Nghiên cứu ảnh hưởng của lò hồ quang điện đến chất lượng điện năng ở các khu công nghiệp và tính toán lựa chọn thiết bị khắc phục

- Trang: 1 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản thuyết minh luận văn này do tôi thực hiện. Các số liệu sử
dụng trong thuyết minh, các kết quả phân tích và tính toán hoàn toàn trung thực. Toàn
bộ nội dung bản thuyết minh của luận văn chưa được công bố.


















- Trang: 2 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

MỤC LỤC
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt.......................................................................................................... 4
Lời nói đầu .........................................................................................................................................................................5
Chƣơng I: Tổng quan về chất lƣợng điện năng và lƣới điện có thiết bị lò hồ
quang điện hoạt động ..............................................................................................................................6
I.1. Tổng quan về chất lượng điện năng .............................................................................................................. ...6
I.2 Các thông số về chất lượng điện năng......................................................................................................... ...7
I.21. Chất lượng điện năng chất lượng điện áp ..................................................................................... ...7
I.2.2 Quá độ .................................................................................................................................................................. ...8
I.2.3. Độ lệch điện áp thời gian dài.............................................................................................................. 9
I.2.4. Độ lệch điện áp thời gian ngắn......................................................................................................... 10
I.2.5. Mất cân bằng điện áp .............................................................................................................................. 11
I.2.6. Độ méo dạng sóng .................................................................................................................................... 12
I.2.7. Dao động điện áp ....................................................................................................................................... 14
I.2.8. Độ lệch tần số............................................................................................................................................... 14
I.3 Lưới điện có lò hồ quang hoạt động ............................................................................................................. 14
I.3.1 Lò hồ quang ..................................................................................................................................................... 14
I.3.2 Ảnh hưởng của lò hồ quang điện đến lưới điện ....................................................................... 15
I.4 Hiện trạng sử dụng lò hồ quang ở các khu công nghiệp Thái Nguyên ................................. 20
I.4.1 Tóm tắt chung ................................................................................................................................................. 20
I.4.2 Hiện trạng sử dụng lò hồ quang ở lưới điện tỉnh Thái Nguyên..................................... 21
I.4.3 Khảo sát đặc tính của lò hồ quang điện ......................................................................................... 22
I.4.4 Các ảnh hưởng đến lưới điện khi lò hồ quang điện hoạt động ...................................... 23
Chƣơng II: Khảo sát, mô phỏng lƣới điện có lò hồ quang điện hoạt động ....................... 28
II.1. Giới thệu chương trình mô phỏng ATM- EMTP.............................................................................. 28
II.2. Nguyên tắc, khả năng và các modul của chương trình ATP...................................................... 29
II.2.1. Nguyên tắc chung...................................................................................................................................... 29
II.2.2. Khả năng ứng dụng của chương trình. ........................................................................................ 29
- Trang: 3 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

II.3. Các phần tử chính của ATPDraw phục vụ nghiên cứu. ................................................................. 33
II.4. Mô phỏng lò hồ quang trong hệ thống điện. ......................................................................................... 38
Chƣơng III: Lựa chọn giải pháp nâng cao chất lƣợng điện năng ............................................ 43
III.1. Nguyên lý bù SVC. .............................................................................................................................................. 43
III.2 Tính toán thông số của bộ SVC trong hệ thống điện...................................................................... 61
III.2.1 Hiện trạng hệ thống cung cấp điện Công ty Diezen. ......................................................... 61
III.2.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống điện sử dụng SVC............................................................... 62
III.2.3 Tính toán thông số của bộ SVC trong hệ thống điện. ...................................................... 64
Chƣơng IV: Đánh giá hiệu quả sau khi thực hiện các biện pháp nâng cao chất
lƣợng điện năng........................................................................................................................................ 82
IV.1. Đánh giá mô hình SVC trong chế độ xác lập ..................................................................................... 82
IV.2. Mô hình SVC trong chế độ xác lập ........................................................................................................... 86
IV.3. Khả năng ứng dụng và hiệu quả SVC .................................................................................................... 88
IV.4. Đánh giá mô hình bài toán bù SVC theo phân tích kinh tế....................................................... 92
Kết luận ................................................................................................................................................................................ 96
Hƣớng phát triển đề tài............................................................................................................................................... 98
Tài liệu tham khảo .......................................................................................................................................................... 99
Phụ lục ................................................................................................................................................................................

- Trang: 4 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

STT
Chữ viết
tắt
Ý nghĩa Chú thích
1 CLĐN Chất lượng điện năng
2 EAF Electric Arc Furnace Lò hồ quang điện
3 EMTP

Electro Magnetic Transients
Program
Chương trình nghiên cứu quá độ
điện từ.
4 IEEE
Istitute of Electrical and
Electronic Engineers
Bộ tiêu chuẩn về điện
5 LHQĐ Lò hồ quang điện
6 p.u Per unit Đơn vị tính theo phần trăm
7 PCC Poin of Common Coupling Điểm đấu nối công cộng
8 SVC Static Var Compensator Bù SVC
9 TCR Thyristor Controlled Reactor Điện kháng có điều khiển
10 THD Total Harmonic Distortion Tổng độ méo
11 V_A Đặc tính Vôn-Ampe
12 V-S Đặc tính Vôn-Giây


- Trang: 5 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LỜI NÓI ĐẦU

Vài thập năm trở lại đây, Việt Nam là quốc gia thường được nhắc đến như một
hiện tượng phát triển ở khu vực Đông Nam Á với tốc độ tăng trưởng liên tục ở mức
cao và giữ ổn định. Sự phát triển càng trở nên mạnh mẽ hơn khi nước ta ra nhập Tổ
chức Kinh tế thế giới WTO đã thúc đẩy các ngành kinh tế, văn hoá, giáo dục.. nói
chung và ngành công nghiệp nói riêng phát triển. Đặc biệt, nhu cầu điện năng phục vụ
cho một đất nước phát triển nhanh, yêu cầu đặt ra cho ngành điện lực không những
đáp ứng đủ nhu cầu điện năng cho khách hàng mà còn đảm bảo chất lượng điện năng
theo các tiêu chuẩn hiện hành.

Bên cạnh việc nghiên cứu tính toán các phương án cấp điện tối ưu, giảm suất sự cố
trên lưới điện để cung cấp điện cho khách hàng liên tục, ổn định thì công tác nghiên
cứu, tìm tòi các giải pháp nâng cao chất lượng điện năng cũng như các tác động từ các
phụ tải có tính chất điển hình ảnh hưởng đến chỉ tiêu chất lượng điện năng cũng là một
nhiệm vụ hết sức quan trọng.
Trên các cơ sở thực tế trên với đề tài: ”Nghiên cứu ảnh hưởng của lò hồ quang
điện đến chất lượng điện năng ở các khu công nghiệp và tính toán lựa chọn thiết bị
khắc phục” đề cập đến các tiêu chuẩn về chất lượng điện năng cũng như các ảnh
hưởng từ lò hồ quang điện đến các thông số lưới điện.
Tác giả xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn đối với thầy giáo T.S Trần Văn Tớp Bộ
môn hệ thống điện-Trường ĐHBK Hà Nội đã tận tình hướng dẫn suốt thời gian qua.
Xin trân trọng cảm ơn các Thầy, Cô trong Bộ môn Hệ thống điện Trường Đại học
Bách khoa Hà Nội, Các thầy các cô Khoa Điện-Trường Đại học Công Ngiệp Thái
Nguyên và gia đình, bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.
Vì thời gian nghiên cứu có hạn, lĩnh vực nghiên cứu mới mẻ nên bản thuyết minh
không tránh khỏi những thiếu sót, nên rất mong các Thầy, Cô và các bạn góp ý để nội
dung của đề tài được hoàn thiện hơn.

Thái Nguyên, ngày 01 tháng 05 năm 2008
Tác giả


Hà Trung Hƣng
- Trang: 6 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Chƣơng I
TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ LƢỚI ĐIỆN CÓ LÕ
HỒ QUANG ĐIỆN HOẠT ĐỘNG
I.1. TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG.
Mấy thập niên trở lại đây, thuật ngữ “chất lượng điện năng” luôn được các nhà

hoạch định chính sách năng lượng, các công ty điện lực và cả các khách hàng sử dụng
điện quan tâm hàng đầu khi đặt vấn đề liên quan đến sản xuất, truyền tải, phân phối
điện và sử dụng điện. Thuật ngữ “Chất lượng điện năng” đã được nhắc đến bởi nghiên
cứu của U.S Navy xuất bản năm 1968. Cuốn sách này đưa ra cái nhìn tổng quan về
chất lượng điện năng, cách sử dụng các thiết bị giám sát và các hiện tượng trong sản
xuất và truyền tải điện. Sau đó một vài nhà xuất bản khác xuất hiện tiếp tục sử dụng
các định nghĩa về chất lượng điện năng trong mối tương quan giữa hiện tượng với
truyền tải hệ thống điện. Các định nghĩa về chất lượng điện năng được giải thích theo
nhiều cách và khó có thể cho rằng định nghĩa nào là đầu định nghĩa đầu tiên.
Các nguyên nhân chính cho ngày càng sử dụng các định nghĩa về chất lượng điện
năng rộng rãi với những lý do chính sau:
1. Nhu cầu sử dụng liên tục tăng cao, quan hệ cung cầu ngày càng trở nên gay gắt hơn
đồng thời khách hàng sử dụng điện đòi hỏi ngày càng cao số lượng cũng như về
chất lượng điện.
2. Sự phát triển các thiết bị mới kèm theo công nghệ tiên tiến hơn được đưa vào sử
dụng như bù cos cho các động cơ, các hệ thống biến đổi điện từ một chiều thành
xoay chiều và ngược lại, các hệ thống sử dụng công nghệ biến tần để nâng hiệu
suất của thiết bị sử dụng điện đã phát sinh các nguyên nhân ảnh hưởng đến chất
lượng điện. Công nghệ bán dẫn phát triển mạnh đã làm thay đổi tính chất các phụ
tải truyền thống. Các thiết bị điện và điện tử bị ảnh hưởng bởi mất cân bằng điện áp
nhiều hơn so với trước đây.
3. Quá trình sản xuất, truyền tải, phân phối điện kết hợp với nhiều nguồn phát điện
đóng đồng bộ vào lưới do đó đòi hỏi các công ty điện lực phải nâng cao chất lượng
điện năng có thể đồng bộ giữa các nguông có cùng một tiêu chuẩn chất lượng điện
và tiết kiệm chi phí vận hành, giảm sự cố để cấp điện liên tục và thiết kế các hệ
- Trang: 7 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
thống với độ tin cậy cung cấp điện với giá thành tới hạn là nhiệm vụ kỹ thuật yêu
cầu trong ngành công nghiệp hiện nay.
4. Chất lượng điện năng có khả năng đo lường được. Nhờ vào sự phát triển của thiết

bị đo lường số thì các thiết bị có thể đo các tham số về chất lượng điện năng cũng
như thể hiện các dạng sóng đã làm tăng sự quan tâm đến chất lượng điện năng.
Với các nước có nền công nghiệp năng lượng phát triển trên thế giới (Mỹ , Nhật,
Anh, khối Liên xô cũ ..) thì các tiêu chuẩn về chất lượng điện năng đã được ban hành
rất sớm. Đối với nước ta chất lượng điện điện năng bắt đầu được chú trọng vì yêu cầu
về nguồn với hệ thống cung cấp điện ngày càng tăng cũng như những yêu cầu vận
hành của thiết bị điện nhập khẩu vào nước ta phải tuân thủ theo các tiêu chuẩn về chất
lượng điện năng đang lưu hành trên thế giới như các bộ tiêu chuẩn IEE519 -1992 quy
định về các sóng hài.


Hình 1.1: Thống kê tần suất sử dụng định nghĩa chất lượng điện năng từ cơ sở dữ
liệu INSPEC từ năm 1968 đến 2004.
I.2 CÁC THÔNG SỐ VỀ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG
I.2.1 Chất lƣợng điện năng- Chất lƣợng điện áp.
Chất lượng điện năng trong hầu hết các trường hợp là chất lượng điện áp vì về
mặt kỹ thuật, công suất là định mức của năng lượng cung cấp và là tích số của dòng
điện và điện áp. Thông thường, hệ thống cung cấp công suất chỉ có thể điều chỉnh chất
lượng điện áp cung cấp cho tải chính vì vậy các tiêu chuẩn nâng cao chất lượng điện
năng chủ yếu giành cho điều chỉnh điện áp trong các giới hạn cho phép. Hệ thống điện
Số lượng tạp chí sử dụng
- Trang: 8 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
xoay chiều khi thiết kế cho điện áp hình sin có tần số cơ bản là 50Hz hoặc 60Hz. Do
vậy, bất kỳ độ lệch về biên độ, dạng sóng hay tần số của điện áp đều ảnh hưởng đến
chất lượng điện năng.
Khi tính toán thiết kế hệ thống điện, người ta thường tính toán máy phát điện
làm việc ở chế độ xác lập hình sin nhưng dòng điện qua các tải với nhiều thành phần
như tải điện trở, tải điện kháng, các tải phi tuyến và nhiều nguyên nhân khác đã làm
thay đổi dạng sóng dòng điện.

Một nguyên nhân khác như quá trình đóng cắt tải, tụ bù, sóng sét cũng làm biến
dạng sóng sin của dòng điện.
Với các lý do trên đồng thời với sự hỗ trợ của các thiết bị ngày càng chính xác
để đo các thông số về chất lượng điện năng, người ta đưa ra các khái niêm, thuật ngữ
để để đánh giá chất lượng điện năng như sau:
I.2.2 Quá độ (Transient).
Quá độ là thuật ngữ thường xuyên sử dụng trong các bài toán phân tích hệ thống
điện. Đó là sự chuyển tiếp từ trạng thái ổn định điện này sang trạng thái ổn định khác.
Trong vấn đề chất lượng điện năng thì định nghĩa trên dùng miêu tả các trạng thái bất
bình thường xảy ra đối với hệ thống điện đó là quá độ xung và qua độ dao động.
Quá độ xung ( Impulsive Transient)
Quá độ xung thường chỉ sự thay đổi đột ngột về tần số của điện áp áp hay dòng
điện hoặc theo cả hai hướng của cực(hoặc cực âm hoặc cực dương).

Hình 1.2: Quá độ xung do sét.
Đặc trưng của quá độ xung là độ dốc của xung và và thời gian tắt, ví dụ điện áp
của hệ thống điện đột ngột tăng cao từ vài chục vôn đến hàng nghìn vôn trong thời
gian một vài mili giây sau đó giảm dần biên độ và tắt.
- Trang: 9 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Nguyên nhân thường do sét trực tiếp tác động và hệ thống điện và giảm biên độ
dọc theo đường dây. Quá độ xung thường kích thích các tần số cơ bản của hệ thống
điện gây ra quá độ dao động.
Quá độ dao động (Oscillatory Transient)
Quá độ dao động thường xảy ra thay đổi đột ngột tần số điện áp, tần số dòng điện
hoặc cả hai theo hai cực dương và âm của nguồn điện. Khi quá độ dao động xảy ra,
điên áp và dòng điện có giá trị tức thời theo cực xảy ra rất nhanh.

Hình 1.3: Xung dòng quá độ dao động bởi đóng cắt giàn tụ.
- Quá độ tần số cao: Quá độ mà các dao động có thành phần 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.
- Quá độ tần trung bình: Quá độ mà thành phần tần số chính giữa 5kHz và 500kHz
được định nghĩa là quá độ tần số trung bình. Các quá độ này thường là kết quả của đáp
ứng hệ thống với xung quá độ.
- Quá độ tần thấp: Quá độ mà thành phần tần số chính nhỏ hơn 5kHz đến 500kHz
thường gặp trong truyền tải và phân phối gây bởi nhiều nguyên nhân.
- Ngoài ra còn các quá độ dao động nhỏ hơn tần số 300kHz do hiện tượng cộng
hưởng sắt từ, do các dàn tụ mắc nối tiếp ..vv. sinh ra.
I.2.3 Độ lệch điện áp thời gian dài (Long-duration Vontage Varitions)
Độ lệch điện áp thời gian dài có thể và thấp điện áp hoặc quá điện áp. Các hiện
tượng trên thường do nhiều nguyên nhân gây ra như sự cố lưới điện hoặc do sự tăng
giảm tải của hệ thống, đôi khi người ta còn thấy cả ở khi phục hồi sự cố hệ thống điện.
Độ lệch điện áp thời gian dài thường được chia ra dưới các dạngsau:
- Trang: 10 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Hình 1.4:Độ lệch điện áp thời gian dài.
Quá điện áp (Over Voltage)
Điện áp tại điểm khảo sát đột ngột tăng quá 110% điên áp định mức trong thời
gian lớn hơn 1 phút. Quá điện áp thường do đóng một bộ tụ lớn vào hệ thống hay sa
thải phụ tải lớn ra khỏi hệ thống làm cho điện áp của hệ thống dâng lên trên điện áp
định mức.
-Thấp điện áp (Under Voltage)
Điện áp tại điểm khảo sát đột ngột giảm nhỏ hơn 90% điên áp định mức tại tần
số công nghiệp trong thời gian lớn hơn 1 phút. Các nguyên nhân dẫn đến hiện tượng
này là do ngược với các nguyên nhân gây nên quá điện áp trên.
Gián đoạn duy trì (Sustained Interruptions)
Điện áp giảm về giá trị không trong thời gian lớn hơn 1 phút. Nguyên nhân
thường do sự cố hệ thống lưới điện và theờng được con ngươi phục hồi lại tình trạng

lưới điện.
I.2.4 Độ lệch điện áp thời gian ngắn ( Sort – duration Voltage Variations)
Độ lệch điện áp thời gian ngắn là do tình trạng khởi động các phụ tải lớn,
yêu cầu cung cấp ngay một dòng điện lớn từ hệ thống hay đôi khi chỉ là các tình
trạng hệ thống bị sự cố ví dụ: ngắn mạch thoáng qua. Đặc trưng của độ lệch điện áp
dưới các dạng sau:
Mất điện áp (Interruptions)
Hiện tượng được coi là mất điện áp khi dòng tải hoặc nguồn cung cấp giảm
thấp hơn 10% giá trị định mức trong thời gian không quá 1 phút.

- Trang: 11 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Sụt giảm điện áp ( Sag)
Sụt giảm điện áp là sự giảm điện áp trong khoảng từ 10% đến 90% giá trị điện áp
hoặc dòng điện tại tần số công nghiệp trong khoảng thời gian từ 0,5 chu kỳ đến 1 phút.

Hình 1.4: Sự sụt giảm điện áp.
Tăng cao điện áp ( Swell)
Là sự tăng điện áp từ 110% đến 180% giá trị điện áp hiệu dụng hay dòng điện
tại tần số công nghiệp tại tần số công nghiệp trong kho khoảng thời gian từ nửa chu kỳ
đên 1 phút.
Cũng tương tự như sụt giảm điện áp, tăng cao điện áp chủ yếu có nguyên nhân
do sự biến đổi hệ thống.
I.2.5 Mất cân bằng điện áp (Votage Unblance)
Là độ biến đổi lớn nhất khỏi giá trị trung bình của điện áp hay dòng điện 3 pha
cả về giá trị và góc pha.
Một hệ thống điện 3 pha thường được biểu thị dưới dạng :
Pha A :
)sin()(
aaa

tUtu
(1.1)
Pha B :
)120sin()(
0
bbb
tUtu
(1.2)
Pha C :
)120sin()(
0
ccc
tUtu
(1.3)
Trong đó :
a, b ,

c
là các góc lệch pha tương ứng.

Một hệ thống như trên ta gọi là hệ thống điện áp đối xứng, Hệ thống không đối
xứng ta có thể chia là điện áp thứ tự thuận, điện áp thứ tự nghịch, và điện áp thứ tự
không.

0
2
1
U
U
U

3
1
111
1
1
2
2
aa
aa

c
b
a
U
U
U
(
0
120j
ea
) (1.4)
- Trang: 12 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Hệ số không cân bằng U
n
tính toán và xác định bởi công thức :

%100
1

2
U
U
U
n
(1.5)
Ngoài ra cũng có thể xác định hệ số mất cân bằng U
n
qua các giá trị của điện áp
dây bằng công thức :

%100
631
631
n
U
(1.6)
Hệ số ỏ khi đó được xác định theo công thức :

2
444
444
cacbab
cabcab
UUU
UUU
(1.7)
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 trăn mất cân bằng điện áp. Phương pháp thứ tự
nghịch gần đây hay được sử dụng để xác định theo các tiêu chuẩn về chất lượng điện

năng mấy năm gần đây.

Hình 1.5: Mất cân bằng điện áp.
I.2.6 Độ méo dạng sóng(Warreform Distotion)
Là sự biến đổi trạng thái từ một dạng sóng sin lý tưởng của tần số cơ bản. Độ méo
sóng được thể hiện bởi thành phần phổ của biến đổi đó. được thể hiện dưới các dạng
- Một chiều (DC Offset).
Là sự có mặt của thành phần một chiều trong hệ thống điện xoay chiều. Dòng điện
một chiều trong hệ thống điện xoay chiều làm bão hoà lõi thép máy biến áp gây phát
- Trang: 13 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
nóng máy biến áp và công suất mang tải của máy biến áp không đạt công suất theo
thiết kế.
Sóng hài (Harmonic)
Là các điện áp hay dòng điện hình sin có tần số là bội số nguyên của tần số cơ
bản. Nguyên nhân gây ra các thành phần sóng hài trong dòng điện là bởi các tải phi
tuyến đấu nối vào hệ thống. Một phụ tải phi tuyến có thành phần sóng dòng điện khác
với sóng điện áp. Khi đó, sự biến đổi không sin của điện áp kéo theo sự biến đổi không
sin của dòng điện trong điện kháng tải. Các dạng sóng điện đều có thể phân tích thành
tổng của tần số cơ bản và sóng hài.
Đa hài (Inter Harmonic)
Điện áp và dòng điện có thành phần tần số không phải của bội số nguyên của
tần số cơ bản gọi là đa hài. Người ta phát hiện đa hài xuất hiện hầu hết ở các dạng điện
áp của hệ thống điện truyền tải, đa hài gây nên bởi các biến đổi tần số như các thiết bị
biến tần, các bộ chuyển đổi, các thiết bị phát hồ quang.
Notching.
Là sự nhiễu loạn điện áp theo chu kỳ gây ra bởi hoạt động bình thường của các
thiết bị điện tử khi dòng điện các pha giao hoán lẫn nhau gây nên.
Sự nhiễu loạn liên tiếp đôi khi cũng được thể hiện qua hình ảnh của sóng hài điện áp
tuy nhiên nó không thể mô tả và đo lường được bằng các thiết bị sử dụng cho sóng hài.

Hình 1.6: Sự nhiễu loạn điện áp gây ra bởi chỉnh lưu
- Tạp âm (Noise)
Tín hiệu điện không mong muốn tìm thấy ở dây pha hay dây trung tính với
thành phần dải tần số thấp hơn 200kHz trên cùng điện áp hoặc dòng điện trên các pha,
hoặc có thể tìm thấy ở dây trung tính.
- Trang: 14 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Tạp âm trong hệ thống điện được phát sinh bởi các thiết bị điện, điện tử sử dụng
công nghệ điện tử công suất gây ra. Các thiết bị sử dụng cong nghệ chỉnh lưu một
chiều, các lò hồ quang điện cũng chính là các thiết bị gây nhiễu điện áp trong hệ thống
điện.
I.2.7 Dao động điện áp (Voltage Fluctuation)
Dao động điện áp hoặc dòng điện biến đổi nhanh liên tục trong các dòng tải một
cách liên tục trong khoảng 90% đến 110% điện áp định mức. Một dạng của dao động
điện áp là điên áp nhấp nháy (flicker). Điện áp nhấp nháy tác động lên bóng đèn sợi
đốt mà mắt người có thể quan sát được.
I.2.8 Độ lệch tần số (Power Frequency Variation)
Độ lệch tần số được định nghĩa như sự biến đổi của tần số cơ bản có giá trị
thông thường (50Hz hoặc 60Hz). Tần số của hệ thống điện liên quan trực tiếp điến tốc
độ quay của máy phát điện.
Khi độ lệch tần số quá các giới hạn tiêu chuẩn cho phép có thể gây sụp đổ hệ
thống điện ( rã lưới).
I.3 LƢỚI ĐIỆN CÓ LÕ HỒ QUANG ĐIỆN HOẠT ĐỘNG.
I.3.1 Lò hồ quang:
Lò hồ quang điện sử dụng nhiệt lượng để nung chảy kim loại được tạo ra do
sự phóng điện giữa các điện cực hoặc giữa một điện cực và vật liệu kim loại để nóng
chảy. Các lò thuộc loại này được sử dụng chính cho cho công nghệp sản xuất gang,
thép.
Lịch sử lò hồ quang điện:

Lò hồ quang được nghiên cứu và chế tạo kể từ sau khi Humphrey Davy
khoảng năm 1800 khám phá ra nhiệt lượng của dòng hồ quang điện có thể nung chảy
thép và các một số kim loại. Sau đó các lò hồ quang được xây dựng theo qui mô công
nghiệp hàng loạt ở Mỹ vào năm 1907. Vào những năm cuối của thế kỷ 20, số lượng
các lò hồ quang tăng đáng kể trong các quốc gia có nền công nghiệp sản xuất thép như
Pháp, Mỹ, Nhật. Do có tính chất nhiệt lượng và dễ điều chỉnh nhiệt lượng để có thể
luyện được các sản phẩm thép có chất lượng cao theo yêu cầu, vận hành tương đối đơn
giản đồng thời một nguyên nhân nữa lò hồ quang chiếm ưu thế ở trong vấn đề tái chế
kim loại, cải tạo môi trường nên ngày càng chế tạo lò có công suất lớn đến vài trăm
- Trang: 15 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
MVA. Lò hồ quang thường lắp đặt ở những nơi có nguồn điện dồi dào, công suất
nguồn cung cấp điện ít hạn chế.
Các lò hồ quang điện thường dùng trực tiếp lưới điện trung thế có cấp điện áp
từ 6 kV dến 35 kv hạ xuống điện áp của lò dưới 1kV tuỳ theo từng công nghệ lò. Các
bộ điều chỉnh dòng điện thường có kết cấu của bộ điều áp dưới tải. Các bộ điều khiển
này sẽ bao gồm bộ điều khiển tỷ số biến áp, và bộ đổi nấc cuộn cảm cao áp nối tiếp
với điện cực.
Phân loại:
Theo dòng điện sử dụng ta chia làm 2 loại:
Lò hồ quang điện sử dụng một chiều.
Lò hồ quang điện sử dụng nguồn 3 pha xoay chiều.
Theo cách cháy của ngọn lửa dòng hồ quang chia làm 2 loại:
Lò nung nóng gián tiếp: Nhiệt của ngọn lửa hồ quang xảy ra giữa các điện cực
trong lò hồ quang.
Lò nung nóng trực tiếp: Nhiệt của ngọn lửa hồ quang xảy ra giữa các điện cực
và các kim loại dùng để nấu chảy.
Theo đặc điểm chất liệu vào lò:
Lò chất liệu từ đỉnh xuống nhờ gầu chất liệu.
Lò chất liệu vào bên sườn lò, có thể bằng thủ công, bằng máng hay bán tự động.

I.3.2 Ảnh hƣởng của lò hồ quang điện đến lƣới điện.
Phần lớn lò hồ quang điện có công suất lớn từ vài chục MVA đến hàng trăm
MVA (trừ các lò nhỏ trong phòng thí nghiệm) do đó, hầu hết các lò hồ quang điện đều
là phụ tải lớn và có tính chất điển hình tải phi tuyến trên hệ thống điện.
Lò hồ quang điện xoay chiều là phụ tải xung kích với tính chất phụ tải phi
tuyến đặc biệt. Khi lò hồ quang điện vận hành, dòng điện gây ra dòng hồ quang liên
tục thay đổi theo kim loại nóng chảy, đồng thời do quá trình vận hành bị sập liệu, khi
điều chỉnh các điện cực, khi thổi ôxy vao lò cũng luôn làm cho dòng hồ quang biến đổi
nhanh trong phạm vi rộng và không ổn định. Qua phân tích thực tế cho thấy dòng điện
của lò hồ quang điện chứa nhiều sóng hài và còn có dòng điện tần số thấp. Chính dòng
điện tần số thấp này sẽ tác động tới dao động điện áp ở hệ thống điện cung cấp làm
cho điện áp lưới điện liên tục dao động.
- Trang: 16 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Lò hồ quang điện cũng tiêu thụ điện năng tác dụng và điện năng phản kháng
của luới điện. Đặc trưng chính của lò hồ quang đôi với hệ thống điện là Qxung kích.
Các yếu tố này kết hợp với nhau gây ảnh hưởng xấu đến điện áp nói riêng và ảnh
hưởng đến chất lượng điện năng của hệ thống điện nói chung.
Máy biến áp phục vụ lò thường xuyên làm việc ở chế độ thay đổi liên tục từ hở
mạch đến ngắn mạch, nhất là giai đoạn khởi động lò nên ảnh hưởng rất nhiều đến điện
áp của luới cung cấp. Sự biến thiên rất nhanh của dòng điện và công suất phản kháng
là nguyên nhân cơ bản phát sinh sóng hài. Các giải pháp hạn chế tác dụng của lò hồ
quang gây ra thường là đắt.
Chu trình làm việc của lò hồ quang điện gồm 3 giai đoạn chính:
Giai đoạn 1 (Giai đoạn nung nóng liệu và nấu chảy kim loại).
Trong giai đoạn này lò cần công suất nhiệt lớn nhất, điện năng tiêu thụ chiếm
khoảng 60 – 80% năng lượng toàn mẻ nấu và thời gian của nó chiếm 50 60% toàn
bộ thời gian một chu trình .
Để đảm bảo công suất nấu chảy, ngọn lửa hồ quang cần phải cháy ổn định. Khi
cháy điện cực bị ăn mòn dần, khoảng cách giữa điện cực và kim loại tăng lên. Để duy

trì hồ quang điện cực cần phải được điều chỉnh vào gần kim loại. Lúc đó dễ xảy ra
hiện tượng điện cực chạm vào kim loại gọi là quá trình điều chỉnh và gây ra ngắn
mạch làm việc. Ngắn mạch làm việc tuy xảy ra trong thời gian ngắn nhưng lại hay xảy
ra nên các thiết bị điện trong mạch độg lực thường phải làm việc ở điều kiện nặng nề.
Đây là đặc điểm cần lưu ý khi tính toán và chọn thiết bị cho lò hồ quang .
Ngắn mạch làm việc cũng có thể gây ra do sụt lở các thành phần của hố vật liệu
bao quang đầu điện cực tạo ra trong liệu hoặc sự nóng chảy của các mẩu liệu cũng có
thể phá huỷ ngọn lửa hồ quang do tăng chiều dài ngọn lửa. Lúc đó phải tiến hành mồi
lại bằng cách hạ điện xuống cho chạm vào kim loại rồi nâng lên tạo hồ quang .
Trong giai đoạn này số lần ngắn mạch làm việc có thể tới 100 lần hoặc hơn. Mỗi lần
xảy ra ngắn mạch làm việc công suất hữu ích giảm mạnh và có khi tới bằng không với
tổn hao cực đại, thời gian cho phép của một lần ngắn mạch làm việc là 2 3s.
Tóm lại: Giai đoạn nấu chảy là giai đoạn hồ quang cháy kém ổn định nhất, công
suất nhiệt của hồ quang dao động mạnh và ngọn lửa hồ quang rất ngắn thường từ vài
mm đến 10 15mm. Do vậy trong giai đoạn này công suất ra của biến áp lò lớn nhất .
- Trang: 17 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Giai đoạn đoạn 2 (Giai đoạn Oy hoá)
Trong giai đoạn này người ta giữ dòng điện ổn định, nhưng điện áp khá cao, để
có thể tạo năng lượng lớn nhất. Khe hở hồ quang thường khá lớn. Giai đoạn này dòng
điện và điện áp tương đối ổn định. Quá trình này là để tinh luyện chất lượng thép theo
yêu cầu, là gia đoạn khử C, sự cháy hoàn toàn các bon gây nóng chảy kim loại, phần
lớn nhiệt lượng dùng để bù tổn hao nhiệt. Năng lượng giai đoạn này chiếm khoảng
60% năng lượng tiêu thụ của giai đoạn đầu tiên.
Giai đoạn 3 (Giai đoạn hoàn nguyên)
Ở giai đoạn này dòng điện được duy trì không đổi, điện áp trên các điện cực
khá thấp, vì trong quá trình điều khiển có thể đưa điện cực nhúng sâu hơn vào kim loại
lỏng do vậy trở kháng nhỏ hơn. Tuy nhiên, công suất vẫn thay đổi khá nhiều. Năng
lượng chiếm 30% năng lượng so với giai đoạn 1, là giai đoạn để khử oxy, khử khí
sunfua và hợp kim hoá kim loại.

Giai đoạn 4 (Giai đoạn lấy sản phẩm thành phẩm, vệ sinh lò).
Giai đoạn này công suất tiêu thụ vô cùng nhỏ và có thể bỏ qua. Thành phần phụ
tải ở giai đoạn này có thể coi như phụ tải công nghiệp bình thường khác. Quá trình
luyên thép lại từ đầu.
Mạch điện chính
A
A
A
CK
v
A
v
v
w
KWh
BAL
4mc
3mc
2mc
TI1
1mc
CL
khèi hiÓn thÞ ®o l-êng
§KBV

Hình 1.7: Sơ đồ mạch điện chính của lò hồ quang.
- Trang: 18 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1. Giới thiệu chung :
- Điện cấp cho lò hồ quang lấy từ trạm biến áp lò .

- Cầu dao cách ly CL dùng để phân cách mạch động lực của lò với lưới khi cần
thiết.
- Máy cắt 1MC dùng để bảo vệ lò hồ quang khỏi ngắn mạch sự cố . Nó được
chỉnh định để không tác động khi ngắn mạch làm việc , đồng thời nó cũng dùng để
đóng cắt mạch lực dưới tải .
- Cuộn kháng CK dùng để hạn chế dòng điện khi xảy ra ngắn mạch làm việc và
ổn định sự cháy của hồ quang. Khi bắt đầu nấu luyện hay xảy ra ngắn mạch làm việc,
lúc ngắn mạch làm việc máy cắt 2MC mở ra để cuộn kháng CK tham gia vào mạch
hạn chế dòng ngắn mạch. Khi liệu chảy hết, lò cần công suất nhiệt lớn để nấu luyện,
2MC đóng lại để ngắn mạch cuộn kháng CK. ở giai đoạn hoàn nguyên công suất lò
yêu cầu ít hơn thì 2MC lại mở ra để đưa CK vào mạch làm giảm công suất cấp cho lò.
Với những lò có công suất lớn hơn nhiều thì không có cuộn kháng CK, việc ổn định hồ
quang và hạn chế dòng ngắn mạch làm việc do các phần tử cảm kháng của sơ đồ lò
đảm nhiệm.
- Biến áp lò BAL dùng để hạ áp và điều chỉnh điện áp, việc đổi nối cuộn sơ cấp
thành hình tam giác hay hình sao thực hiện nhờ các máy cắt 3MC, 4MC. Cuộn thứ cấp
của biến áp lò nối với các điện cực của lò qua một mạch ngắn MN không phân nhánh.
Phía sơ cấp biến áp lò có đặt rơ le dòng cực đại để tác động lên cuộn ngắt máy cắt
1MC. Rơ le này có duy trì thời gian , thời gian duy trì này giảm khi bội số quá tải dòng
tăng , nhờ vậy 1MC ngắt mạch lực của lò hồ quang khi chỉ có ngắn mạch sự cố và khi
ngắn mạch làm việc keó dài mà không xử lý được. Với ngắn mạch làm việc trong một
thời gian tương đối ngắn 1MC không cắt mạch mà chỉ có tín hiệu đèn báo và chuông.
Phía sơ cấp biến áp lò còn có các dụng cụ đo lường kiểm tra như: Vôn kế, Ampe kế,
điện kế …
- Phía thứ cấp cũng có các máy biến dòng 2Ti nối với các ampe kế đo dòng hồ
quang.



- Trang: 19 -

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
2. Một số thiết bị chính
a. Máy biến áp lò :
Máy biến áp lò dùng cho lò hồ quang phải làm việc trong những điều kiện đặc
biệt nặng nề nên có các đặc điểm sau :
- Công suất thường rất lớn (có thể tới hàng chục MW) và dòng điện thứ cấp r ất
lớn (có khi tới hàng trăm kA)
- Điện áp ngắn mạch lớn để hạn chế dòng ngắn mạch dưới 2,54 lần dòng điện
định mức (Iđm).
- Có độ bền cơ học cao để chịu được các lực điện từ phát sinh trong các cuộn
dây, thanh dẫn khi có ngắn mạch .
- Có khả năng điều chỉnh điện áp sơ cấp dưới tải trong một giới hạn rộng.
- Phải làm mát tốt vì dòng lớn, hay có ngắn mạch và vì BA đặt ở nơi kín lại gần
lò.
- Cuộn thứ cấp biến áp lò thường đấu tam giác vì dòng ngắn mạch được phân ra
hai pha và như vậy điều kiện làm việc của các cuộn dây sẽ nhẹ hơn. Máy biến áp lò
thường phải làm việc trong tình trạng ngắn mạch và phải có khả năng quá tải nên
thường chế tạo to, nặng hơn các MBA động lực cùng công suất .
b. Mạch ngắn
Mạch ngắn hay dây dẫn dòng thứ cấp có dòng điện làm việc rất lớn tới hàng
chục, đôi khi tới hàng trăm nghìn ampe.
Tổn hao công suất ở mạch ngắn chiếm tới 70% tổn hao trong toàn bộ thiết bị lò
hồ quang. Do vậy yêu cầu cơ bản của mạch ngắn là phải ngắn nhất trong điều kiện có
thể (biến áp lò phải đạt rất gần lò) để giảm bớt tổn hao, đồng thời được ghép từ các
tấm đồng lá thành các thanh mềm để có thể uốn dẻo lên xuống theo các điện cực .
Ngoài ra đối với lò hồ quang ba pha, mạch ngắn còn phải bảo đảm sự cân bằng
điện trở, điện kháng (Rmn, Xnm) giữa các pha để có các thông số điện (công suất,
điện áp và dòng điện) tương đương nhau.
Khi 3 pha mạch ngắn phân bố đối xứng thì hỗ cảm giữa hai pha bất kỳ sẽ bằng
nhau và sức điện động hỗ cảm bằng không.

- Trang: 20 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Trường hợp nếu khoảng cách giữa các pha không như nhau, hỗ cảm gi ữa các
pha sẽ khác không. Trong một pha nào đó sẽ xuất hiện sức điện động phụ ngược chiều
dòng điện trong pha đó và tạo ra một sụt áp phụ trên điện trở thuần pha đó dẫn đến
điện trở thuần pha này tăng lên , gây ra tổn hao công suất phụ và công suất hồ quang
của pha này sẽ giảm đi so với các pha khác. Đồng thời ở một pha khác sức điện động
phụ lại cùng chiều với dòng điện nên điện trở tác dụng của pha này giảm và công suất
hồ quang sẽ tăng lên. Hiện tượng trên gây nên sự mất đối xứng về điện áp giữa các hồ
quang, sự phân bố công suất không đồng đều giữa các pha, giảm hiệu suất lò và với lò
công suất càng lớn thì sự mất đối xứng điện từ ở mạch ngắn sẽ càng lớn .
Kết luận:
Lò hồ quang điện xoay chiều có các kết cấu đặc biệt và có tính chất phụ tải đặc
biệt đối với lưới điện. Khi lò hồ quang điện hoạt động chắc chắn ảnh hưởng đến chất
lượng điện năng cho lưới cung cấp.
1.4 HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG LÕ HỒ QUANG Ở CÁC KHU CÔNG NGHIỆP
THÁI NGUYÊN
II.4.1 Tóm tắt chung
Ở nước ta hiện nay do nhu cầu thép xây dựng tăng cao, lượng thép sản xuất
trong nước hiện chỉ đáp ứng khoảng 30% nhu cầu, phần còn lại chủ yếu là sử dụng
thép nhập khẩu. Do vậy, các nhà máy luyện thép trong nước hoạt động hết công suất
thiết kế để đáp ứng nhu cầu thị trường.
Sự hoạt động tối đa công suất của các lò luyện thép kết hợp với nguồn điện
đang thiếu đã ảnh hưởng trực tiếp đến các phụ tải lân cận vì lý do:
1. Các lò hồ quang điện sử dụng ở các khu công nghiệp chủ yếu sử dụng ở lưới
điện trung áp từ 6kV đến 35kV. Trên địa bàn còn tồn tại hàng loạt các lò hồ quang
điện có công nghệ lạc hậu. Tại các lưới điện khu công nghiệp hầu hết cung cấp cho
nhiều loại phụ tải gồm có cả các nhà máy sản xuất sản phẩm công nghệ cao đan xen.
2. Các khu công nghiệp đang có nhà máy luyện thép đa số chưa có quy hoạch
tập trung cho luyện thép do vậy công suất nguồn cung cấp chưa đủ đáp ứng cho phụ

tải kiểu lò điện. Các nhà máy liên tục mở rộng quy mô sản xuất khiến công suất của hệ
thống điện thường xuyên quá tải.
- Trang: 21 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3. Hệ thống quy chuẩn về thiết bị, tiêu chuẩn chất lượng điện chưa kịp thời cập
nhật. Chế tài ràng buộc đối với khách hàng sử dụng điện đang trong giai đoạn hoàn
thiện. Chính sách chưa khuyến khích được khách hàng tự giác mua sắm thiết bị để
nâng cao chất lượng điện năng do đó khách hàng thường sử dụng thiết bị cũ, lạc hậu
về công nghệ để giảm đầu tư, mau thu hồi vốn.
Với các nguyên nhân nêu trên đã làm cho chất lượng điện năng tại các khu công
nghiệp bị ảnh hưởng đáng kể ví dụ:
- Với các khách hàng sử đụng điện đòi hỏi chất lượng điện năng cao: Không
hoạt động được hoặc hoạt động không đạt công suất như mong muốn.
- Đối với các khách hàng luyện thép: Yêu cầu công ty Điện lực phải cung cấp
nguồn phải cung cấp cho cho đủ nguồn khi nhà máy hoạt động ở công suất tối đa
(Pmax) trong khi chính công suất của hệ thống đang thiếu.
- Đối với công ty điện lực: Luôn chịu áp lực thiếu nguồn điện, các thiết bị vận
hành quá tải, chất lượng điện năng giảm xuống. Sự xuống cấp của hệ thống truyền tải,
các xuất sự cố lưới điện tăng hơn nhiều so với định mức.
I.4.2 Hiện trạng lò hồ quang điện hoạt động ở lƣới điện tỉnh Thái Nguyên
Để đánh giá thực trạng ho ạt động lò hồ quang điện tại Thái Nguyên, ta thống kê
các đơn vị có tham gia luyện thép trên địa bàn Thái Nguyên và sử dụng các công nghệ
nấu luyện thép:
Bảng 1-1: Thống kê đơn vị tham gia luyện thép.
STT Tên đơn vị Công nghệ Tổng công suất
1 Công ty cán luyện thép Gia sàng Lò hồ quang 10 MVA
2 Công ty Gang thép Thái Nguyên Lò hồ quang 40MVA
3 Công ty Diezen Sông Công Lò hồ quang 8MVA
4 Nhà máy Luyện thép Sông Công Lò trung tần 6,3MVA
5 Công ty Minh Bạch- Sông Công Lò hồ quang 7MVA

6 Doanh nghiệp Thành Nhân Lò trung tần 1,4MVA
7 Công ty cổ phần Hương Đông Lò trung tần 5,2MVA
8 Công ty Cổ phần thép Thái Hà Lò trung tần 2,5MVA
9 Doanh nghiệp thép Thái Ninh Lò trung tần 2,2MVA
10 Doanh nghiệp cán kéo thép Hiệp Linh Lò trung tần 2,3MVA
- Trang: 22 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Khác với công nghệ lò hồ quang điện, công nghệ lò trung tần sử dụng luyện
thép thường có nguyên lý sau:
Biến đổi dòng điện có tần số thấp lên tần số trung và được chạy qua cuộn dây
xoắn tròn tạo ra dòng điện Fuco có hướng vào tâm của cuộn dây. Phía trong cuộn dây
là vách lò có chứa kim loại cần nấu luyện, lúc này nhiệt độ liên tục được tăng cao cho
đến thời điểm kim loại bị chảy lỏng hoàn toàn. Trong qúa trình kim loại nóng chảy,
người ta bổ xung thêm vào các thành phần hóa học đã được tính toán và định lượng
sẵn để được kim loại khi đúc có cấu trúc và thành phần hóa học theo yêu cầu.
Do đặc điểm lò trung tần nêu trên do vậy trong quá trình hoạt động, các lò trung
tần thường có công suất tác dụng và công suất phản kháng tương đối ổn định, hệ số
công suất cos tương đối cao, các giá trị dòng điện và điện áp ít thay đổi do vậy các lò
trung tần không gây ảnh hưởng đến chất lượng điện năng so với lò sử dụng công nghệ
hồ quang điện.
I.4.3 Khảo sát đặc tính của lò hồ quang điện
Lò hồ quang điện hầu hết đều là phụ tải lớn ở khu công nghiệp nói riêng hay cả
khu vực nói chung. Để nghiên cứu ảnh hưởng ta tìm hiểu đặc tính dòng - áp của hồ
quang điện.Thông số đặc trưng của lò hồ quang như sau
Trở kháng dòng hồ quang.
Điện áp, dòng điện của dòng hồ quang.
Công suất hữu công và công suất phản kháng ở các chế độ vận hành.
Hệ số công suất của lò.

Hình 1.8: Đặc tuyến dòng - áp của lò hồ quang.

- Trang: 23 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Quan hệ dòng điện và điện áp của lò hồ quang bởi công thức:

a
ata
ID
C
lVV )(
(1.8)
Trong đó: Va là điện áp hồ quang
l là chiều dài hồ quang
Va(t) là ngưỡng điện áp duy trì
Ia là điện áp hồ quang
C, D là các hệ số phụ thuộc dòng điện
Từ
kADkWC
dt
dI
kADkWC
dt
dI
a
a
5;390
5;1900
(1.9)
Do biến thiên của chiều dài cung hồ quang gây nên sự biến thiên về dòng điện ta
có thể viết:
Từ công thức(1.8) ta có :

a
ataa
ID
C
lVIV )()(
00
(1.10)
V
a0
chính là ngướn điện áp của hồ quang khi chiều dài của hồ quang l
0
=39cm
Và:

BlAlV
at
)(
(1.11)
A là điện áp rơi giữa catốt và anốt của lò hồ quang. A = 40V.
B là tỷ số giữa điện áp và chiều dài hồ quang (B = 40V/cm)

00
)(
)(
BlA
BlA
lV
lV
K

at
at
(1.12)
K là tỷ số giữa ngưỡng điện áp hồ quang tính toán so với ngưỡng điện áp khảo sát.
Sự biến thiên nhanh chóng dòng điện của lò hồ quang có liên quan đến chiều dài
của hồ quang và kết quả là điện trở của hồ quang là một tham số phụ thuộc theo thời
gian và xác định bằng công thức:
)(
)(
)(
tI
tV
tR
a
a

Kết quả thu được do biến thiên hồ quang gây ra các ảnh hưởng đến lưới điện
I.4.4 Các ảnh hƣởng đén lƣới điện khi lò hồ quang hoạt động
- Trang: 24 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Sụt giảm điện áp do hồ quang khởi động
Khi các điện cực của lò hồ quang khởi động, các điện cực được gây ngắn mạch
để tạo ngọn lửa hồ quang. Điện áp thứ cấp của máy biến áp lò sụt giảm gần về không
hoặc gần về không. Dòng điện tăng đột ngột thông qua biến áp lò gây sụt giảm ở lưới
điện cung cấp. Quá trình gây ngắn mạch điện cực khoảng từ 0.5s đến 20s và được kết
thúc sau khi dòng hồ quang ổn định ở một giá trị đã được tính toán thiết kế trước.


Hình 1-9: Sụt giảm điện áp do khởi động lò hồ quang.
Quá độ điện áp do hồ quang

Khi hồ quang đang trong giai đoạn nấu chảy kim loại , do tác động nhiệt các
nguyên liệu hoặc phế liệu nóng chảy bị sụt xuống lò là tan chảy, dòng hồ quang giảm
đột ngột và có thể ngắt. Tại thời điểm này máy biến áp lò hở mạch, thông qua biến áp
lò hệ thống cung cấp cũng dao động tăng điện áp và có các tính chất quá độ điện áp.
Sóng hài phát sinh từ lò hồ quang
Vấn đề sóng hài đã được quan tâm từ rất sớm. Ngay từ những năm 70 các
chuyên gia về năng lượng điện đã phát hiện ra ra và nghiên cứu về nó. Sóng hài là một
vấn đề khó khi nó lại nằm chính trong tần số cơ bản lưới điện. Sóng hài được sinh ra
mạnh khi các lò hồ quang điện hoạt động. Điện áp đưa vào lò điện có sóng hình sin tuy
nhiên dòng điện của loại phụ tải này biến dạng bởi các sóng hài.
Độ méo điện áp và méo dạng sóng dòng điện.
Khi lưới điện có độ méo dòng điện hoặc điện áp lớn thì một số thiết bị có yêu
cầu chất lượng điện năng không thể khởi động và hoath động theo công suất thiết kế
được.

Các tác động của sóng hài
- Trang: 25 -
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- Sóng hài gây nên các tổn thất phụ của động cơ làm cho động cơ rung, lắc trong
quá trình vận hành tạo ra tiếng ồn và quá áp sóng hài.
- Tạo ra tổn thất phụ cho các máy biến áp vì các máy biến áp được thiết kế để phát
nguồn điện yêu cầu tới tải với tổn thất nhỏ nhất trong tần số cơ bản. Sóng hài làm tăng
nhiệt độ máy biến áp
Phép đo sóng hài
Độ méo điều hoà tổng THD (Total Harmonic Distortion ) là số đo ccủa độ méo tần
số gây ra bởi sóng hài trong hệ thống và xác định bởi công thức sau:
1
1
2
M

M
THD
MAX
h
h
h

Trong đó: M
h
Là biên độ của thành phần bậc h
M
1
Là biên độ của thành phần cơ bản
Ngoài ra, người ta đưa thêm định nghĩa về độ méo yêu cầu tổng TDD( total
Demand Distortion) và được xá định bằng công thức:
L
h
h
h
I
I
TDD
MAX
1
2

Trong đó I
L
là đỉnh hoặc giá trị max dòng tải yêu cầu tại tần số cơ bản, có thể
tính toán như giá trị trung bình của dòng yêu cầu lớn nhất trong 12 tháng trước đó, với

tải mới thì được tính toán trên giá trị của tải, các độ méo THD, TDD có thể gặp tại các
tiêu chuẩn quy định về độ méo dòng điện như IEE 519-1992.
Dao động nhấp nháy điện áp (Flicker).
Lò hồ quang điện hoạt động thì dao động điện áp về giá trị biên +5% và -10%
điện áp thông thường vẫn đảm bảo nhưng dao động điện áp kiểu nhấp nháy có mật độ
cao trong khoảng thời gian dài nếu như không có thiết bị lọc.