Nghiên cứu các phương pháp điều chỉnh điện áp trong lưới phân phối điện,

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân, được xuất phát trong
quá trình học tập và công tác. Các số liệu có nguồn gốc rõ ràng, tuân thủ đúng
nguyên tắc. Kết quả trình bày trong luận văn được thu thập là trung thực chưa từng
được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, tháng 10 năm 2015
Tác giả

Phạm Tiến Cầu


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CC :

Cầu chì

CD :

Cầu dao

CLĐA:

Chất lượng điện áp

CSV

:

Chống sét van

DCL :

Dao cách ly

MBA:

Máy biến áp

MC :

Máy cắt

LĐPP:

Lưới điện phân phối

KH:

Khách hàng

PĐ:

Phân đoạn

SCADA :

Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu từ xa

TBA :

Trạm biến áp

TBAPP:

Trạm biến áp phân phối

TBPĐ :

Thiết bị phân đoạn

TĐL :

Tự động đóng lại đường dây

TĐN :

Tự động đóng nguồn dự phòng


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 4.1: Các thông số kỹ thuật trạm 220, 110kV hiện có của tỉnh Vĩnh Phúc .............. 49
Bảng 4.2: Mang tải các đường dây 220, 110kV hiện có của tỉnh Vĩnh Phúc ................... 51
Bảng 4.3: Các chỉ số kinh tế cho LĐPP tỉnh Vĩnh Phúc ..................................................... 73
Bảng 4.4: Các thông số đường dây 471 E4.3 ....................................................................... 75
Bảng 4.5: Các thông số máy biến áp thuộc lộ 471 E4.3 ...................................................... 76
Bảng 4.6: Các thông số phụ tải ĐZ 471 E4.3 ....................................................................... 76
Bảng 4.7: Kết quả điện áp các nút ở chế độ cực đại ............................................................ 77
Bảng 4.8: Kết quả các dòng công suất trên các nhánh ở chế độ cực đại ........................... 79
Bảng 4.9: Kết quả tổn thất công suất trên các nhánh ở chế độ cực đại .............................. 81
Bảng 4.10: Tổn thất công suất ban đầu của xuất tuyến 471 E4.3 ở chế độ phụ tải cực đại.87
Bảng 4.11:Tổn thất công suất ban đầu của xuất tuyến 471 E4.3 ở chế độ phụ tải cực tiểu.87

Bảng 4.12: Vị trí bù và dung lượng bù phía trung áp cố định............................................. 90
Bảng 4.13: Tổn thất công suất sau khi bù trung áp cố định. ............................................... 90
Bảng 4.14: Vị trí và dung lượng bù TA cố định kết hợp điều chỉnh .................................. 93
Bảng 4.15: Tổn thất công suất sau khi bù TA cố định kết hợp điều chỉnh ........................ 93
Bảng 4.16: Bảng so sánh các phương án bù kinh tế cho xuất tuyến 471 E4.3.................. 94
Bảng 4.17: Kết quả điện áp các nút ở chế độ cực đại sau khi sử dụng phương pháp bù
kinh tế ....................................................................................................................................... 94


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 - Dạng sóng điện áp lý tưởng và các thay đổi thông số lưới điện......................... 4
Hình 1.2 - Sự thay đổi của điện áp trên phụ tải trong ngày. .................................................. 5
Hình 1.3 - Độ lệch điện áp trong lưới hạ áp............................................................................ 7
Hình 1.4 - Độ lệch điện áp trong lưới hạ áp............................................................................ 7
Hình 1.5 - Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối ....................................................... 12
Hình 1.6 - Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối. ...................................................... 13
Hình 1.7 - Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối . ..................................................... 13
Hình 1.8 - Đặc tính của đèn sợi đốt. ...................................................................................... 14
Hình 1.9 - Sự phụ thuộc của P, Q vào điện áp...................................................................... 15
Hình 1.10 - Sự phụ thuộc của tổn thất điện năng vào các hệ số KĐX. .............................. 19
Hình 2.1 - Sơ đồ phân tích các thành phần đối xứng. .......................................................... 23
Hình 4.1. Sơ đồ áp dụng triển khai PSS/ADEPT ................................................................. 61
Hình 4.2 - Giao diện chính của chương trình PSS/ADEPT 5.0.......................................... 63
Hình 4.3 - Các nút và thiết bị vẽ sơ đồ lưới điện. ................................................................. 64
Hình 4.4 - Cửa sổ khai báo tham số lưới điện. ..................................................................... 65
Hình 4.5 - Giao diện hiển thị trào lưu công suất. ................................................................. 66
Hình 4.6 - Hộp thoại thiết đặt thông số trong CAPO........................................................... 66
Hình 4.7 - Cửa sổ tùy chọn CAPO trong bài toán bù kinh tế. ............................................ 67
Hình 4.8 - Đồ thị phụ tải điển hình ngày - Lộ 371 E4.3 .................................................... 71
Hình 4.9 - Đồ thị phụ tải điển hình - Lộ 471 E4.3 .............................................................. 72

Hình 4.10 - Sơ đồ mô phỏng xuất tuyến 471 E4.3 ............................................................... 74
Hình 4.11 - Lưu đồ thuật toán tối ưu hóa vị trí lắp tụ bù ..................................................... 84
Hình 4.12 - Hộp thoại cài đặt các thông số tụ trong CAPO ................................................ 85
Hình 4.13 - Hộp thoại cài đặt các thông số kinh tế trong CAPO........................................ 88
Hình 4.14 - Bảng hộp thoại tùy chọn cho bài toán CAPO-TA cố định ............................. 89
Hình 4.15 - Kết quả tính toán bù cố định .............................................................................. 90
Hình 4.16 - Đồ thị điện áp trước và sau khi bù trung áp cố định ....................................... 91
Hình 4.17 - Hộp thoại tùy chọn cho bài toán CAPO cố định kết hợp điều chỉnh........... 92
Hình 4.18 - Kết quả tính toán bù cố định kết hợp điều chỉnh ............................................. 92


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................................... 1
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP VÀ CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH
GIÁ ............................................................................................................................................. 3
1.1 Các vấn đề chung về chất lượng điện áp .......................................................................... 3
1.2 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng điện áp .......................................................................... 6
1.2.1 Chỉ tiêu tần số .......................................................................................................... 6
1.2.1.1 Độ lệch tần số: .....................................................................................6
1.2.1.2 Độ dao động tần số:.............................................................................6
1.2.1.3 Ảnh hưởng của sự thay đổi tần số: ......................................................7
1.2.2 Chỉ tiêu điện áp ........................................................................................................ 8
1.2.2.1 Dao động điện áp .................................................................................8
1.2.2.2 Độ lệch điện áp ....................................................................................9
a. Độ lệch điện áp tại phụ tải.................................................................................................................. 9
b. Độ lệch điện áp trong lưới hạ áp....................................................................................................10
c. Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối.................................................................................11

d. Ảnh hưởng của điện áp đến sự làm việc của phụ tải ................................................................13
1.2.2.3 Độ không đối xứng .............................................................................15
a. Nguyên nhân ..................................................................................................................................15
b. Ảnh hưởng của không đối xứng lưới điện...................................................................................16
1.2.2.4 Độ không sin ......................................................................................19
Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP ................. 21
2.1 Đánh giá chất lượng điện theo mô hình xác xuất thống kê........................................... 21
2.2 Đánh giá chất lượng điện theo độ lệch điện áp .......................................................... 22
2.3 Đánh giá chất lượng điện theo tiêu chuẩn đối xứng ...................................................... 23
2.3.1 Cơ sở lý thuyết ....................................................................................................... 23
2.3.2 Các bước tính. ........................................................................................................ 25
2.4 Đánh giá chất lượng điện theo tiêu chuẩn tích phân điện áp ........................................ 26
2.5 Đánh giá chất lượng điện theo tương quan giữa công suất và điện áp ........................ 27
2.6 Đánh giá chất lượng điện theo độ không sin của điện áp.............................................. 28
Chương 3: CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP ........................ 30
3.1 Nhóm các biện pháp tổ chức quản lý vận hành ............................................................. 30
3.2 Nhóm các biện pháp kỹ thuật. ......................................................................................... 31
3.3 Điều chỉnh điện áp ............................................................................................................ 31
3.4 Bù công suất phản kháng ................................................................................................. 33
3.4.1 Quan hệ giữa công suất phản kháng và điện áp .......................................33


3.4.2 Nguyên tắc bù công suất phản kháng .......................................................34
3.4.3 Phương pháp bù công suất phản kháng ....................................................35
3.4.3.1 Bù dọc ................................................................................................35
3.4.3.2 Tụ bù tĩnh ..........................................................................................................................................39
3.5 Nâng cao chất lượng điện bằng cách khử sóng hài ....................................................... 39
3.6 Đối xứng hóa lưới điện ..................................................................................................... 40
3.6.1 Đối xứng hóa bằng các phần tử tĩnh .................................................................... 40
3.6.1.1 Cơ sở lý thuyết ...................................................................................40

3.6.1.2 Mô hình các phụ tải không đối xứng ................................................41
3.6.1.3 Các phương pháp đối xứng hóa lưới điện ........................................45
3.6.2 Đối xứng hóa bằng máy điện quay ...................................................................... 47
Chương 4: PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TỈNH VĨNH
PHÚC, TÍNH TOÁN GIẢI PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP.................. 49
4.1 Tổng quan về lưới phân phối điện tỉnh Vĩnh Phúc.................................................... 49
4.1.1 Hiện trạng nguồn và lưới điện tỉnh Vĩnh Phúc ................................................... 51
4.1.2 Hiện trạng cung cấp điện của Điện lực Thành phố Vĩnh Yên .......................... 51
4.1.2.1 Về nguồn điện ...................................................................................51
4.1.2.2 Khối lượng quản lý vận hành ...........................................................51
4.1.2.3 Đường dây quản lý, sử dụng tại địa phương (trung áp, hạ áp) ........52
4.1.2.4 Tình hình bù hiện trạng (tính đến hết 31/12/2013)...........................53
4.1.2.5 Thực trạng hệ thống điện trên địa bàn ..............................................54
4.1.2.6 Thực trạng thị trường điện lực .........................................................54
4.1.3 Thực trạng hiệu quả kinh doanh và tình hình tổn thất điện năng lưới điện
Thành phố Vĩnh Yên các năm vừa qua ........................................................................ 56
4.1.3.1 Kết quả hoạt động kinh doanh điện năng của Điện lực Thành phố .56
4.1.3.2. Kết quả thực hiện chỉ tiêu tổn thất điện năng của Điện lực Thành phố ..................57
4.2 Giới thiệu chung về phần mềm PSS/ADEPT ............................................................ 60
4.2.1 Giới thiệu phần mềm PSS/ADEPT và cách sử dụng để tính toán.................... 60
4.2.1.1. Giới thiệu chung: ..............................................................................60
4.2.1.2 Các module tính toán của PSS/ADEPT ............................................62
4.2.1.3 Cách thức tạo sơ đồ và thiết lập các thông số lưới điện trung áp
trong phần mềm PSS/ADEPT: .......................................................................62
4.2.1.4 Tính toán trào lưu công suất ..............................................................64
4.2.1.5 Tính toán tối ưu hóa vị trí bù (Capacitor placement optimization)...66
4.2.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu cho phần mềm PSS/ADEPT ..............................69
4.2.2.1 Cơ sở dữ liệu dây dẫn ........................................................................69
4.2.2.2 Cơ sở dữ liệu máy biến áp .................................................................69
4.2.2.3 Cơ sở dữ liệu phụ tải..........................................................................70

4.2.3 Xây dựng đồ thị phụ tải ngày điển hình ............................................................. 71


4.2.4 Xây dựng các chỉ số kinh tế cho chương trình PSS/ADEPT:.......................... 72
4.3 Mô phỏng các chế độ vận hành của lộ đường dây 22kV trạm 110kV Vĩnh Yên - 471
E4.3 bằng phần mềm PSS/ADEPT ....................................................................................... 74
4.3.1 Xây dựng sơ đồ nguyên lý xuất tuyến 471 E4.3 trên PSS/A ..................74
4.3.2. Thu thập dữ liệu xuất tuyến .....................................................................75
4.3.2.1. Dữ liệu đường dây ........................................................................................ 75
4.3.2.2. Dữ liệu máy biến áp ...................................................................................... 76
4.3.2.4 Dữ liệu về công suất phụ tải ........................................................................ 76
4.3.3. Mô phỏng các chế độ vận hành của lộ 471 E4.3 .....................................77
4.3.3.1. Chế độ phụ tải cực đại.................................................................................. 77
4.3.3.2. Chế độ phụ tải cực tiểu ................................................................................. 83
4.4 Tính toán bù công suất phản kháng cho xuất tuyến 471 E4.3 bằng phần mềm
PSS/ADEPT ........................................................................................................................ 84
4.4.1. Tính toán phân bố công suất ban đầu ......................................................87
4.4.2. Các phương án tính toán bù kinh tế .........................................................88
4.4.2.1. Tính toán bù cố định phía trung áp ............................................................. 88
4.4.2.2. Kết quả tính toán bù cố định ........................................................................ 89
4.4.2.3. Dòng công suất và tổn thất công suất sau khi bù ...................................... 90
4.4.2.4. Nghiên cứu tính toán bù cố định kết hợp bù điều chỉnh phía trung áp...................... 91
4.4.3 So sánh các phương án tính toán bù kinh tế. ..................................................... 93
KẾT LUẬN ............................................................................................................................. 98
1. Kết luận ............................................................................................................................ 99
2. Hướng phát triển ............................................................................................................. 99
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 100


LỜI MỞ ĐẦU

Điện năng có vai trò rất quan trọng trong công cuộc công nghiệp hoá và phát
triển kinh tế, xã hội của đất nước. Do đó ngành điện cần phải được phát triển mạnh
để đáp ứng nhu cầu về điện năng ngày càng cao của đất nước. Trong những năm
gần đây tốc độ tăng trưởng phụ tải điện trong cả Nước nói chung và tỉnh Vĩnh Phúc
nói riêng ngày càng lớn lên, quan trọng hơn lên. Để phục vụ nhu cầu cung cấp điện
theo sự tăng trưởng của phụ tải, lưới điện phân phối tỉnh Vĩnh Phúc phát triển mở
rộng không ngừng, cơ bản đáp ứng nhu cầu sử dụng điên của địa phương.
Với lưới điện phân phối việc đáp ứng những yêu cầu về chất lượng điện áp
thường gặp rất nhiều khó khăn, đặc biệt ở các đường dây sử dụng các cấp điện áp là
6, 10, 22 KV lấy qua các trạm trung gian 35/6 kV và 35/10 kV không có hệ thống
điều áp dưới tải. Lưới điện thuộc Công ty Điện lực Vĩnh Phúc cũng nằm trong tình
trạng này. Dù rằng trong một vài năm trở lại đây đã được đầu tư nâng cấp nhưng
vẫn còn tồn tại một số khu vự chất lượng điện áp chưa đạt yêu cầu.
Bản thân đang sinh sống và làm việc tại tỉnh Vĩnh Phúc, mong muốn đóng
góp một phần những tìm tòi, nghiên cứu của mình vào việc nâng cao chất lượng
điện áp trong lưới phân phối điện tỉnh Vĩnh Phúc.
Mục đích nghiên cứu:
Cơ sở lý thuyết về chất lượng điện áp, các phương pháp đánh giá, biện pháp
nâng cao CLĐA trong lưới phân phối điện.
Phân tích hiện trạng chất lượng điện áp trong lưới phân phối Vĩnh Phúc, tính
toán áp dụng và đề xuất giải pháp cải thiện chất lượng điện áp trong lưới phân phói
tỉnh Vĩnh Phúc.
Đối tượng nghiên cứu:
Lưới điện phân phối tại Công ty điện lực Vĩnh Phúc và ứng dụng phần mềm
PSS/ADETP, mô phỏng lưới điện phân phối để nghiên cứu, tính toán.
Các lý thuyết về chất lượng điện áp, các phương pháp đánh giá, biện pháp
nâng cao CLĐA trong lưới phân phối điện.
Phương pháp nghiên cứu:
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu, sách báo, giáo
trình…, viết về tính toán điều chỉnh chất lượng điện áp trong lưới phân phối điện,

các tiêu chuẩn qui định về lưới điện phân phối
1


Phương pháp tính toán ứng dụng: Áp dụng những lý thuyết đã nghiên cứu,
các số liệu thống kê, báo cáo về lưới phân phối điện tỉnh Vĩnh Phúc, sử dụng phần
mềm PSS/ADETP để thao tác tính toán cải thiện chất lượng điện áp trong lưới phân
phối tỉnh Vĩnh Phúc.
Đề tài: Nghiên cứu các phương pháp điều chỉnh điện áp trong lưới phân phối điện,
áp dụng cải thiện chất lượng điện áp trong lưới phân phối điện tỉnh Vĩnh Phúc
Bố cục luận văn: Luận văn thực hiện bố cục nội dung như sau:
Lời mở đầu
Chương 1: Tổng quan về chất lượng điện áp và các chỉ tiêu đánh giá
Chương 2: Các phương pháp đánh giá chất lượng điện áp
Chương 3: Các biện pháp nâng cao chất lượng điện áp
Chương 4: Phân tích hiện trạng lưới điện phân phối tỉnh Vĩnh Phúc, tính toán giải
pháp cải thiện chất lượng điện áp.

2


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP
VÀ CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ
1.1 Các vấn đề chung về chất lượng điện áp
Lưới điện được đánh giá theo 4 tiêu chuẩn chính:
1. An toàn điện.
2. Chất lượng điện năng.
3. Độ tin cậy cung cấp điện.
4. Hiệu quả kinh tế.

Chất lượng điện áp là một chỉ tiêu trong tiêu chuẩn chất lượng điện năng, nó
được đánh giá bởi các chỉ tiêu sau:
1. Độ lệch điện áp trên cực của thiết bị dùng điện so với điện áp định mức.
2. Độ dao động điện áp.
3. Độ không đối xứng.
4. Độ không sin (sự biến dạng của đường cong điện áp, các thành phần sóng hài
bậc cao ...)
Chất lượng điện được đảm bảo nếu thiết bị dùng điện được cung cấp điện
năng với với tần số định mức của hệ thống điện và với điện áp định mức của thiết bị
đó. Nhưng việc đảm bảo tuyệt đối ổn định hai thông số này trong suốt quá trình làm
việc của thiết bị là không thể thực hiện được do các nhiễu loạn thường xuyên xảy ra
trong hệ thống, do sự phân phối không đều điện áp trong mạng điện và do chính quá
trình làm việc của các thiết bị ở các điểm khác nhau là hoàn toàn ngẫu nhiên. Cho
nên chất lượng điện năng không có giá trị tuyệt đối với các thông số và chúng được
coi là đảm bảo nếu tần số và điện áp biến đổi trong phạm vi cho phép quanh mức
chuẩn đã quy định.
Thực tế cho thấy chất lượng cung cấp điện bị ảnh hưởng đáng kể bởi chất
lượng điện áp cung cấp cho khách hàng, nó bị tác động bởi các thông số trên đường
dây khác nhau. Có thể có các dạng như: sự biến đổi dài hạn của điện áp so với điện
áp định mức, điện áp thay đổi đột ngột, những xung dốc dao động hoặc điện áp ba
pha không cân bằng. Hơn nữa tính không đồng đều như tần số thay đổi, sự không
tuyến tính của hệ thống hoặc trở kháng phụ tải sẽ làm méo dạng sóng điện áp, các
xung nhọn do các thu lôi sinh ra cũng có thể được lan truyền trong hệ thống cung
3


cấp. Các trường hợp này được mô tả trong Hình 1.1.

Hình 1.1 - Dạng sóng điện áp lý tưởng và các thay đổi thông số lưới điện.
a) Dạng sóng điện áp lý tưởng.

b) Các dạng thay đổi của sóng điện áp.
Các xung nhọn, xung tuần hoàn và nhiễu tần số cao có tính chất khu vực. Nó
được sinh ra một số do quá trình phóng điện của các thu lôi, do tác động đóng cắt
của các van điện tử công suất, do hồ quang của các điện cực vì vậy chỉ có lan truyền
trong phạm vi và thời điểm nhất định. Cũng như vậy sự biến đổi tần số thường do
các lò trung, cao tần sinh ra và mức độ lan truyền cũng không lớn. Đối với hiện
tượng điện áp thấp và điện áp cao thì có thể xảy ra ở mọi nơi và xuất hiện dài hạn
như sự sụt giảm điện áp do sự khởi động của các động cơ cỡ lớn hay quá điện áp do
sự cố chạm đất…
Để ngăn ngừa các hiệu ứng có hại cho thiết bị của hệ thống cung cấp trong
một mức độ nhất định, luật và các quy định khác nhau tồn tại trong các vùng khác
nhau để chắc rằng mức độ của điện áp cung cấp không được ra ngoài dung sai quy
định. Các đặc tính của điện áp cung cấp được chỉ rõ trong các tiêu chuẩn chất lượng
điện áp, thường được mô tả bởi tần số, độ lớn, dạng sóng và tính đối xứng của điện
áp 3 pha. Trên thế giới có sự dao động tương đối rộng trong việc chấp nhận các
dung sai có liên quan đến điện áp. Các tiêu chuẩn luôn luôn được phát triển hợp lý
để đáp lại sự phát triển của kỹ thuật kinh tế và chính trị.
Bởi vì một vài nhân tố ảnh hưởng đến điện áp cung cấp là ngẫu nhiên trong
không gian và thời gian, nên một vài đặc trưng có thể được mô tả trong các tiêu
chuẩn với các tham số tĩnh để thay thế cho các giới hạn đặc biệt. Một khía cạnh
quan trọng trong việc áp dụng các tiêu chuẩn là để xem xét ở nơi nào và ở đâu trong
mạng cung cấp, các đặc tính của điện áp là định mức. Tiêu chuẩn Châu Âu
4


EN50160 chỉ rõ các đặc điểm của điện áp ở các đầu cuối cung cấp cho khách hàng
dưới các điều kiện vận hành bình thường. Các đầu cuối cung cấp được định nghĩa là
điểm kết nối của khách hàng nối vào hệ thống công cộng.
EN50160 chỉ ra rằng trong các thành viên của Eropean Communities - Cộng
đồng Châu Âu, dải biến đổi giá trị hiệu dụng (RMS) của điện áp cung cấp trong 10

phút (điện áp pha hoặc điện áp dây) là  10 % với 95 % thời gian trong tuần. Với hệ
thống điện áp 3 pha 4 dây, là 230 V giữa pha và trung tính. Nói đúng ra, điều này có
nghĩa là mỗi tuần có hơn 8 giờ không có giới hạn cho giá trị của điện áp cung cấp.
Cũng có một số ý kiến cho rằng dung sai điện áp  10 % là quá rộng.
Tần số của hệ thống cung cấp phụ thuộc sự tương tác giữa các máy phát và
phụ tải, giữa dung lượng phát của các máy phát và nhu cầu của phụ tải. Điều này có
nghĩa là sẽ khó khăn hơn cho các hệ thống nhỏ, cô lập, để duy trì chính xác tần số so
với các hệ thống nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận. Trong Eropean
Communities - Cộng đồng Châu Âu tần số danh định của điện áp cung cấp quy định
là 50 Hz. Theo EN50160 giá trị trung bình của tần số cơ bản đo được trong thời gian
hơn 10 s với hệ thống phân phối nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận là 50 Hz 
1 % trong suốt 95 % thời gian trong tuần và 50 Hz + 4 %/6 % trong 100 % thời gian
trong tuần. Hệ thống phân phối không nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận có
dải dung sai tần số là  2%. Dung sai tần số của EN50160 cũng giống với quy
định hiện thời của các nước thành viên.
Nghiên cứu về mức độ thay đổi điện áp ở khách hàng, một Công ty Điện lực
ở Anh đã ghi lại các giá trị điện áp cực đại và cực tiểu của một số khách hàng mỗi
giờ 1 lần. Từ các thông tin giá trị trung bình của điện áp cực đại và cực tiểu trên
khách hàng vẽ được đồ thị:

Hình 1.2 - Sự thay đổi của điện áp trên phụ tải trong ngày.
5


Từ đồ thị ta nhận thấy sự phụ thuộc của giá trị điện áp vào các thời điểm
trong ngày, hay nói cách khác là phụ thuộc vào quy luật hoạt động của phụ tải.
Tại Việt Nam, chất lượng điện năng được quy định trong Luật Điện lực, Quy
phạm trang bị điện và Tiêu chuẩn kỹ thuật điện như sau:
1. Về điện áp:
- Trong điều kiện vận hành 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 hoăc tại vị trí khác do hai bên thỏa thuận trong hợp
đồng khi bên mua đạt hệ số công suất cos  0,85 và thực hiện đúng biểu đồ phụ tải
đã thỏa 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 chưa ổn định, cho phép độ lệch tần số là  0,5 %.
1.2 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng điện áp
1.2.1 Chỉ tiêu tần số
1.2.1.1 Độ lệch tần số
Là hiệu số giữa giá trị tần số thực tế và tần số định mức: (f - fn) gọi là độ lệch
tần số. Độ lệch tần số có thể biểu thị dưới dạng độ lệch tương đối:
Δf (%) =

f - fn
100 (%);
fn

(1.1)

Chất lượng điện đảm bảo khi độ lệch tần số nằm trong giới hạn cho phép:
∆fmin ≤ ∆f ≤ ∆fmax có nghĩa là tần số phải luôn nằm trong giới hạn: fmin ≤ f ≤ fmax.
1.2.1.2 Độ dao động tần số
Trong trường hợp tần số thay đổi nhanh với tốc độ lớn hơn 0,1%/s, sự biến
đổi đó gọi là dao động tần số. Một trong những nguyên nhân gây ra dao động tần số
là sự thay đổi đột ngột các tham số của hệ thống điện như khi xảy ra ngắn mạch,
quá trình đóng cắt tải…

6


1.2.1.3 Ảnh hưởng của sự thay đổi tần số
Khi có sự thay đổi tần số có thể gây ra một số hậu quả xấu ảnh hưởng đến sự
làm việc của các thiết bị điện và hệ thống điện.
a) Với thiết bị điện.
Các thiết bị được thiết kế và tối ưu ở tần số định mức, biến đổi tần số dẫn
đến giảm năng suất làm việc của thiết bị.
Làm giảm hiệu suất của thiết bị điện ví dụ như đối với động cơ vì khi tần số
thay đổi sẽ làm tốc độ quay thay đổi, ảnh hưởng đến năng suất làm việc của các
động cơ. Khi tần số tăng lên, công suất tác dụng tăng và ngược lại.
b) Đối với hệ thống điện
Biến đổi tần số ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của các thiết bị tự
dùng trong các nhà máy điện, có nghĩa là ảnh hưởng đến chính độ tin cậy cung cấp
điện. Tần số giảm có thể dẫn đến ngừng một số bơm tuần hoàn trong nhà máy điện,
tần số giảm nhiều có thể dẫn đến ngừng tổ máy.
Thiết bị được tối ưu hoá ở tần số 50 Hz, đặc biệt là các thiết bị cuộn dây từ
hoá như máy biến áp.
Làm thay đổi trào lưu công suất của hệ thống, tần số giảm thường dẫn đến
tăng tiêu thụ công suất phản kháng, đồng nghĩa với thay đổi trào lưu công suất tác
dụng và tăng tổn thất trên các đường dây truyền tải.
Tần số nằm trong giới hạn nguy hiểm là từ (45  46) Hz, ở tần số này năng suất
của các thiết bị dùng điện giảm, hệ thống mất ổn định, xuất hiện sự cộng hưởng làm
cho các máy phát, động cơ bị rung mạnh và có thể bị phá hỏng.
Ngoài ra sự biến đổi của tần số còn phá hoại sự phân bố công suất, kinh tế
trong hệ thống điện.
Các ảnh hưởng của tần số trong hệ thống điện đến chất lượng điện ta thấy rất
rõ trong phân tích trên. Tần số thay đổi là do có sự sai lệch về momen điện và
momen cơ trên trục máy phát. Do vậy những vấn đề về điều chỉnh sự cân bằng

momen này được thực hiện tại các nhà máy điện. Trong phạm vi nghiên cứu về lưới
điện phân phối ta coi tần số là không đổi và đi sâu nghiên cứu các vấn đề về điện áp
do chúng là một đại lượng biến đổi ở mọi điểm trên lưới điện và ảnh hưởng đến
chất lượng điện năng.
7


1.2.2 Chỉ tiêu điện áp
1.2.2.1 Dao động điện áp
Dao động điện áp là sự biến thiên của điện áp xảy ra trong khoảng thời gian
tương đối ngắn. Được tính theo công thức:
ΔU =

U max - U min
100 (%) ;
Un

(1.2)

Tốc độ biến thiên từ Umin đến Umax không quá 1%/s. Phụ tải chịu ảnh hưởng
của dao động điện áp không những về biên độ dao động mà cả về tần số xuất hiện
các dao động đó. Nguyên nhân chủ yếu gây ra dao động điện áp là do các thiết bị có
cosφ thấp và các phụ tải lớn làm việc đòi hỏi đột biến về tiêu thụ công suất tác dụng
và công suất phản kháng như: các lò điện hồ quang, các máy hàn, các máy cán thép
cỡ lớn, …
Dao động điện áp được đặc trưng bởi hai thông số là biên độ và tần số dao
động. Trong đó, biên độ dao động điện áp có thể xác định theo biểu thức:
vk =

kQ

1 - kQ

100 (%);

(1.3)

Ở đây: k Q = Q - Tỷ lệ công suất phản kháng so với công suất định mức của MBA;
SBA

Q - Lượng phụ tải phản kháng thay đổi đột biến, MVAr;
SBA - Công suất định mức của máy biến áp cấp cho điểm tải, MVA.
Như vậy, biên độ dao động điện áp sẽ phụ thuộc vào giá trị hệ số kQ. Với
cùng một sự biến đổi phụ tải Q như nhau, nếu công suất máy biến áp lớn hơn thì
mức độ dao động điện áp giảm, điều đó có nghĩa là máy biến áp có công suất càng
lớn thì mức độ dao động điện áp càng giảm, chất lượng điện năng của hệ thống càng
được đảm bảo. Tuy nhiên công suất của máy biến áp càng lớn thì dẫn tới nhiều yếu
tố bất lợi khác như tổn thất điện năng, dòng ngắn mạch cũng lớn hơn… Vì vậy việc
giảm biên độ dao động là bài toán rất phức tạp đòi hỏi chúng ta phải phân tích kỹ
lưỡng để làm dung hòa các yếu tố trên.
Khi cần đánh giá sơ bộ dao động điện áp khi thiết kế cấp điện, ta có thể tính
toán gần đúng như sau:
U = ΔQ . 100 (%);
SN

Dao động điện áp khi lò điện hồ quang làm việc:
8

(1.4)

U =

SB
.100 (%);
SN

(1.5)

Trong đó:
Q - Lượng công suất phản kháng biến đổi của phụ tải;
SB - Công suất của máy biến áp lò điện hồ quang;
SN - Công suất ngắn mạch tại điểm có phụ tải làm việc.
Độ dao động điện áp được hạn chế trong miền cho phép, theo TCVN quy
định dao động điện áp trên cực các thiết bị chiếu sáng như sau:
ΔUcp = 1 +

6
Δt (%);
=1+
n
10

(1.6)

Trong đó:
N - là số dao động trong một giờ;
∆t - Thời gian trung bình giữa hai dao động (phút).
Nếu trong một giờ có một dao động thì biên độ được phép là 7 %. Đối với
các thiết bị có sự biến đổi đột ngột công suất trong vận hành chỉ cho phép ∆U đến
1,5 %. Còn đối với các phụ tải khác không được chuẩn hóa, nhưng nếu ∆U lớn hơn

15 % thì sẽ dẫn đến hoạt động sai của khởi động từ và các thiết bị điều khiển.
1.2.2.2 Độ lệch điện áp
a. Độ lệch điện áp tại phụ tải
Là giá trị sai lệch giữa điện áp thực tế U trên cực của các thiết bị điện so với
điện áp định mức Un của mạng điện và được tính theo công thức:

 =

U - Un
. 100 (%);
Un

(1.7)

Độ lệch điện áp  phải thỏa mãn điều kiện: - ≤  ≤ + trong đó : -, + là giới
hạn dưới và giới hạn trên của độ lệch điện áp.
Độ lệch điện áp được tiêu chuẩn hóa theo mỗi nước. Ở Việt Nam quy
định:
- Độ lệch cho chiếu sáng công nghiệp và công sở, đèn pha trong giới
hạn: -2,5 % ≤ cp ≤ +5 %.
- Độ lệch cho động cơ -5,5 % ≤ cp ≤ +10 %.
- Các phụ tải còn lại. -5 % ≤ cp ≤ +5 %.
Với các sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải mặc dù không gây ra mất điện
cho khách hàng do đã được bảo vệ bởi các thiết bị bảo vệ như rơle, máy cắt… Tuy
9


nhiên hiện tượng sụt áp vẫn xảy ra. Do đó phải đảm bảo không được tăng quá 110
% điện áp danh định ở các pha không bị sự cố đến khi sự cố bị loại trừ … Ngoài ra
bên cung cấp và khách hàng cũng có thể thoả thuận trị số điện áp đấu nối, trị số này

có thể cao hơn hoặc thấp hơn các giá trị được ban hành.
b. Độ lệch điện áp trong lưới hạ áp
Lưới phân phối hạ áp cấp điện trực tiếp cho hầu hết các thiết bị điện. Trong lưới
phân phối hạ áp các thiết bị điện đều có thể được nối với nó cả về không gian và thời
gian (tại bất kỳ vị trí nào, bất kỳ thời gian nào). Vì vậy trong toàn bộ lưới phân phối hạ
áp điện áp phải thỏa mãn tiêu chuẩn: - ≤  ≤ +.

Hình 1.3

Hình 1.4

Ta thấy rằng có hai vị trí và hai thời điểm mà ở đó chất lượng điện áp đáp
ứng yêu cầu thì tất cả các vị trí còn lại và trong mọi thời gian sẽ đạt yêu cầu về độ
lệch điện áp. Đó là điểm đầu lưới (điểm B) và điểm cuối lưới (điểm A), trong hai
chế độ max và chế độ min của phụ tải.
Phối hợp các yêu cầu trên ta lập được các tiêu chuẩn sau, trong đó quy ước
số 1 chỉ chế độ max, số 2 chỉ chế độ min.
     A1   
 

   A2  
 

   B1  
      

B2

(1.8.1)

Từ đồ thị ta nhận thấy độ lệch điện áp trên lưới phải nằm trong vùng gạch
chéo, Hình 1.3, gọi là miền chất lượng điện áp.
Nếu sử dụng tiêu chuẩn (1.8.1) thì ta phải đo điện áp tại hai điểm A, B trong
cả chế độ phụ tải max và min.
Giả thiết tổn thất điện áp trên lưới hạ áp được cho trước, ta chỉ đánh giá tổn
10


thất điện áp trên lưới trung áp. Vì vậy ta có thể quy đổi về đánh giá chất lượng điện
áp chỉ ở điểm B là điểm đầu của lưới phân phối hạ áp hay điện áp trên thanh cái 0,4
kV của trạm phân phối.
Ta có:
 A1  B1  U H1

 A2  B2  U H2

(1.8.2)

Thay vào (2.8.1) ta được:
   U H1   B1     U H1
 

  U H2   B2    U H2
 

   B1  
      

B2

Nếu hai bất phương trình đầu thỏa mãn vế trái thì hai bất phương trình sau
cũng thỏa mãn vế trái và nếu hai bất phương trình sau thỏa mãn vế phải thì hai bất
phương trình đầu cũng thỏa mãn vế phải hệ trên tương đương với:
   U H1   B1   
 

  U H2   B2  

(1.8.3)

Ta có thể vẽ được đồ thị biểu diễn theo tiêu chuẩn (1.8.3) trên Hình 1.4 ứng
với hai chế độ công suất max và min của phụ tải.
Tiêu chuẩn này được áp dụng như sau:
Khi cho biết UH trên lưới hạ áp ở hai chế độ max và min, ta lập đồ thị đánh
giá chất lượng điện như Hình 1.4. Sau đó đo điện áp trên thanh cái trạm phân phối
trong chế độ max và min, tính được B1, B2. Đặt hai điểm này vào đồ thị rồi nối
bằng một đường thẳng. Nếu đường này nằm trọn trong miền chất lượng (đường 3)
thì độ lệch điện áp trên lưới đạt yêu cầu, nếu nó có phần nằm ngoài miền chất lượng
(đường 1, 2) thì độ lệch điện áp trên lưới không đạt yêu cầu và đòi hỏi chúng ta cần
có các biện pháp để điều chỉnh điện áp phù hợp đảm bảo cho độ lệch nằm trong
miền giới hạn.
c. Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối
Phân tích lưới phân phối với cấu trúc như hình vẽ sau:

11


Hình 1.5 - Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối
Ở chế độ max, nhờ bộ điều áp dưới tải ở các trạm 110 kV nên điện áp đầu
nguồn đạt độ lệch E1 so với điện áp định mức. Khi truyền tải trên đường dây trung

áp, điện áp sụt giảm một lượng là UTA làm điện áp thanh cái đầu vào máy biến áp
phân phối giảm xuống (đường 1) nhưng tại máy biến áp phân phối có các đầu phân
áp cố định nên điện áp có thể tăng lên hoặc giảm, tuỳ theo vị trí đầu phân áp đến
điện áp Ep1. Ở đầu ra của máy biến áp phân phối điện áp giảm xuống do tổn thất
điện áp UB1 trong máy biến áp phân phối. Đến điểm A ở cuối lưới phân phối hạ áp
điện áp giảm xuống thấp hơn nữa do tổn thất UH1 trên lưới hạ áp.
Ở chế độ min cũng tương tự, ta có đường biểu diễn điện áp (đường 2). Nếu
đường điện áp nằm trọn trong miền chất lượng điện áp (miền gạch chéo) thì chất
lượng điện áp đạt yêu cầu, ngược lại là không đạt, khi đó cần phải có các biện pháp
điều chỉnh. Áp dụng tiêu chuẩn (1.8.1) ta có thể đánh giá được chất lượng điện áp
tại các nút cung cấp điện cho phụ tải và có thể chọn được đầu phân áp thích hợp với
cấu trúc lưới phân phối và các thông số vận hành cho trước. Song với tiêu chuẩn
này ta không so sánh được hiệu quả của các biện pháp điều chỉnh điện áp và
không thể lập mô hình tính toán để giải trên máy tính điện tử. Để khắc phục ta
đưa ra tiêu chuẩn tổng quát sau:
Từ sơ đồ trên ta lập được biểu thức tính toán:

12


 B1  E1  U TA1 +E P  U B1
  E  U +E  U
 B2
2
TA2
P
B2

 A1  U B1  U H1
 A2  U B2  U H2

(1.8.4)

Xét thêm độ không nhạy  của thiết bị điều áp ta rút ra hai tiêu chuẩn:



  U U1 +ε   B1    ε
 


  U U2 +ε   B2    ε

(1.8.5)

Tiêu chuẩn (1.8.5) cho phép đánh giá chất lượng điện áp của toàn lưới hạ áp
tại điểm B là thanh cái của máy biến áp hạ áp khi đã biết tổn thất điện áp trong lưới
hạ áp ở chế độ max UH1 và chế độ min UH2.

Hình 1.6

Hình 1.7

Tiêu chuẩn (1.8.5) được vẽ trên Hình 1.6 theo quan hệ với công suất phụ
tải, giả thiết quan hệ này là tuyến tính. Miền gạch chéo là miền chất lượng điện
áp, nghĩa là khi độ lệch điện áp nằm trong miền này thì chất lượng. Khi độ lệch
điện áp tại B nằm trong miền này thì chất lượng điện áp trong toàn lưới hạ áp
được đảm bảo và ngược lại.
Tiêu chuẩn này được vẽ trên Hình 1.7 với trục ngang là độ lệch điện áp B1,
chất lượng điện áp được đảm bảo khi B1 nằm trong miền giữa - + U1+ và + - .

d. Ảnh hưởng của điện áp đến sự làm việc của phụ tải
Trong thực tế ta thấy khi làm việc với các thiết bị điện sử dụng chất lượng
điện kém và điện áp thường xuyên dao động nó sẽ gây ra những tác động không tốt
đến sức khỏe người lao động, giảm hiệu suất làm việc và tuổi thọ của thiết bị điện.
Ta có thể nhận thấy sự ảnh hưởng này đối với các thiết bị cụ thể như sau:
1. Đối với động cơ:
13


Mô men của động cơ không đồng bộ tỷ lệ với bình phương điện áp U đặt vào
động cơ. Đối với động cơ đồng bộ khi điện áp thay đổi làm cho momen quay thay
đổi, khả năng phát công suất phản kháng của máy phát và máy bù đồng bộ giảm đi
khi điện áp giảm quá 5% so với định mức. Vì vậy bất kỳ sự thay đổi điện áp nào
cũng tác động không tốt đến sự làm việc của các động cơ.
2. Đối với thiết bị chiếu sáng
Các thiết bị chiếu sáng rất nhạy cảm với điện áp, khi điện áp giảm 2,5 % thì
quang thông của đèn dây tóc giảm 9 %. Đối với đèn huỳnh quang khi điện áp tăng
10 % thì tuổi thọ của nó giảm (2025) %, với các đèn có khí, khi điện áp giảm
xuống quá 20% định mức thì nó sẽ tắt và nếu duy trì độ tăng điện áp kéo dài thì có
thể cháy bóng đèn. Đối với các đèn hình khi điện áp nhỏ hơn 95 % điện áp định
mức thì chất lượng hình ảnh bị méo. Các đài phát hoặc thu vô tuyến, các thiết bị
liên lạc bưu điện, các thiết bị tự động hóa rất nhạy cảm với sự thay đổi của điện áp.
Như khi xảy ra dao động điện áp nó sẽ gây ra dao động ánh sáng, làm hại mắt người
lao động, gây nhiễu máy thu thanh, máy thu hình và thiết bị điện tử. Chính vì thế độ
lệch điện áp cho phép đối với các thiết bị chiếu sáng và thiết bị điện tử được quy
định nhỏ hơn so với các thiết bị điện khác.

Hình 1.8 - Đặc tính của đèn sợi đốt.
2. Các dụng cụ đốt nóng, các bếp điện trở
Công suất tiêu thụ trong các phụ tải loại này tỷ lệ với bình phương điện áp

đặt vào. Khi điện áp giảm hiệu quả đốt nóng của các phần tử giảm rõ rệt. Đối với
các lò điện sự biến đổi điện áp ảnh hưởng nhiều đến đặc tính kinh tế kỹ thuật của
các lò điện.
3. Đối với nút phụ tải tổng hợp
Khi thay đổi điện áp ở nút phụ tải tổng hợp bao gồm các phụ tải thành phần
thì công suất tác dụng và phản kháng do nó sử dụng cũng biến đổi theo đường đặc
14


tính tĩnh của phụ tải.
P, Q
Q
P

0

Ugh

Un

U

Hình 1.9 - Sự phụ thuộc của P, Q vào điện áp.
Ta thấy công suất tác dụng ít chịu ảnh hưởng của điện áp so với công suất
phản kháng. Khi điện áp giảm thì công suất tác dụng và công suất phản kháng đều
giảm, đến một giá trị điện áp Ugh nào đó, nếu điện áp tiếp tục giảm công suất phản
kháng tiêu thụ tăng lên, hậu quả là điện áp lại càng giảm và phụ tải ngừng làm
việc, hiện tượng này gọi là hiện tượng thác điện áp, có thể xảy ra với một nút
phụ tải hay toàn hệ thống điện khi điện áp giảm xuống (7080) % so với điện áp
định mức ở nút phụ tải. Đây là một sự cố vô cùng nguy hiểm cần phải có biện pháp

ngăn chặn kịp thời.
4. Đối với hệ thống điện
Sự biến đổi điện áp ảnh hưởng đến các đặc tính kỹ thuật của bản thân hệ thống
điện. Điện áp giảm sẽ làm giảm công suất phản kháng do máy phát điện và các thiết
bị bù sinh ra. Đối với máy biến áp, khi điện áp tăng, làm tăng tổn thất không tải,
tăng độ cảm ứng từ trong lõi thép gây phát nóng cục bộ. Khi điện áp tăng quá cao
có thể chọc thủng cách điện.
1.2.2.3 Độ không đối xứng
a. Nguyên nhân
Trong mạng điện ba pha, ngoài các thiết bị điện ba pha còn có rất nhiều
các thiết bị điện 1 pha. Mặc dù nguồn điện là 3 pha, phụ tải 3 pha đối xứng đối
xứng và các phụ tải 1 pha được phân phối đều trên các pha khi thiết kế và lắp
đặt… Tuy nhiên các phụ tải 1 pha này lại luôn biến đổi và hoàn toàn mang tính
ngẫu nhiên. Vì vậy, trong quá trình vận hành chắc chắn không thể tránh được
tình trạng làm việc không đối xứng.
Sự xuất hiện không đối xứng trong hệ thống điện do nhiều nguyên nhân khác
nhau như:
15


- Do phụ tải: phụ tải một pha là phụ tải không đối xứng điển hình nhất như lò
điện, máy hàn, các thiết bị chiếu sáng và các phụ tải sinh hoạt… Các lò hồ quang ba
pha nói chung là phụ tải ba pha không đối xứng vì hồ quang trong ba pha thường
không đồng đều. Sự phân chia phụ tải một pha không đồng đều cho các pha cũng là
nguyên nhân gây mất đối xứng.
- Do bản thân các phần tử ba pha được hoàn thành không đối xứng hoàn toàn
như đường dây tải điện ba pha đặt đồng phẳng hay trên đỉnh của các tam giác đều
mà không hoán vị.
- Do áp dụng một số trường hợp đặc biệt như các đường dây “2 pha - đất”,
“pha - đường ray” chế độ không toàn pha, tức là chế độ đường dây 3 pha chỉ truyền

tải điện trên 1 hoặc 2 pha.
- Do sự cố ngắn mạch không đối xứng, đứt dây… Trong các tình trạng
làm việc này hiện tượng điện áp và dòng điện trên các pha có trị số khác nhau
và góc giữa 2 vectơ cạnh nhau khác 120°. Lúc này trong lưới điện ngoài thành
phần thứ tự thuận còn xuất hiện các thành phần thứ tự nghịch và thứ tự không
của điện áp, dòng điện gây ảnh hưởng đến sự làm việc của thiết bị điện ba pha.
Sự không đối xứng còn gây ra nhiều vấn đề ảnh hưởng lớn đến hệ thống điện
và các phụ tải, do đó để đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp thì không
những các nhà thiết kế mà cả các kỹ sư vận hành lưới điện và người sử dụng
cũng phải cần dành sự quan tâm đặc biệt cho vấn đề này.
Như vậy ta có thể thấy độ không đối xứng của lưới điện xuất hiện khi có
thành phần thứ thự nghịch trong nó. Đặc biệt là sự xuất hiện của điện áp thứ thự
nghịch. Độ không đối xứng được ký hiệu là K2 và tính như sau:
•

K2 =

U2
100 =
3U n

•

•

U A +a 2 U B +a U C
3U n

. 100 (%);

Với U2 - Điện áp thứ tự nghịch ở tần số cơ bản;
K2 ≤ 1 % thì được xem là đối xứng.
b. Ảnh hưởng của không đối xứng lưới điện
Trong khi lưới điện bị mất đối xứng sẽ xuất hiện dòng thứ tự nghịch và thứ
tự không. Do điện trở thứ tự nghịch nhỏ hơn điện trở thứ tự thuận từ (57) lần.
Nên với một giá trị nhỏ của điện áp U2 cũng có thể làm cho dòng điện thứ tự nghịch
lớn gây lên đốt nóng thiết bị điện, đồng thời nó gây lên tổn thất thứ tự nghịch và thứ
16


tự không.
1. Đối với máy phát đồng bộ
Hiện nay đại bộ phận các máy phát điện đồng bộ thường làm việc trong lưới
trung tính cách ly, do đó trong chế độ không đối xứng không tồn tại thành phần
dòng thứ tự không mà qua chúng chỉ có thành phần thứ tự thuận và nghịch.
Hệ dòng thứ tự thuận sinh ra từ trường quay đồng bộ với rôto nên không quét
qua rôto và các tác dụng của nó giống như lúc máy phát có phụ tải đối xứng bình
thường (trong rôto không có dòng cảm ứng xoay chiều mà chỉ có dòng kích thích một
chiều). Hệ dòng thứ tự nghịch sinh từ trường quay ngược chiều rôto với vận tốc đồng
bộ do đó nó quét qua rôto với vận tốc bằng hai lần vận tốc đồng bộ và do đó trong
mạch rôto sẽ có dòng cảm ứng tần số 100 Hz. Dòng này gây nên tác dụng nhiệt và cơ
đối với máy phát điện đồng bộ.
Tác dụng nhiệt là do từ trường quay ngược cắt các mạch vòng khép kín của
phần quay và tĩnh của máy phát và nó sinh dòng cảm ứng cùng tồn tại thất phụ. Đối
với các máy phát nhiệt điện (tuabin máy phát) rôto của chúng là cả một khối thép
lớn, do đó dòng cảm ứng với tần số 100 Hz trong rôto cũng rất lớn. Ngoài ra vì tần
số của dòng trong rôto tương đối cao do đó hiệu ứng mặt ngoài mạnh, dòng rôto
khép mạch qua các chêm và đai. Vì vậy các tác dụng nhiệt của dòng cảm ứng tần số
100 Hz đối với rôto máy phát nhiệt điện rất nguy hiểm. Đối với máy thuỷ điện, vì
rôto cục lồi lên dòng cảm ứng tần số 100 Hz nhỏ hơn nhiều so với máy phát nhiệt

điện và chế độ không đối xứng, tác dụng nhiệt không nguy hiểm như đối với máy
phát nhiệt điện.
Trong chế độ không đối xứng mômen của máy phát gồm hai thành phần:
không đổi dấu và đập mạch. Tác dụng của từ trường nghịch với cuộn kích thích sẽ
sinh ra mômen đổi dấu đập mạch với tần số 100, 200, 300 Hz,… Tuy nhiên trong
thực tế chỉ cần xét đến mômen đập mạch với tần số 100 Hz vì biên độ mômen tần số
càng cao càng nhỏ, thí dụ biên độ của mômen đập mạch với tần số 200 Hz chỉ bằng
10 % biên độ của mômen đập mạch với tần số 100 Hz.
Để xác định mômen đập mạch sinh ra trong chế độ không đối xứng cần phải
xét máy phát cùng với mạch ngoài vì điện kháng thứ tự nghịch của máy phát không
chỉ phụ thuộc vào tham số của bản thân máy phát mà còn phụ thuộc vào cả mạch
điện không đối xứng bên ngoài. Tác dụng mômen đổi dấu đối với máy phát điện
17


là gây ứng suất phụ và rung.
2. Đối với động cơ không đồng bộ
Cuộn dây ba pha phần tĩnh của động cơ không đồng bộ được đấu tam
giác hoặc sao không dây trung tính, do đó trong chế độ không đối xứng phần
tĩnh của nó chỉ tồn tại các thành phần dòng thứ tự thuận và thứ tự nghịch.
Tác dụng từ trường quay của hệ dòng thứ tự thuận đối với rôto là sinh mô
men không đồng bộ như trong chế độ đối xứng bình thường và khi đó dòng rôto
có tần số f1s ( s ở đây là độ trượt giữa vận tốc quay của rôto và vận tốc đồng bộ, f1
tần số dòng phần tĩnh).
Từ trường quay của dòng thứ tự nghịch quay ngược chiều với rôto nên
sinh dòng cảm ứng trong rôto với tần số (2 - s).f1. Điện trở tác dụng tương đối
định mức của rôto động cơ không đồng bộ rất nhỏ (R2 = 0,02 ÷ 0,03), điện
kháng tản từ của rôto cũng chỉ vào khoảng 0,1. Trong khi đó điện kháng từ
hoá của nó lại rất lớn (Xm = 3 ÷ 4). Do đó điện kháng thứ tự nghịch của động
cơ không đồng bộ rất nhỏ và có thể coi như bằng điện kháng ngắn mạch của nó X2 =

XN = (0,1 ÷ 0,3) tức là rất nhỏ so với điện kháng thứ tự thuận. Như vậy ngay cả khi
điện áp thứ tự nghịch đặt vào rất nhỏ thì trong động cơ không đồng bộ cũng có
dòng thứ tự nghịch rất lớn.
Trong chế độ không đối xứng đứt một pha phần tĩnh động cơ thì dòng hai
pha còn lại tăng gấp 3 lần dòng thứ tự thuận và nếu coi dòng này bằng định mức thì
tổn thất công suất trong phần tĩnh hai pha còn lại tăng ba lần, tổn thất trong rôto tăng
hai lần. Vì vậy trong chế độ không đối xứng động cơ không đồng bộ phát nóng rất
mạnh. Mô men cực đại của động cơ không đồng bộ trong chế độ không đối xứng có
thể giảm xuống đến hai lần.
3. Đối với đường dây các phần tử tĩnh khác
Có thể thấy rằng trong chế độ không đối xứng tổn thất trên đường dây và các
phần tử tĩnh khác tăng lên. Ví dụ trong chế độ đối xứng tổn thất ba pha đường dây
có dòng điện I và điện trở R là 3I2R. Còn trong chế độ không đối xứng, nếu dòng
trong pha này giảm đi I, dòng trong pha kia tăng lên I, còn dòng trong pha thứ ba
vẫn là I thì tổn thất trên đường dây khi đó là: R[(I+I)2+(I - I)2+I2] = R(3I2+2I2).

18