Chat Luong Dien Nang - Phan 1

8/29/2012 Giảng viên: Nguyễn Xuân Tùng

CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNGBộ môn Hệ thống điện

Đại học Bách Khoa Hà Nội

[email protected]

Nguyễn Xuân TùngBộ môn Hệ thống điệnĐại học Bách khoa Hà Nội

Chương mở đầu: Tổng quan về chất lượng điện năng trong HTĐ

Chương 1: Sụt giảm điện áp ngắn hạn và mất áp

Chương 2 Quá độ điện áp trong HTĐ

Chương 3 Sóng hài trong HTĐ

Chương 4 Đánh giá sóng hài và các biện pháp khắc phục

Chương 5 Độ lệch điện áp

Chương 6: Đo lường, giám sát chất lượng điện năng

2

Đề cương môn học


1. Alexander Kusko, Marc Thompson, Power Quality in Electrical Systems, McGraw-Hill Professional, 2007.

2. C. Sankaran, Power Quality, CRC Press LLC 2002.

3. J. Schlabbach, D. Blume, T. Stephanblome, Voltage Quality in Electrical Power System, The Institute of Electrical Engineers 2001.

4. J. Arrillaga, Bruce C Smith, Neville R Watson, Alan R Wood, Power System Harmonic Analysis, John Wiley & Sons 1998.

5. Lã Văn Út, Ngắn mạch trong hệ thống điện, NXB KHKT.

6. Roger Dugan, Surya Santoso, Mark McGranaghan, H. Beaty, Electrical Power Systems Quality, McGraw-Hill Professional, 2002.

7. Trần Bách, Lưới điện và hệ thống điện, Tập 1, 2, 3, NXB KHKT, 2000

3

Tài liệu tham khảo

Tổng quan về chất lượng điện năng

Chương mở đầu

Khái niệm chung

Phân loại chất lượng điện năng (CLĐN)

Các định nghĩa, thuật ngữ

Các tiêu chuẩn đánh giá CLĐN

4


Chất lượng điện năng là gì

Định nghĩa về CLĐN khác nhau tùy theo quan điểm

Hộ tiêu thụ là đối tượng cần quan tâm định nghĩa CLĐN sẽ nhìn nhận từphía hộ tiêu thụ

Chất lượng điện năng là bất cứ vấn đề nào liên quan đến sai lệch điện áp, dòng điện hoặc tần số mà có thể gây ra sự cố hoặc tác động nhầm của các

thiết bị tại hộ tiêu thụ(Roger Dugan, Surya Santoso, Mark McGranaghan, H. Beaty, Electrical Power Systems Quality, McGraw-Hill Professional, 2002)

Mục đích nghiên cứu

Các thủ tục đánh giá chất lượng điện năng

5

Khái niệm chung


Mục đích nghiên cứu

Do chất lượng điện năng có thể gây các ảnh hưởng về mặt kinh tế

Do các thiết bị hiện đại sử dụng ngày càng nhiều các khâu nhạy cảm với thay đổi điện áp

Trong công nghiệp sản xuất linh kiện bán dẫn: chỉ một sụt áp tức thời ngắn hạn có thể gâythiệt hại lớn sự ra đời của một tiêu chuẩn mới (SEMI)

CLĐN cũng là mối quan tâm của các công ty điện lực: trong thị trường cạnh tranh, kháchhàng có thể chuyể tới sử dụng dịch vụ của công ty khác

Các nhà sản xuất thiết bị cũng cần quan tâm tới CLĐN: đưa thêm các tính năng mới vàosản phẩm để chịu đựng tốt hơn các ảnh hưởng do CLĐN kém gây ra.

6

Khái niệm chung


Các thủ tục đánh giá CLĐN

CLĐN bao gồm nhiều vấn đề cần nghiên cứu

Mỗi vấn đề có thể có nhiều nguyên nhân và cách xử lý khác nhau

Quá trình khảo sát, đo lường là khâu quan trọng khi đánh giá CLĐN

Ảnh hưởng của CLĐN tại cùng một thời điểm cần được ghi nhận:

Tìm ra ra nguyên nhân có thể của hiện tượng đó

Các bước đánh CLĐN nói chung có thể đưa ra như sau:

7

Khái niệm chung


Các thủ tục đánh giá CLĐN

8

Khái niệm chung

Phân loại vấn đềCLĐN

Tìm hiểu đặc tính cụthể của vấn đề

Xác định phạm vi ápdụng các giải pháp

Đánh giá cụ thể cácgiải pháp

Tìm giải pháp tối ưu

Điều chỉnh điện

áp/ mất cân

bằng

Sụp giảm điện

áp/ mất điện

Chớp nháy điện

áp

Quá độ điện

áp

Sóng hài

Đo lường/ Thu

thập dữ liệu

Nguyên nhân

Các đặc tính

Các ảnh hưởng tới thiết bị

Hệ thống truyền

tải điện

Hệ thống phân

phối điện

Khâu đấu nối tới

khách hàng

Bản thân thiết bị

của khách hàng

Thiết kế/ đặc

tính kỹ thuật của

thiết bị

Mô hình hóa hệ thống,

tìm các giải phápĐánh giá về mặt kỹ

thuật các giải pháp

Đánh giá về mặt kinh tế


Các tiêu chuẩn phân loại

Tồn tại nhiều phương thức và tiêu chuẩn phân loại CLĐN

Phân loại theo tiêu chuẩn IEEE 1159-1995 được sử dụng phổ biến

9

Phân loại chất lượng điện năng


Các tiêu chuẩn phân loại

Cách phân loại dưới đây được sử dụng phổ biến (tiếp)

10

Phân loại chất lượng điện năng


1. Các hiện tượng quá độ (transients): 02 dạng

1. Xung quá độ

Đột biến trong chế độ xác lập của dòng điện hoặc điện áp hoặc cả hai về một phía cực tính.

Xung quá độ thường được miêu tả bằng độ dốc đầu sóng và thời gian suy giảm

Ví dụ: xung có tham số “1.2x50µs 2000 vôn” – xung này có điện áp tăng từ 0 đến giá trị đỉnh 2000 vôn trong 1.2µs và giảm xuống tới một nửa giá trị đỉnh trong 50µs.

Ví dụ xung dòng điện sét (xung âm)

11



1. Các hiện tượng quá độ (transients): 02 dạng

2. Dao động quá độ

Đột biến trong chế độ xác lập của dòng điện hoặc điện áp hoặc cả hai về cả hai phía cực tính.

Dao động quá độ thường được miêu tả bằng phổ tần, khoảng thời gian tồn tại và độ lớn

Các dao động quá độ tần số cao: > 500kHz, thời gian tính bằng micro giây

Các dao động quá độ tần số trung bình: 5 500kHz, thời gian hàng chục micro giây

Các dao động quá độ tần số thấp: < 5kHz, thời gian: 0.3 50 micro giây

Ví dụ của dao động quá độ:

12


Dao động tần số thấp khi đóng bộ tụ 35kV


2. Biến thiên điện áp kéo dài

Định nghĩa: các biến thiên điện áp kéo theo sự biến đổi giá trị hiệu dụng của điện áp trong khoảng thời gian lớn hơn 1 phút.

Dao động điện áp kéo dài có thể bao gồm quá áp và sụt áp

Quá áp: URMS>110% - kéo dài hơn 1 phút

Sụt áp : URMS< 90% - kéo dài hơn 1 phút

13



3. Biến thiên điện áp ngắn hạn (dip hoặc sag trong các tiêu chuẩn)

Mất điện ngắn hạn: khi URMS< 0.1 pu - kéo dài không quá 1 phút

Sụt áp ngắn hạn (sag):

URMS= 0.1-0.9 pu

Thời gian: 0.5 chu kz 1 phút

Sụt áp ngắn hạn 20%: được hiểu là điện áp bị sụt giảm 20% và còn lại 80% giá trị danh định

14


Sụt áp khi xảy ra sự cố một pha (giá trị hiệu dụng và tức thời)


3. Biến thiên điện áp ngắn hạn (dip hoặc sag trong các tiêu chuẩn)

Quá áp ngắn hạn (swell):

URMS= 1.1-1.8 pu

Thời gian: 0.5 chu kz 1 phút

Thường do sự cố một pha (N(1)) gây nên quá áp ở các pha còn lại

15


Quá áp ngắn hạn gây ra bởi sự cố pha – đất


4. Mất cân bằng điện áp (voltage imbalance hoặc unbalance)

Mức độ mất cân bằng có thể định nghĩa theo 02 cách

Theo tỷ số giữa

{độ chênh lệch giữa điện áp lớn nhất và điện áp trung bình}/{điện áp trung bình}

Theo tỷ số giữa

{Độ lớn thành phần TTN}/ {độ lớn thành phần TTT}

16



5. Méo dạng sóng (Waveform Distortion)

Các nguyên nhân

Do có sự xuất hiện thành phần một chiều (dc) (dc offset)

Do các thành phần sóng hài bậc cao (harmonics)

Do các thành phần liên sóng hài bậc cao (interharmonics)

Do các xung nhọn xuất hiện chu kz (notching)

Do các thành phần khác (noise)

17




Do có sự xuất hiện thành phần một chiều (dc) (dc offset)

Có thể gây bão hòa lõi từ của biến áp ngay ở trạng thái bình thường

Gây ăn mòn điện hóa ở các mối nối và điện cực nối đất

Gây thêm phát nhiệt ở các MBA

18


Dạng sóng của dòng điện sự cố



Các thành phần sóng hài bậc cao (harmonics & interharmonics)

Sóng hài là các sóng có tần số là bội số nguyên của tần số cơ bản (50Hz)

Liên sóng hài là các sóng có tần số không là bội số nguyên của tần số cơ bản (50Hz)

Mức độ ảnh hưởng làm méo sóng do sóng hài gây ra được đặc trưng bởi hệ số: Tổng độ méo sóng hài

19


Dạng sóng dòng điện đầu vào của bộ biến tần

Phổ tần



Do các xung nhọn xuất hiện chu kz (notching)

Các nhiễu chu kz dạng hình V, do các thiết bị điện tử công suất sinh ra (khi các thyristor chuyển mạch)

20


Dạng sóng điện áp bị ảnh hưởng bởi xung nhọn sinh ra từ bộ nghịch lưu 3 pha



Do các thành phần khác (noise)

Là các thành phần không mong muốn xuất hiện k{ sinh trong dòng điện và điện áp

Thường tần số nhỏ hơn 200kHz

Các thành phần này có thể loại trừ bằng các bộ lọc, biến áp cách ly…

21



6. Dao động điện áp (Voltage Fluctuation)

Là các biến thiên của biên độ điện áp trong khoảng 0.91.1 pu

Flicker (rung điện áp): thuật ngữ này được dùng khi xét đến ảnh hưởng của dao động điện áp tới hệ thống đèn chiếu sáng mà mắt người có thể cảm nhận được

Tổng quát:

Dao động điện áp: hiện tượng điện từ

Flicker: là ảnh hưởng của dao động điện áp lên một số loại phụ tải

Tuy nhiên hai thuật ngữ này vẫn có thể được dùng chung

22


Sụt giảm điện áp ngắn hạn và mất điện

Chương một

Hiện tượng & Các tham số

Nguyên nhân

Ảnh hưởng

Các giải pháp

Đánh giá SAG điện áp

23

Voltage Sags (Dips) & Short Supply Interruptions


Sụt áp ngắn hạn (SAG): Là hiện tượng điện áp tại điểm nào đó của hệ thống điện giảm thấp dưới ngưỡng cho phép (0.9pu) trong khoảng thời gian lớn hơn 10ms (0.5 chu kz).

Đặc tính

Mức sụt giảm: sai khác giữa điện

tiêu chuẩn và điện áp dư còn lại khi

sụt giảm

Thời gian của sụt áp: tính từ khi

điện áp bắt đầu xuống quá ngưỡng đến khi hồi phục trở lại

Mất điện tạm thời: là trường hợp đặc biệt của sụt áp ngắn - điện áp trên cả ba pha tại một điểm nào đó sụt giảm quá ngưỡng cho phép (0.1pu)

24

Miêu tả hiện tượng


Sụt áp ngắn hạn:

25

Miêu tả hiện tượng

Giá trị tức thời

Thời gian tồn tại SAG của từng pha

Thời gian tồn tại SAG tương đương


Thời gian tồn tại SAG: Là

Phụ thuộc thời gian loại trừ sự cố của các thiết bị bảo vệ (rơle, cầu chì…)

Với lưới truyền tải: khoảng 60-150ms

Lưới phân phối: 0,52 giây hoặc dài hơn

Khi nguyên nhân gây SAG là các yếu tố khác (động cơ khởi động…): thời gian tồn tại SAG tùy thuộc thiết bị - SAG thường bị kéo dài hơn

Độ lớn của SAG:

Phụ thuộc khoảng cách đến điểm sự cố

Sự cố trên lưới truyền tải gây phạm vi ảnh hưởng lớn hơn

Sự cố trên lưới phân phối: phạm vi ảnh hưởng nhỏ hơn

Phụ thuộc loại sự cố & Phụ thuộc tổ đấu dây của MBA

26

Các tham số

Điện áp phía thứ cấp--------------------

Sự cố L-Gphía sơ cấp MBA


Cách phân loại SAG khác: từ nhận xét – điện áp tại thiết bị phụ thuộc

Điện áp tại thanh góp đấu nối

Tổ đấu dây MAB

Phương thức nối đất phụ tải

Loại A: sự cố 3 pha

Loại B: gây ra do các sự cố một pha (L-G)

Loại C & D: do các sự cố L-G hoặc L-L.

Loại E, F & G: do các sựu cố L-L-G.

27

Các tham số

Chia ra 7 loại AG


Cách phân loại SAG khác: A G

28

Các tham số

Tổ đâu dâyLoại 1: không gây thay đổi điện áp hai phía sơ và thứ cấp Y0/Y0Loại 2: có tổ đấu dây lọc thành phần thứ tự không Δ/ Δ; Δ/zigzac (Δ/z); Y/YLoại 3: gây thay đổi Udây và Upha Δ/Y; Y/ Δ; Y/z


Sự cố ngắn mạch

Đóng cắt các phụ tải lớn, khởi động đông cơ lớn

Dao động công suất (đặc biệt là công suất phản kháng) do các loại phụ tải: máy hàn hồ quang, lò nấu thép…

29

Nguyên nhân


Sụt áp ngắn hạn (SAG): ảnh hưởng

Kinh tế

Kỹ thuật

Các thiết bị CNTT & điều khiển

Bộ vi xử l{: đặc biệt nhạy cảm với điện áp

Mất dữ liệu

Mất trao đổi thông tin

Rối loạn quá trình điều khiển

Nhạy cảm với sụt áp chậm

30

Các ảnh hưởng


Các thiết bị CNTT & điều khiển

Các thiết bị CNTT được chế tạo với khả năng chịu SAG theo chuẩn

Chuẩn CBEMA (cũ) và hiện nay là ITIC

31

Các ảnh hưởng

Chuẩn ITICChuẩn CBEMA


Các thiết bị bị bán dẫn

Theo chuẩn SEMI

32

Các ảnh hưởng

Chuẩn SEMI


Các công tắc tơ và rơle

Dùng đóng/cắt các mạch lực và mạch điều khiển

Rơle có thể bị trở về: U giảm xuống dưới 50% trong khoảng hơn 1 chu kz

Các tham số về mức độ giới hạn điện áp thay đổi tùy theo nhà sản xuất

Tiêu chuẩn IEC-60947-4-1

Các thiết bị làm việc tốt:

85110% Udanh định

Trở về (mở hoàn toàn):

75 20% Udanh định (AC)

75 10% Udanh định (DC)

33

Các ảnh hưởng


Động cơ không đồng bộ

Do có quán tính nên động có có thể chịu đựng mức độ SAG nhất định

SAG khoảng 30% có thể không gây ảnh hưởng đáng kể

Khi động cơ khởi động lại có thể gây kéo dài SAG do dòng khởi động lớn:

Có thể dẫn tới động cơ không khởi động được

34

Các ảnh hưởng


Động cơ đồng bộ

Vận hành với tốc độ không đổi – Thường dùng ở lưới trung áp

SAG điện áp có thể gây:

Quá tải quá dòng

Mất đồng bộ

Có thể chịu đựng SAG tới mức 40%

Các bộ biến tần

Chịu tác động mạnh của SAG điện áp

35

Các ảnh hưởng


Các bộ biến tần (tiếp)

Với nguồn cấp cho bộ điều khiển: khi điện áp giảm thấp có thể bắt buộc cắt bộ biến tần do có thể xảy ra hiện tượng mất điều khiển

Có thể có gây hư hỏng với phần điện tử công suất

Gây sai lệch thông số được điều khiển (tốc độ, mô men): gây hại với các dây chuyền cần độ chính xác điều khiển cao.

36

Các ảnh hưởng

Ví dụ bộ biến tần 4kW

Chịu SAG tới 0% trong 10 20ms

Chịu SAG tới 70% tới 500ms

Tốc độ giảm 11% trong 500ms

Điện áp trên bộ tụ 1 chiều giảm


Giải pháp:

Thực hiện tại khu vực phụ tải (khách hàng)

Thực hiện tại khâu đấu nối: lưới điện & phụ tải

Thực hiện tại lưới điện (nguồn cấp)

Giảm suất sự cố

Tăng cường cách điện

Phát quang hành lang tuyến

Tăng cường hiệu quả chống sét

Tăng cường công tác bảo dưỡng

37

Các giải pháp giảm SAG điện áp


Giảm suất thời gian loại trừ sự cố

Dùng các bảo vệ cao cấp hơn

Máy cắt cắt nhanh

Sử dụng các bộ hạn chế dòng điện (Fault Current Limiter - FLC)

Phát quang hành lang tuyến

Tăng cường hiệu quả chống sét

Tăng cường công tác bảo dưỡng

38



Thay đổi cấu hình kết lưới

Đưa nguồn cấp gần với phụ tải hơn

Tăng số trạm và thanh góp hạn chế số hộ phụ tải chịu ảnh hưởng

Lắp đặt kháng giảm dòng ngắn mạch

Với các phụ tải quan trọng: tăng số nguồn cấp

Tăng cường khả năng chịu đựng của thiết bị

Dùng các thiết bị ổn định điện áp

Thường do khách hàng đầu tư

Sử dụng các thiết bị điện tử công suất

Có thể chia 2 loại

Có nguồn dự phòng riêng biệt (acqui)

Không có nguồn cấp (sử dụng năng lượng tích lũy trên tụ dc)

39




Có nguồn năng lượng dự phòng riêng biệt

Đắt tiền - Dùng cho phụ tải quan trọng

Có nguồn năng lượng: bảo vệ chống lại mọi dạng SAG và mất điện tạm thời

Ví dụ: bộ UPS, thiết bị tích năng bằng bánh đà, bộ động cơ-máy phát (diezen), bộ bù dọc điện áp chủ động (DVR)

Không có nguồn năng lượng dự phòng riêng biệt

Chỉ bảo vệ chống được SAG điện áp (tới khoảng 50%)

Ví dụ: các bộ chuyển mạch điện tử tĩnh, bộ bù dọc điện áp chủ động (DVR), SVC, DSTATCOM, UPQC (Unified Power Quality Conditioner)…

40




Thiết bị bù dọc điện áp chủ động

41




Thiết bị bù tĩnh SVC và STATCOM

42




Thiết bị bù kết hợp (DVR + DSTATCOM )

43





44





45



Có nhiều phương pháp và chỉ số được đưa ra để đánh giá SAG điện áp

Phương pháp phổ biến thường gặp trong lưới phân phối

Chỉ số SARFIX

X: giá trị điện áp ngưỡng (X= 1090%)

i: sự kiện thứ i gây SAG

Ni: số lượng phụ tải chịu sụt giảm điện áp dưới X%

NT: tổng số lượng phụ tải tại khu vực khảo sát

46

Chỉ số đánh giá SAG điện áp

T

n

i

i

xN

N

SARFI

s

1


Phương pháp phổ biến thường gặp trong lưới phân phối

Chỉ số SARFIX-curve

X: giá trị điện áp ngưỡng (X= 1090%)

i: sự kiện thứ i gây SAG

N’i: số lượng phụ tải chịu sụt giảm điện áp trong miền nguy hiểm của các đường cong tiêu chuẩn SEMI, ITIC, CBEMA

NT: tổng số lượng phụ tải tại khu vực khảo sát

Curve: đường cong chịu đựng điện áp

47

Chỉ số đánh giá SAG điện áp

T

n

i

i

curvexN

N

SARFI

s

1

'

Documents

Chat Luong Dien Nang - Phan 1