Sóng hài là gì? Nguyên nhân gây ra hiện tượng - Tác hại của nó

Sóng hài là gì?

Sóng hài là một dạng sóng nhiễu không mong muốn, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của lưới điện. Nó cần được chú ý cho đến khi tổng các dòng điện hài cao hơn mức độ giới hạn cho phép. Dòng điện hài được hiểu là dòng điện có tần số là bội của tần số cơ bản.

Chẳng hạn như dòng điện 250Hz trên lưới 50Hz là sóng hài bậc 5. Dòng điện 250Hz là dòng năng lượng không sử dụng được với những thiết bị trên lưới. Chính vì vậy mà nó sẽ được chuyển hóa sang dạng nhiệt năng và gây nên tình trạng tổn hao.

Thành phần sóng hài bậc cao

Loại sóng này có đặc điểm là bội của tần số cơ bản 50Hz, tuần hoàn liên tục. Khi hòa vào lưới điện nó sẽ làm biến dạng sóng sin đơn thuần. Chính vì vậy mà dạng năng lượng hài bậc cao này không được các thiết bị điện sử dụng, nó biến đổi sang nhiệt năng và phát nóng trên đường dây. Từ đó làm hao mòn các thiết bị.

Công thức tính sóng hài

Đặc trưng của sóng hài là dao động hoàn toàn trên phổ tần số công nghiệp cơ bản. Thành phần của loại sóng này trong nguồn AC là thành phần sin của một chu kỳ sóng có tần số bằng số nguyên tần số cơ bản của hệ thống.

Công thức tính cụ thể như sau:

Trong đó: h là số nguyên dương.

Nguyên nhân xảy ra sóng hài là gì?

Vậy nguyên nhân nào tạo ra loại sóng hài này? Đây sẽ là nội dung tiếp theo mà chúng ta sẽ tìm hiểu nhé:

Nguyên nhân tạo ra loại sóng này chính 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 sẽ có dạng không sin.

Một dạng sóng bất kỳ là tổng của các dạng sóng hình sin. Khi thực hiện đồng nhất từ chu kỳ này sang chu kỳ khác, nó sẽ được diễn tả như những sóng sin cơ bản và là bội số của tần số cơ bản. Có thể hiểu đơn giản, nó sẽ 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 chuỗi Fourier để có dạng sóng ra tổng quát trong trường hợp cần. Tuy nhiên thông thường chỉ cần quan tâm đến biên độ của nó là được.

Nếu cả nửa chu kỳ âm, dương của một sóng có dạng đồng nhất, chuỗi Fourier chỉ chứa hài bậc lẻ. Bởi hầu hết những thiết bị sinh ra loại sóng này thông thường đều có dạng sóng đồng nhất. Vì vậy nên trong thực tế chỉ cần quan tâm đến sóng bậc lẻ là 3,5,7,…

Sóng hài xuất phát từ những thiết bị gì ?

Nội dung tiếp theo mà chúng ta sẽ tìm hiểu trong bài viết sóng hài là gì hôm nay, chính là nguồn sinh ra loại sóng này. Dưới đây là những nguồn cơ bản tạo ra loại sóng này, chúng tôi thông tin để các bạn được biết:

• Các tải công nghiệp: Những thiết bị điện tử công suất, biến tần, lò hồ quang, máy hàn…
• Các tải dân dụng: Bao gồm một số thiết bị như đèn phóng điện chất khí, tivi, máy photocopy, máy tính, lò vi sóng…

Hiện nay việc khử bỏ hoàn toàn loại sóng này là điều không thực hiện được. Tuy nhiên vẫn có những biện pháp để giảm nó xuống đến một giá trị nhỏ không đáng kể nào đó.

Tác hại của sóng hài là gì

Như chúng ta đã tìm hiểu ở những nội dung trên của bài viết, sóng hài là loại sóng nhiễu không mong muốn. Bởi nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điện năng. Nó sẽ xuất hiện khi sử dụng những tải không tuyến tính. Và có sự ảnh hưởng xấu đến những thiết bị, máy móc được sử dụng trong nhà máy. Dưới đây là một số tác hại cụ thể mà loại sóng này gây ra:

• Tuổi thọ của động cơ sẽ bị giảm thiểu.
• Gây ra tình trạng quá tải CB, quá nhiệt và có thể gây cháy nổ máy biến áp.
• Những thiết bị như máy cắt, Aptomat, cầu chì có thể gặp sự cố mà không rõ nguyên nhân.
• Tụ bù có nguy cơ bị giảm tuổi thọ, thậm chí có thể gây ra tình trạng nổ tụ bù.
• Những thiết bị viễn thông, hệ thống tự động hóa có thể bị nhiễu.
• Những thiết bị đo hoạt động không chính xác.
• Gây ra tình trạng lãng phí nguồn năng lượng…

Ví dụ về ảnh hưởng của sóng hài

Để hiểu rõ hơn về tác hại của loại sóng này, trong phần nội dung tiếp theo của bài viết “Sóng hài là gì?” hôm nay, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu chi tiết về ví dụ cụ thể mà nó gây ra nhé:

#1. Lỗi đóng cắt

Giá trị cực đại dòng hài có thể cao hơn gấp nhiều lần so với dạng sóng hình sin ở tần số cơ bản. Chính vì vậy nó có thể gây ra sự cố về ngắt mạch sai.

#2. Hỏng cách điện của cap

Dòng điện hài có tần số cao hơn khiến cho các electron chảy ra phía bên ngoài của dây dẫn. Điều này sẽ làm giảm khả năng mang dòng điện dẫn đến giảm định mức công suất, gây tăng nhiệt và hư hại lớp cách điện.

#3. Tăng nhiệt động cơ

Những thành phần điện áp tần số cao gây ra tình trạng tổn thất dòng điện xoáy trong lõi của động cơ xoay chiều. Những tổn thất này sẽ làm tăng nhiệt độ hoạt động của lõi và cuộn dây xung quanh lõi. Thậm chí có thể gây ra tình trạng xung mô-men xoắn.

#4. Sự cố máy phát điện

Biến dạng sóng hài nếu diễn ra quá mức sẽ tạo ra nhiều giao thoa 0 của dạng sóng dòng điện, ảnh hưởng đến thời gian của bộ điều chỉnh điện áp. Đây là một trong những nguyên nhân có thể gây ra tình trạng máy phát điện ngừng hoạt động.

#5. Giảm hệ số công suất và gây hỏng tụ điện

Việc biến dạng sóng hài sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến công suất. Nhiều sóng hài sẽ khiến cho hệ số công suất thấp hơn. Những tổn thất nhiệt được tạo ra bởi sóng hài chuyển sang sử dụng và trả tiền cho công suất phản kháng. Ngoài ra, dòng điện hài có thể làm cho tụ điện bị hư hỏng.

Phương pháp làm giảm sóng hài

Việc thay thế những thiết bị hư hại do loại sóng này gây ra sẽ rất tốn kém. Điều này có thể làm tăng chi phí đầu tư, vận hành. Chính vì vậy để bảo vệ thiết bị cũng như hạn chế sự ảnh hưởng của nó, các bạn có thể tham khảo và áp dụng một số phương pháp mà chúng tôi chia sẻ dưới đây nhé:

• Sử dụng cuộn kháng AC hoặc DC cho biến tần. Đây là giải pháp hữu hiệu đối với những ứng dụng cần lọc cho nguồn lưới bị nhiễu nặng. Và việc giảm sóng hài không phải là ưu tiên hàng đầu.
• Chỉnh lưu 12 xung. Phương pháp này có thể cho hiệu suất cao nhất vể việc giảm loại sóng này. Nhưng quy trình thực hiện lại tương đối phức tạp.
• Sử dụng biến tần có sóng hài thấp – Những loại biến tần sử dụng công nghệ giảm sóng hài mà không cần dùng đến bộ lọc ngoài hay biến áp đa xung với tổng độ méo dạng hài dọng điện (THDi) thấp hơn 5%.
• Sử dụng bộ lọc. Phương pháp này sẽ được áp dụng cho nhiều biến tần gắn song song với nhau trên cùng một đường dây phân phối. Nhiệm vụ chính của nó là bù công suất, bù sóng hài điện áp và bù sóng hài dòng điện.

Hiện nay đối với bộ lọc sóng có 2 dạng như sau:

• Bộ lọc sóng thứ tự 0 (ZSF): Loại sóng này có thể giảm hoặc bị triệt tiêu thứ tự 0 với máy biến áp quấn dây theo kỹ thuật zigzag. Hiệu suất lọc đạt khoảng 60%~95%
• Bộ lọc sóng tích cực (Active Harmonic Filter): Sóng sẽ được giảm bằng cách sản sinh các dạng sóng hài đối nghịch. Hiệu suất lọc khoảng 80%~95%

Tiêu chuẩn quy định ngưỡng sóng hài là gì?

Một trong những nội dung mà các bạn cần quan tâm khi tìm hiểu về “Sóng hài là gì?“, chính là tiêu chuẩn quy định ngưỡng của nó. Vậy quy định đối với ngưỡng của loại sóng này ra sao? Những tiêu chuẩn này đã được quy định rõ, chúng ta cùng tìm hiểu về những tiêu chuẩn đó nhé:

Yêu cầu về sóng hài điện áp (trích Điều 7)

1. 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: ≤ 6,5%

– Biến dạng riêng lẻ: ≤ 3,0%

2. 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.

Yêu cầu về sóng hài dòng điện (Điều 32)

1. Giá trị cực đại cho phép của tổng độ biến dạng sóng hài dòng điện phụ tải gây ra được quy định như sau:
2. a) Đối với đấu nối vào 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;
3. b) Đối với đấu nối vào cấp điện áp cao áp hoặc các đấu nối có công suất từ 50kW trở lên: Giá trị dòng điện của sóng hài bậc cao không vượt quá 12% dòng điện phụ tải.
4. 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 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 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.

AME Group vừa cùng bạn đi tìm hiểu chi tiết về “Sóng hài là gì?”, cũng như một số nội dung liên quan đến loại sóng này như: Nguyên nhân hình thành, tác hại, phương pháp giảm thiểu…Hy vọng những thông tin được chia sẻ thực sự hữu ích với bạn.