Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động điện áp trong lưới phân phối của hệ thống điện

Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học bách khoa hà nội


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Ngành: mạng và Hệ thống điện

Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động
điện áp trong lưới phân phối
của hệ thống điện

Nguyễn Ngọc Trung

Hà Nội 2006


Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học bách khoa hà nội


Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Nghiên cứu ảnh hưởng của dao động
điện áp trong lưới phân phối
của hệ thống điện
Ngành: mạng và Hệ thống điện
MÃ số: 02 - 06 - 07

Nguyễn Ngọc Trung

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Đặng quèc thèng

Hµ Néi 2006


li cm n
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến người hướng dẫn trực tiếp là PGS.TS
Đặng Quốc Thống - Bộ môn Hệ thống điện, khoa Điện, trường Đại học Bách
Khoa Hà Nội đà tận tình hướng dẫn tôi nâng cao chất lượng và hoàn thành bản
luận văn này, cùng với sự giúp đỡ và động viên trong suốt quá trình thực hiện đề
tài này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các đồng nghiệp ở Điện lực Hưng Yên, Trung
tâm điều độ quốc gia A0, Trung tâm thí nghiệm Điện 1 đà nhiệt tình giúp đỡ
cung cấp dữ liệu, phối hợp sử dụng phần mềm EMTP. Cảm ơn Công ty thép Hoà
Phát đà cho phép thực hiện các phép đo tại trạm biến áp của công ty trong quá
trình thực hiện đề tài này.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, các đồng nghiệp và người
thân đà nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2006
Người thực hiện

Nguyễn Ngọc Trung

Nguyễn ngọc trung - cao häc hT® 2004-2006


Li cam oan
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, ngoài những trích
dẫn đà nêu trong luận văn. Tôi xin cam đoan những dữ liệu, phép đo thực hiện
trong đề tài này là hoàn toàn trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công

trình nào trước đây.

Người thực hiện

Nguyễn Ngọc Trung

Nguyễn ngọc trung - cao häc hT® 2004-2006


Mục lục
1
lời nói đầu
3
Liệt kê hình vẽ và bảng biểu
Liệt kê chữ viết tắt
5
Chương 1 Tổng quan về chất lượng điện năng và
chất lượng điện áp
6
1.1 Khái niệm chung.
6
1.2 Chất lượng điện áp
9
Chương 2 Các vấn đề về chất lượng đIện áp
20
2.1 Sụt giảm điện áp và mất điện áp
20
2.2 Quá điện áp quá độ
26
2.3 Sóng hài

34
2.4 Dao động điện áp
51
Quá áp do cắt mạch máy biến áp không tải trên lưới phân
2.5 phối
64
Chương 3 dao động điện áp và các biện pháp ổn định
điện áp trên lưới điện có phụ tải dao động
72
3.1 Dao động điện áp trong lưới điện và nguyên nhân cần khắc
phục để nâng cao chất lượng điện
72
3.2 Biện pháp ổn định điện áp ở lưới điện có phụ tải dao động
80
Chương 4 Sử dụng EMTP mô phỏng hệ thống điện và
đánh giá kết quả về mặt dao động điện áp
89
4.1 Giới thiệu về chương trình ATP- EMTP
89
4.2 ứng dụng của chương trình
89
4.3 Kết hợp các modules tính toán trong ATP
90
4.4 Mô phỏng các quá độ đóng cắt trạm tụ
92
4.5 Mô phỏng dao động điện của lò hồ quang bằng EMTP
99
105
Kết luận và kiến nghị
107

Phụ lục
116
tài liệu tham khảo

Nguyễn ngọc trung - cao học hTđ 2004-2006


1

li núi u
Chất lượng điện thường được nói đến như giới hạn cho phép về độ lệch
điện áp, dao động điện áp, dạng sóng không hình sin của điện áp và dòng
điện, sự mất đối xứng điện áp trong lưới điện ba pha, độ lệch tần số. Trong các
tiêu chuẩn giới hạn đó thì giới hạn về dao động điện áp (nhất là sóng hài và
chớp nháy điện áp) là một trong những vấn đề lớn về chất lượng điện cần được
quan tâm, nhất là đối với các nước có nền công nghiệp phát triển và các nước
đang phát triển.
Lý do chọn đề tài:
Trong tiến trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, việc nghiên
cứu dao động điện ¸p trong l­íi ®iƯn cã ý nghÜa rÊt lín. Nãi một cách khác, để
tồn tại và phát triển không ngừng nhiều lĩnh vực sản xuất công nghiệp trong
cạnh tranh thị trường phải quan tâm đến vấn đề chất lượng điện năng, dao
động điện áp là một trong những vấn đề đó. Dao động điện áp qúa mức ảnh
hưởng rất xấu đến hoạt động của các thiết bị tiêu thụ điện nối vào lưới điện,
đến chất lượng sản phẩm, ảnh hưởng đến sinh hoạt và sức khoẻ của con người
như thị giác, thần kinh Tất cả những điều đó dẫn đến thiệt hại lớn cho nền
kinh tế quốc dân. Đối với những nhà máy điện ở gần phụ tải dao động xung,
dao động điện áp quá lớn do nguồn này gây ra luôn đi đôi với dao động công
suất có thể làm cho bộ phận điều chỉnh tuabin của máy phát điện phải hoạt
động liên tục ở chế độ công suất đó và kéo theo tình trạng dao động tần số.

Dao động điện áp trong lưới điện do nhiều nguyên nhân, nguyên nhân có
thể do các phụ tải tiêu thụ điện, cũng có thể do nguồn điện gây ra, nhưng
nguyên nhân chủ yếu vẫn là các phụ tải điện nối vào lưới điện. Những phụ tải
nối vào lưới điện gây ra dao động điện áp rất đa dạng và có công suất từ nhỏ
cho đến rất lớn (ở nhiều nước, riêng một lò điện hồ quang phải dùng một máy
biến áp lò có công suất lên đến 60MVA và có thể lớn hơn) với các đặc tính

Nguyễn ngọc trung - cao häc hT® 2004-2006


2

khác nhau. Trong khu vực điện dân dụng vấn đề hạn chế dao động điện áp
luôn đóng vai một trò quan trọng trong công việc đảm bảo sinh hoạt và sức
khoẻ của con người (thị giác, thần kinh).
Dao động điện áp có thể xảy ra ở những khu vực lưới điện có các phụ tải
dao động như: lò điện hồ quang, máy hàn điện, động cơ điện của các máy cán
kim loại, những bộ chỉnh lưu van lớn có điều chỉnh để cấp điện cho truyền
động chính của máy cán kim loại Cũng có thể xảy ra ở các cấp điện áp từ
thấp đến cao.
Đặc điểm của lò điện hồ quang trong quá trình nấu, luyện thép là dao
động công suất lớn. Lưới điện hầu như làm việc trong tình trạng ngắn mạch.
Do đó, ở các nhà máy luyện kim trên thế giới, có sản xuất thép bằng lò ®iƯn
ng­êi ta th­êng ®­a hƯ thèng ®iƯn cao ¸p ®Õn thẳng trạm biến áp của các
xưởng có lò luyện (gọi là các đường dây dẫn sâu và các trạm biến áp dẫn sâu),
nhằm giảm tổn thất điện năng, hạn chế dao động điện áp.
Với mong muốn tìm hiểu, nghiên cứu về dao động điện áp. Đề tài này
được đưa ra để tìm hiểu các nguyên nhân gây ra dao động điện áp, ảnh hưởng
của nó đến hệ thống điện và các biện pháp khắc phục.
Tên đề tài:

Nghiên cứu dao động điện áp trong lưới phân
phối của hệ thống điện
Đối tượng nghiên cứu: Các nguyên nhân gây ra dao động điện áp, ảnh
hưởng của nó đến hệ thống điện và các biện pháp khắc phục. (đặc biệt là lò
điện hồ quang).
Phạm vi nghiên cứu: Lưới điện Khu công nghiệp Hưng Yên, ảnh hưởng
của lò điện hồ quang luyện thép của Công ty thép Hoà Phát đến các phụ tải
điện trong khu công nghiệp này.

Nguyễn ngọc trung - cao học hTđ 2004-2006


3

Liệt kê hình vẽ và bảng biểu
H×nh vÏ
H×nh 1.1: Sơt giảm điện áp do sự có chạm đất một pha
Hình 1.2: Sụt giảm điện áp do sự khởi động của động cơ lớn
Hình 1.3: Quá điện áp do sự cố chạm đất một pha
Hình 1.4 - Mất cân bằng điện áp
Hình 1.5 - Dạng sóng của dòng điện
Hình 1.6 - Dạng phổ của dòng điện
Hình 1.7 - Dạng sóng nhiễu loạn điện áp
Hình 1.8 - Dao động điện áp do hồ quang gây ra
Hình 1.9: Quá độ xung do sét
Hình 1.10: Xung dòng quá độ dao động
Hình 2.1: Máy biến áp cách ly
Hình 2.2: Bộ lọc tần số thấp
Hình 2.3: Điều hoà công suất trở kháng thấp
Hình 2.4: Đặc điểm ổn định tĩnh của máy ổn áp

Hình 2.5.1: Sơ đồ cắt không tải MBA
Hình 2.5.2: Dòng i w và điện áp u 2 ở thời điểm tắt hồ quang.
Hình 2.5.3: Điện áp phóng điện ngược.
Hình 2.5.4: Cảm ứng điện áp từ một pha sang hai pha khác.
Hình 2.5.5: Ngắt tụ điện.
Hình 3.1: Giản đồ véctơ tải dao động lò điện.
Hình3. 2: Đường cong đặc tính tải dao động của lò điện.
Hình 3.3: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SVC.
Hình 3.4: Biểu đồ điện áp phía sơ cấp máy biến áp nối vào thanh cái 22kV ở
các chế độ vận hành có lắp hệ thống tụ điện có thyristor điều khiển.
Hình 3.5: Biểu thị các đường cong phụ tải của lò điện hồ quang.

Nguyễn ngọc trung - cao học hT® 2004-2006


4

Hình 4.1.1: Đóng điện vào trạm tụ độc lập.
Hình 4.1.2: Xung quá điện áp và dòng điện qua tụ, Uc(0) =0, t = 5ms.
Hình 4.2.1: Đóng điện vào trạm tụ song song.
Hình 4.2.2: Xung quá áp U C1 và dòng I C1 qua tô C1, U C2 (0) =0, t = 5ms.
Hình 4.3.1: Quá độ với hiện tượng phóng điện trước.
Hình 4.3.2: Xung quá áp và dòng qua tụ, Uc(0)=0, t1=5ms, t2=6ms, t3=15ms.
Hình 4.4.1: Quá độ với hiện tượng phóng điện trở lại.
Hình 4.4.2: Xung áp và dòng qua tụ, Uc(0)=0, t1=45ms, t2=55ms, t3=56ms.
Hình 4.5: QĐA trên mạng hạ áp khi đóng điện vào trạm tụ lưới phân phối.
Hình 4.5.1: Sơ đồ mô phỏng của SVC.
Hình 4.5.2: Icon của SVC400.
Hình 4.5.3: Sơ đồ mô phỏng hệ thống cung cấp điện cho lò hồ quang.
Hình 4.5.4: Sơ đồ mô phỏng lưới điện.

Bảng
Bảng 2.1: Các thành phần thứ tự pha của sóng hài trong HT 3 pha cân bằng.
Bảng 3.1: Tính toán trị số R/X của các bộ phận cấu thành lưới điện.
Bảng 4.1: Giá trị (pu) của điện áp Uc và dòng điện Ic
Bảng 4.2: Giá trị (pu) của điện áp UC1 và dòng điện IC1
Bảng 4.3: Giá trị (pu) của điện áp Uc và dòng điện Ic
Bảng 4.4: Giá trị (pu) cđa Uc vµ Ic.

Ngun ngäc trung - cao häc hT® 2004-2006


5

Liệt kê chữ viết tắt

CSI

Current source Inverters

Bé biÕn ®ỉi ngn dòng

VSI

Voltage source Inverters

Bộ biến đổi nguồn áp

EMTP

ElectroMagnetic transients program

Chương trình tính toán quá độ điện từ

EAF

Electric Arc Furnace

PWM

Pulse Width Modulation

Lò hå quang ®iƯn

Bé ®iỊu khiĨn biÕn ®iƯu ®é réng xung
THD

Total harmonic distortion

Tổng độ méo hài

TDD

Total deman distortion

Độ méo yêu cầu tỉng

TVVSs Transient Voltage surge suppressors
Static VAR Compensator
SVC

Bé bï tÜnh c«ng suất phản kháng có điều khiển

Thyristor Controlled Reactor

TCR

Bộ kháng điều khiĨn b»ng thyristor
Thyristor Switched Capacitor

TSC

Bé tơ ®ãng më b»ng thyristor
Thyristor Switched Reactor

TSR

Bộ kháng đóng mở bằng thyristor

Nguyễn ngọc trung - cao học hTđ 2004-2006

Bộ bảo vệ quá áp


6

Chương 1: tổng quan về chất lượng điện năng và cht lng in ỏp
Khái niệm chung.
Hiện nay, chất lượng điện năng đà trở thành vấn đề rất quan trọng.
ứng dụng cđa khoa häc kü tht trong ®iỊu khiĨn tù ®éng và các thiết bị điệnđiện tử ngày càng phát triển đà làm tăng sự quan tâm đến chất lượng điện
năng trong những năm gần đây và đi cùng là sự phát triển của các thuật ngữ để
miêu tả các hiện tượng này. ở đây sẽ miêu tả các thuật ngữ được sử dụng để
miêu tả về chất lượng điện năng. Định nghĩa đầu tiên của chất lượng điện

năng được biết đến bởi nghiên cứu của U.S. Navy năm 1968 đà đưa ra một
cái nhìn tổng quan về chất lượng điện năng, bao gồm cách sử dụng thiết bị
giám sát và các hiện tượng giả thiết sử dụng dao cách ly chuyển dịch tĩnh. Sau
đó là một số định nghĩa về chất lượng điện năng trong mối quan hệ tương
quan với truyền tải hệ thống điện. Trong những năm 1970 Chất lượng điện
áp cao đà được quan tâm như là một mục đích của thiết kế hệ thống điện
công nghiệp, cùng với độ an toàn, độ tin cậy phục vụ và Chi phí
cho hoạt động khởi động thấp. Cùng thời gian định nghĩa về chất lượng
điện năng đà được sử dụng tại các nước thuộc khối Liên Xô cũ, chủ yếu là sự
xem xét sự biến đổi chậm trong biên độ của điện áp.
Các nguyên nhân chính làm cho chúng ta phải quan tâm đối với chất
lượng điện áp đó là:
Các thiết bị ảnh hưởng nhiều hơn với mất cân bằng điện áp
Các thiết bị điện và điện tử bị ảnh hưởng bởi mất cân bằng điện áp
nhiều hơn so với trước đây. Không chỉ có các thiết bị bị ảnh hưởng mà hệ
thống cũng bị ảnh hưởng về tổn thÊt cđa thêi gian s¶n xt kÐo theo sù gi¶m
chi phí khi xảy ra mất cân bằng điện áp. Hậu quả dẫn đến một sự mất cung

Nguyễn ngọc trung - cao häc hT® 2004-2006


7

cấp nguồn điện sẽ rất lớn. Trong thị trường nội địa, điện năng đà được coi như
một quyền lợi cơ bản phải luôn được thực hiện.
Các thiết bị gây ra mất cân bằng điện áp
Thiết bị thường phản ứng nhanh với mất cân bằng của điện áp cung
cấp. Các thiết bị điện tử hiện tại không chỉ chịu ảnh hưởng của mất cân bằng
điện áp mà còn gây ra mất cân bằng với các tải khác trong hệ thống. Sự gia
tăng việc sử dụng của các thiết bị truyền động-biến đổi đà gia tăng sự mất cân

bằng điện áp. Vấn đề chính ở đây là các dòng không sin của các bộ chỉnh lưu
và bộ đổi điện. Dòng vào không chỉ chứa các thành phần tần số cơ bản (50Hz
hoặc 60Hz) mà còn các thành phần sóng hài với tần số tương ứng là bội số của
tần số cơ bản. Dao động điều hoà của dòng điện dẫn đến thành phần hài trong
nguồn cung cấp. Các thiết bị tạo ra dao động điều hoà, nhưng gần đây khi số
lượng các bộ biến đổi điện tử tăng mạnh, không chỉ các bộ truyền động có thể
điều chỉnh tốc độ lớn mà kể cả các thiết bị điện tử nhỏ, đà gây ra một lượng
lớn các dao động điện áp điều hoà.
Sự cần thiết phải tăng tiêu chuẩn hoá và các tiêu chuẩn thực hiện
Trước đây khi các khách hàng dùng điện không được chú ý, mất điện
áp và các mất cân bằng điện áp khác là một phần trong thoả thuận của khách
hàng với các công ty Điện lực. Bất kỳ khách hàng nào không hài lòng với độ
tin cậy và chất lượng điện năng thì đều phải trả cho công ty cung cấp để tăng
khả năng cung cấp.
Ngày nay khi tầm quan trọng của khách hàng tăng lên, ngay cả khi các
công ty Điện lực không cần làm giảm mất cân bằng điện áp thì vẫn phải xác
định nó bằng cách này hay cách khác. Điện năng được xem như một sản phẩm
với các đặc điểm xác định có thể đo lường, dự báo, đảm bảo, phát triển...Đây
là yếu tố xúc tiến cho chiều hướng tư nhân hoá và bÃi bỏ quy định của ngành
công nghiệp điện.

Nguyễn ngọc trung - cao häc hT® 2004-2006


8

Trong quá khứ một khách hàng sẽ có một hợp đồng với ngành điện để
nhận được năng lượng điện với chất lượng và độ tin cậy. Ngày nay, chỉ cần
khách hàng có hợp đồng với công ty cung cấp điện địa phương, nơi có thể đảm
bảo cung cấp điện với chất lượng và độ tin cậy. Bên cạnh đó, sự đáp ứng chất

lượng và độ tin cậy cung cấp điện phải có trong hợp đồng để các công ty cung
cấp điện phải thực hiện.
Các công ty điện lực muốn cung cấp sản phẩm chất lượng
Hầu hết các công ty điện lực đều muốn cung cấp sản phẩm có chất
lượng đến khách hàng, và đà nỗ lực thực hiện điều này trong những năm gần
đây. Thiết kế hệ thống với độ tin cậy cung cấp điện lớn, với giá thành rẻ, là
một nhiệm vụ kỹ thuật quan trọng trong ngành công nghiệp điện hiện nay và
triển vọng trong tương lai.
Điện năng cung cấp đảm bảo chất lượng cao
Các hiện tượng như sụt giảm điện áp và dao động điều hoà phụ thuộc
chủ yếu vào chất lượng của nguồn cung cấp. ở hầu hết các nước công nghiệp
(Châu Âu, Bắc Mỹ, Đông á) thì sự gián đoạn cung cấp điện trong thời gian
lớn là ít khi xảy ra. Tại các nước đang phát triển, sự cung cấp điện năng không
có độ sẵn sàng cao, có thể mất điện khoảng 2h một ngày, chất lượng điện
năng chưa được xem như là một vấn đề lớn.
Chất lượng điện năng có thể đo lường được
Khả năng của các thiết bị điện tử có thể đo và thể hiện dạng sóng đÃ
làm tăng sự quan tâm đến chất lượng điện năng. Trước đây các thông số đo
lường như điện áp, tần số, sự mất điện áp trong thời gian dàibị xem xét một
cách hạn chế thì ngày nay chúng là các yếu tố quan trọng nhất của chất lượng
điện năng.

Nguyễn ngọc trung - cao häc hT® 2004-2006


9

1.2

Chất lượng điện áp

Chất lượng điện năng trong hầu hết các trường hợp là chất lượng của

điện áp. Về mặt kỹ thuật, công suất là định mức của năng lượng cung cấp và
là tích số của dòng điện và điện áp. Hệ thống cung cấp công suất có thể chỉ
điều khiển chất lượng của điện áp, nó không điều khiển dòng điện. Chính vì
vậy các tiêu chuẩn chất lượng điện năng chủ yếu được giành cho điều chỉnh
điện áp cung cấp trong giới hạn cho phép. Hệ thống điện xoay chiều được
thiết kế để hoạt động với điện áp định mức có tần số cơ bản (50 hoặc 60Hz).
Bất kỳ sự sai lệch đáng kể nào trong biên độ dạng sóng, tần số sẽ gây ra vấn
đề về chất lượng điện áp.
Dĩ nhiên, thường có mối quan hệ gần giữa điện áp và dòng điện trong
bất kỳ hệ thống điện thực tế nào. Mặc dù các máy phát có thể cung cấp điện
áp sóng sin gần hoàn hảo nhưng dòng điện qua trở kháng của hệ thống có thể
gây ra các mất cân bằng lớn trong điện áp. Ví dụ:
Dòng điện ngắn mạch có thể gây cho điện áp sụt giảm hoặc mất điện
áp.
Dòng điện sét qua hệ thống điện sẽ gây ra điện áp xung cao thường
xuyên quá mức cách điện, ảnh hưởng đến các hiện tượng khác như ngắn
mạch.
Dòng điện dao động từ các tải tạo ra sóng hài cũng làm méo điện áp khi
chúng qua trở kháng của hệ thống. Chính vì vậy sẽ làm xuất hiện các dao
động điện áp tại các thiết bị sử dụng khác trong hệ thống điện.
Do đó, trong khi quan tâm nghiên cứu chất lượng điện áp đồng thời ta
cũng phải lưu ý đến các hiện tượng của dòng điện để có thể hiểu được cơ bản
các vấn đề của chất lượng điện năng.
1.2.1 Độ lệch điện áp thêi gian dµi (Long-duration Voltage Variations)

Ngun ngäc trung - cao häc hT® 2004-2006

10

Độ lệch điện áp thời gian dài có thể là quá điện áp hoặc thấp điện áp.
Quá áp và thấp áp không thường là kết quả của sự cố hệ thống, nhưng chúng
cũng có thể là do sự biến đổi tải và hoạt động chuyển mạch trong hệ thống.
Quá điện áp (Overvoltage)
Quá điện áp là sự tăng điện áp lên quá 110% điện áp định mức [6] tại
tần số công nghiệp trong thời gian lớn hơn một phút. Quá điện áp thường là
kết quả của chuyển mạch tải (ngắt tải lớn khỏi hệ thống hoặc hoạt động một
bộ tụ). Điều chỉnh đầu phân áp máy biến áp không đúng cũng gây ra hiện
tượng quá điện áp trong hệ thống điện.
Thấp điện áp (Undervoltage)
Thấp điện áp là sự giảm của điện áp nhỏ hơn 90% điện áp định mức ở
tần số công nghiệp trong thời gian lớn hơn 1 phút. Nguyên nhân của sự giảm
thấp điện áp ngược lại với nguyên nhân gây ra quá điện áp. Một tải đóng vào
hệ thống hoặc ngắt một bộ tụ ra khỏi hệ thống có thể gây ra hiện tượng giảm
thấp điện áp cho đến khi thiết bị điều chỉnh điện áp đưa điện áp trong hệ thống
về lại giá trị cho phép. Mạch điện quá tải cũng có thể gây ra hiện tượng giảm
thấp điện áp.
Gián đoạn duy trì (Sustained interruptions)
Khi điện áp cung cấp về 0 trong một chu kỳ thời gian hơn 1 phút, biến
đổi điện áp thời gian dài được định nghĩa là gián đoạn duy trì. Gián đoạn điện
áp hơn 1 phút thường yêu cầu sự can thiệp của con người để phục hồi tình
trạng hoạt động của hệ thống.
1.2.2 Độ lệch điện áp thời gian ngắn (Short-duration Voltage Variations)
Nguyên nhân gây ra độ lệch điện áp thời gian ngắn là do tình trạng sự
cố trong hệ thống, hoạt động của các tải lớn yêu cầu dòng khởi động cao, hoặc
do sự kết nối gián đoạn trong hệ thống dây dẫn. Tuỳ thuộc vào vị trí sự cố và
tình trạng của hệ thống, sự cố có thể gây ra hoặc hiện tượng sụt giảm điện áp
(sags), tăng điện áp (swells) hoặc mất điện áp hoàn toàn (interruptions). Tình

Nguyễn ngọc trung - cao học hTđ 2004-2006


11

trạng sự cố có thể gần hoặc xa điểm quan tâm. Trong các trường hợp khác
nhau, sự tác động tới điện áp trong suốt quá trình sự cố là các biến đổi thời
gian ngắn cho đến khi các thiết bị bảo vệ hoạt động để loại trừ sự cố.
Mất điện áp (Interruptions)
Hiện tượng mất điện áp xảy ra khi nguồn cung cấp hoặc dòng tải giảm
thấp hơn 10% giá trị định mức trong thời gian không vuợt quá 1 phút.
Mất điện áp có thể là kết quả của sự cố trong hệ thống điện, sự không
hoạt động của thiết bị và các sự cố trong điều khiển. Mất điện áp được đo bởi
thời gian từ khi biên độ của điện áp nhỏ hơn 10% giá trị danh định. Thời gian
của mất điện áp theo sự cố trong hệ thống được định nghĩa bởi thời gian hoạt
động của thiết bị bảo vệ. Tự đóng lại tức thời sẽ có thể giới hạn mất điện áp
gây bởi các sự cố vĩnh cửu giảm dưới 30 chu kỳ. Sự trì hoÃn việc tự động đóng
lại của các thiết bị bảo vệ có thể gây ra sự mất điện áp. Thời gian của mất điện
áp theo sự cố thiết bị hoặc đứt dây cã thĨ kh«ng theo quy lt.
Cã thĨ xt hiƯn hiƯn tượng sụt giảm điện áp trước khi có mất điện áp
do sự cố trong hệ thống. Sự sụt giảm điện áp xuất hiện giữa thời gian của sự cố
và hoạt động của thiết bị bảo vệ.
Sụt giảm điện áp (Sags)
Sụt giảm điện áp là sự giảm điện áp khoảng 10% đến 90% giá trị điện
áp hoặc dòng điện tại tần số công nghiệp trong thời gian từ 0.5 chu kỳ đến 1
phút (hình 1.1).

Hình 1.1: Sụt giảm điện áp do sự có chạm đất một pha

Nguyễn ngọc trung - cao häc hT® 2004-2006


12

Nguyên nhân của sự sụt giảm điện áp thường liên quan ®Õn sù cè trong
hƯ thèng nh­ng cịng cã thĨ do hoạt động của tải nặng, hoặc sự khởi động của
động cơ lớn (hình 1.2).

Hình 1.2: Sụt giảm điện áp do sự khởi động của động cơ lớn
Quá điện áp(Swells)
Quá điện áp được định nghĩa từ sự tăng điện áp từ 110% đến 180% so
với giá trị định mức của dòng điện hoặc điện áp tại tần số công nghiƯp trong
thêi gian tõ 0.5 chu kú ®Õn 1 phót.
Cịng giống như hiện tượng sụt giảm điện áp, quá điện áp cũng liên
quan đến sự cố hệ thống, nhưng chúng không phổ biến như sụt giảm điện áp.
Sự tăng điện áp được đặc điểm bằng biên độ và thời gian của chúng. Hình 1.3
thể hiện sự quá áp nguyên nhân bởi sự cố chạm đất một pha trong hệ thống.

Hình 1.3: Quá điện áp do sự cố chạm đất một pha

Ngun ngäc trung - cao häc hT® 2004-2006


13

1.2.3 Mất cân bằng điện áp (Voltage Imbalance)
Mất cân bằng điện áp được định nghĩa là độ biến đổi lớn nhất khỏi giá
trị trung bình của điện áp hoặc dòng điện ba pha. Hình 1.4 là một dạng sóng
của hiện tượng mất cân bằng điện áp .

Hình 1.4 - Mất cân bằng điện áp
Tỷ lệ giữa thành phần thứ tự nghịch hoặc thứ tự không với thành phần
thứ tự thuận có thể sử dụng để xác định phần trăm mất cân bằng điện áp. Các
tiêu chuẩn gần đây cho thấy rằng sử dụng phương pháp thứ tự nghịch có thể
đánh giá được mất cân bằng điện áp.
Nguyên nhân chính của mất cân bằng điện áp nhỏ hơn 2% là tải đơn
pha trong mạch điện 3 pha. Mất cân bằng điện áp cũng có thể là nguyên nhân
do đứt cầu chì trong mét pha cđa bé tơ ba pha. Mét vµi mất cân bằng điện áp
(lớn hơn 5%) có thể gây ra bởi tình trạng đơn pha.
1.2.4 Độ méo dạng sóng (Waveform Distortion)
Độ méo dạng sóng được định nghĩa như là sự biến đổi trạng thái ổn
định từ một dạng sóng sin lý tưởng của tần số cơ bản. Độ méo dạng sóng được

Nguyễn ngọc trung - cao học hTđ 2004-2006


14

thể hiện bởi thành phần phổ của biến đổi. Có 5 dạng chính của độ méo dạng
sóng:
Dòng, áp 1 chiều (DC offset)
Sóng hài
Đa hài
Nhiễu loạn (Notching)
Tạp âm (noise)
DC offset. Sự có mặt của dòng và áp một chiều trong hệ thống điện
xoay chiều được định nghĩa là DC offset. Điều này có thể xuất hiện như là kết
quả của sự nhiễu loạn từ tính hoặc tính không đối xứng của các bộ biến đổi
công suất ®iƯn tư. Dßng ®iƯn mét chiỊu trong hƯ thèng ®iƯn xoay chiều có thể

gây bất lợi, làm bÃo hoà lõi thép máy biến áp trong tình trạng hoạt động bình
thường. Điều này làm phát nóng và giảm tuổi thọ của máy biến áp. Các dòng
điện một chiều cũng có thể gây sự ăn mòn điện phân của các điện cực nối đất
hoặc các thiết bị kết nối.
Sóng hài. Sóng hài là các điện áp và dòng điện hình sin có tần số là
bội số nguyên của tần số cơ bản của hệ thống. Các dạng sóng dao động có thể
phân tích thành tổng của tần số cơ bản và sóng hài. Các dao động điều hoà bắt
nguồn từ đặc điểm không đối xứng của thiết bị và tải trong hệ thống điện.
Các mức độ dao động điều hoà dược miêu tả bởi hình ảnh của hài đầy
đủ với biên độ và góc pha của mỗi thành phần điều hoà riêng biệt. Tổng độ
méo điều hoà (THD-Total harmonic distortion) là phép đo giá trị tác dụng của
độ méo điều hoà. Dạng sóng và dạng phổ của sóng hài lần lượt được thể hiện
trong hình 1.5 và 1.6 cho dòng điện vào cđa bé trun ®éng cã thĨ ®iỊu chØnh
tèc ®é.

Ngun ngäc trung - cao häc hT® 2004-2006


15

Hình 1.5 - Dạng sóng của dòng điện

Hình 1.6 - Dạng phổ của dòng điện
Đa hài. Điện áp và dòng diện có thành phần tần số mà không phải là
bội số nguyên của tần số cơ bản được gọi là đa hài. Chúng có thể xuất hiện
như là tần số riêng rẽ hoặc hình ảnh dải rộng.
Đa hài có thể tìm thấy trong hệ thống của tất cả các nhóm điện áp.
Nguyên nhân chính của độ méo dạng sóng đa hài là các biến đổi tần số tĩnh,
các bộ biến đổi chu trình, các lò cảm ứng, các thiết bị hồ quang. Các tín hiệu
mang cũng có thể miêu tả như là đa hài.

Notching. Notchinh là sự nhiễu loạn điện áp theo chu kỳ gây bởi hoạt
động bình thường của các thiết bị điện tử công suất khi dòng điện được giao
hoán giữa pha này với pha kia.

Nguyễn ngọc trung - cao häc hT® 2004-2006


16

Khi sự nhiễu loạn điện áp xuất hiện liên tiếp, nó có thể được thể hiện
qua hình ảnh sóng hài của điện áp tác dụng. Tuy nhiên nó thường được xem
như một hiện tượng đặc biệt. Thành phần tần số liên quan với sự nhiễu loạn
điện áp có thể rất cao và có thể không dễ dàng mô tả bằng các thiết bị đo
lường thông thường sử dụng cho tính toán sóng hài. Hình 1.7 là một ví dụ về
nhiễu loạn điện áp từ một thiết bị biến đổi ba pha.

Hình 1.7 - Dạng sóng nhiễu loạn điện áp
Tạp âm (Noise). Tạp âm được định nghĩa như là tín hiệu điện không
mong muốn với thành phần dải thấp hơn 200kHz trên cùng điện áp hoặc dòng
điện trong pha dẫn, hoặc tìm thấy trong dây dẫn trung tính hoặc đường dây tín
hiệu.
Tạp âm trong hệ thống điện có thể từ các thiết bị điện tử công suất, các
mạch điện điều khiển, các thiết bị hồ quang, tải và các bộ chỉnh lưu một chiều,
và chuyển mạch nguồn cung cấp. Vấn đề tạp âm thường tăng lên bởi nối đất
không đúng dẫn đến tạp âm phát triển trong hệ thống điện. Cơ bản, tạp âm bao
gồm bất kỳ dao động không mong muốn nào của tín hiệu công suất mà không
giống như sóng hài hay quá độ. Tạp âm làm nhiễu loạn các thiết bị ví dụ như
các máy tính và các chương trình điều khiển. Vấn đề này có thể hạn chÕ b»ng
c¸ch sư dơng c¸c bé läc, c¸c m¸y biÕn áp cách ly và điều hoà đường dây.

Nguyễn ngọc trung - cao häc hT® 2004-2006


17

1.2.5 Dao động điện áp (Voltage Fluctuation)
Dao động điện áp là sự biến đổi có hệ thống của điện áp hoặc nối tiếp
các sự thay đổi điện áp ngẫu nhiên (hình 1.8).

Hình 1.8 - Dao động điện áp do hồ quang gây ra
Sự biến đổi nhanh, liên tiếp trong biên độ dòng tải có thể gây ra biến
đổi điện áp thoáng qua. Có thể nói, dao động điện áp là một hiện tượng điện
từ, trong khi dao động thoáng qua là một kết quả không mong muốn của dao
động điện áp trong một số tải. Tuy nhiên, hai định nghĩa này thường được nối
với nhau trong cùng tiêu chuẩn. Chính vì vậy, ta cũng sẽ sử dụng định nghĩa
dao động điện áp thoáng qua để miêu tả như dao động điện áp.
1.2.6 Quá độ (Transient)
Định nghĩa quá độ đà được sử dụng từ lâu trong tính toán phân tích sự
biến ®ỉi cđa hƯ thèng ®iƯn ®Ĩ hiĨn thÞ mét sù kiện không mong muốn và
thoáng qua trong trạng thái tự nhiên.
Định nghĩa khác cũng thường được sử dụng là sự chuyển tiếp từ trạng
thái hoạt động ổn định này sang trạng thái hoạt động khác. Tuy nhiên, định
nghĩa này cũng được sử dụng để miêu tả về những điều bất bình thường xẩy ra
trong hệ thống điện.
Nói chung, quá độ cã thĨ chia thµnh hai nhãm lµ xung vµ dao động.
Các định nghĩa này theo dạng sóng của dòng điện và điện áp quá độ.

Nguyễn ngọc trung - cao học hT® 2004-2006

18

Quá độ xung (Impulsive Transient)
Quá độ xung là sự thay đổi tần số đột ngột của điện áp, dòng điện
hoặc cả hai theo một hướng của cực (hoặc cực âm hoặc cực dương).
Các quá độ xung thường đặc trưng bởi độ tăng và thời gian phân rà của
chúng. Nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng này là do sét. Hình 1.9
thể hiện một dạng sóng quá độ xung dòng gây bởi sóng sét.

Hình 1.9: Quá độ xung do sét
Bởi bao gồm tần số cao, hình dạng của quá độ xung có thể thay
đổi nhanh chóng bởi các thành phần của mạch điện và có thể có các
đặc điểm giá trị khác nhau khi xem xét từ các phần khác nhau của hệ
thống. Quá độ xung thường không xa nguồn nơi xung vào hệ thống.
Quá độ xung có thể kích thích tần số cơ bản của mạch điện và tạo ra
xung dao động.
Quá độ dao động (Oscillatory Transient)
Quá độ dao động là một sự thay đổi tần số đột ngột của điện áp,
dòng điện hoặc cả hai theo cả giá trị cực âm và cực dương. Một quá độ
dao động bao gồm điện áp và dòng điện có giá trị tức thời thay đổi
theo cực rất nhanh. Dạng xung dòng quá độ dao động nguyên nhân bởi
đóng cắt tụ được thể hiện như hình 1.10.

Nguyễn ngọc trung - cao häc hT® 2004-2006


19

Hình 1.10: Xung dòng quá độ dao động
Các quá độ dao động với thành phần tần số chính cao hơn 500kHz

được coi là quá độ tần số cao. Các quá độ này thường là kết quả của đáp ứng
hệ thống cục bộ với xung quá độ.
Một quá độ với thành phần tần số chính giữa 5 và 500kHZ được định
nghĩa là một quá độ tần số trung bình. Các quá độ này cũng có thể là kết quả
của đáp ứng hệ thống với xung quá độ.
Một quá độ với thành phần tần số chính nhỏ hơn 5kHZ được định
nghĩa là một quá độ tần số thấp. Nhóm các hiện tượng này thường bắt gặp
trong hệ thống truyền tải và phân phối và do nhiều nguyên nhân khác nhau.
Các quá độ dao động với tần số cơ bản nhỏ hơn 300Hz cũng có thể tìm
thấy trong hệ thống phân phối. Chúng thường liên kết với hiện tượng cộng
hưởng sắt từ và hoạt động của máy biến áp. Quá độ bao gồm các bộ tụ nối tiếp
cũng có thể thuộc nhóm này. Chúng xuất hiện khi hệ thống đáp ứng với thành
phần tần số thấp của dòng khởi động máy biến áp hoặc một tình trạng không
bình thường gây bởi cộng hưởng sắt từ.

Nguyễn ngọc trung - cao học hTđ 2004-2006


20

2.1

3.1

Chương 2: Các vấn đề về chất lượng đIện áp

Sôt giảm điện áp và mất điện áp [1, 12, 13]
Nguyên nhân của sự sụt giảm điện áp và mất điện ¸p lµ do sù cè trong hƯ

thèng vµ c¸c 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 là kết quả của các hoạt động để 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 sản xuất 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. Vì vậy, các hiện tượng này có tác động rất lớn về mặt kinh tế.
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 các quy trình sản xuất, để đảm bảo sự tương thích giữa đặc
điểm nguồn và hoạt động của hệ thống thì phải 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 phèi.

Ngun ngäc trung - cao häc hT® 2004-2006