì độ lệch tần số cho phép là ±0,2 Hz với

xác suất 95% (22,8 h/ngày), độ lệch tối đa cho phép là ±0.4 Hz trong mọi


thời gian và chế độ sự cố cho phép độ lệch ±0,5 ÷ 1 Hz với tổng độ kéo dài
không quá 90 h/năm. Độ dao động tần số không vượt quá 0,2 Hz
Theo tiêu chuẩn Singapo [2], độ lệch tần số cho phép là 1%, tức là ±0,5 Hz.
Ngoài ra, chất lượng điện năng còn được đánh giá bằng chỉ tiêu là độ tin cậy
của hệ thống, tức là tính lien tục cung cấp điện. Giữ cho độ lệch và dao động của
tần số nằm trong phạm vi cho phép là nhiệm vụ của các nhà máy phát điện, các hộ
dùng điện ít ảnh hưởng tới tần số, vì vậy về sau này chúng ta sẽ không đề cập đến
các biện pháp đảm bảo chất lượng tần số.
Nâng cao chất lượng điện năng sẽ trực tiếp ảnh hưởng tới số lượng và chất
lượng các sản phẩm làm ra. Vì vậy khi thiết kế, người thiết kế phải tìm hiểu kĩ quá
trình công nghệ, xác định ảnh hưởng của chất lượng điện năng đối với chất lượng
sản phẩm và sự làm việc bình thường của xí nghiệp. Trên cơ sở đó người thiết kế
lựa chọn một cách hợp lí các biện pháp nâng cao chất lượng điện năng. Khi vận
hành cần tuân thủ chặt chẽ các quy tình quy phạm để đảm bảo cho hệ thống cung
cấp điện đạt được những chỉ tiêu đã xác định lúc thiết kế.
1.2.

Ảnh hưởng của chất lượng điện đối với các hộ tiêu thụ.

Diễn biến điện áp trong lưới điện.

Hình 1: Diễn biến điện áp trong lưới điện.
- Ở chế độ max, nhờ điều áp dưới tải ở trạm trung gian, điện áp đầu nguồn
đạt độ lệch E1. Tổn thất điện áp

∆U TA1

làm điện áp trên thanh cái trung áp của trạm

phân phối giảm xuống ( đường 1), nhưng nhờ có đầu phân áp cố định ở MBA phân
phối nên điện áp tăng lên EP, ở đầu ra của MBA điện áp tụt xuống do tổn thất điện
áp trong MBA phân phối

∆U B1

, ở điểm A cuối lưới phân phối hạ áp điện áp thấp

nữa do tổn thất điện áp trong lưới hạ áp

∆U H 1

.

- Ở chế độ min tương tự như vậy (đường 2). Độ tăng điện áp EP do đặt đầu
phân áp cố định giữ nguyên giá trị cho chế độ min.
- Nếu điện áp trong lưới hạ áp nằm gọn trong miền chất lượng điện áp (phần
gạch chéo) thì chất lượng điện áp của lưới điện là tốt, ngược lại là không tốt cần
phải thực hiện các biện pháp hiệu chỉnh.
Từ sơ đồ ta có:
δU B1 = E1 − ∆U TA1 + E P − ∆U B1

(1-8)

δU B 2 = E 2 − ∆U TA 2 + E P − ∆U B 2

δU A1 = U B1 − ∆U H 1
δU A 2 = U B 2 − ∆U B 2
⇒

Kết luận: Độ lệch điện áp là tiêu chuẩn chính của chất lượng điện áp, nó ảnh

hưởng rất lớn đến cấu trúc của lưới điện.


1.2.1.

Nguyên nhân gây biến động điện áp.
Độ lệch điện áp được xác định như sau:
δU = U − U dm

δU % =

U − U dm
* 100
U dm

(1-9)

Nếu điện áp đặt vào phụ tải không đúng với điện áp định mức của phụ tải
yêu cầu thì ít nhiều tình trạng làm việc của phụ tải đó cũng trở nên không tốt. Hay
độ lệch điện áp càng lớn thì chỉ tiêu kinh tế của các thiết bị dùng điện càng thấp.Sự

biến động điện áp là do các nguyên nhân sau đây:
1.2.2.

Nguyên nhân phát sinh ở bản thân các hộ tiêu thụ điện

- Phụ tải của các hộ dùng điện luôn luôn thay đổi gây nên độ lệch điện áp.
Vì phụ tải thay đổi khiến công suất chuyên trở trong mạng điện thay đổi, mức tổn
thất điện áp trong mạng cũng thay đổi gây ra các độ lệch khác nhau về điện áp.
Đây là các biến đổi tự nhiên và chậm.
VD: Đèn điện thắp sáng vào ban ngày chỉ bằng 10-15% vào buổi tối. Các
khu công nghiệp lớn, phụ tải đêm chỉ bằng 40-50% của phụ tải lớn nhất.
- Khởi động các động cơ.
- Sự thay đổi đột ngột của động cơ công suất lớn.
1.2.3.

Nguyên nhân phát sinh do sự cố biến đổi về tình trạng vận hành của hệ thống điện

- Phương thức vận hành của các nhà máy điện.
VD: các nhà máy thuỷ điện nếu không có hồ chứa nước thì mùa nước sẽ vận
hành mãn tải, còn tới mùa cạc nước thì phải cho dừng một số máy phát, giảm bớt
phần cung cấp cho hệ thống.
-

Sự thay đổi trong cấu trúc lưới điện.


VD: Thời kỳ đại tu phải cho một số máy dừng hoạt động.
Những sự thay đổi này làm cho sự phân bố công suất trong toàn bộ hệ thống
bị thay đổi, làm thay đổi mức tổn thất điện áp dẫn đến làm thay đổi độ lệch điện áp
ở nơi tiêu thụ điện.

1.2.4.

Ảnh hưởng của chất lượng điện áp tới hộ dùng điện

1.2.4.1.

Chất lượng điện năng của các hộ dùng điện không đạt yêu cầu

- Đối với động cơ không đồng bộ:
Khi điện áp trên cực động cơ bị giảm thấp thì mômen quay và tốc độ quay sẽ
giảm, dòng điện trong stato tăng lên làm tăng phát nóng trong động cơ, động cơ
khó khởi động, thời gian khởi động kéo dài.
- Đối với máy công cụ:
Do động cơ truyền động thì ảnh hưởng của điện áp còn liên quan đến phụ tải
cơ, đến hiệu suất công tác của thiết bị.
Cụ thể điện áp giảm ngắn mạch đến 15% thì khởi động từ có thể không giữ
đuợc, gây cắt điện. Dòng khởi động ngắn hạn của động cơ KĐB ( có thành phần
trở kháng là chủ yếu) có thể gây ra trên lưới điện có điện kháng cao ( thanh dẫn,
đường dây trên không ) và kháng điện độ giảm áp lớn làm ảnh hưởng đến làm việc
bình thường của động cơ đang làm việc hoặc đang khởi động.
Nếu điện áp giảm thấp quá thì bản thân động cơ có thể khởi động không
thành công. Hiện tượng này thường gặp ở các máy bơm nước phục vụ tưới tiêu.
- Đối với thiết bị chiếu sáng:
Khi điện áp giảm, quang thông của đèn nung nóng sẽ giảm. Điện áp giảm
5% thì quang thông giảm 10% dẫn đến giảm năng suất và chất lượng lao động,
không đảm bảo an toàn lao động.
Khi điện áp tăng cao, tuổi thọ của đèn sẽ giảm.


Điện áp luôn tăng 1% so với điện áp định mức của đèn, tuổi thọ của đèn

giảm 15%, khi điện áp luôn tăng 5%, tuổi thọ giảm một nửa, khi điện áp luôn tăng
10-15%, bóng đèn sẽ bị cháy.
VD: Đối với đèn huỳnh quang, điện áp tăng 10% tuổi thọ của đèn giảm 2030%. Nếu điẹn áp của đèn giảm đèn khó khởi động. Khi điện áp giảm trên 30%
đèn không khởi động được.
Đối với đèn sợi tim ( hay đèn nung sáng)
Ta có đặc tính của đèn như hình vẽ sau:

Hình 2: Đặc tính của đền nung nóng
Quang thông

Φ

và thời gian phục vụ T của đèn phụ thuộc vào điện áp đặt vào.

Điện áp càng tăng thì quang thông càng tăng nhưng thời gian T lại càng giảm.
- Đối với các lò điện, sự biến đổi điện áp ảnh hưởng rất nhiều đến đặc tính kinh
tế- kỹ thuật của các lò điện.


VD: Khi điện áp ở các lò luyện kim giảm 10-15% thì thành phẩm có thể giảm từ
15-20% do hư hỏng và do thời gian bị kéo dài.
- Đối với các dụng cụ đốt nóng, các bếp điện trở:
∆P = 3I 2 R = 3 * (

U
3*R

)2 * R =

U2

R

(1-10)

Như vậy tổn thất công suất trong các hộ tiêu thụ loại này sẽ tỉ lệ thuận với
bình phương điện áp đặt vào. Khi điện áp giảm, hiệu quả của các phần tử đốt
nóng sẽ giảm xuống rõ rệt.
1.2.4.2.

Ảnh hưởng xấu đến công tác của hệ thống điện

- Điện áp tăng quá cao gây nguy hiểm cho thiết bị hệ thống điện.
VD: Điện áp trên đường dây dài trong chế độ không tải, điện áp tăng rất cao
gây nguy hiểm cho thiết bị và quá tải máy phát điện.
- Điện áp thấp: làm giảm ổn định tĩnh, giảm khả năng ổn định động và ổn
định tổng quát. Nếu thấp quá có thể gây mất ổn định phụ tải.
VD: Đối với máy biến áp, khi điện áp tăng làm tăng tổn thất không tải, tăng
tự cảm ứng trong lõi thép và có thể dẫn đến nguy hiểm do máy bị phát nóng cục
bộ, khi điện áp tăng quá cao sẽ làm hỏng cách điện. Điện áp giảm sẽ làm giảm
lượng công suất phản kháng do máy phát điện và các thiết bị bù sinh ra.
1.2.4.3.

Thiệt hại của hộ tiêu thụ khi điện áp không đủ chất lượng

H=

2
2
1 ∂ξ
1 ∂ζ

* 2 * (∂u ) 2 =
* (u − u 0 ) 2 = k * (u − u 0 ) 2
2
2 ∂u
2 ∂u

(1- 11)

Thiệt hại chất lượng điện áp gồm 2 thành phần: một phần tỉ lệ thuận với
phương sai, nghĩa là độ lệch trung bình bình phương so với giá trị trung bình và
phần kia là bình phương của độ lệch trung bình so với giá trị điện áp tối ưu U0.


Như vậy để giảm thiệt hại cần phải giảm độ lệch điện áp so với giá trị trung
bình ( giảm phương sai ) và giảm độ lệch của giá trị trung bình U so với mức tối
ưu.
1.2.4.4.

Chỉ tiêu độ lệch điện áp

- Động cơ xí nghiệp công nghiệp -5%
- Thiết bị chiếu sáng -2.5%

≤ δU ≤ 10%

≤ δU ≤ 5%

- Các thiết bị dùng điện khác ở thành phố và xí nghiệp
- Thiết bị dùng điện đấu vào mạng điện nông nghiệp

− 5% ≤ δU ≤ 5%

− 10% ≤ δU ≤ 7.5%

Trong trạng thái sự cố cho phép tăng giới hạn trên thêm 2.5% và giảm giới
hạn dưới thêm 5%.
1.2.4.5.

Quan hệ công suất phản kháng với điện áp

Nhu cầu công suất phản kháng thay đổi gây ra sự biến đổi điện áp.Trong
lưới hệ thống siêu cao áp, điện trở R của đường dây nhỏ hơn nhiều so với điện
kháng X nên thành phần dọc trục

∆U

hoàn toàn phụ thuộc vào công suất Q trên tải

lưới.
Khi điện pá tại một điểm nào đó nằm trong phạm vi cho phép thì công suất
phản kháng của nguồn đủ đáp ứng yêu cầu của phụ tải tại điểm đó. Nếu điện áp
cao thì là thừa công suất, còn điện áp thấp thì là thiếu công suất phản kháng.
Công suất phản kháng thường thiếu trong chế độ phụ tải max cần phải có
thêm nguồn, còn trong chế đọ min lại có nguy cơ thừa do điện dung của đường dây
và cáp gây ra, cần phải có thiết bị tiêu thụ.
Cân bằng công suất phản kháng vừa có tính chất hệ thống vừa có tính chất
địa phương. Do đó điều chỉnh cân bằng công suất phản kháng phải thực hiện cả ở


cấp hệ thống và cấp địa phương. Ở cấp hệ thống điều chỉnh ở mức điện áp trung

bình của hệ thống, còn ở cấp địa phương điều chỉnh nhằm đạt được yêu cầu điện
áp cụ thể của địa phương.
Vấn đề đảm bảo chất lượng điện áp phải được quán triệt từ quá trình thiết kế
đến vận hành mạng điện. Khi phụ tải thay đổi theo thời gian, cần phải kịp thời đề
ra và thực hiện các biện pháp sao cho chất lượng điện áp luôn luôn đạt tiêu chuẩn
quy định.
1.2.4.6.

Ảnh hưởng của chất lượng điện năng đến sự làm việc của hộ tiêu thụ

Tuỳ theo loại hộ tiêu thụ mà mà ảnh hưởng của chất lượng điện áp và tần số
cũng có mức độ khác nhau.
a. Các dụng cụ đốt nóng, các bếp điện trở:
Tổn thất công suất đối với các dụng cụ một pha sẽ là:
U2
∆P = I R =
R
2

(1-12a)

Còn đối với hộ tiêu thụ ba pha:
2
 U 
U2
2
∆P = 3I R = 3
 R =
R
 3R 

(1-12b)

Như vậy tổn thất công suất trong các hộ tiêu thụ loại này sẽ tỉ lệ thuận với
bình phương của điện áp đặt vào. Khi điện áp giảm, hiệu quả của các phần tử đốt
nóng sẽ giảm xuống rõ rệt.
b. Đèn sợi tim còn gọi là đèn nung sang:
Quang thông

Φ

và thời hạn phục vụ của đèn T phụ thuộc vào điện áp đặt

vào, có thể xây dựng được bằng thực nghiệm cho ở bảng sau:


Điện áp đặt vào %
Quang thông

Φ

%

Thời hạn phục vụ của đèn sợi tim T

90

95

100

105

110

68

82

100

120

135

360

150

100

55

30

Với các đèn huỳnh quang, khi điện áp tăng lên 10% định mức thì tuổi thọ của đèn
giảm 20 – 25%. Với các đèn có khí, khi điện áp giảm xuống quá 20% định mức thì
nó sẽ tắt. Với các ống đèn hình, khi điện áp giảm nhỏ hơn 95% điện áp định mức
thì chất lượng hình ảnh sẽ bị méo mó. Các đài phát hoặc thu vô tuyến, các thiết bị
liên lạc bưu điện, các thiết bị tự động hoá rất nhạy cảm với sự thay đổi của điện áp.

Các Tivi nhạy cảm với cả điện áp và tần số.
c. Tụ điện tĩnh
Công suất phản kháng của tụ điện tĩnh tỉ lệ thuận với tần số và bình phuơng của
điện áp đặt vào:

Qbù =
1.3.

U2
.ω.C = U 2 2πfC
XC

(1-13)

Các phương pháp đánh giá chất lượng điện áp

1.3.1. Đánh giá chất lượng điện theo độ lệch giới hạn của điện áp
Ta biết rằng hao tổn điện áp trong mạng điện được xác định theo công thức:
∆U =

P.R + Q.X
Un

Trong đó :

(V);

(1-14)

P, Q - Công suất tác dụng và phản kháng.
R, X - Điện trở tác dụng và phản kháng.
Un - Điện áp định mức của mạng điện.
Điện áp tại đầu vào của thiết bị dùng điện được xác định theo biểu thức:
U = Un - ∆U;
Độ lệch điện áp tại đầu của hộ dùng điện được xác định:
ν =

U - Un
.100
Un

(%);

(1-16)

So sánh giá trị này với độ lệch điện áp cho phép đối với các loại thiết bị
dùng điện ta có thể đánh giá được chất lượng điện áp của lưới. Điện áp được coi là
ν cp- ≤ ν ≤ ν cp+

đảm bảo nếu
1.3.2.

.

Đánh giá chất lượng điện theo tiêu chuẩn tích phân điện áp.
Vì số lượng phụ tải trong lưới điện rất lớn, chúng ta không thể hạn chế độ

lệch điện áp và tiêu chuẩn hoá đối với từng thụ điện riêng mà phải đặt ra chỉ tiêu
trung bình đối với toàn bộ nhóm tiêu thụ. Nghĩa là chỉ nói đến giá trị trung bình

chứ không nói đến giá trị tức thời thực tế. Chính vì vậy để đánh giá chất lượng điện
ta cần sử dụng không những giá trị tuyệt đối mà cả khoảng thời gian của độ lệch
điện áp, nghĩa là chúng ta phải xét hàm ν = f(t). Với hàm này chúng ta có thể xác
định điện áp trung bình sau một chu kì xét T nào đó.
Độ lệch trung bình của điện áp so với định mức xác định bởi tích phân hàm
độ lệch điện áp ν(t) trong khoảng thời gian T:
T

Vtb =

100
ν (t)dt (%)
T ∫0

;

(1-17)


Tuy nhiên, giá trị trung bình của độ lệch điện áp đôi khi cho chúng ta những
kết luận nhầm lẫn, vì ở một thời điểm nhất định trị số độ lệch điện áp ν có thể âm
hoặc dương, dẫn đến sự triệt tiêu lẫn nhau khi thực hiện phép tính phân. Đặc trưng
đầy đủ hơn của chất lượng điện áp là độ lệch trung bình bình phương của nó hay
còn gọi là độ bất định của điện áp (H) trong khoảng thời gian T.
H=

10 4
T

T

∫ [ν (t)]

2

dt (%) 2 ;

0

(1-18)

Thực tế ν và H có thể đo bằng vôn kế tích phân đặc biệt và được đặt tại các
điểm nút cần xét. Giá trị trung bình tổng hợp của ν và H trong toàn mạng điện
được xác định theo biểu thức:
n

∑ Pν

i i

Vtb =

(%);

i=1
n

∑P

i

i=1

(1-20a)

n

∑PH
i

H tb =

i

i=1
n

∑P

(%) 2 ;

i

i=1

(1-20b)

Trong đó:
Pi - Công suất của thụ điện ở điểm tải i;
n - Số lượng các điểm xét.

1.3.3.

Đánh giá chất lượng điện theo mô hình xác suất thống kê.
Độ lệch điện áp là một đại lượng ngẫu nhiên tuân theo luật phân phối chuẩn,

nên hàm mật độ có dạng:


f(ν) =

1
σ ν . 2π

.e

-

(ν - V) 2
2σ2ν

(1-21)

Trong đó:
ν - Độ lệch điện áp so với giá trị định mức;
V

- Kỳ vọng toán của độ lệch điện áp, xác định bởi:
T

U - Un

1
V = ∫ν t dt = tb
.100
T0
Un

(%);

(1-22)

Trong đó:
Utb - Điện áp trung bình trong khoảng thời gian T;
T - Thời gian khảo sát, h;
σν - Độ lệch trung bình bình phương của độ lệch điện áp, xác định theo
phương sai:
T

2

1
σ = ∫  ν(t) - V)  dt
T0
2
ν

(1-23)

Giữa độ lệch chuẩn của độ lệch điện áp σν và độ lệch chuẩn của điện áp σu
có mối quan hệ:
σν =

σu
.100 (%);
Un

Theo quy tắc “ba xích ma” điện áp nằm trong phạm vi:
Umin = Utb - 3σu ≤ U ≤ Utb + 3σu = Umax.

(1-24)


Lấy Umax – Umin = 6σu ta có:
σu =

U max - U min
(V)
6

;

Điện áp trung bình được xác định:
U tb =

U max + U min
(V)
2

;

(1.25)

Xác suất chất lượng là xác suất mà độ lệch điện áp của mạng điện nằm trong
giới hạn cho phép:
ν+

PCL = p(ν- < ν < ν+) =

ν+

∫ f(ν )dV= ∫ σ .

ν

-

ν

-

ν

1
2π

e

-

(ν t -Vtb ) 2
2σν2

dν

= F(x2) - F(x1);

Trong đó:
x1 =

ν - - Vtb
σν

x2 =

;

ν + - Vtb
σν

;

(1-27)

F(x) là hàm Laplace, nếu là hàm lẻ thì F(-x) = - F(x) ;
Xác suất chất lượng của cả đường dây được tính theo công thức:
p CL =

∑ p .P
∑P
cli

j

j

;

(1-28)

Trong đó: Pj - Công suất tác dụng tại điểm j ta xét.
Khi đó ta tính được:
Thời gian chất lượng:
TCL = pCL.T (h);

(1-26)


Điện năng chất lượng
ACL = pCL.A;
A - Tổng điện năng tiêu thụ trong thời gian T;

Độ bất định của điện áp được xác định:

H = ν 2 + σν2

;

Các đại lượng H, ν, σν là những đại lượng đóng vai trò quan trọng không chỉ
trong việc đánh giá chất lượng điện mà còn trong việc xác định các chỉ tiêu kinh tế
- kỹ thuật có liên quan đến chất lượng điện.
1.3.4.

Đánh giá chất lượng điện theo phương pháp giải tích.
Các thành phần đối xứng của dòng điện được xác định theo biểu thức:
M 12R + M 12X

I1 =

3

M 22R + M 22X

;

3

I2 =

Với M1R = ( IA + IB + IC).cos
M1X = ( IA + IB + IC).sin

M2R = IA cos

M2X = IA sin

ϕ

M0R = IA cos

M2X = IA sin

ϕ

ϕ

ϕ

-

-

-

-

1
2

1
2

1
2

1
2

ϕ

M 02R + M 02X

;

I3 =
ϕ

;

3

(1-29)

;

;

( IB + IC) cos

( IB + IC) sin

ϕ

( IB + IC) cos

( IB + IC) sin

ϕ

ϕ

ϕ

+

+

-

-

3
2

3
2

( IB - IC) sin ;
ϕ

( IB - IC) cos ;

3
2

3
2

ϕ

ϕ

( IB - IC) sin ;
ϕ

( IB - IC) cos ;


- Trong trường hợp mạng điện không có dây trung tính, tổng 3 vectơ dòng
hoặc điện áp bằng 0.
Giả sử ta có tổng các vectơ IA + IB + IC = 0, các thành phần đối xứng được
xác định theo biểu thức:

I1 =

I2 =

2 + I 2 + I 2 + 4α 3
IA
B
C
; ( A)
6

2 + I 2 + I 2 − 4α 3
IA
B
C
; ( A)
6

I0 = 0;

Trong đó:

b=

α = b(b − I A )(b − I B )(b − I C ) ;

I A + I B + IC
2

I2

Hệ số phi đối xứng:
1.4.
1.4.1.

kkđx =

I1

.100%

Các phương pháp nâng cao chất lượng điện.
Các phương pháp điều chỉnh điện áp.

Để điều chỉnh điện áp ta có thể sử dụng các biện pháp sau đây:
Điều chỉnh điện áp máy phát điện bằng cách điều chỉnh dòng điện kích thích.
Điều chỉnh điện áp đầu ra của máy biến áp tăng áp và của máy biến áp giảm áp
bằng cách đặt đầu phân áp cố định hoặc điều áp dưới tải.
Điều chỉnh điện áp trên đường dây tải điện bằng máy biến áp điều chỉnh và máy

biến áp bổ trợ.


Đặt các thiết bị bù ngang có điều chỉnh để thay đổi tổn thất điện áp trên đương
dây, có thể dùng bộ tụ điện, máy bù đồng bộ hoặc động cơ điện đồng bộ có điều
chỉnh kích từ.
Đặt thiết bị bù dọc trên đường dây để thay đổi điện kháng đường dây nhằm thay
đổi tổn thất điện áp.
Về địa điểm thực hiện điều chỉnh điện áp, có thể ở nhà máy điện, trên mạng
điện khu vực và ở mạng điện địa phương hoặc đặt ngay tại thiết bị dùng điện.
Theo bản chất vật lý, chỉ có hai phương pháp điều chỉnh điện áp, hoặc tăng
thêm nguồn công suất phản kháng ( các phương pháp 1 và 4) hoặc phân bố lại công
suất phản kháng trong mạng điện ( các phương pháp còn lại ), phương pháp sau chỉ
có hiệu quả khi hệ thống điện có đủ công suất phản kháng. Khi hệ thống điện thiếu
công suất phản kháng, phương pháp duy nhất để điều chỉnh điện áp là tăng thêm
các nguồn công suất phản kháng.
Để có thể điều chỉnh tốt điện áp, quá trình điều chỉnh được chia theo thời gian
thành ba giai đoạn, mà hệ thống điều chỉnh điện áp của điện lực Pháp thực hiện có
hiệu quả là: điều chỉnh sơ cấp, điều chỉnh thứ cấp và điều chỉnh cấp ba.
- Điều chỉnh sơ cấp
Điều chỉnh sơ cấp là quá trình đáp ứng nhanh và tức thời các biến đổi nhanh
và ngẫu nhiên điện áp của thiết bị điều chỉnh điện áp máy phát và các máy bù tĩnh.
Điều chỉnh sơ cấp thực hiện tự động trong thời gian vài chục phần trăm giây. Điều
chỉnh sơ cấp nhằm mục đích giữ điện áp lưới điện ở mức an toàn, tránh nguy cơ
suy áp trong chế độ vận hành bình thường và nhất là khi có sự cố.
- Điều chỉnh thứ cấp
Điều chỉnh thứ cấp để đối phó với các biến đổi chậm của điện áp. Điều
chỉnh thứ cấp hiệu chỉnh lại các giá trị điện áp chỉnh định của các thiết bị điều

chỉnh sơ cấp trong miền nó phụ trách và điều chỉnh các tụ bù, các kháng điện và
các máy biến áp điều áp dưới tải trong từng miền. Quá trình này kết thúc trong
vòng 3 phút.
Hệ thống điện được chia thành từng miền tương đối độc lập về phương diện
biến động điện áp, các miền có khả năng tự thoả mãn yêu cầu công suất phản
kháng. Mức điện áp trong mỗi miền được điều chỉnh bằng một hệ thống điều chỉnh
thứ cấp riêng. Hệ thống này tác động nhanh và có phối hợp với các nguồn công
suất phản kháng trong miền. Hoạt động của hệ thống dựa trên sự theo dõi và điều
chỉnh điện áp tại một điểm dặc biệt của miền gọi là điểm quan sát (hay gọi là điểm
hoa tiêu). Thiết bị điều chỉnh đặt ở điều độ miền nhận giá trị điện áp đo tại điểm
quan sát ( cứ 10 giây đo một lần) và so sánh với giá trị chỉnh định của điểm này đã
được tính trứơc (là giá trị điện áp cần được giữ vững tại điểm quan sát), nếu có sai
khác thì đưa ra lệnh điều khiển đến các nguồn công suất phản kháng và máy biến
áp điều áp dưới tải ở trong miền. Lệnh này có thể là tăng thêm công suất phản
kháng phát ra, cũng có thể là tiêu thụ công suất phản kháng thừa.
Sự phân chia thành miền làm cho quá trình điều chỉnh nhanh và đáp ứng
được các yêu cầu cục bộ. Tuy nhiên, chia hệ thống điện thành các miền độc lập
không phải dễ, các miền vẫn có ảnh hưởng và phụ thuộc lẫn nhau, cho nên hệ
thống điều khiển phối hợp với mức độ tự động hoá cao, ngay nay đã được phát
triển và áp dụng để giải quyết vấn đề này.
Gần đây các máy tính được sử dụng trong điều chỉnh các bộ tụ bù theo sát
yêu cầu của phụ tải.
- Điều chỉnh cấp 3
Điều chỉnh cấp 3 để điều hoà mức điện áp giữa các miền điều chỉnh thứ cấp,
với mục đích tối ưu hoá mức điện áp của hệ thống điện theo tiêu chuẩn kinh tế và
an toàn. Quá trình này có thể thực hiện bằng tay hay tự động. Thực hiện nhiệm vụ
này do hệ thống điều độ trung tâm đảm nhiệm.


Điều chỉnh điện áp miền có thể là điều chỉnh tập trung tại các trung tâm

cung cấp điện ( các trạm biến áp khu vực), và cũng có thể là điều chỉnh cục bộ trực
tiếp tại các hộ tiêu thụ.
Tuỳ theo đặc điểm thay đổi của phụ tải, các phương thức điều chỉnh điện áp
lại có thể chia ra theo các dạng sau. Ví dụ, phương thức điều chỉnh điện áp tập
trung lại chia ra ba dạng điều chỉnh: ổn định điện áp, điều chỉnh hai bậc điện áp,
điều chỉnh đối ứng điện áp.
Điều chỉnh ổn định điện áp được thực hiện với hộ tiêu thụ thực tế phụ tải là
không đổi, ví dụ như các xí nhiệp làm việc ba ca cần phải giữ mức điện áp không
đổi. Đồ thị phụ tải ngày điêm của loại này cho ở hình a. Điều chỉnh hai bậc điện áp
thườg được thực hiện với loại hộ tiêu thụ có đồ thị phụ tải hai bậc trên hình b, ví dụ
như các xí nhiệp làm việc một ca. Khi đó chỉ cần giữ hai mức điện áp trong suốt
ngày đêm tương ứng với đồ thị phụ tải. Còn trường hợp phụ tải thay đổi trong suốt
ngày đêm như hình c thì ta phải thực hiện điều chỉnh đối ứng. Với một giá trị phụ
tải sẽ có một trị số điện áp và tổn thất điện áp, tất nhiên bản thân điện áp sẽ biến
đổi theo sự thay đổi của phụ tải.

Để độ lệch điện áp không ra khỏi miền giá trị cho phép, cần phải điều chỉnh
điện áp, ví dụ điều chỉnh điện áp theo sự thay đổi dòng điện phụ tải.
Phụ tải biến đổi chỉ trong ngày đêm mà còn thay đổi trong suốt năm. Tuỳ theo vĩ
độ của mỗi nước, như ở các nước cách xa đường xích đạo, phụ tải lớn nhất trong


năm là vào thu đông và nhỏ nhất là vào mùa hè. Vậy điều chỉnh đối ứng bao gồm
việc thay đổi điện áp theo phụ tải không chỉ trong ngày đêm mà còn theo mùa
trong năm. Như vậy cần phải giữ điện áp tại thanh cái nhà máy điện và trạm
biến áp cao hơn trong thời gian có phụ tải cao nhất và hạ thấp đến điện áp định
mức trong thời gian phụ tải thấp nhất.
1.4.2.

Các thiết bị điều chỉnh điện áp

Các thiết bị sử dụng để điều chỉnh điện áp gồm có:
- Đầu phân áp của các máy biến áp.
- Máy biến áp điều áp dưới tải.
- Máy biến áp bổ trợ và máy biến áp điều chỉnh đường dây.
- Máy bù đồng bộ.
- Bộ tụ điện có điều chỉnh.
- Độnh cơ đồng bộ có điều chỉnh kích từ.
1.4.3.

Tổn thất điện áp và biện pháp nâng cao điện áp vận hành của mạng điện

a.. Giảm tổn thất

∆

U bằng cách chọn sơ đồ cung cấp điện hợp lý.

VD: Dùng sơ đồ “dẫn sâu”, phân nhỏ công suất trạm biến áp và đưa chúng
vào gần trung tâm phụ tải.
Biện pháp này chủ yếu được dung trong giai đoạn thiết kế và có ảnh hưởng sâu
sắc đến toàn bộ hệ thống cung cấp điện.
b. Thay đổi tiết diện dây dẫn.
Biện pháp này được dùng với điện áp thấp, nơi cung cấp trực tiếp cho các phụ tải.
Tuy nhiên biện pháp này làm tăng nhanh vốn đầu tưvà tác dụng điều chỉnh điện áp
của nó rất hẹp, vì vậy thường chỉ áp dụng đối với các phụ tải quan trọng.


c. Điều chỉnh đồ thị phụ tải.
Biện pháp này rất có hiệu quả và không đòi hỏi tăng vốn đầu tư. Nếu sắp xếp phụ

tải một cách hợp lý sao cho đồ thị phụ tải tương đối bằng phẳng sẽ tránh được hiện
tượng điện áp bị sụt quá mức khi phụ tải tăng vọt, tuy nhiên biện pháp này chỉ phù
hợp với các phụ tải sản xuất làm việc theo ca. Đối với phụ tải thuần sinh hoạt như
ở nông thôn rất khó thực hiện.
d. Điều chỉnh điện áp máy phát điện.
Biện pháp này chỉ dùng đối với các nhà máy phát điện.
e. Dùng tụ điện tĩnh để điều chỉnh điện áp.
Có hai cách mắc tụ điện tĩnh vào mạng điện:
- Mắc song song hay còn gọi là biện pháp bù ngang, tổn thất điện áp trên
đường dây được tính như sau:
∆U % =

PR + (Q − Qbù ) X
10U 2

(1-30)

Rõ ràng bằng cách tăng hay giảm lượng Qbù sẽ thay đổi được tổn thất điện
áp

∆U %

. Trong thực tế người ta thường dùng những sơ đồ điều khiển tự động đóng

cắt tụ điện theo mức tăng hoặc giảm điện áp của mạng.
- Mắc nối tiếp
Z = R+ j (XL – XC). Như vậy tổng trở của đường dây giảm xuống khi mắc tụ vào,
do đó giảm đựợc tổn thất điện áp.
Biện pháp này hiện nay chưa được dùng rộng rãi vì còn một số vấn đề kỹ thuật
chưa được giải quyết tốt như ổn định, bảo vệ.

f. Dùng máy bù đồng bộ