trong giới hạn cho phép tức là đảm bảo để các phụ tải hoạt động đúng với các thông
số yêu cầu đề ra. Về cấu trúc lưới phân phối thường là:
Lưới phân phối hình tia không phân đoạn, Hình 1.1, đặc điểm của nó là đơn
giản, rẻ tiền nhưng độ tin cậy thấp, không đáp ứng được các nhu cầu của các phụ tải
quan trọng.
MC
(1) (2) (3) (4) (5)
1 2 3 4 55
P
max1
P
max2
P
max3
P
max4
P
max5
Hình 1.1 - Lưới phân phối hình tia không phân đoạn
Lưới phân phối hình tia có phân đoạn, Hình 1.2, là lưới phân phối hình tia
được chia làm nhiều đoạn nhờ thiết bị phân đoạn là các dao cách ly, cầu dao phụ tải,
hay máy cắt phân đoạn… các thiết bị này có thể thao tác tại chỗ hoặc điều khiển từ
xa. Lưới này có độ tin cậy cao hay thấp phụ thuộc vào thiết bị phân đoạn và thiết bị
điều khiển chúng.
(1) (2) (3) (4) (5)
1 2 3 4 55
MC
P
max1
P
max2
P
max3
P
max4
P
max5
Hình 1.2 - Lưới phân phối hình tia có phân đoạn
Lưới điện kín vận hành hở, Hình 1.3, lưới này có cấu trúc mạch vòng kín hoặc
2 nguồn, có các thiết bị phân đoạn trong mạch vòng. Bình thường lưới vận hành hở,
khi có sự cố hoặc sửa chữa đường dây người ta sử dụng các thiết bị đóng cắt để điều
chỉnh hồ sơ cấp điện, lúc đó phân đoạn sửa chữa bị mất điện, các phân đoạn còn lại
vẫn được cấp điện bình thường.
5
(1) (2) (3) (4) (5)
1 2 3 4 55
(11) (10) (9) (8) (7)
10 9 8 7 56
(6)
MC
MC
Pmax1 Pmax2 Pmax3 Pmax4
Pmax5
Pmax10 Pmax9 Pmax8 Pmax7
Pmax6
Hình 1.3 - Lưới điện kín vận hành hở
Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở có độ tin cậy cao hơn các sơ đồ trước. Về
mặt nguyên tắc lưới có thể vận hành kín song đòi hỏi thiết bị bảo vệ, điều khiển phải
đắt tiền và hoạt động chính xác. Vận hành lưới hở đơn giản và rẻ hơn nhiều.
1.2 Các vấn đề chung về chất lượng điện năng
Chất lượng điện được đảm bảo nếu thiết bị dùng điện được cung cấp điện
năng với với tần số định mức của hệ thống điện và với điện áp định mức của thiết bị
đó. Nhưng việc đảm bảo tuyệt đối ổn định hai thông số này trong suốt quá trình làm
việc của thiết bị là không thể thực hiện được do các nhiễu loạn thường xuyên xảy ra
trong hệ thống, do sự phân phối không đều điện áp trong mạng điện và do chính quá
trình làm việc của các thiết bị ở các điểm khác nhau là hoàn toàn ngẫu nhiên. Cho
nên chất lượng điện năng không có giá trị tuyệt đối với các thông số và chúng được
coi là đảm bảo nếu tần số và điện áp biến đổi trong phạm vi cho phép quanh mức
chuẩn đã quy định.
Thực tế cho thấy chất lượng cung cấp điện bị ảnh hưởng đáng kể bởi chất
lượng điện áp cung cấp cho khách hàng, nó bị tác động bởi các thông số trên đường
dây khác nhau. Có thể có các dạng như: sự biến đổi dài hạn của điện áp so với điện
áp định mức, điện áp thay đổi đột ngột, những xung dốc dao động hoặc điện áp ba
pha không cân bằng. Hơn nữa tính không đồng đều như tần số thay đổi, sự không
tuyến tính của hệ thống hoặc trở kháng phụ tải sẽ làm méo dạng sóng điện áp, các
xung nhọn do các thu lôi sinh ra cũng có thể được lan truyền trong hệ thống cung
6
cấp. Các trường hợp này được mô tả trong Hình 1.4.
Hình 1.4 - Dạng sóng điện áp lý tưởng và các thay đổi thông số lưới điện.
a) Dạng sóng điện áp lý tưởng.
b) Các dạng thay đổi của sóng điện áp.
Các xung nhọn, xung tuần hoàn và nhiễu tần số cao có tính chất khu vực. Nó
được sinh ra một số do quá trình phóng điện của các thu lôi, do tác động đóng cắt của
các van điện tử công suất, do hồ quang của các điện cực vì vậy chỉ có lan truyền
trong phạm vi và thời điểm nhất định. Cũng như vậy sự biến đổi tần số thường do các
lò trung, cao tần sinh ra và mức độ lan truyền cũng không lớn. Đối với hiện tượng
điện áp thấp và điện áp cao thì có thể xảy ra ở mọi nơi và xuất hiện dài hạn như sự
sụt giảm điện áp do sự khởi động của các động cơ cỡ lớn hay quá điện áp do sự cố
chạm đất…
Để ngăn ngừa các hiệu ứng có hại cho thiết bị của hệ thống cung cấp trong
một mức độ nhất định, luật và các quy định khác nhau tồn tại trong các vùng khác
nhau để chắc rằng mức độ của điện áp cung cấp không được ra ngoài dung sai quy
định. Các đặc tính của điện áp cung cấp được chỉ rõ trong các tiêu chuẩn chất lượng
điện áp, thường được mô tả bởi tần số, độ lớn, dạng sóng và tính đối xứng của điện
áp 3 pha. Trên thế giới có sự dao động tương đối rộng trong việc chấp nhận các dung
sai có liên quan đến điện áp. Các tiêu chuẩn luôn luôn được phát triển hợp lý để đáp
lại sự phát triển của kỹ thuật kinh tế và chính trị.
Bởi vì một vài nhân tố ảnh hưởng đến điện áp cung cấp là ngẫu nhiên trong
không gian và thời gian, nên một vài đặc trưng có thể được mô tả trong các tiêu
7
chuẩn với các tham số tĩnh để thay thế cho các giới hạn đặc biệt. Một khía cạnh quan
trọng trong việc áp dụng các tiêu chuẩn là để xem xét ở nơi nào và ở đâu trong mạng
cung cấp, các đặc tính của điện áp là định mức. Tiêu chuẩn Châu Âu EN50160 chỉ rõ
các đặc điểm của điện áp ở các đầu cuối cung cấp cho khách hàng dưới các điều kiện
vận hành bình thường. Các đầu cuối cung cấp được định nghĩa là điểm kết nối của
khách hàng nối vào hệ thống công cộng.
EN50160 chỉ ra rằng trong các thành viên của Eropean Communities - Cộng
đồng Châu Âu, dải biến đổi giá trị hiệu dụng (RMS) của điện áp cung cấp trong 10
phút (điện áp pha hoặc điện áp dây) là ± 10 % với 95 % thời gian trong tuần. Với hệ
thống điện áp 3 pha 4 dây, là 230 V giữa pha và trung tính. Nói đúng ra, điều này có
nghĩa là mỗi tuần có hơn 8 giờ không có giới hạn cho giá trị của điện áp cung cấp.
Cũng có một số ý kiến cho rằng dung sai điện áp ± 10 % là quá rộng.
Tần số của hệ thống cung cấp phụ thuộc sự tương tác giữa các máy phát và phụ
tải, giữa dung lượng phát của các máy phát và nhu cầu của phụ tải. Điều này có nghĩa
là sẽ khó khăn hơn cho các hệ thống nhỏ, cô lập, để duy trì chính xác tần số so với các
hệ thống nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận. Trong Eropean Communities -
Cộng đồng Châu Âu tần số danh định của điện áp cung cấp quy định là 50 Hz. Theo
EN50160 giá trị trung bình của tần số cơ bản đo được trong thời gian hơn 10 s với hệ
thống phân phối nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận là 50 Hz ± 1 % trong suốt
95 % thời gian trong tuần và 50 Hz + 4 %/6 % trong 100 % thời gian trong tuần. Hệ
thống phân phối không nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận có dải dung sai tần
số là ± 2%. Dung sai tần số của EN50160 cũng giống với quy định hiện thời của
các nước thành viên.
Nghiên cứu về mức độ thay đổi điện áp ở khách hàng, một Công ty Điện lực ở
Anh đã ghi lại các giá trị điện áp cực đại và cực tiểu của một số khách hàng mỗi giờ
1 lần. Từ các thông tin giá trị trung bình của điện áp cực đại và cực tiểu trên khách
hàng vẽ được đồ thị:
8
Hình 1.5 - Sự thay đổi của điện áp trên phụ tải trong ngày.
Từ đồ thị ta nhận thấy sự phụ thuộc của giá trị điện áp vào các thời điểm trong
ngày, hay nói cách khác là phụ thuộc vào quy luật hoạt động của phụ tải.
Tại Việt Nam, chất lượng điện năng được quy định trong Luật Điện lực, Quy
phạm trang bị điện và Tiêu chuẩn kỹ thuật điện như sau:
1. Về điện áp:
- Trong điều kiện vận hành bình thường, điện áp được phép dao động trong
khoảng ± 5 % so với điện áp danh định và được xác định tại phía thứ cấp của máy
biến áp cấp điện cho bên mua hoăc tại vị trí khác do hai bên thỏa thuận trong hợp
đồng khi bên mua đạt hệ số công suất cosϕ ≥ 0,85 và thực hiện đúng biểu đồ phụ tải
đã thỏa thuận trong hợp đồng.
- Trong trường hợp lưới điện chưa ổn định, điện áp được dao động từ +5 %
đến -10 %.
2. Về tần số:
- Trong điều kiện bình thường, tần số hệ thống điện được dao động trong
phạm vi ± 0,2 Hz so với tần số định mức là 50 Hz.
- Trường hợp hệ thống chưa ổn định, cho phép độ lệch tần số là ± 0,5 %.
9
CHƯƠNG 2
CÁC CHỈ TIÊU CƠ BẢN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG
TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI
2.1 Tần số
2.1.1 Độ lệch tần số:
Là hiệu số giữa giá trị tần số thực tế và tần số định mức: (f - f
n
)
gọi là độ lệch
tần số. Độ lệch tần số có thể biểu thị dưới dạng độ lệch tương đối:
n
n
f - f
Δf (%) = 100
f
(%); (2.1)
Chất lượng điện đảm bảo khi độ lệch tần số nằm trong giới hạn cho phép:
∆f
min
≤ ∆f ≤ ∆f
max
có nghĩa là tần số phải luôn nằm trong giới hạn: f
min
≤ f ≤ f
max
.
2.1.2 Độ dao động tần số:
Trong trường hợp tần số thay đổi nhanh với tốc độ lớn hơn 0,1%/s, sự biến
đổi đó gọi là dao động tần số. Một trong những nguyên nhân gây ra dao động tần số
là sự thay đổi đột ngột các tham số của hệ thống điện như khi xảy ra ngắn mạch, quá
trình đóng cắt tải…
2.1.3 Ảnh hưởng của sự thay đổi tần số:
Khi có sự thay đổi tần số có thể gây ra một số hậu quả xấu ảnh hưởng đến sự
làm việc của các thiết bị điện và hệ thống điện.
a) Với thiết bị điện.
Các thiết bị được thiết kế và tối ưu ở tần số định mức, biến đổi tần số dẫn đến
giảm năng suất làm việc của thiết bị.
Làm giảm hiệu suất của thiết bị điện ví dụ như đối với động cơ vì khi tần số
thay đổi sẽ làm tốc độ quay thay đổi, ảnh hưởng đến năng suất làm việc của các động
cơ. Khi tần số tăng lên, công suất tác dụng tăng và ngược lại.
b) Đối với hệ thống điện
Biến đổi tần số ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của các thiết bị tự dùng
10
trong các nhà máy điện, có nghĩa là ảnh hưởng đến chính độ tin cậy cung cấp điện.
Tần số giảm có thể dẫn đến ngừng một số bơm tuần hoàn trong nhà máy điện, tần số
giảm nhiều có thể dẫn đến ngừng tổ máy.
Thiết bị được tối ưu hoá ở tần số 50 Hz, đặc biệt là các thiết bị cuộn dây từ
hoá như máy biến áp.
Làm thay đổi trào lưu công suất của hệ thống, tần số giảm thường dẫn đến
tăng tiêu thụ công suất phản kháng, đồng nghĩa với thay đổi trào lưu công suất tác
dụng và tăng tổn thất trên các đường dây truyền tải.
Tần số nằm trong giới hạn nguy hiểm là từ (45 ÷ 46) Hz, ở tần số này năng suất
của các thiết bị dung điện giảm, hệ thống mất ổn định, xuất hiện sự cộng hưởng làm cho
các máy phát, động cơ bị rung mạnh và có thể bị phá hỏng.
Ngoài ra sự biến đổi của tần số còn phá hoại sự phân bố công suất, kinh tế
trong hệ thống điện.
Các ảnh hưởng của tần số trong hệ thống điện đến chất lượng điện ta thấy rất
rõ trong phân tích trên. Tần số thay đổi là do có sự sai lệch về momen điện và momen
cơ trên trục máy phát. Do vậy những vấn đề về điều chỉnh sự cân bằng momen này
được thực hiện tại các nhà máy điện. Trong phạm vi nghiên cứu về lưới điện phân
phối ta coi tần số là không đổi và đi sâu nghiên cứu các vấn đề về điện áp do chúng là
một đại lượng biến đổi ở mọi điểm trên lưới điện và ảnh hưởng đến chất lượng điện
năng.
2.2 Điện áp nút phụ tải
2.2.1 Dao động điện áp
Dao động điện áp là sự biến thiên của điện áp xảy ra trong khoảng thời gian
tương đối ngắn. Được tính theo công thức:
max min
n
U - U
ΔU = 100 (%)
U
; (2.2)
Tốc độ biến thiên từ U
min
đến U
max
không quá 1%/s. Phụ tải chịu ảnh hưởng
của dao động điện áp không những về biên độ dao động mà cả về tần số xuất hiện
các dao động đó. Nguyên nhân chủ yếu gây ra dao động điện áp là do các thiết bị có
11
cosφ thấp và các phụ tải lớn làm việc đòi hỏi đột biến về tiêu thụ công suất tác dụng
và công suất phản kháng như: các lò điện hồ quang, các máy hàn, các máy cán thép
cỡ lớn, …
Dao động điện áp được đặc trưng bởi hai thông số là biên độ và tần số dao
động. Trong đó, biên độ dao động điện áp có thể xác định theo biểu thức:
Q
k
Q
k
v = 100
1 - k
(%); (2.3)
Ở đây:
Q
BA
Q
k =
S
- Tỷ lệ công suất phản kháng so với công suất định mức của MBA;
Q - Lượng phụ tải phản kháng thay đổi đột biến, MVAr;
S
BA
- Công suất định mức của máy biến áp cấp cho điểm tải, MVA.
Như vậy, biên độ dao động điện áp sẽ phụ thuộc vào giá trị hệ số k
Q
. Với cùng
một sự biến đổi phụ tải Q như nhau, nếu công suất máy biến áp lớn hơn thì mức độ
dao động điện áp giảm, điều đó có nghĩa là máy biến áp có công suất càng lớn thì
mức độ dao động điện áp càng giảm, chất lượng điện năng của hệ thống càng được
đảm bảo. Tuy nhiên công suất của máy biến áp càng lớn thì dẫn tới nhiều yếu tố bất
lợi khác như tổn thất điện năng, dòng ngắn mạch cũng lớn hơn… Vì vậy việc giảm
biên độ dao động là bài toán rất phức tạp đòi hỏi chúng ta phải phân tích kỹ lưỡng
để làm dung hòa các yếu tố trên.
Khi cần đánh giá sơ bộ dao động điện áp khi thiết kế cấp điện, ta có thể tính
toán gần đúng như sau:
N
ΔQ
U = . 100
S
∆
(%); (2.4)
Dao động điện áp khi lò điện hồ quang làm việc:
B
N
S
U = .100
S
∆
(%); (2.5)
Trong đó:
∆Q - Lượng công suất phản kháng biến đổi của phụ tải;
S
B
- Công suất của máy biến áp lò điện hồ quang;
S
N
- Công suất ngắn mạch tại điểm có phụ tải làm việc.
12
Độ dao động điện áp được hạn chế trong miền cho phép, theo TCVN quy định
dao động điện áp trên cực các thiết bị chiếu sáng như sau:
cp
6Δt
ΔU = 1 + = 1 +
n 10
(%); (2.6)
Trong đó:
N - là số dao động trong một giờ;
∆t - Thời gian trung bình giữa hai dao động (phút).
Nếu trong một giờ có một dao động thì biên độ được phép là 7 %. Đối với các
thiết bị có sự biến đổi đột ngột công suất trong vận hành chỉ cho phép ∆U đến 1,5 %.
Còn đối với các phụ tải khác không được chuẩn hóa, nhưng nếu ∆U lớn hơn 15 % thì
sẽ dẫn đến hoạt động sai của khởi động từ và các thiết bị điều khiển.
2.2.2 Độ lệch điện áp
2.2.2.1. Độ lệch điện áp tại phụ tải
Là giá trị sai lệch giữa điện áp thực tế U trên cực của các thiết bị điện so với
điện áp định mức U
n
của mạng điện và được tính theo công thức:
n
n
U - U
= . 100
U
ν
(%); (2.7)
Độ lệch điện áp ν
phải thỏa mãn điều kiện: ν
-
≤ ν
≤ ν
+
trong đó : ν
-
, ν
+
là giới
hạn dưới và giới hạn trên của độ lệch điện áp.
Độ lệch điện áp được tiêu chuẩn hóa theo mỗi nước. Ở Việt Nam quy
định:
- Độ lệch cho chiếu sáng công nghiệp và công sở, đèn pha trong giới hạn:
-2,5 % ≤ ν
cp
≤ +5 %.
- Độ lệch cho động cơ -5,5 % ≤ ν
cp
≤ +10 %.
- Các phụ tải còn lại. -5 % ≤ ν
cp
≤ +5 %.
Với các sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải mặc dù không gây ra mất điện
cho khách hàng do đã được bảo vệ bởi các thiết bị bảo vệ như rơle, máy cắt… Tuy
nhiên hiện tượng sụt áp vẫn xảy ra. Do đó phải đảm bảo không được tăng quá 110 %
điện áp danh định ở các pha không bị sự cố đến khi sự cố bị loại trừ … Ngoài ra bên
13
cung cấp và khách hàng cũng có thể thoả thuận trị số điện áp đấu nối, trị số này có
thể cao hơn hoặc thấp hơn các giá trị được ban hành.
2.2.2.2. Độ lệch điện áp trong lưới hạ áp
Lưới phân phối hạ áp cấp điện trực tiếp cho hầu hết các thiết bị điện. Trong lưới
phân phối hạ áp các thiết bị điện đều có thể được nối với nó cả về không gian và thời
gian (tại bất kỳ vị trí nào, bất kỳ thời gian nào). Vì vậy trong toàn bộ lưới phân phối hạ
áp điện áp phải thỏa mãn tiêu chuẩn: ν
-
≤ ν
-
≤ ν
+
.
∆UH
B
A
ν
Pmin
1
2
3
∆U
H1
∆U
H2
Pmax
P
+
ν
−
νB νA
Líi h¹ ¸p
ν
ν
+
ν
−
Tr¹m ph©n phèi
MiÒn CL§A
MiÒn CL§A
Hình 2.1 Hình 2.2
Ta thấy rằng có hai vị trí và hai thời điểm mà ở đó chất lượng điện áp đáp ứng
yêu cầu thì tất cả các vị trí còn lại và trong mọi thời gian sẽ đạt yêu cầu về độ lệch
điện áp. Đó là điểm đầu lưới (điểm B) và điểm cuối lưới (điểm A), trong hai chế độ
max và chế độ min của phụ tải.
Phối hợp các yêu cầu trên ta lập được các tiêu chuẩn sau, trong đó quy ước số
1 chỉ chế độ max, số 2 chỉ chế độ min.
A1
A2
B1
B2
ν ν ν
ν ν ν
ν ν ν
ν ν ν
− +
− +
− +
− +
≤ ≤
≤ ≤
≤ ≤
≤ ≤
(2.8.1)
Từ đồ thị ta nhận thấy độ lệch điện áp trên lưới phải nằm trong vùng gạch
chéo, Hình 2.1, gọi là miền chất lượng điện áp.
Nếu sử dụng tiêu chuẩn (2.8.1) thì ta phải đo điện áp tại hai điểm A, B trong
14
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét