Sóng hài là gì? Sóng hài ảnh hưởng như thế nào

Hiểu như thế nào về sóng hài?

Sóng hài là một dạng nhiễu không mong muốn và có ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng lưới điện và cần được chú ý tới khi tổng các dòng điện hài cao hơn giới hạn cho phép trong hệ thống. Dòng điện hài là dòng điện có tần số cơ bản. Ví dụ như dòng 250 Hz trên lưới 50Hz là sóng hài bậc 5, dòng điện 250Hz cũng là dòng năng lượng không sử dụng được với các thiết bị trên lưới. Vì vậy, chúng sẽ chuyển hóa sang dạng nhiệt năng và có thể gây tổn hao.

Sóng hài được đặc trưng bởi dao động hoàn toàn trên phổ tần số công nghiệp cơ bản. Thành phần sóng hài trong nguồn AC sẽ được định nghĩa là thành phần sin của một chu kỳ sóng với tần số bằng số nguyên lần tần số cơ bản của hệ thống fh = h.fb (trong đó: h là số nguyên dương).

Đâu là nguyên nhân dẫn đến xảy ra sóng hài?

Nguyên nhân xảy ra sóng hài là do các phụ tải dạng phi tuyến trong hệ thống điện. Với điện áp đầu vào của tải phi tuyến là dạng hình sin nhung dòng qua nó sẽ không có dạng hình sin.

Một dạng sóng bất kỳ được xem là tổng của các dạng sóng hình sin. Khi đồng nhất từ chu kỳ này sang chu kỳ khác, chúng có thể được miêu tả tựa như những sóng sin cơ bản và bội số của tần số cơ bản, có nghĩa là bao gồm sóng sin cơ bản và chuỗi các dạng sóng sin hài bậc cao, được gọi là chuỗi Fourier.

Quá trình tính toán có thể độc lập với mỗi hài riêng. Kết quả tính toán của mỗi tần số sẽ được kết hợp vào một dạng của chuỗi Fourier để có dạng sóng ra tổng quát nếu cần.

Thông thường, chúng ta chỉ cần quan tâm đến biên độ của sóng hài. Khi cả nửa chu kỳ âm dương của một dạng sóng có dạng đồng nhất, chuỗi Fourier chỉ chứa hài bậc lẻ. Lý do là bởi hầu hết các thiết bị sinh sóng hài thông thường có dạng đồng nhất nên trọng thực tế, chúng ta chỉ cần quan tâm đến sóng hài bậc lẻ 3, 5, 7,…

Đâu là những thiết bị sóng hài xuất phát?

Các tải công nghiệp: Các thiết bị điện tử công suất, máy hàn, thao tác đóng cắt mạch máy biến áp có công suất lớn, hồ quang, bộ khởi động điện tử,…

Các tải dân dụng: Đèn phóng điện chất khí, máy photocopy, tivi, máy tính, lò vi sóng,…

Với nhiều biện pháp khác nhau, người ta có thể giảm giá trị của sóng hài đến một giá trị nhỏ không đáng kể. Ngoài ra, việc khử bỏ hoàn toàn chúng là không hoàn toàn có khả năng thực hiện được.

Sóng hài có gây nên tác hại hay không?

Sóng hài được biết là dạng nhiễu không mong muốn và ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điện năng, xuất hiện khi sử dụng nhưng tải không tuyến tính và có ảnh hưởng xấu đến những thiết bị, máy móc được sử dụng như: giảm tuổi thọ động cơ; máy cắt, cầu chì, aptomat có thể bị tác động mà không rõ nguyên nhân; gây nhiễu ảnh hưởng đến các thiết bị viễn thông, hệ thống tự động hóa; gây lãng phí năng lượng; quá tải CB, gây cháy nổ máy biến áp, quá nhiệt; giảm tuổi thọ tụ bù, thậm chí gây nổ tụ bù bất thường; các thiết bị đo hoạt động không chính xác.

Các phương làm giảm sóng hài phổ biến

Việc thay thế các thiết bị hư hỏng mà nguyên nhân gây ra bởi sóng hài luôn là giải pháp tốn kém, làm tăng kinh phí đầu tư cũng như kinh phí vận hành nhưng vẫn không thể giảm được ảnh hưởng của sóng hài. Vì vậy, chúng ta nên lựa chọn những giải pháp ít tốn kém nhưng vẫn đem lại hiệu quả cao trong việc kiểm soát sóng hài như:

Dùng cuộn kháng AC hoặc cuộn kháng DC cho biến tần – đây luôn được xem như giải pháp tốt nhất cho các ứng dụng cần lọc cho nguồn lưới bị nhiễu nặng và yêu cầu giảm sóng hài hàng không là ưu tiên hàng đầu.

Sử dụng loại biến tần có sóng hài thấp – biến tần sử dụng công nghệ giảm sóng hài mà không cần dùng tới bộ lọc ngoài hay biến áp đa xung với tổng độ méo dạng hài dòng điện (THDi) thấp hơn 5%.

Sử dụng giải pháp chỉnh lưu 12 xung – cho hiệu suất cao nhất trong việc làm giảm sóng hài những quy trình lại phức tạp nhất.

Sử dụng bộ lọc – được áp dụng cho nhiều biến tần gắn song song với nhau trên cùng một đường dây phân phối với nhiệm vụ chính là bù công suất, bù sóng hài điện áp và bù sóng hài dòng điện. Hiện nay, bộ lọc sóng hài có 2 dạng phổ biến gồm:

Bộ lọc sóng hài thứ tự 0 (ZSF) với khả năng làm giảm hoặc triệt tiêu sóng hài thứ tự 0 với máy biến áp quấn dây theo kỹ thuật zigzag. Hiệu suất lọc của bộ lọc này sẽ đạt khoảng 60% - 95%.

Bộ lọc sóng hài tích cực (Active Harmonic Filter) có khả năng làm giảm thiểu sóng hài bằng cách sản sinh các dạng sóng hài đối nghịch. Hiệu suất lọc của Active Harmonic Filter đạt mức 80% - 95%.

Tìm hiểu về các quy định ngưỡng sóng hài

Để giảm ảnh hưởng của sóng hài trong hệ thống điện, Thông tư 39/2015/TT-BCT ngày 18/11/2015 của Bộ Công Thương quy định: Yêu cầu về sóng hài điện áp (trích Điều 7) như sau:

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 đạt mức ≤ 6,5%

• Biến dạng riêng lẻ đạt mức ≤ 3,0%

Cho phép đỉnh nhọn điện áp bất thường trên lưới điện phân phối trong thời gian ngắn vượt quá tổng mức biến dạng sóng hài quy định như trên nhưng không được gây hư hỏng thiết bị của lưới điện phân phối.

2 Yêu cầu cơ bản về sóng hài điện theo Điều 32

Dưới đây là 2 yêu cầu cơ bản về sóng hài điện dựa theo Điều 32:

 Giá trị cực đại cho phép của tổng độ biến dạng sóng hài dòng điện phụ tải gây ra được quy định như sau:

• Đối với đấu nối vào cấp điện áp trung áp và hạ áp đạt mức công suất nhỏ hơn 50 kW: Giá trị dòng điện của sóng hài bậc cao sẽ không vượt quá 20% dòng điện phụ tải;

• Đối với đấu nối vào cấp điện áp cao áp hoặc các đấu nối có công suất đạt mức từ 50 kW trở lên: Giá trị dòng điện của sóng hài bậc cao sẽ không vượt quá 12% dòng điện phụ tải.

Tổng độ biến dạng sóng hài dòng điện do Đơn vị phân phối điện đo tại điểm đấu nối của Khách hàng sử dụng lưới điện phân phối được đo đếm theo tiêu chuẩn IEC 1000-4-7. 

Thông thường, chúng sẽ 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 tại Khoản 1 Điều này, 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.

Sóng hài sử dụng thiết bị đo nào?

Để có thể đo được mức độ sóng hài cần phải có thiết bị chuyên dụng. Với một số thiết bị đo sóng hài ở mức độ đơn giản dạng như Ampe kìm cầm tay giá khoảng từ vài trăm đô nhưng cũng có những thiết bị đo và phân tích sóng hài đáp ứng đầy đủ các tính năng cần thiết nhưng mức giá lại lên đến vài ngàn đô.

Tùy vào mục đích sử dụng cũng như do chi phí đầu tư thiết bị khá cao nên đa phần các nhà máy không trang bị sẵn cho nhân viên kỹ thuật điện. Hơn thế nữa, để có thể sử dụng được thiết bị đo và phân tích sóng hài cần phải có kiến thức chuyên sâu. Do đó, những người kỹ thuật viên thường dành nhiều thời gian để tự tìm hiểu cũng như học những trường, lớp để phổ cập các kiến thức thường xuyên, nhanh chóng.

Trên đây là những chia sẻ về sóng hài cũng như những ảnh hưởng sóng hài đem lại cho cuộc sống hàng ngày. Hy vọng với các thông tin trên đã giúp bạn có cái nhìn chi tiết đến toàn cảnh hơn về sóng hài.