Ứng dụng, Điện, năng lượng, môi trường

Quy định về sóng hài trong hệ thống điện phân phối tại Việt Nam

Quy định về sóng hài tại Việt Nam theo thông tư 39/2015/TT-BCT ngày 18/11/2015 của Bộ Công Thương quy định về giới hạn tổng biến dạng sóng hài điện áp trên hệ thống điện phân phối và giới hạn giá trị dòng điện của sóng hài bậc cao tại điểm đấu nối với khách hàng.

1. SÓNG HÀI LÀ GÌ?

Sóng hài là một dạng nhiễu không mong muốn, ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng điện năng và cần được chú ý tới điện áp hoặc dòng điện hài cao hơn mức độ cho phép.
Sóng hài là các điện áp hay dòng điện hình sin có tần số là bội số của tần số công nghiệp (tần số cơ bản), do hiện diện của các tải phi tuyến trong lưới điện. Ví dụ dòng điện hài có tần số 250HZ trên lưới điện 50HZ là sóng hài bậc 5.

Harmonics- sóng hài và dạng sóng hài
Hình ảnh về: Harmonics- sóng hài và dạng sóng hài

2. Tác Hại Của Sóng Hài?

Sóng hài làm cho cáp bị quá nhiệt, phá hỏng cách điện. Động cơ bị quá nhiệt gây ra tiếng ồn và sự dao động của momen xoắn trên rotor dẫn đến sự cộng hưởng cơ khí và gây rung. Tụ điện quá nhiệt và trong phần lớn các trường hợp có thể dẫn tới phá hủy chất điện môi. Các thiết bị bảo vệ có thể bị báo lỗi, tác động; thiết bị đo cho kết quả sai; các mạch điều khiển trong dây truyền tự động bị chạy sai hoặc nhiễu loạn.
Có rất nhiều nguồn gây ra sóng hài trong hệ thống công nghiệp chính là các tải phi tuyến như động cơ biến tần, hệ truyền động điện, lò luyện hồ quang, máy hàn hồ quang, máy biến áp, bộ nghịch lưu, máy tính và các thiết bị điện tử khác.

3. Quy Định Về Sóng Hài Của Chính Phủ Việt Nam:

Để giảm ảnh hưởng của sóng hài trong hệ thống điện phân phối, tại Điều 7 Thông tư 39/2015/TT-BCT ngày 18/11/2015 của Bộ Công Thương quy định: Tổng độ biến dạng sóng hài điện áp tại mọi điểm đấu nối trung và hạ áp không được vượt quá giới hạn như sau:

  • Tổng biến dạng sóng hài: ≤ 6,5%
  • Biến dạng riêng lẻ: ≤ 3,0%

Đối với thiết bị của khách hàng (thiết bị đấu nối) cũng có quy định sóng hài như sau tại điều 32 của Thông tư 39:

  • Cấp điện áp trung áp và hạ áp có công suất nhỏ hơn 50 kW: Giá trị dòng điện của sóng hài bậc cao không vượt quá 20 % dòng điện phụ tải;
  • Tổng độ biến dạng sóng hài dòng điện được đo đếm theo tiêu chuẩn IEC1000-4-7, kéo dài ít nhất 24 giờ với chu kỳ 10 phút 01 lần. Chậm nhất 06 tháng kể từ thời điểm phát hiện thiết bị của khách hàng không đạt được giá trị quy định, khách hàng phải áp dụng các biện pháp khắc phục để đạt được giá trị tổng độ biến dạng sóng hài dòng điện trong giới hạn cho phép.

4. Cách Đo Sóng Hài

Máy đo phân tích chất lượng điện năng PW3198 của Hioki giúp đo, phân tích và ghi lại các vấn đề về sóng hài, đáp ứng những quy định về sóng hài khi sử dụng điện tại Việt Nam.

Máy đo phân tích chất lượng điện năng Hioki PW3198

PW3198 có thể đo tất cả các dạng sóng dòng điện, điện áp, công suất, sóng hài và ghi nhận các biến cố về điện (sụt áp, quá áp, nhấp nháy điện áp, điện áp tức thời, dòng điện xung kích, mất cân bằng điện áp / dòng điện, sóng hài bậc cao) đồng thời tại một thời điểm giúp bạn dễ dàng phát hiện và xử lý nhanh chóng các vấn đề xảy ra. PW3198 tuân theo tiêu chuẩn quốc tế IEC61000-4-30 Edition 2 Class A với các yêu cầu về đo thông số chất lượng điện và độ chính xác.

    • Đo giá trị RMS và góc pha của sóng hài từ bậc 0 đến bậc 50, hiển thị dưới dạng số hoặc đồ thị. PW3198 còn có thể đo được hệ số tổng biến dạng sóng hài (THD) của điện áp và dòng điện.
PW3198-harmonics-view
Hình ảnh PW3198 hiển thị sóng hài
    • Đo giá trị RMS và ghị lại dạng sóng của sóng hài bậc cao điện áp / dòng điện tần số từ 2kHz đến 80kHz, nguyên nhân gây ra lỗi và làm hỏng thiết bị.
Sóng hài bậc cao trên lưới điện
Hình ảnh: Sóng hài bậc cao trên lưới điện
  • Đo sự khác nhau giữa góc pha sóng hài điện áp và góc pha sóng hài dòng điện đối với mỗi pha và giá trị tổng các pha. Giá trị tổng giúp xác định được chiều của sóng hài là chiều xuống (từ lưới xuống phụ tải) hay chiều lên (từ phụ tải lên lưới). Nếu tổng lệch góc pha là từ ‐90° đến +90°, thì sóng hài là đi xuống, nếu tổng lệch góc pha là từ ‐180° tới ‐90° hoặc +90° tới +180° thì sóng hài là đi lên.
    Hướng của sóng hài
    Hướng của sóng hài

    Sau khi đo đạc và tìm ra vấn đề sinh sóng hài, các nhà máy người sử dụng điện, các thiết bị biết cách khắc phục sóng hài

Ứng dụng, Cơ điện tử, động cơ, biến tần

Tìm hiểu về các cấp đo điện khi sử dụng thiết bị đo

Để đảm bảo an toàn khi sử dụng các thiết bị đo, IEC 61010 thiết lập các tiêu chuẩn an toàn cho các môi trường làm việc với lưới điện khác nhau, được phân cấp từ CAT II đến CAT IV và được gọi là cấp đo điện. Thiết bị được dùng để đo các mạch điện chính sẽ được đánh dấu với một hoặc nhiều trong số ba cấp đo điện CAT II, CAT III hoặc CAT IV, để xác định vị trí đo nào là an toàn với người sử dụng.

Cấp đo điện:

Các cấp đo điện
Hình về: Các cấp đo điện

Các cấp đo được định nghĩa bởi khả năng xảy ra quá áp xung kích; mức quá áp cao hơn thì cấp đo cao hơn. Đo đó, việc đầu tiên là phải xác định xem bạn đang làm việc ở cấp độ nào để lựa chọn mức điện áp phù hợp.

Tất cả các cấp đo đều chỉ áp dụng ở điện áp thấp <1000 V. Đối với mỗi cấp đo (từ CAT IV tới CAT II), một mức điện áp pha so với đất được ghi rõ (thông thường là 50V, 100V, 150V, 300V, 600V hoặc 1000V) để biết được mức an toàn đối đa.

IEC 61010 định nghĩa ba cấp đo điện như sau:

  • CAT II: Ổ cắm điện, các phụ tải cắm vào ổ điện.
  • CAT III: Cáp điện phân phối bao gồm dây dẫn chính, các mạch phụ; và các phụ tải cố định.
  • CAT IV: Điểm đấu nối điện từ lưới cấp điện và bất kỳ cáp điện nào chạy bên ngoài nhà.

“CAT IV 300V, CAT III 600V” làm một ví dụ về việc ghi thông tin cấp đo điện trên thiết bị đo.

Như thế thiết bi đo chỉ có thể được dùng một cách an toàn ở các vị trí CAT IV nơi mà có điện áp so với đất là <300V và ở các vị trí CAT III <600V.

Thiết bị đo đó có thể hoạt động an toàn trên hệ thống phân phối điện 3 pha tại các điểm đo CAT IV nơi mà điện pha tới pha là 400V vì điện áp pha so với đất là 230V.

Tất cả các thiết bị đo được thiết kế để đo điện áp ở trạng thái ổn định bình thường nhưng cũng có khả năng chịu được các xung điện áp cao tức thì. Một lưu ý quan trọng là các thiết bị đo thông thường không được thiết kế để chịu được tình trạng quá áp liên tục có thể xảy ra trên lưới điện hoặc trong các môi trường công nghiệp.

Ứng dụng, Cơ điện tử, động cơ, biến tần

Sóng hài bậc cao và nhiễu truyền dẫn

Các thiết bị dân dụng có bộ điều khiển công suất bằng công nghệ bán dẫn hoặc biến tần có thể gây ra nhiễu ở tần số cao (lên tới vài kHz) lan truyền ngược lại lên lưới điện, gây ra méo dạng sóng dòng điện và điện áp.

Giá trị RMS của dạng nhiễu này được gọi là “sóng hài bậc cao”. Nó có thể gồm nhiều thành phần tần số khác nhau, và cường đô điện áp bị tăng lên nhiều lần khi có hiện tượng cộng hưởng bởi dây cáp do có các thành phần điện trở, điện dung và điện cảm hình thành nên mạch điện, vv. Dạng nhiễu điện áp này không những có thể gây nên tình trạng hỏng hóc của thiết bị nói riêng mà còn gây nhiễu lên tín hiệu phát thanh, truyền hình truyền tới loa đài, tivi ở trong cùng tòa nhà hoặc cùng khu vực dân cư.

Sóng hài bậc cao

Hình 1 –Sóng hài bậc cao ở mạch 1 pha 2 dây

Sóng hài bậc cao thường có tần số cao hơn sóng hài ở bậc thứ 50 vì vậy nó khó có thể bị phát hiện bởi những thiết bị phân tích sóng hài thông thường. Tuy vậy, thiết bị phân tích chất lượng điện năng Hioki PW3198 có thể dễ dàng phát hiện tổng nhiễu tần số cao nhờ có chức năng phân tích sóng hài bậc cao.

dang-song-hai-bac-cao

Hình 2 – Dạng sóng của sóng hài bậc cao

Thông thường, nhiễu gây ra do phụ tải và đặc biệt là do nguồn cấp sẽ phải tuân thủ các yêu cầu theo tiêu chuẩn IEC61000-3-3 (Flicker – Nhấp nháy điện áp), IEC61000-3-2 (Harmonics – Sóng hài), IEC61000-3-12 (Total harmonic distortion – Tổng biến dạng sóng hài), v.v. Tuy nhiên, đối tượng đo của những quy định này chỉ là sóng hài tới bậc thứ 40 (tần số 2kHz trên lưới 50Hz, tần số 2.4kHz trên lưới 60Hz). Trong khi đó, tiêu chuẩn CISPR 22/EN55022 lại đưa ra các quy định về nhiễu loạn điện áp do phụ tải gây ra ở dài tần trên 150kHz. Như vậy, hiện tại chưa có tiêu chuẩn hay quy định nào cho dạng nhiễu ở dài tần số vài chục kHz.

Nhiễu Truyền Dẫn

Nhiễu truyền dẫn là dạng nhiễu tín hiệu điện phát ra từ nhiều nguồn khác nhau. Đó có thể xung quá áp quá độ (xung sét), phóng tĩnh điện, sóng hài bậc cao, v.v. lan truyền trên lưới điện, đường truyền tín hiệu hay hệ thống cáp tiếp đất. Ngoài ra, dạng nhiễu điện từ còn được gọi là “nhiễu bức xạ”.

Cac-nguon-nhieu-truyen-dan
Hình 3 – Các nguồn nhiễu truyền dẫn

Nhiễu truyền dẫn thường là loại nhiễu có tần số cao. Khi đó, những biện pháp đo kiểm sau thường cho thấy sự hiệu quả:
• Quá áp quá độ (Transient Overvoltage): Tạo ra khi sét đánh, đóng mạch máy phát, chuyển lưới điện, v.v.
Sóng hài, sóng hài bậc cao
• Dạng sóng bị méo

Các nguồn nhiều truyền dẫn.
Hình 4: Các nguồn nhiều truyền dẫn.