Chất Lượng điện năng

I.Độ lệch tần số- là hiệu trung bình trong vòng 10 phút giữa trị số thực tế của tần số cơ bản với trị số danh định của nó.Trong chế độ làm việc bình thường cho phép độ lệch tần số khỏi trị số danh định là 0,1 Hz.
II,Độ dao động tần số -là hiệu giữa trị số lớn nhất và bé nhất của tần số cơ bản trong quá trình thay đổi khá nhanh thông số của chế độ khi tốc độ thay đổi tần số không dưới 0,2 Hz trong một giây.Độ dao động tần số không được vượt quá 0,2 Hz ngoài giới hạn độ lệch tần số cho phép 0,1 Hz.
Hiện nay người ta sử dụng thiết bị tự động sa thải phụ tải sự cố theo tần số để giữ độ dao động tần số cho phép trong hệ thống điện.Khi các nguồn cung cấp bị cắt sự cố ,các thiết bị này sẽ cắt các hộ tiêu thụ ít quan trọng ra khỏi hệ thống.Việc cho các nhà máy điện của xí nghiệp công nghiệp làm việc song song với hệ thống cũng là một biện pháp để giữ tần số không đổi.
III,Độ lệch điện áp V – là hiệu giữa trị số thực tế của điện áp U với trị số danh định của điện áp lưới U_dđ phát sinh khi thay đổi chế độ làm việc tương đối chậm,khi tốc độ thay đổi điện áp dưới 1% trong 1 giây :
V= U - U_dđ (1-1)
Nếu V được biểu diễn bằng phần trăm của điện áp danh định U_dđ,còn U và U_dđ – bằng vôn hay kilôvôn thì :
V=(U-U_dđ)/U_dđ 100. (1-2)

Theo ΓOCT 13109-67,trên cực của đèn chiếu sáng ở nơi sản xuất và nhà công cộng là những nơi đòi hỏi phải tập trung thị lực cũng như các đèn pha chiếu sáng ngoài trời ,độ lệch điện áp cho phép nằm trong giới hạn từ - 2,5 % đến + 5% điện áp danh định.
Trên cực của động cơ điện và thiết bị để điều khiển và khởi động chúng,cho phép lệch điện áp trong giới hạn từ -5 đến +10% điện áp danh định.Trên cực của các hộ tiêu thụ điện khác cho phép lệch điện áp trong giới hạn từ - 5% đến 5% điện áp danh định.
IV,Độ dao động điện áp V_t – là hiệu giữa trị số hiệu dụng lớn nhất U_max và bé nhất U_min của điện áp trong quá trình thay đổi khả năng thông số của chế độ khi tốc độ thay đổi của điện áp không dưới 1% trong 1 giây :
V=(U_max-U_min)/U_dđ 100. (1-3)
Trên cực của đèn chiếu sáng và dụng cụ vô tuyến,dao động điện áp V_t cho phép
(tính bằng phần trăm ngoài độ lệch điện áp cho phép) được xác định theo tần suất lặp lại của chúng theo công thức :
V_t=1+6/n = 1+ Δ_t/10 (1-4)
Trong đó n – số dao động trong 1 giờ ; Δ_t – Khoảng cách trung bình giữa hai lần dao động gần nhau trong một giờ , Δ_t tính bằng phút.
Đối với những hộ tiêu thụ khác còn lại người ta không quy định về độ dao động điện áp cho phép .
Từ kết quả nghiên cứu của bộ môn cung cấp điện xí nghiệp trường Đại học năng lượng Maxcơva có thể nhận thấy rằng độ lệch và độ dao động điện áp trong lưới cung cấp vi phạm chế độ làm việc bình thường của các trang bị công nghiệp,làm giảm năng suất của chúng ,tăng suất chi phí điện năng,nguyên vật liệu phụ trợ,làm hỏng thiết bị công nghệ và làm giảm thời hạn làm việc giữa các lần sửa chữa.Thí nghiệm cho thấy rằng giảm điện áp so với danh định ngay cả đối với trường hợp nằm trong giới hạn kỹ thuật cho phép cũng làm giảm năng suất của các thiết bị đã được lắp đặt,dẫn đến thiệt hại khá lớn.
Những nguyên nhân cơ bản gây nên độ lệch và độ dao động điện áp quá mức cho phép là :
1.Trình độ khai thác lưới điện và trang bị điện kém.
2.Lưới điện áp thấp bị quá tải
Để hạn chế độ lệch và độ dao động điện áp thường dùng các biện pháp sau:
1.Thay đổi chế độ làm việc của các thiết bị bù (tăng hay giảm mức bù công suất phản kháng)
2,Đổi nối đầu phân áp dưới tải ở các máy biến áp lực;
3.Thay đổi cưỡng bức mức tiêu thụ công suất tác dụng và công suất phản kháng (dùng động cơ đồng bộ có điều chỉnh kích thích ngang dọc)
4,Đóng hoặc cắt các đường dây và biến áp dự phòng
5,Đóng thêm máy phát dự phòng ở các nhà máy điện của xí nghiệp công nghiệp
6,Sử dụng máy tự động điều chỉnh điện áp(bằng Thysistor)
Độ không đối xứng của hệ thống điện áp ba pha được đặc trưng bằng điện áp thứ tự nghịch tần số cơ bản U_2 và biểu diễn theo phần trăm điện áp danh định:
(U_2 ) ̇ = 100/〖√3 U〗_đm ((U_A ) ̇ + a^2 (U_B ) ̇ + a(U_C ) ̇ ) (1-5)
Trong lưới phân bố ba pha có các hộ dùng chiếu sáng và sinh hoạt một pha,điện áp thứ tự nghịch không được vượt quá trị số làm cho trị số hiệu dụng vượt khỏi giới hạn cho phép( có xét đến những yếu tố ảnh hưởng khác nhau như độ lệch điện áp thứ tự thuận,độ dịch chuyển trung điểm và hài điện áp ).
Điện áp thứ tự nghịch ( độ không đối xứng của điện áp ) trong giới hạn 2% điện áp danh định có thể cho phép lâu dài trên bất kì một loại hộ tiêu thụ điện ba pha đôi xứng nào.
Trên cực của động cơ không đồng bộ ,trị số cho phép của điện áp thứ tự nghịch (lớn hơn 2% ) được xác định theo điều kiện đốt nóng cho phép với hệ số mang tải cho trước.Độ không đối xứng của điện áp trong lưới điện 3 pha của phân xưởng do những đột biến không đối xứng ngẫu nhiên của phụ tải các pha có thể vượt quá các định mức cho phép do ΓOCT 13109-67 quy định .Ví dụ như độ không đối xứng về dòng điện trong lưới cung cấp cho các thiết bị gia nhiệt quặng để sản xuất thép hợp kim có thể đạt tới I_dđ.
Thường thì các chế độ không đối xứng do phụ tải điện một pha gây nên có thể khắc phục được bằng các thiết bị tạo đối xứng.
VI,Độ dịch chuyển trung điểm được đặc trưng bằng điện áp thứ tự không tần số cơ bản U_0 và biểu diễn bằng phần trăm điện áp pha danh định:
U_0 = 100/〖√3 U〗_dđ ((U_A ) ̇ + (U_B ) ̇ + (U_C ) ̇) (1-6)
Trong lưới điện bốn dây điện áp thấp (có dây trung tính ),độ dịch chuyển trung điểm được xác định tương đối đối với dây trung tính tại chỗ nối với hộ tiêu thụ điện.
VII,Dạng không hình sin của đường cong điện áp được đặc trưng bằng :
a, Thành phần hài bậc cao,mỗi thành phần được xác định theo trị số hiệu dụng U_v;
b,Trị số hiệu dụng của tất cả các hài bậc cao (giả thiết không có hài bậc chẵn ):
U = √(∑_(v=3)^13▒U_v^2 ) (1-7)
Trong đó giới hạn trên của tổng dưới căn có thể lấy v = 13.
Dạng không hình sin của đường cong điện áp với trị số hiêu dụng của tất cả các hài bậc cao không vượt quá 5% trị số hiệu dụng của điện áp tần số cơ bản có thể cho phép tồn tại lâu dài trên cực của bất kỳ hộ tiêu thụ nào.Trong lưới phân phối có các hộ tiêu thụ loại chiếu sáng hoặc sinh hoạt cho phép dạng không hình sin của đường cong điện áp ở mức sao cho độ lệch điện áp không vượt quá trị số cho phép.
Trong lưới điện của xí nghiệp công nghiệp có nhiều bộ biến đổi van,dạng không sin của đường cong điện áp có thể vượt quá giới hạn quy định trong ΓOCT.Thường trên thực tế người ta phân tích chế độ làm việc của lưới điện khi có các hài bậc lẻ từ một đến mười ba.Tuy nhiên,các công trình nghiên cứu ở Liên Xô và ở nước ngoài cho thấy rằng cần xét đến những hài bậc cao hơn 13,vì rằng điều kiện làm việc của các phần tử trong hệ thống cung cấp cho các xí nghiệp công nghiệp được xác định theo toàn bộ tập hợp của các hài.
ở tần số cao hơn 1000 Hz trong hệ thống cung cấp điện có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng làm tăng trị số hiệu dụng của điện áp các hài có tần số cộng hưởng.Sự có mặt của các hài bậc cao trong lưới cung cấp điện xí nghiệp gây nên nhiều hiện tượng xấu :
1,Gây thêm tổn thất công suất tác dụng và điện năng trên các phần tử của lưới điện;
2,giảm hệ số công suất Cosφ
3,Hạn chế phạm vi sử dụng các bộ tụ điện để bù Cosφ do có khả năng xuất hiện các chế độ cộng hưởng hoặc gần cộng hưởng ở tần số của các hài bậc cao;
4,Làm cách điện chóng già hóa do hiệu ứng phát nóng điện môi và phát nóng phụ;
5,Tăng xác suất chuyển từ ngắn mạch một pha sang ngắn mạch nhiều pha do tăng dòng điện ngắn mạch chạm đất tổng hoặc thành phần dòng ngắn mạch đã được bù ;
6,có những hài bậc cao của dòng điện trong lưới điện áp đã được nắn dòng ;
7,sự có mặt của các hài bậc cao dòng và áp làm tăng một cách đáng kể sai số của các công tơ đếm điện năng tác dụng và phản kháng ,gây sai số khi đo dòng và áp;
8,các hài bậc cao có tác dụng xấu đối với các động cơ ba pha có vành góp ;
9,dòng điện hài bậc cao có thể làm cho một số loại bảo vệ rơle làm việc nhầm,làm giảm chất lượng ,thậm chí trong một số trường hợp có thể làm cho hệ thống kiểm tra ,tự động,điều khiển xa và thông tin làm việc sai.
Có thể khắc phục các hài bậc cao trong hệ thống điện bằng cách tăng số pha hoặc sử dụng các phương tiện hạn chế xâm nhập của dòng điện các hài bậc cao vào lưới điện .Tất cả các phương tiện hạn chế dòng và áp hài bậc cao có thể phân chia thành hai nhóm chủ yếu và phụ trợ.Trong nhóm chủ yếu có các phương tiện không đòi hỏi phải lắp thêm các thiết bị phụ trợ ,còn các phương tiện phụ trợ đòi hỏi phải lắp thêm các thiết bị phụ khác,đồng thời các phương tiện phụ trợ được sử dụng khi trong hệ thống hoặc ở một số nút có áp và dòng hài bậc cao quá mức cho phép theo điều kiện kinh tế và kỹ thuật.
Như đã nói ở trên ,trong số các phương tiện chủ yếu để giảm hài bậc cao trong lưới điện của xí nghiệp công nghiệp có biện pháp tăng số pha nắn dòng lên đến P = 12 hoặc nhiều hơn.Phương tiện bổ trợ đảm bảo và hiệu quả nhất để giảm dòng điện hài bậc cao là các bộ lọc ngang và dọc.Bộ lọc ngang là một mạch vòng gồm các cuộn điện cảm và tụ điện mắc nối tiếp được chỉnh theo tần số nào đó của hài bậc cao.Các bộ lọc ngang có thể đấu vào chỗ phát sinh hài bậc cao hoặc những điểm ở đó hài bậc cao có thể được tăng cường hay có thể có cộng hưởng dòng điện .Bộ lọc dọc có thể đấu nối tiếp vào các nhánh cần hạn chế dòng hài bậc cao nhưng sẽ làm tăng dòng này ở các nhánh khác .
Xuất phát từ điều kiện cực tiểu chi phí quy dẫn để xác định hiểu quả kinh tế của việc cực tiểu hóa mức hài bậc cao bằng một phương tiện nào đó :
Z = C + αK (1-8)
Trong đó K- Vốn đầu tư cùng một lúc ,C – Chi phí vận hành hằng năm, α – hệ số định mức về hiệu quả .
VIII,Hệ số đập mạch của điện áp một chiều được biểu hiện bằng phần trăm quan hệ của trị số hiệu dụng tất cả các thành phần hài bậc cao của điện áp đã được nắn với thành phần một chiều của nó .Hệ số đập mạch của điện áp đã được nắn trên cực của động cơ điện một chiều không được vượt quá 8%.Hài bậc cao có ảnh hưởng lớn đến quá trình công nghệ và chế độ làm việc của các máy điện phân và một số loại máy khác .Điện áp đập mạch có chứa nhiều hài bậc cao làm tăng khả năng các quá trình hồi phục ngược trong chất điện phân ,ảnh hưởng đến sự vận động của các ion ,đến việc dịch chuyển của điện tích từ catot đến anot và do đó làm giảm hệ số hiệu dụng của các thiết bị điện phân ,làm xấu chất lượng sản phẩm.