Các vấn đề về chất lượng điện năng

Tài Liệu
Các vấn đề về chất lượng
điện năng
1
Mục Lục
Mục Lục
CHƯƠNG 2: CÁC VẤN ĐỀ VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG.........................................4
Sụt giảm điện áp và mất điện áp [6]...................................................................................4
2.1.1 Đánh giá hiện tượng sụt giảm điện áp...........................................................................4
2.1.1.2 Sụt giảm điện áp trong hệ thống truyền tải.................................................................6
2.1.1.3 Sụt giảm điện áp trong hệ thống phân phối.................................................................6
2.1.2 Các giải pháp giảm sụt giảm và mất điện áp.................................................................6
2.1.2.1Các giải pháp ở mức thiết bị.........................................................................................7
Các máy ổn áp..........................................................................................................................7
Các bộ tổng hợp từ tính............................................................................................................8
Hệ thống bánh đà lưu giữ năng lượng...................................................................................10
Các thiết bị lưu giữ năng lượng từ siêu dẫn..........................................................................11
2.1.2.2Các giải pháp loại trừ sự cố hệ thống nguồn..............................................................12
2.2 Quá điện áp quá độ [6]....................................................................................................15
2.2.1 Nguyên nhân.................................................................................................................15
.1.1 Đóng cắt tụ......................................................................................................................15
.1.2 Sét....................................................................................................................................15
.1.3 Cộng hưởng sắt từ...........................................................................................................16
.1.4 Quá độ do nguyên nhân đóng cắt khác...........................................................................17
.2 Nguyên lý bảo vệ và các thiết bị bảo vệ quá điện áp.......................................................18
.2.1 Nguyên lý bảo vệ.............................................................................................................18
.2.2 Thiết bị bảo vệ quá điện áp ............................................................................................18
Các bộ triệt quá áp (TVVSs- Transient Voltage surge suppressors).....................................18

Các máy biến áp cách ly (Isolation Transformers)................................................................19
Nguyên nhân chính của các máy biến áp cách ly được tải ra khỏi hệ thống khi xảy ra quá
độ là do độ tự cảm rò của các máy biến áp này. Nhờ vậy mà các tạp âm tần số cao và quá
độ bị giữ lại không ảnh hưởng đến tải và không tác động tới hệ thống điện. Các xung đóng
cắt và xung sét có thể bị ngăn chặn.......................................................................................19
Sóng hài [6]............................................................................................................................21
2.3.1 Khái niệm chung về sóng hài.....................................................................................21
2.3.1.1 Khái niệm...................................................................................................................21
2.3.1.2 Độ méo điện áp và độ méo dòng điện.......................................................................22
2.3.1.3 Sóng hài và quá độ.....................................................................................................22
2.3.1.4 Phép đo sóng hài.......................................................................................................23
Độ méo yêu cầu tổng(Total demand Distortion)...................................................................24
2.3.2 Các nguồn tạo sóng hài..............................................................................................24
2.3.2.1 Nguồn sóng hài từ tải thương mại (Harmonics Sources from Commercial Loads).24
Nguồn một chiều....................................................................................................................25
Ánh sáng huỳnh quang(Fluorescent Lighting).....................................................................25
Các bộ truyền động có thể điều chỉnh tốc độ .......................................................................26
2.3.2.2 Nguồn sóng hài từ tải công nghiệp (Harmonics Sources from Industrial Loads)....26
Các bộ biến đổi công suất 3 pha (Three phase power converters).......................................26
Thiết bị hồ quang(Arcing devices)........................................................................................27
Thiết bị bão hoà (Saturable devices)......................................................................................27
2
2.3.3 Ảnh hưởng của sóng hài ...........................................................................................28
2.3.3.1 Tác động tới tụ...........................................................................................................28
2.3.3.2 Tác động tới máy biến áp...........................................................................................28
2.3.3.3 Tác động tới động cơ.................................................................................................29
2.3.3.4 Tác động tới các rơ le bảo vệ.....................................................................................29
2.3.3.5 Tác động tới các thiết bị đóng cắt..............................................................................29
2.3.3.6 Tác động tới các dụng cụ đo......................................................................................30
2.3.3.7 Tác động tới các thiết bị khác....................................................................................30

2.3.4 Nguyên tắc điều khiển sóng hài.................................................................................31
Giảm dòng điều hoà tạo trong tải...........................................................................................31
Lọc..........................................................................................................................................32
Điều chỉnh đáp ứng tần số hệ thống......................................................................................32
2.3.5 Khắc phục sóng hài....................................................................................................33
Dao động điện áp [6]..............................................................................................................34
2.4.1 Nguyên tắc của điều chỉnh điện áp............................................................................34
2.4.2 Thiết bị cho điều chỉnh điện áp...................................................................................35
2.4.2.1 Điều chỉnh điện áp tại nguồn.....................................................................................36
2.4.2.2 Máy ổn áp...................................................................................................................36
2.4.2.3 Các thiết bị điều chỉnh đầu phân áp ngắt mạch điện tử............................................37
2.4.2.4 Hệ thống lưu điện trực tiếp (UPS online)..................................................................37
2.4.2.5 Hệ thống động cơ-máy phát.......................................................................................37
2.4.2.6 Các bộ tụ bù tĩnh (Static Var Compensators) [4]......................................................38
2.4.3 Các ứng dụng điều chỉnh điện áp nguồn...................................................................38
2.4.3.1 Bù sụt giảm điện áp đường dây (Line drop Compensator)......................................38
2.4.3.2 Điều chỉnh nối tiếp.....................................................................................................39
2.4.4 Các bộ tụ cho điều chỉnh điện áp...............................................................................39
2.4.4.1 Các bộ tụ rẽ nhánh......................................................................................................40
2.4.4.2 Các bộ tụ nối tiếp......................................................................................................40
2.4.5 Điều chỉnh điện áp bằng nguồn phân phối................................................................40
2.4.6 Dao động thoáng qua.................................................................................................42
2.4.6.1 Nguồn của dao động thoáng qua...............................................................................42
3
CHƯƠNG 2: CÁC VẤN ĐỀ VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG
CHƯƠNG 2: CÁC VẤN ĐỀ VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG


Sụt giảm điện áp và mất điện áp
Sụt giảm điện áp và mất điện áp [6]

Nguyên nhân của sự sụt giảm điện áp và mất điện áp là do sự cố trong hệ thống
và các thao tác đóng cắt để tách sự cố. Đặc điểm của hiện tượng này là sự dao động điện
áp khỏi ngưỡng hoạt động bình thường của điện áp hệ thống.
Sụt giảm điện áp là một quá trình diễn ra trong thời gian ngắn (thông thường 0,5
tới 30 chu kỳ), nguyên nhân bởi sự cố trong hệ thống hoặc khởi động của các tải lớn, như
động cơ.
Mất điện áp tức thời (thường nhỏ hơn 2 đến 5s) thường xảy ra khi thực hiện việc
tách sự cố quá độ trong hệ thống. Hiện tượng mất điện áp có thời gian lâu hơn 1 phút
thường là do các sự cố xác lập gây ra.
Các công ty Điện lực đang phải đối mặt với sự phàn nàn về chất lượng điện năng
do hiện tượng sụt giảm và mất điện áp gây ra cho khách hàng. Các khách hàng ngày càng
có nhiều tải dễ bị ảnh hưởng bởi sự cố trong hệ thống. Các máy tính điều khiển mất bộ
nhớ, các qui trình ngày càng phức tạp cũng mất rất nhiều thời gian để khởi động lại. Các
ngành công nghiệp phải dựa nhiều vào các thiết bị tự động để đạt được hiệu suất lớn nhất
để duy trì sức cạnh tranh. Chính vì vậy, các hiện tượng này có tác động rất lớn về mặt kinh
tế.[5],[8]
2.1.1 Đánh giá hiện tượng sụt giảm điện áp
Đánh giá hiện tượng sụt giảm điện áp của nguồn cung cấp để các thiết bị có thể
được thiết kế và phát triển các thông số kỹ thuật nhằm tối ưu hoạt động của chúng. Trong
4
các quy trình sản xuất, để đảm bảo sự tương thích giữa đặc điểm nguồn và hoạt động của
hệ thống cần chú ý:
 Xác định số lượng và đặc điểm của hiện tượng sụt giảm điện áp do sự cố
trong hệ thống truyền tải.
 Xác định số lượng và đặc điểm của hiện tượng sụt giảm điện áp do sự cố
trong hệ thống phân phối.
 Xác định ảnh hưởng của thiết bị với hiện tượng sụt giảm điện áp. Điều này
sẽ xác định được hiệu suất thực tế của các quy trình sản xuất dựa trên việc tính
toán sự sụt giảm điện áp theo hai bước trên,
 Đánh giá kinh tế theo các giải pháp tăng hiệu suất khác nhau, hoặc ở mức

hệ thống cung cấp (ít sụt giảm điện áp hơn) hoặc trong các thiết bị.
2.1.1.1 Ảnh hưởng của thiết bị với sụt giảm điện áp
Các thiết bị sử dụng có thể có nhiều ảnh hưởng khác nhau với hiện tượng sụt
giảm điện áp, chúng phụ thuộc vào loại tải, hệ thống điều khiển và các ứng dụng[8]. Do
đó, thường khó để nhận biết được đặc điểm của hiện tượng sụt giảm điện áp gây mất hoạt
động cho các thiết bị. Đặc điểm chung thường được sử dụng là thời gian và biên độ của sự
sụt giảm. Ít sử dụng hơn là sự thay đổi pha và mất cân bằng, mất điện áp, mất cân bằng
điện áp 3 pha trong trường hợp giảm thấp điện áp... Thông thường, các thiết bị ảnh hưởng
với sự sụt giảm điện áp có thể chia thành ba nhóm:
 Các thiết bị chỉ ảnh hưởng với biên độ của sụt giảm điện áp. Nhóm thiết bị
này bao gồm các thiết bị như rơle thấp áp, các bộ điều khiển quy trình, điều khiển
truyền động động cơ, và các loại máy tự động. Các thiết bị trong nhóm này
thường ảnh hưởng với biên độ nhỏ nhất (hoặc lớn nhất) của điện áp xuất hiện
trong quá trình sụt giảm điện áp. Với nhóm thiết bị này, thời gian trong các dao
động là quan trọng bậc hai sau biên độ.
 Các thiết bị ảnh hưởng với cả biên độ và thời gian của sụt giảm điện áp.
Nhóm thiết bị này bao gồm các thiết bị sử dụng các nguồn cung cấp điện tử. Các
thiết bị này sẽ mất hoạt động hoặc sự cố khi điện áp đầu ra giảm xuống duới giá
trị danh định. Chính vì vậy, đặc điểm quan trọng của các thiết bị này là thời gian
mà điện áp định mức bị giảm xuống dưới ngưỡng định mức.
5
 Các thiết bị ảnh hưởng với các đặc điểm khác của sụt giảm điện áp. Nhóm
thiết bị này chịu ảnh hưởng bởi các đặc điểm khác của sự sụt giảm điện áp như
mất cân bằng pha, hoặc các quá độ xuất hiện trong quá trình mất ổn định... Các
đặc điểm này thường khó thấy hơn biên độ và thời gian, và các tác động của
chúng cũng khó để nhận biết.
2.1.1.2 Sụt giảm điện áp trong hệ thống truyền tải
Sự sụt giảm điện áp sẽ phụ thuộc vào khách hàng được cung cấp từ hệ thống lưới
truyền tải hay lưới phân phối. Nếu khách hàng được cung cấp từ lưới truyền tải thì sự sụt
giảm điện áp chỉ phụ thuộc vào lưới truyền tải. Còn nếu khách hàng được cung cấp từ lưới

phân phối thì sự sụt giảm điện áp sẽ phụ thuộc vào cả hệ thống truyền tải và phân phối.
Sự cố đường dây truyền tải và tác động của thiết bị bảo vệ ít khi gây ra sự mất
điện áp cho các khách hàng bởi sự liên thông trong hệ thống lưới truyền tải. Tuy nhiên, các
sự cố đó có thể gây ra hiện tượng sụt giảm điện áp. Tuỳ thuộc vào sự ảnh hưởng của các
thiết bị, các thiết bị có thể sẽ tách ra khỏi hệ thống, gây ra những tổn thất về kinh tế đáng
kể. Chính vì vậy, khả năng tính toán sự sụt giảm điện áp tại thiết bị là hết sức quan trọng.
2.1.1.3 Sụt giảm điện áp trong hệ thống phân phối
Các khách hàng được cung cấp từ mức độ điện áp phân phối chịu tác động của sự
cố trong cả hệ thống truyền tải và phân phối. Sự sụt giảm điện áp tại các thiết bị là tổng sự
sụt giảm điện áp trong hệ thống truyền tải và phân phối. Các tính toán tại mức độ phân
phối phải bao gồm cả sự mất điện áp tạm thời do các thiết bị bảo vệ hoạt động để loại trừ
sự cố.[10]
2.1.2 Các giải pháp giảm sụt giảm và mất điện áp
Một số cách có thể được thực hiện bởi nguồn, tải, và các nhà sản xuất thiết bị để
giảm số lượng, tính khắc nghiệt của sự sụt giảm điện áp và giảm bớt sự ảnh hưởng của
thiết bị với sụt giảm điện áp. Thường càng giải quyết được vấn đề tại mức độ thấp thì sẽ
càng tiết kiệm được chi phí.
Khi mức độ yêu cầu không thực hiện được, có thể sử dụng một hệ thống lưu điện
(UPS- Uninterruptible power supply) hoặc một vài loại điều hoà công suất khác cho các
6
thiết bị điều khiển. Điều này sẽ thích hợp khi các thiết bị có thể chống lại sụt giảm hoặc
mất điện áp nhưng các thiết bị điều khiển sẽ tự động ngắt chúng.
2.1.2.1Các giải pháp ở mức thiết bị
Các giải pháp để tăng độ tin cậy và hiệu suất của các qui trình hoặc của các thiết
bị có thể được chấp nhận tại nhiều mức độ khác nhau. Các công nghệ khác nhau có thể
được tính toán dựa trên các yêu cầu riêng của các qui trình để xác định giải pháp tối ưu cho
việc cải thiện sự sụt giảm điện áp. Các giải pháp có thể được thực hiện theo các mức độ
khác nhau:
 Bảo vệ cho các tải nhỏ (ví dụ như nhỏ hơn 5kVA). Điều này thường bao
gồm bảo vệ cho các thiết bị điều khiển, các máy cá nhân nhỏ hoặc nhiều khi là các

tải một pha cần được bảo vệ.
 Bảo vệ cho các thiết bị riêng hoặc nhóm các thiết bị tới khoảng 300 kVA.
Tuy rằng không phải mọi tải trong nhóm thiết bị này cần bảo vệ, nhưng đây có thể
là một giải pháp hết sức kinh tế cho việc đối xử với các tải tới hạn, đặc biệt là khi
sự bảo vệ cho các tải này được ghi rõ trên thiết kế.
 Bảo vệ cho nhóm các tải lớn hoặc toàn bộ thiết bị tại mức độ điện áp thấp.
Thỉnh thoảng khi một phần lớn của các thiết bị trong trạng thái tới hạn hoặc cần
bảo vệ, điều này thích hợp để tính toán cho một nhóm lớn các thiết bị cần được
bảo vệ tại một vị trí thuận lợi. Các công nghệ hiện đại có thể được xem xét khi
một nhóm lớn các tải cần được bảo vệ.
 Bảo vệ tại mức độ điện áp trung bình hoặc tại nguồn cung cấp. Nếu toàn bộ
thiết bị cần được bảo vệ hoặc tăng chất lượng điện năng, các giải pháp tại điện áp
trung bình có thể được xem xét.
Phạm vi của các nhóm trên là không cố định và rất nhiều các công nghệ khác
nhau có thể được áp dụng trên phạm vi đó. Sau đây là các công nghệ chính và mức độ
chúng có thể áp dụng.
Các máy ổn áp
Các máy ổn áp có thể điều khiển được hầu hết sự sụt giảm điện áp. Các máy ổn
áp đặc biệt hiệu quả cho các tải cân bằng công suất thấp. Các máy ổn áp về cơ bản là máy
7
biến áp 1:1 được kích thích cao trên đường cong bão hoà. Chính điều này đã tạo ra một
điện áp đầu ra không bị tác động bởi điện áp đầu vào.
Các bộ tổng hợp từ tính
Nguyên lý hoạt động của các bộ tổng hợp từ tính tương tự như các máy ổn áp
ngoại trừ chúng là các thiết bị ba pha và có thuận lợi với từ tính ba pha để tăng điện áp và
điều chỉnh tải ba pha. Chúng có thể sử dụng cho các tải có công suất từ 15 đến 200 kVA và
thường được sử dụng cho các tải của hệ thống máy tính lớn nơi sụt giảm điện áp hoặc dao
động điện áp tĩnh gây ra hậu quả quan trọng.
Sự truyền năng lượng và cách điện đường dây được hoàn thiện qua việc sử dụng
các cuộn cảm kháng phi tuyến. Điều này loại trừ được các vấn đề như tiếng ồn (noise)

đường dây. Dạng sóng đầu ra xoay chiều được tạo thành bằng cách kết hợp các xung điện
áp từ các máy biến áp bão hoà. Năng lượng dạng sóng được lưu giữ trong các máy biến áp
bão hoà và các bộ tụ như dòng điện và điện áp. Sự lưu giữ năng lượng này cho phép đầu ra
của một dạng sóng sạch với một chút dao động điều hoà nhỏ.
a. Các bộ bù nối tiếp hoạt động(Active series compensators)
Sự phát triển trong kỹ thuật điện tử công suất đã tạo ra những lựa chọn mới cho
việc cải thiện sụt giảm điện áp chống lại các tải giới hạn. Một trong các lựa chọn quan
trọng là một thiết bị có thể tăng điện áp bằng cách đẩy điện áp nối tiếp với điện áp yêu cầu
trong suốt quá trình sụt giảm điện áp. Đây là các thiết bị bù nối tiếp hoạt động. Chúng có
thể sử dụng cho các thiết bị một pha nhỏ (1 đến 5kVA) đến các thiết bị rất lớn (lớn hơn
2MVA) sử dụng trong hệ thống trung áp.
b. Các hệ thống lưu điện
 Hệ thống trực tiếp (On-line UPS)
Hình 2.1 miêu tả một hệ thống lưu điện trực tiếp.
Hình 2.1: Hệ thống lưu điện trực tiếp
8
T¶i
§uêng d©y
tb. BiÕn ®æi
¾c Quy
TB. chØnh luu
Trong trng hp ny, ti luụn c cung cp qua mt h thng UPS. Cụng sut
xoay chiu u vo c chnh lu thnh mt chiu v c np bng mt b c quy.
Cụng sut mt chiu ny sau ú c bin i li thnh xoay chiu cung cp cho ti.
Nu cụng sut xoay chiu u vo hng, b bin i s c cp t c quy v tip tc cung
cp n ti. Trong trng hp mt cụng sut, ngun s cung cp riờng cho cỏc ti khụng b
nh hng ca tỡnh trng mt cõn bng cụng sut ng dõy. Tuy nhiờn, hot ng trc
tip lm tng tn tht v cú th khụng cn thit cho bo v ca rt nhiu ti.
H thng d phũng (Standby UPS)
Mt h thng d phũng (hỡnh 2.2) c s dng cung cp cụng sut cho cỏc

thit b cho n khi s nhiu lon c xỏc nh v chuyn mch s chuyn ti ti cỏc b
bin i ngc. Mt h thng d tr cụng sut thng khụng cung cp bo v quỏ v
iu chnh in ỏp nh cỏc h thng trc tip.
Hỡnh 2.2: H thng d phũng
c im k thut ca cỏc h thng lu in bao gm cụng sut KVA, iu chnh
in ỏp tnh v ng, dao ng iu ho ca dũng in vo v in ỏp ra, cỏc bo v súng,
v s suy gim tp õm. Cỏc c im k thut ny thng c ch rừ bi cỏc nh cung
cp.
H thng giỏn tip (Hybrid UPS)
Tng t thit k nh h thng trc tip, h thng giỏn tip s dng mt b iu
chnh in ỏp trong u ra cung cp iu chnh cho ti khi cú s chuyn t h thng
bỡnh thng sang h thng lu in.
Hỡnh 2.3 miờu t mt h thng UPS giỏn tip.
Hỡnh 2.3: H thng giỏn tip
9
ổn ápTB. chỉnh luu
ắc Quy
tb. Biến đổi
Đuờng dây
Tải
TB. chỉnh luu
ắc Quy
tb. Biến đổi
Đuờng dây
Tải
tải
Đuờng dây
Bánh đà
máy phát
Động cơ

c. H thng ng c- mỏy phỏt(Motor- Generators sets)
õy l mt h thng hu ớch cho vic cỏch ly cỏc ti gii hn khi s st gim v
mt in ỏp trong h thng in. Mt h thng ng c- mỏy phỏt c miờu t nh trong
hỡnh 2.4
Hỡnh 2.4: H thng ng c- mỏy phỏt
Mt ng c c cung cp cụng sut t ng dõy truyn ng cho mỏy phỏt
cung cp cụng sut cho ti. Bỏnh ng trc to ra quỏn tớnh ln tng thi gian i qua.
Khi ng dõy chu nh hng ca mt cõn bng, quỏn tớnh ca cỏc mỏy v bỏnh s
iu chnh cụng sut trong vũng vi giõy. iu ny cng cú th tỏch c cỏc ti ra khi
cỏc s mt cõn bng khỏc nh dao ng iu ho v quỏ chuyn mch.
Tuy nhiờn, h thng ny cng cú mt s bt li cho mt vi loi ti nh:
Cú nhiu tn tht liờn quan n cỏc mỏy.
Ting n, v mt s loi ti phi c bo dng.
Tn s v in ỏp gim xung trong sut quỏ trỡnh mt in ỏp.
H thng bỏnh lu gi nng lng
H thng ng c- mỏy phỏt ch cú tớnh cht khai thỏc nng lng lu gi
trong cỏc bỏnh . Mt h thng nng lng bỏnh s dng cỏc bỏnh tc cao v
cỏc thit b in t cụng sut vt qua st gim v mt in ỏp t 10s n 2 phỳt. Trong
khi h thng ng c- mỏy phỏt thng hot ng m v thng l i tng ca tn tht
ma sỏt khớ ng hc thỡ cỏc bỏnh hot ng trong mụi trng chõn khụng v s dng
trc t tớnh gim tn tht d tr. Cỏc thit k vi cỏc rụ to thộp cú th quay ti tc
khong 10.000 rpm, trong khi vi cỏc rụ to composite cú th quay vi tc cao hn. Khi
lng nng lng lu tr tng ng vi bỡnh phng ca tc , mt lng ln nng
lng cú th c lu gi trong mt khụng gian nh. Roto hot ng nh mt thit b lu
gi nng lng lin khi, ng c v mỏy phỏt. lu gi nng lng. rụto c quay ti
10
Bánh đà
máy phát
Động cơ
Đuờng dây

tải
tốc độ như động cơ. Khi năng lượng đã đạt yêu cầu, thì rôto và phần ứng lại hoạt động như
một máy phát.
Các thiết bị lưu giữ năng lượng từ siêu dẫn
Một thiết bị lưu giữ năng lượng từ siêu dẫn được sử dụng để giảm sự sụt giảm và
mất điện áp. Năng lượng lưu giữ được bằng cách lưu giữ năng lượng trong dòng điện chạy
trong nam châm siêu dẫn. Khi cuộn dây tổn thất, năng lượng có thể được giải phóng. Qua
các bộ điều chỉnh điện áp và các bộ biến đổi, năng lượng này có thể được đẩy vào bảo vệ
hệ thống điện trong thời gian nhỏ hơn 1 chu kỳ để bù cho điện áp mất đi trong quá trình sụt
giảm điện áp.
Hệ thống này có một vài thuận lợi hơn hệ thống lưu điện dựa trên các bình ắc quy
là:
 Với cùng một năng lượng lưu trữ và khả năng phát công suất, hệ thống này
nhỏ hơn nhiều.
 Năng lượng được lưu trữ có thể được truyền nhanh vào hệ thống để bảo vệ
khi có sự cố.
 Hệ thống hầu như không giới hạn về chu kỳ nạp và phóng điện. Các chu kỳ
này có thể được thực hiện hàng ngàn lần mà không làm giảm phẩm chất của các
nam châm siêu dẫn.
d. Các bộ chuyển mạch tĩnh và chuyển mạch động
Có một số lựa chọn để bảo vệ cho toàn bộ các thiết bị dễ bị ảnh hưởng bởi sụt
giảm điện áp. Chúng bao gồm các máy hồi phục điện áp lực (dynamic voltage restorers-
DVRs) và các hệ thống lưu điện UPS sử dụng công nghệ tương tự như miêu tả trên nhưng
tại mức độ điện áp trung bình. Một giải pháp khác được sử dụng tại điện áp thấp hoặc điện
áp trung bình là các bộ chuyển mạch tự động.
Các bộ chuyển mạch tự động có thể sử dụng các công nghệ khác nhau, từ thông
thường đến các bộ chuyển mạch tĩnh. Các bộ chuyển mạch thường sẽ chuyển mạch từ
nguồn sơ cấp tới nguồn dự phòng trong vài giây. Các bộ chuyển mạch động sử dụng kỹ
thuật ngắt chân không có thể chuyển mạch chỉ trong khoảng 2 chu kỳ. Điều này có thể đủ
nhanh để bảo vệ các tải dễ bị ảnh hưởng. Các bộ chuyển mạch tĩnh sử dụng các chuyển

11
mạch điện tử công suất để thực hiện các sự chuyển mạch trong khoảng một phần tư chu kỳ
điện.
Điều chú ý nhất đối với các bộ chuyển mạch cho bảo vệ các tải dễ bị ảnh hưởng là
chúng yêu cầu hai nguồn cung cấp độc lập tới. Ví dụ như cả hai nguồn cấp đến từ một
thanh cái trạm, khi đó cả hai sẽ cùng bị đặt vào cùng một sự sụt giảm điện áp khi có sự cố
xảy ra trong hệ thống nguồn. Nếu một phần trăm đáng kể của các hiện tượng tác động đến
các thiết bị, gây ra bởi sự cố trong hệ thống truyền tải, các bộ chuyển mạch động sẽ có ít
lợi ích cho bảo vệ các thiết bị.
2.1.2.2Các giải pháp loại trừ sự cố hệ thống nguồn
Các công ty Điện lực có hai lựa chọn cơ bản để giảm số lượng và tính khắc nghiệt
của sự cố trong hệ thống. Đó là ngăn ngừa sự cố hoặc thực hiện các biện pháp điều chỉnh
loại trừ sự cố.
Việc ngăn ngừa sự cố không chỉ tăng sự hài lòng của khách hàng, mà còn ngăn
ngừa những hư hại lớn cho các thiết bị điện. Các hoạt động ngăn ngừa sự cố bao gồm: tỉa
cây, đặt chống sét đường dây, đặt thiết bị bảo vệ động vật... Cách điện của đường dây
không thể loại trừ được mọi sự cố do sét gây ra, chính vì vậy cần chú ý xem xét hiện tượng
các đường dây chịu tác động với sự cố do sét. Trong đường dây truyền tải, các dây chống
sét có thể được tính toán để giảm sự cố do sét. Trong lưới phân phối, các dây chống sét
cũng có thể là một lựa chọn khi các chống sét đặt dọc theo đường dây. Ngoài ra, một trong
những vấn đề trên đường dây là hiện tượng đổ cây vào đường dây. Trong các vùng mà
thực vật phát triển nhanh, việc tỉa cây để tránh đổ vào đường dây cũng là một nhiệm vụ
cần chú ý.
Nâng cao biện pháp loại trừ sự cố có thể bao gồm: đặt thêm các tự động đóng lại
đường dây, tính toán nhả nhanh, tăng thêm mạch vòng hoặc điều chỉnh thiết kế đường dây.
Các biện pháp này có thể giảm số lượng hoặc thời gian của các ngắt mạch tạm thời và sự
sụt giảm điện áp, nhưng sự cố hệ thống sẽ không bao giờ có thể tính toán trọn vẹn.
Nguyên lý phối hợp quá dòng
Rất quan trọng để hiểu sự hoạt động của hệ thống trong suốt quá trình sự cố. Có
các giới hạn tự nhiên để ngắt sự cố dòng điện và phục hồi công suất. Các vị trí này thường

yêu cầu nhỏ trong tải. Trong một số trường hợp việc thực hiện phía hệ thống nguồn để
12
nâng cao chất lượng điện năng sẽ tốt hơn phía tải. Chính vì vậy, chúng ta sẽ nêu ra các giải
pháp để loại trừ sự cố với cả hai phía nguồn và tải.
Các chế độ làm việc của hệ thống điện được chia làm hai loại chính: chế độ xác
lập và chế độ quá độ. Chế độ xác lập là các chế độ trong đó các thông số của hệ thống
không thay đổi, hoặc trong những khoảng thời gian tương đối ngắn, chỉ biến thiên nhỏ
xung quanh các trị số định mức. Chế độ làm việc bình thường, lâu dài của hệ thống điện
thuộc về chế độ xác lập (còn gọi là chế độ xác lập bình thường). Chế độ sau sự cố, hệ
thống được phục hồi và làm việc tạm thời cũng thuộc về chế độ xác lập (còn gọi là chế độ
xác lập sau sự cố). Ở các chế độ xác lập sau sự cố thông số ít biến thiên nhưng có thể lệch
khỏi trị số định mức tương đối nhiều, cần phải nhanh chóng khắc phục.
Ngoài chế độ xác lập còn diễn ra các quá trình quá độ trong hệ thống điện. Đó là
các chế độ trung gian chuyển từ chế độ xác lập này sang chế độ xác lập khác. Chế độ quá
độ thường diễn ra sau những sự cố hoặc thao tác đóng cắt các phần tử đang mang công
suất (những kích động lớn). Chế độ quá độ được gọi là bình thường nếu nó tiến đến chế độ
xác lập mới. Trong trường hợp này các thông số hệ thống bị biến thiên nhưng sau một thời
gian lại trở về gần định mức và tiếp theo ít thay đổi. Ngược lại, có thể diễn ra chế độ quá
độ với thông số hệ thống biến thiên mạnh, sau đó tăng trưởng vô hạn hoặc giảm đến 0. Chế
độ quá độ khi đó được gọi là chế độ quá độ sự cố. Nói chung, với mọi hệ thống điện yêu
cầu nhất thiết là phải đảm bảo cho các chế độ quá độ diễn ra bình thường, nhanh chóng
chuyển sang chế độ xác lập mới, bởi chế độ quá độ chỉ có thể là tạm thời, chế độ xác lập
mới là chế độ cơ bản làm việc của hệ thống điện.[3]
Mục tiêu chính của quá trình loại trừ sự cố trong hệ thống điện, bên cạnh đảm bảo
an toàn, là để hạn chế sự hư hại của hệ thống phân phối. Chính vì vậy, việc xác định sự cố
và loại trừ sự cố phải được thực hiện với tốc độ có thể lớn nhất mà không gây ra mất hoạt
động trong quá trình quá độ thông thường. Hai quan tâm lớn nhất cho hư hỏng thường là:
hồ quang điện gây ra cho dây dẫn, các thanh cái và hư hỏng các máy biến áp trong các
trạm.
Một hệ thống lưới phân phối hình tia được thiết kế cho chỉ riêng thiết bị ngắt sự

cố được hoạt động để loại trừ sự cố. Với các sự cố xác lập, các thiết bị ngắt sự cố sẽ hoạt
động để tách các đường dây. Chính vì vậy, sự cố sẽ được cách ly và công suất có thể được
phục hồi.
13
Các thiết bị bảo vệ quá dòng điện xuất hiện nối tiếp dọc theo các đường dây. Với
sự cố xác lập, các thiết bị hoạt động tăng chậm dần từ cuối đường dây tới trạm biến áp.
Điều này giúp đảm bảo chính xác các phần của đường dây nên chỉ cách ly phần bị sự cố.
Thứ tự các thiết bị bảo vệ quá dòng trên đường dây thường bao gồm:[1]
 Các máy cắt có trang bị tự đóng lại: Đây là loại máy cắt nhẹ tác động
nhanh được trang bị bảo vệ quá dòng, phần tử lôgic để cắt và đóng trở lại máy cắt
có bộ phận đếm số lần tác động và chỉ trạng thái của máy cắt. Số lần tự đóng lại
có thể được đặt trước, nếu đóng lại không thành công, máy cắt sẽ giữ ở trạng thái
cắt, chờ nhân viên vận hành xử lý. Máy cắt có trang bị tự động đóng lại có loại 3
pha hoặc 1 pha, ngày nay người ta sử dụng máy cắt chân không hoặc SF
6
thay cho
máy cắt ít dầu thường dùng trước đây để giảm trọng lượng của thiết bị, cho phép
dễ dàng lắp đặt trên cột đường dây phân phối, nâng cao độ an toàn và tin cậy của
thiết bị. Bộ phận điều khiển lô gích cắt và tự động đóng lại, đếm chu trình và thời
gian tác động do một microprocessor thực hiện cho phép kết nối với hệ thống điều
khiển xa và hiển thị trạng thái máy cắt trong sơ đồ tự động của lưới phân phối.
 Các dao cách ly tự động: Là loại dao cách ly được trang bị bộ truyền động
có thể điều khiển từ xa tác động phối hợp với máy cắt có trang bị tự đóng lại để
thực hiện việc tách và cách ly phần tử bị sự cố trong khoảng thời gian không điện
trong chu trình tự đóng lại. Dao cách ly tự động không có khả năng cắt dòng điện
lớn, vì vậy trong quá trình xử lý sự cố cần phối hợp chính xác tác động giữa nó và
máy cắt.
 Rơle quá dòng: Được trang bị kèm theo máy cắt tự động đóng lại, có đặc
tính thời gian phụ thuộc, đôi khi được sử dụng kết hợp với bộ khoá điện áp thấp
để tăng độ nhạy của bảo vệ hoặc bộ phận định hướng công suất (trong các mạch

vòng).
 Các bộ phận chỉ thị sự cố: Thời gian phát hiện phần tử bị sự cố quyết định
mức độ kéo dài của quá trình xử lý sự cố. Bộ phận chỉ thị sự cố sẽ tác động khi có
dòng điện sự cố chạy qua nó, nó chỉ cảnh báo chứ không tác động cắt máy cắt.
Các bộ phận chỉ thị sự cố được lắp đặt ở đầu tất cả các đường dây, kể cả đường
dây rẽ nhánh giúp cho việc xác định đường đi của dòng điện sự cố và từ đó xác
định vị trí điểm sự cố được dễ dàng và nhanh chóng. Có rất nhiều loại chỉ thị sự
14
cố được chế tạo theo nhiều nguyên tắc khác nhau từ loại điện từ thường dùng
trước đây với hệ thống trở về điều khiển bằng tay đến các loại thiết bị điện tử hiện
đại với các hệ thống trở về khác nhau, có thể lắp đặt trong nhà hoặc trên cột, dùng
cho đường dây trên không hoặc cáp ngầm.
 Cầu chảy cao áp: Cầu chảy (cầu chì) là loại thiết bị đơn giản nhất dùng
trong lưới phân phối với đặc tính bảo vệ quá dòng có thời gian phụ thuộc. Có
nhiều loại cầu chảy cao áp khác nhau, những loại thường gặp trong lưới phân phối
là: Cầu chảy tự rơi, cầu chảy chứa thạch anh, cầu chảy chứa chất lỏng dập hồ
quang và cầu chảy chứa chân không hoặc chứa khí SF
6
.
2.2
2.2
Quá điện áp quá độ
Quá điện áp quá độ [6]
2.2.1 Nguyên nhân
Hiện tượng quá điện áp quá độ là do quá trình đóng cắt thiết bị hoặc do hiện
tượng sét. Quá điện áp quá độ có thể xảy ra ở tần số cao, trung bình hoặc thấp.
.1.1 Đóng cắt tụ
Tụ thường được sử dụng để cung cấp công suất phản kháng nhằm nâng cao khả
năng tải cho đường dây, giảm tổn thất và cung cấp điện áp cho hệ thống điện. Sử dụng tụ
mang lại hiệu quả kinh tế cao. Trong khi các phương pháp khác như sử dụng máy điện

quay hoặc sử dụng các thiết bị bù tĩnh điện đều có giá thành và bảo dưỡng tốn kém hơn
nên hiện nay việc sử dụng tụ trong hệ thống điện là phổ biến nhất.
Tuy nhiên nhược điểm của tụ là gây ra quá độ trong quá trình đóng cắt. Một số tụ
được cung cấp năng lượng toàn bộ thời gian tuy nhiên một số khác đóng cắt theo tải. Chính
điều này đã làm xuất hiện các sự thay đổi các thông số hệ thống như điện áp, dòng điện,
công suất phản kháng...
.1.2 Sét
Hệ thống lưới điện và các trạm biến áp hầu hết được xây dựng ngoài trời với các
đường dây tải điện hàng trăm, hàng ngàn km. Quá điện áp khí quyển không chỉ gây nên
phóng điện trên cách điện dường dây mà còn truyền sóng vào trạm biến áp gây sự cố hư
hỏng cách điện trong trạm. Quá điện áp khí quyển có thể do sét đánh thẳng lên đường dây
15
hoặc mặt đất gần đường dây sẽ sinh ra sóng điện từ truyền dọc đường dây, gây nên quá
điện áp tác dụng lên cách điện của đường dây. Khi cách điện của đường dây bị hỏng sẽ gây
nên ngắn mạch pha-đất hoặc ngắn mạch pha-pha buộc các thiết bị bảo vệ đầu đường dây
phải làm việc. Với những hệ thống đường dây truyền tải công suất lớn, khi máy cắt nhảy
có thể gây mất ổn định hệ thống, nếu hệ thống tự động của các nhà máy làm việc không
nhanh thì có thể gây nên sự cố rã lưới.
Sóng sét còn có thể truyền từ đường dây vào trạm biến áp hoặc đánh thẳng vào
trạm biến áp đều gây nên phóng điện trên cách điện trạm biến áp, điều này rất nguy hiểm
vì nó tương đương với ngắn mạch trên thanh góp và dẫn đến sự cố trầm trọng. Mặt khác
khi có sóng sét truyền vào trạm biến áp, nếu chống sét van đầu cực máy biến áp làm việc
không hiệu quả thì cách điện của máy biến áp sẽ bị chọc thủng gây thiệt hại vô cùng lớn.
Nhìn chung, khi bảo vệ chống sét đường dây không phải là loại trừ hoàn toàn khả năng sự
cố do sét mà chỉ giảm sự cố đến mức giới hạn hợp lý mà thôi.
.1.3 Cộng hưởng sắt từ
Cộng hưởng sắt từ là một loại cộng hưởng đặc biệt bao gồm điện dung và điện
cảm của lõi sắt. Nó gây ra hiện tượng mất cân bằng khi điện kháng từ hoá của một máy
biến áp được đặt nối tiếp với tụ hệ thống. Điều này xảy ra trong đường dây hở mạch một
pha. Dưới trạng thái điều khiển, cộng hưởng sắt từ có thể được sử dụng hữu ích như một

máy ổn áp.
Cộng hưởng sắt từ khác cộng hưởng trong các phần tử hệ thống tuyến tính. Cộng
hưởng tuyến tính là hiện tượng xảy ra sau khi có sự khuếch đại của sóng hài trong hệ thống
điện. Trong hệ thống tuyến tính, cộng hưởng dẫn đến điện áp và dòng điện sin cao theo tần
số cộng hưởng, trong khi đó cộng hưởng sắt từ thì dạng sóng thường không theo quy luật.
Các nguyên nhân chính dẫn đến cộng hưởng sắt từ là:
 Đóng cắt không tải, đường dây cáp, máy biến áp 3 pha với chỉ một pha
đóng.
 Đóng cắt không tải, đường dây cáp, máy biến áp ba pha với một pha hở.
 Cầu chì 1 hoặc 2 cực hỏng để máy biến áp với 1 hoặc 2 pha mở. Các tự
động đóng lại 1 pha cũng có thể gây ra tình trạng này.
16
Tuy nhiên không phải những sự kiện trên đều gây ra cộng hưởng sắt từ. Có các hệ
thống cáp ngầm cả chục năm mà không xuất hiện cộng hưởng. Tình trạng hệ thống mà làm
tăng sự xuất hiện của cộng hưởng sắt từ bao gồm:
 Hệ thống điện áp phân phối cao hơn, đặc biệt là nhóm hệ thống điện áp 22
và 35kV.
 Đóng cắt tải nhẹ hoặc các máy biến áp không tải.
 Cách đấu dây phía sơ cấp máy biến áp.
 Mạch cáp ngầm quá dài.
 Hư hỏng cáp và các thiết bị đóng cắt trong suốt quá trình xây dựng hệ thống
cáp ngầm.
 Hệ thống yếu, dòng ngắn mạch thấp.
 Các máy biến áp tổn thất nhỏ.
 Hệ thống 3 pha với thiết bị đóng cắt chỉ một pha.
Sự xuất hiện của cộng hưởng sắt từ có thể xuất hiện tại nhiều mức độ điện áp
khác nhau. Tỷ lệ của tổn thất, điện kháng từ hoá và điện dung tại mức độ thấp có thể giới
hạn được tác dụng của công hưởng sắt từ nhưng nó vẫn xuất hiện.
Có một vài loại của cộng hưởng sắt từ với sự biến đổi vật lý và điện khác nhau.
Một số có điện áp và dòng điện rất cao, một số khác lại có điện áp gần với giá trị bình

thường. Chính vì vậy, rất khó để nói rằng có cộng hưởng sắt từ trừ khi có bằng chứng hoặc
sử dụng các thiết bị đo chất lượng điện năng.
.1.4 Quá độ do nguyên nhân đóng cắt khác
Quá độ đường dây thường xuất hiện khi một dao cách ly đóng nối đường dây vào
hệ thống điện. Khi đó chúng thường sinh ra một thành phần tần số cao hơn quá độ do đóng
cắt tụ. Quá trình quá độ này là kết quả của sự kết hợp của sóng mang, điện dung của đường
dây và điện cảm của nguồn.
Các quá độ trong mạch điện phân phối thường bao gồm kết quả của quá độ đường
dây, đặc điểm dòng khởi động máy biến áp và đặc điểm khởi động của tải. Quá độ đường
dây không thường xuyên là vấn đề với các thiết bị sử dụng. Các thiết bị sử dụng có thể
được bảo vệ với thành phần tần số cao bằng các thiết bị nếu cần thiết.
17