Sóng hài là gì, nguyên nhân, hiện tượng, tác hại của Sóng hài và giải pháp xử lý sóng hài trong thực tế

Sóng hài là gì?

Sóng hài là một loại sóng có tần số cố định, được tạo ra bởi một nguồn gốc sinusoidal. Sóng hài được biểu diễn bằng một chu trình sinusoidal, với một điểm cực đại và một điểm cực tiểu. Sóng hài được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực điện tử và điện lạnh, vì vậy, kỹ thuật viên điện tử cần hiểu rõ về nó.Tần số của sóng hài được đo bằng hertz (Hz), với một hertz tương ứng với một sóng hài được lặp lại một lần mỗi giây. Sóng hài có thể được tạo ra bằng các phương pháp khác nhau, như sử dụng một oscillator sinusoidal hoặc một thiết bị tạo sóng. Sóng hài được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như xử lý tín hiệu với tần số cố định, như trong các thiết bị điện thoại, rào cản tần số, vv.

Nguyên nhân gây ra hiện tượng sóng hài

Dòng điện hài được gây ra bởi tải phi tuyến kết nối với hệ thống phân phối. Một tải được gọi là phi tuyến khi dòng điện nó vẽ không có dạng sóng giống như điện áp cung cấp. Các dòng điện hài chạy qua các trở kháng hệ thống lần lượt tạo ra sóng hài điện áp, làm biến dạng điện áp cung cấp.
Nguồn sinh ra sóng hài là do các phụ tải dạng phi tuyến trong hệ thống điện. Điện áp đầu vào của tải phi tuyến là dạng hình sin nhưng dòng qua nó có dạng không sin. Một dạng sóng bất kỳ là tổng của các dạng sóng hình sin.

Hệ thống điện nhà máy của bạn đang: Chi phí điện năng tăng cao do tổn thất. Tụ điện có dòng cao hơn định mức, tụ bị phồng, nổ. Động cơ nóng, chạy rung dù không quá tải. Dây dẫn phát nóng, tổn thất điện áp nghiêm trọng trên dây dẫn. Dây trung tính có dòng điện lớn trong khi tải chủ yếu là 3 pha.

Sóng hài bậc chẵn là gì ?
là sóng hài bậc 2,4,6

Sóng hài bậc lẻ là gì ?
là sóng hài bậc 1,3,5 …

Sóng hài bậc 3 là gì ?
là bội số 3 của tần số cơ bản (50 Hz) tức là 150 hz

Sóng hài bậc 2 là gì ?
là bội số 3 của tần số cơ bản (50 Hz) tức là 100 hz

Sóng hài bậc cao là gì ?
là sóng hài từ bậc 2 trở lên

Tải phi tuyến là gì ?

Tải phi tuyến là tải mà quan hệ giữa U và I không phải đường thẳng.

Sóng hài hường xuất hiện ở đâu?
Nhà máy thép lò cao tần
Nhà máy sản xuất thiết bị điện tử
Nhà máy giấy, tơ sợi, dệt
Bộ chuyển đổi năng lượng tái tạo
Dây chuyền đóng chai…
Đây là những nơi có các tải phi tuyến lớn dễ bị tình trạng sóng hài cao.

Ưu nhược điểm sóng hài
Sóng hài xuất hiện khi sử dụng những tải không tuyến tính (biến tần, bộ chuyển điện thế, UPS,…) có tác dụng rất xấu đến những thiết bị, máy móc được sử dụng trong nhà máy như:
– Giảm tuổi thọ động cơ.
– Quá tải CB, quá nhiệt và gây cháy nổ máy biến áp (trong khi lượng điện sử dụng vẫn nhỏ hơn định mức).
– Máy cắt, Aptomat, cầu chì có thể bị tác động mà không rõ nguyên nhân.
– Giảm tuổi thọ tụ bù, thậm chí gây nổ tụ bù bất thường.
– Gây nhiễu ảnh hưởng đến các thiết bị viễn thông, hệ thống tự động hóa như PLC, Role,…
– Các thiết bị đo hoạt động không chính xác
– Lãng phí năng lượng

Ảnh hưởng của sóng hài
Tác hại của sóng hài đối với hệ thống điện.

Tăng dòng điện phụ tải: Tăng tiết diện dây dẫn, tăng công suất MBA, tăng cấp thiết bị đóng ngắt, tăng chi phí đầu tư, vận hành.
Gây quá nhiệt cho thiết bị: Nguy cơ gây cháy, nổ; giảm tuổi thọ thiết bị; gây tổn thất điện năng.
Gây nhiễu điện tử: Tiếng ồn trong hệ thống âm thanh; màn hình nhấp nháy.
Hệ số công suất thấp: Trả thêm chi phí mua công suất phản kháng; giảm dòng đóng cắt của thiết bị đóng cắt.
Biến dạng dòng điện lớn: Mất cân bằng dòng 310; thiết bị đo lường hoạt động không chính xác.
Biến dạng điện áp quá mức: Gây sự cố thiết bị (các MCB tác động sai, hỏng chấn lưu điện, hư hỏng tủ điện; các vấn đề SCADA; PLC có thể thay đổi trạng thái, lỗi máy phát điện; động cơ chạy rung lắc)
Tiêu chuẩn IEC về sóng hài
Đối với thiết bị của khách hàng (thiết bị đấu nối) cũng có quy định sóng hài như sau tại điều 32 của Thông tư 39:

Cấp điện áp trung áp và hạ áp có công suất nhỏ hơn 50 kW: Giá trị dòng điện của sóng hài bậc cao không vượt quá 20 % dòng điện phụ tải;
Tổng độ biến dạng sóng hài dòng điện được đo đếm theo tiêu chuẩn IEC1000-4-7, 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, 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.

Công thức tính sóng hài
Tính toán sóng hài bằng công thức sau:

Phương pháp đo sóng hài
Để đo sóng hài người ta thường dùng thiết bị đo dạng cơ bản là dùng đồng hồ đo đa năng mfm384 chuyên nghiệp và cao cấp hơn thì dùng thiết bị PQ3198 của Hioki .

Cuộn kháng chặn sóng hài là gì ?

Cuộn kháng lọc sóng hài là loại cuộn kháng chuyên được sử dụng cho tụ bù nhằm bảo vệ tụ bù và cả các thiết bị đóng cắt. Khi cuộn kháng dùng với tụ bù sẽ loại bỏ những thành phần sóng hài làm cho tăng chất lượng điện cho hệ thống. Nếu điện áp, dòng điện của hệ thống thường xảy ra hiện tượng bị méo dạng nhiều thì rất cần sử dụng cuộn kháng lọc sóng hài.

Cách tính cuộn kháng lọc sóng hài
Dùng đồng hồ vạn năng để xác định (dùng thang đo Ohm)
Chúng ta có thể dùng vạn năng kế để đo, khi đo cần đưa vạn năng kế về thang đo ohm. Chúng ta tiến hàng kiểm tra đồng hồ đồng thời chập 2 que đỏ và đen vào với nhau rồi điều chỉnh chiết áp và kim chỉ trên đồng hồ về mức 0.

Tiếp theo dùng 2 que đỏ và đen chập vào với 2 đầu của cuộn kháng, chúng ta ghi lại giá trị nhận được, rồi dùng giá trị này nhân với giá trị của thang đo vạn năng kế. Lưu ý: đổi về cùng một đơn vị.

cuộn kháng lọc sóng hài cách kiểm tra

Dùng thang đo điện áp trên đồng hồ vạn năng
Ngoài ra, chúng ta còn có thể đo giá trị cuộn kháng bằng thang điện áp. Đầu tiên, chỉnh đồng hồ về mức 0 và về thang đo điện áp như trên, sau đó, ở thế cao ta chập que đỏ và que đen vòa thế thấp. Rồi ghi lại giá trị đo cuối cùng trên đồng hồ.

Để có được giá trị cuộn kháng, ta sử dụng công thức sau:

V= ab/c

Trong đó:

V là giá trị đo cuối cùng
A là giá trị thang đo đang sử dụng
B là giá trị mới đo được
C là giá trị lớn nhất của vạch chia điện áp bạn đang đọc

Hiện tượng và giải pháp sóng hài trong thực tế

Hệ thống điện nhà máy của bạn đang:

Chi phí điện năng tăng cao do tổn thất.
Động cơ nóng, chạy rung dù không quá tải.
Dây dẫn phát nóng, tổn thất điện áp nghiêm trọng trên dây dẫn.
Dây trung tính có dòng điện lớn trong khi tải chủ yếu là 3 pha.
Tụ điện có dòng cao hơn định mức, tụ bị phồng, nổ.
MCB tác động không rõ nguyên nhân
Thiết bị đo lường hoạt động không chính xác (hệ số công suất cosj trên công tơ sai khác nhiều so với bộ điều khiển tụ bù tại một thời điểm).
Máy biến áp quá tải khi tổng công suất tải nhỏ hơn công suất máy biến áp.
Bạn nghĩ do sóng hài gây nên? Để trả lời chính xác câu hỏi và được tư vấn, khảo sát cường độ sóng hài và sử dụng thử bộ lọc sóng hài tích cực ngay tại lưới điện của khách hàng (miễn phí) quý khách liên hệ bộ phận kỹ thuật: 0915 413889. Công ty TNHH ETINCO chúng tôi có đội ngũ kỹ thuật dày dặn kinh nghiệm, thiết bị hiện đại và đã tham gia tư vấn, xử lý sóng hài tại nhiều nhà máy trên toàn quốc. Quý khác có thể tham khảo cách xử lý sóng hài thực tế tại đây.

Dịch vụ đo và sử lý sóng hài

Để giúp quý khách hàng thực hiện đo kiểm thành phần sóng hài có trong hệ thống điện của nhà máy – Etinco đề xuất dịch vụ đo kiểm sóng hài.

Qui trình đo sóng hài như sau:

– Khảo sát sơ bộ về hệ thống cần đo sóng hài.

– Lập kế hoạch và chuẩn bị nhân lực, thiết bị để đo sóng hài.

– Đo sóng hài tại nhà máy.

– Thu thập dữ liệu.

– Lập báo cáo theo chuẩn chuyên gia EVN

Quý khách liên hệ bộ phận kỹ thuật: 0915 413889 để được hỗ trợ tốt nhất

Máy đo sóng hài Hioki và bộ lọc sóng hài chủ động BTB Electric

Nhà máy Luxshare ICE Bắc giang – Bắc Giang

Công ty cổ phần Thành Ngân – Bình Định

Công ty TNHH Toàn Hưng – Hưng Yên

Công ty TNHH CHANG XIN Việt Nam – Ninh Bình

Các phương pháp xử lý sóng hài thực tế trên lưới điện

Để xử lý sóng hài, giảm thiểu những tác động, thiệt hại do sóng hài gây ra đối với hệ thống điện, cần có những giải pháp đồng bộ, nhất quán. Trước tiên ta phải xem xét đến các quy định của pháp luật về độ biến dạng sóng hài tối đa cho phép tại Thông tư số 30/2019/TT-BCT ngày 18/11/2019 như sau:

Giải pháp giảm trong thiết kế hệ thống điện:
Ngay từ đầu, khi thiết kế hệ thống điện cho nhà máy, các kỹ sư điện phải xác định loại tải tuyến tính, tải phi tuyến tính và công suất mỗi loại. Căn cứ vào công suất mỗi loại tải và yêu cầu độ biến dạng sóng hài để tính toán máy biến áp và các thiết bị khác kèm theo.

Sau khi quá trình khảo sát và xử lý sóng hài tại nhiều nhà máy, chúng tôi đưa ra công thức kinh nghiệm lựa chọn công suất máy biến áp và 4 mức độ sóng hài để áp dụng các giải pháp trong từng trường hợp. Đối công thức trên khi sử dụng máy phát cấp điện cho tải, do đặc tính cảm kháng của máy phát cao hơn máy biến áp nên sóng hài sẽ bị khuyếch đại thêm trầm trọng hơn từ 3 đến 4 lần.

Giải pháp giảm sóng hài cho các hệ thống hiện hữu.
Tại Việt Nam việc đánh giá tác động của phụ tải phi tuyến tính gây nên sóng hài trong thiết kế ban đầu là rất ít, đặc biệt trong các nhà máy sử dụng nhiều biến tần 6 xung, nhà máy làm sắt ống, hộp và làng nghề nấu gang thép… Để giải quyết các “hậu quả” thì việc đầu tiên chúng ta cần khảo sát mức cường độ, bậc hài để đưa ra giải pháp cụ thể. Với kinh nghiệm xử lý chúng tôi đưa ra các mức và giải pháp sau:

Mức 1 – Classic tương ứng THDi < 5%: Không cần khắc phục, xử lý

Mức 2 – Comfort tương ứng THDi 5% … ≤ 10%: Với mức sóng hài này thường chưa ảnh hưởng nhiều đến thiết bị trừ Tụ bù công suất phản kháng. Chúng tôi khuyên bạn sử dụng Tụ điện dùng film là màng Polypropylene được kim loại hóa bằng hợp kim Zn / Al cấu hình đặc biệt dạng Wave-cut. Trên thị trường bạn có thể tham khảo tụ bù của hãng BTB Electric.

Tụ bù chống cháy nổ dùng film Wave – cut

Mức 3 – Harmony tương ứng THDi 10% … ≤ 20%: Với mức sóng hài này sẽ ảnh hưởng lớn hệ thống tụ bù công suất và các nhà máy sản xuất công nghệ cao, chính xác. Với mức sóng hài này cần phải: i, Lắp bổ sung kháng điện cho biến tần 6 xung hoặc thay thế bằng các biến tần 12 xung trở lên, ii, Lắp bổ sung cuộn kháng cho hệ thống tụ bù công suất.

Bạn có thể tìm hiểu thêm về thông số các loại kháng áp dụng tại https://etinco.vn/cuon-khang-cho-tu-bu/

Mức 4 -Filters tương ứng THDi >20%:
Với mức THDi > 20% trên hệ thống thường gây nên (các MCB tác động sai, máy biến áp quả tải, động cơ rung lắc, PLC thay đổi trạng thái bất thường, tổn thất điện năng và đặc biệt các tụ bù bị phồng, nổ. Để giải quyết triệt để trong trường hợp này cần phải dùng bộ lọc hài tích cực. Bộ lọc sóng hài tích cực APF là giải pháp hoàn chỉnh nhất để giải quyết những vấn đề chất lượng điện. Với nguyên lý hoạt động phân tích bậc dòng hài, tạo dòng hài có cường độ tương đương nhưng ngược cực tính để triệt tiêu dòng hài, hiệu quả lên đến 97%.

Bộ lọc sóng hài chủ động

Trên đây là những thông tin cơ bản về sóng hài dòng điện và những giải pháp để hạn chế tác động của sóng hài đối với hệ thống điện.