Tụ bù là thiết bị cực kì nhạy cảm với sóng hài. Mức độ ảnh hưởng đến tụ bù phụ thuộc vào các bậc sóng hài xuất hiện trong lưới điện. Nếu không có biện pháp lọc sóng hài cho tụ, thiết bị này rất dễ vận hành sai cách, tuổi thọ suy giảm, thậm chí là cháy nổ. Để tìm hiểu về các phương pháp lọc sóng hài cho tụ bù hiệu quả nhất, bạn đừng bỏ qua bài viết sau của chúng tôi.
Ảnh hưởng của sóng hài
Trước đây, hệ thống điện chủ yếu chứa tải tuyến tính như động cơ, đèn sợi đốt, tụ điện, điện kháng… Nhưng hiện tại, việc tích hợp các mạch điện tử công suất trong thiết bị điện - điện tử (biến tần cho động cơ, nguồn dự phòng UPS, bộ nạp ắc quy, lò hồ quang…) đã khiến tải phi tuyến tính xuất hiện nhiều hơn trong lưới điện. Những phụ tải phi tuyến này tạo ra sóng hài dòng điện chạy khắp hệ thống và gián tiếp gây ra sóng hài điện áp thông qua trở kháng. Trong khi sóng hài dòng điện ảnh hưởng trực tiếp đến các thiết bị mắc nối tiếp với nguồn hài thì sóng hài điện áp có tác động tiêu cực đến thiết bị mắc song song với nguồn hài.
Ảnh hưởng của sóng hài có thể được liệt kê ở 2 khía cạnh dưới đây.
Ảnh hưởng đến kỹ thuật
Dòng hài méo mó có thể làm biến dạng điện áp hệ thống, tùy thuộc vào điện kháng mà điện áp sẽ có mức biến dạng khác nhau. Thường thì điện kháng hệ thống khá nhỏ nên sóng hài điện áp luôn nhỏ hơn sóng hài dòng điện. Thế nhưng, sóng hài khiến giá trị hiệu dụng RMS của dòng điện tăng, gây tổn thất công suất tác dụng và làm quá tải hệ thống. Dòng RMS càng cao, tổn thất mà các thiết bị mắc nối tiếp với nguồn hài như dây cáp điện, máy biến áp phải chịu càng tăng.
Một số ảnh hưởng của sóng hài đến các thiết bị như:
- Với động cơ: Sóng hài tạo ra các mô-men không sinh công gây tổn hao về mặt công suất hoặc khiến động cơ rung động, dễ mài mòn cơ học.
- Với máy biến áp: Sóng hài làm tổn hao công suất dưới dạng nhiệt.
- Với dây trung tính trong hệ thống 3 pha 4 dây: Sóng hài gây ra hiện tượng mất cân bằng pha, khiến dây trung tính mang điện, tăng nguy cơ giật điện và ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống.
- Với hệ thống máy tính, thiết bị đo: Có thể hoạt động không chính xác dưới tác động của sóng hài.
- Với tụ điện: Tụ bù rất nhạy cảm với tần số của nguồn cấp điện. Sóng hài có ảnh hưởng trực tiếp đến bộ phận điều hòa của tụ điện, kéo theo sự tăng nhiệt trên tụ khiến chất điện môi bị phá hủy, tụ dễ phồng, thậm chí là cháy nổ.
Ảnh hưởng đến kinh tế
Sóng hài xuất hiện khiến các doanh nghiệp, nhà máy vừa phải tìm cách xử lý sóng hài, vừa phải có giải pháp bảo vệ các thiết bị điện khác, kéo theo chi phí đầu tư tăng cao so với giai đoạn thiết kế. Một số khía cạnh ảnh hưởng của sóng hài đến mặt kinh tế của doanh nghiệp có thể kể đến:
- Quá tải hệ thống, ảnh hưởng đến hiệu suất vận hành thiết bị
- Gây tổn thất điện năng, gia tăng tiền phạt từ Điện lực
- Nguy cơ mất điện, gián đoạn hoạt động sản xuất của dây chuyền, nhà máy
- Ảnh hưởng đến tuổi thọ thiết bị, tăng chi phí sửa chữa hoặc thay mới
6 phương pháp lọc sóng hài cho tụ bù hiệu quả
Sau đây là 6 phương pháp lọc sóng hài cho tụ bù phổ biến nhất.
Sử dụng cuộn kháng nối tiếp
Cuộn kháng là phương án phổ thông nhất để lọc sóng hài cho tụ, mắc nối tiếp với phụ tải phi tuyến tính để làm tăng tổng điện kháng từ nguồn về tải, qua đó giảm sóng hài, đồng thời hấp thụ các mức quá áp nguy hiểm có thể gây trip cho biến tần và aptomat.
Điện kháng của cuộn kháng phụ thuộc vào tải. Đa phần, cuộn kháng có điện kháng trong khoảng 3-6%. Nhiều trường hợp, điện kháng nguồn thấp hơn so với phụ tải. Do đó, dù tải thấp, tổng điện kháng của cuộn kháng và phụ tải vẫn cao hơn nguồn, giúp hạn chế dòng hài đi vào tải, làm sạch dòng điện và điện áp của hệ thống. Tuy nhiên, nếu hệ thống có lượng hài lớn, đặc biệt là hài bậc cao, vẫn cần có bộ lọc hài riêng.
Sử dụng biến áp cách ly
Nhờ cấu tạo độc lập giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp, đi kèm là màn chắn tĩnh điện và điện dung ký sinh, biến áp cách ly có khả năng triệt tiêu sóng hài và nhiễu cao tần, góp phần ổn định chất lượng điện.
Thực tế, việc sử dụng máy biến áp cách ly có tác dụng tương tự như lắp cuộn kháng nối tiếp: điện kháng của máy biến áp tỷ lệ thuận với tần số sóng hài và chỉ cho phép dòng 50Hz đi qua, nhằm hạn chế các dạng sóng có tần số cao hơn. Ngoài ra, giữa cuộn dây sơ cấp và thứ cấp được cách điện hoàn toàn, chỉ nối với nhau bằng từ trường, cũng giúp ngăn chặn sự truyền nhiễu giữa 2 cuộn dây.
Sử dụng chỉnh lưu 12 xung
Chỉnh lưu 12 xung là giải pháp giảm sóng hài bậc cao hiệu quả nhất cho các hệ thống công nghiệp lớn, tuy nhiên, đây lại là phương pháp phức tạp, đòi hỏi kỹ thuật chuyên môn cao và chi phí đầu tư rất lớn.
Phương pháp này sử dụng bộ chỉnh lưu đa xung gồm 6 cặp chỉnh lưu Silic chia thành 2 nhóm, mỗi nhóm 3 cặp. Các cặp chỉnh lưu Silic sẽ được kích hoạt theo trình tự để tạo ra dạng sóng điện gần giống sóng sin thông thường, khiến méo hài dòng điện và điện áp bị suy giảm đáng kể.
Sử dụng bộ lọc sóng hài thụ động
Bộ lọc sóng hài thứ tự 0 (ZSF) được thiết kế để triệt tiêu hoặc hạn chế sóng hài thứ tự 0 trong hệ thống điện, đặc biệt là trong các loại máy biến áp quấn dây theo kỹ thuật zigzag. Cấu trúc điển hình của một bộ lọc loại này gồm cuộn kháng, tụ điện và điện trở.
Sóng hài bậc 0 thường do các tải phi tuyến 1 pha tạo ra, có thể cộng lại và di chuyển trong dây trung tính, khiến đường dây dẫn và các thiết bị quá tải, quá nhiệt, thậm chí là hỏng hóc. ZSF tạo ra một đường dẫn có trở kháng thấp cho các dòng hài bậc 0, thường là dòng có bậc là bội lẻ của 3 (bậc 3,9,15) để hấp thụ dòng hài, ngăn hài chạy ngược lên lưới.
Đây là giải pháp lọc sóng hài bậc 0 khá đơn giản và kinh tế với hiệu suất lọc khoảng 60 - 95%, tuy nhiên, hiệu suất của bộ lọc ZSF sẽ giảm dần theo khoảng cách lắp đặt với các tải gây ra sóng hài. Nhà sản xuất khuyến cáo, khả năng lọc của bộ lọc sóng hài thứ tự 0 được tối ưu nhất khi lắp đặt gần phụ tải phi tuyến. Trường hợp hệ thống có sự thay đổi liên tục không nên sử dụng bộ lọc sóng hài thụ động.
Sử dụng bộ lọc sóng hài chủ động
Bộ lọc hài chủ động được đánh giá là phương pháp lọc sóng hài tiên tiến và toàn diện nhất hiện nay, cho hiệu suất lọc vượt trội lên đến 80-95%. Khác với bộ lọc hài thụ động cần lắp đặt gần nguồn gây hài, bộ lọc chủ động được tích hợp vào các bộ phận chỉnh lưu trong biến tần, UPS và một số thiết bị điện tử công suất khác.
Bộ lọc sóng hài chủ động hoạt động dựa trên việc đo lường, phân tích các bậc hài hiện có trong hệ thống, sau đó đưa vào dòng điện bù có cùng biên độ nhưng ngược pha để triệt tiêu từng bậc sóng hài. Bên cạnh đó, một số bộ lọc hài hiện đại còn tích hợp cả chức năng bù công suất phản kháng và cân bằng tải, góp phần tăng tính tin cậy cho lưới điện hệ thống.
Ngoài hiệu suất lọc ưu việt, bộ lọc hài chủ động còn có khả năng phản hồi nhanh, dễ dàng thích nghi với sự thay đổi của tải nên rất thuận tiện cho quá trình mở rộng công suất của người vận hành mà không cần tính toán hoặc cài đặt lại các thông số.
Tìm hiểu về dòng sản phẩm bộ lọc sóng hài BTB Electric đang được Etinco phân phối chính hãng tại Việt Nam.
Sử dụng máy biến áp lọc hài/ biến tần có sóng hài thấp
Biến tần hiện đại sử dụng công nghệ tích hợp sẵn, cho phép giảm sóng hài bậc cao mà không cần sử dụng bộ lọc bên ngoài. Loại biến tần này có tổng méo hài dòng điện (THDi) < 5%.
Riêng với máy biến áp lọc hài, sóng hài bậc 3 sẽ được tính toán và lọc về mức phù hợp với tải. Phương pháp này có chi phí đầu tư khá thấp nhưng cần đánh giá được sóng hài đầy đủ trên thiết bị từ thượng nguồn đến hạ nguồn.
Lợi ích sau khi lọc sóng hài cho tụ bù
Bảo vệ được tụ bù và các thiết bị điện khác là lợi ích dễ nhận thấy nhất của việc lọc sóng hài cho tụ bù. Không dừng lại ở đó, phương án này còn có lợi ích sâu xa hơn về mặt tài chính đối với các doanh nghiệp.
Giảm chi phí đầu tư (CAPEX)
Tiết kiệm chi phí đầu tư là mối quan tâm hàng đầu của các doanh nghiệp, chủ đầu tư. Giảm sóng hài giúp tiết kiệm được kha khá chi phí để bảo vệ một số thiết bị điện tử nhạy cảm, đôi khi còn phải thay mới thiết bị hỏng hóc… kéo theo là những khoản tiết kiệm đáng giá về không gian lắp đặt và thuê nhân công có trình độ kỹ thuật để vận hành.
Trước mắt, sóng hài giảm sẽ làm giảm giá trị RMS của dòng điện, từ đó giảm được tiết diện dây cáp, dòng định mức của aptomat và contactor.
Giảm chi phí vận hành (OPEX)
Khi hệ thống không còn sóng hài nguy hiểm, việc thất thoát năng lượng và các phí phạt từ Điện lực hàng tháng sẽ được kiểm soát. Trong nhiều trường hợp, giảm sóng hài có thể tiết kiệm đến 10% hóa đơn tiền điện.
Tăng hiệu quả kinh doanh - sản xuất
Sóng hài là nguyên nhân chính dẫn đến các lỗi trip aptomat, máy cắt hoặc rơ le bảo vệ, khiến nhiều thiết bị suy giảm tuổi thọ. Ví dụ, nếu động cơ thường xuyên hoạt động với mức tăng nhiệt 10 độ C sẽ bị giảm tới 50% tuổi thọ vận hành.
Sóng hài cũng gây ra tình trạng hoạt động chập chờn, thiếu ổn định ở một số thiết bị, khiến phí bảo trì, bảo dưỡng và sửa chữa có thể tăng đáng kể. Nghiêm trọng nhất là tình trạng gián đoạn sản xuất trong dây chuyền nhà máy có thể gây thiệt hại lớn về doanh thu và uy tín.
Một số câu hỏi về phương pháp lọc sóng hài cho tụ bù
Câu hỏi 1: Phương pháp lọc sóng hài cho tụ nào là phổ biến nhất?
Trả lời: Dùng cuộn kháng cho tụ bù là phương pháp lọc sóng hài của tụ phổ biến nhất hiện nay.
Câu hỏi 2: Phương pháp lọc sóng hài nào hiệu quả nhất?
Trả lời: Tính hiệu quả của việc lọc sóng hài còn phụ thuộc vào tính chất và yêu cầu cụ thể của hệ thống. Trong đó, bộ lọc sóng hài chủ động hiện được nhiều hệ thống công nghiệp hiện đại sử dụng để cho hiệu suất lọc hài cao nhất, có thể lên đến 97%, ví dụ như bộ lọc hài chủ động AHF đến từ thương hiệu BTB Electric.
