6 phương pháp lọc sóng hài cho tụ bù hiệu quả

Chu Văn An

Tụ điện là thiết bị cực kỳ nhạy cảm với sóng hài. Mức độ tác động lên các tụ điện phụ thuộc vào mức độ sóng hài có trong lưới điện. Nếu tụ điện không có biện pháp lọc sóng hài, rất dễ khiến tụ gặp trục trặc, rút ​​ngắn tuổi thọ, thậm chí gây cháy nổ. Để tìm hiểu các phương pháp lọc sóng hài cho dàn tụ điện hiệu quả nhất, đừng bỏ lỡ bài viết sau đây của chúng tôi.

Tác dụng của sóng hài

Trước đây, hệ thống điện chủ yếu bao gồm các phụ tải tuyến tính như động cơ, đèn sợi đốt, tụ điện, điện kháng… Nhưng hiện nay, việc tích hợp các mạch điện tử công suất trong các thiết bị điện, điện tử (bộ biến tần cho động cơ, bộ nguồn dự phòng UPS, bộ sạc ắc quy, lò hồ quang điện…) khiến các phụ tải phi tuyến xuất hiện nhiều hơn trong lưới điện. Các tải phi tuyến này tạo ra sóng hài dòng điện trong toàn hệ thống và gián tiếp gây ra sóng hài điện áp thông qua trở kháng. Sóng hài dòng điện ảnh hưởng trực tiếp đến thiết bị mắc nối tiếp với nguồn sóng hài, trong khi sóng hài điện áp có tác động tiêu cực đến thiết bị mắc nối tiếp với nguồn sóng hài.

Ảnh hưởng của sóng hài có thể được chia thành hai khía cạnh sau.

tác động đến công nghệ

Dòng điện hài bị biến dạng sẽ làm biến dạng điện áp hệ thống. Tùy theo điện kháng mà điện áp sẽ có mức độ biến dạng khác nhau. Thông thường, điện kháng của hệ thống nhỏ nên sóng hài điện áp luôn nhỏ hơn sóng hài dòng điện. Tuy nhiên, sóng hài làm tăng giá trị hiệu dụng hiệu dụng của dòng điện, dẫn đến mất điện thực và quá tải hệ thống. Dòng điện hiệu dụng càng cao thì tổn thất mà thiết bị mắc nối tiếp với các nguồn sóng hài như cáp điện và máy biến áp phải chịu càng lớn.

Một số ảnh hưởng của sóng hài lên thiết bị bao gồm:

• Với động cơ: Mô-men xoắn do sóng hài tạo ra không tạo ra công, dẫn đến mất công suất hoặc gây rung động cơ và gây mài mòn cơ học.
• Với máy biến áp: Sóng hài gây tổn thất điện năng dưới dạng nhiệt.
• Hệ thống ba pha bốn dây có dây trung tính: Sóng hài có thể gây mất cân bằng pha, làm nhiễm điện đường dây trung tính, tăng nguy cơ bị điện giật, ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống.
• Được trang bị hệ thống máy tính và thiết bị đo lường: Có thể không hoạt động bình thường dưới ảnh hưởng của sóng hài.
• Với tụ điện: Tụ điện rất nhạy cảm với tần số nguồn điện. Sóng hài tác động trực tiếp đến bộ phận điều hòa của tụ điện khiến tụ sinh ra nhiều nhiệt hơn, khiến chất điện môi bị phá hủy, tụ dễ bị phồng lên, thậm chí phát nổ.

tác động kinh tế

Sự xuất hiện của sóng hài buộc các công ty, nhà máy phải tìm cách xử lý sóng hài và các giải pháp bảo vệ các thiết bị điện khác dẫn đến chi phí đầu tư cao hơn so với giai đoạn thiết kế. Một số khía cạnh về tác động kinh tế của sóng hài đối với doanh nghiệp bao gồm:

• Quá tải hệ thống ảnh hưởng đến hiệu suất thiết bị
• Gây tổn thất điện năng và tăng tiền phạt về điện
• Nguy cơ mất điện, dây chuyền sản xuất, nhà máy gián đoạn
• Ảnh hưởng đến tuổi thọ thiết bị và tăng chi phí sửa chữa hoặc thay thế

6 cách lọc sóng hài hiệu quả bằng dàn tụ điện

Dưới đây là 6 phương pháp lọc sóng hài dàn tụ phổ biến nhất.

Sử dụng lò phản ứng nối tiếp

Lò phản ứng, lựa chọn phổ biến nhất để lọc sóng hài của tụ điện, được đặt nối tiếp với các tải phi tuyến tính để tăng tổng điện kháng từ nguồn đến tải, từ đó giảm sóng hài và hấp thụ các mức quá điện áp nguy hiểm có thể khiến bộ biến tần và bộ ngắt mạch bị ngắt.

Phản ứng của lò phản ứng phụ thuộc vào tải. Độ phản ứng của hầu hết các lò phản ứng nằm trong khoảng 3-6%. Trong nhiều trường hợp, điện kháng nguồn thấp hơn tải. Vì vậy, ngay cả khi tải yếu thì tổng điện kháng của cuộn kháng và phụ tải vẫn cao hơn nguồn điện cung cấp, giúp hạn chế dòng điện hài đi vào tải và làm sạch dòng điện, điện áp của hệ thống. Nhưng nếu có nhiều sóng hài trong hệ thống, đặc biệt là sóng hài bậc cao thì vẫn cần một bộ lọc sóng hài riêng.

Sử dụng máy biến áp cách ly

Do cấu trúc độc lập giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp, kết hợp với lớp chắn tĩnh điện và điện dung ký sinh nên máy biến áp cách ly có khả năng loại bỏ sóng hài và nhiễu tần số cao, giúp ổn định chất lượng điện năng.

Trên thực tế, việc sử dụng máy biến áp cách ly cũng có tác dụng tương tự như lắp đặt cuộn kháng nối tiếp: điện kháng của máy biến áp tỷ lệ thuận với tần số hài và chỉ cho dòng điện 50Hz đi qua, hạn chế dạng sóng tần số cao hơn. Ngoài ra, cuộn dây sơ cấp và thứ cấp được cách điện hoàn toàn và chỉ được kết nối bằng từ trường, điều này cũng giúp ngăn chặn sự truyền nhiễu giữa hai cuộn dây.

Sử dụng bộ chỉnh lưu 12 xung

Bộ chỉnh lưu 12 xung là giải pháp hiệu quả nhất để giảm sóng hài bậc cao trong các hệ thống công nghiệp lớn, nhưng là phương pháp phức tạp, đòi hỏi công nghệ chuyên môn cao và chi phí đầu tư lớn.

Phương pháp này sử dụng bộ chỉnh lưu nhiều xung, gồm 6 cặp bộ chỉnh lưu silicon, chia thành 2 nhóm, mỗi nhóm 3 cặp. Các cặp bộ chỉnh lưu silicon được kích hoạt tuần tự, tạo ra dạng sóng điện giống với sóng hình sin thông thường, làm giảm đáng kể độ méo sóng hài dòng điện và điện áp.

Sử dụng bộ lọc sóng hài thụ động

Bộ lọc sóng hài thứ tự không (ZSF) được thiết kế để loại bỏ hoặc hạn chế sóng hài thứ tự không trong hệ thống điện, đặc biệt là trong máy biến áp cuộn dây răng cưa. Cấu trúc điển hình cho loại bộ lọc này bao gồm cuộn kháng, tụ điện và điện trở.

Sóng hài bậc 0 thường được tạo ra bởi tải phi tuyến một pha và những sóng hài này có thể tích tụ và di chuyển trong dây trung tính, gây ra quá tải, quá nhiệt và thậm chí làm hỏng đường dây và thiết bị. ZSF tạo ra đường dẫn có trở kháng thấp cho dòng điện hài bậc 0 (thường là bội số lẻ của dòng điện 3 (thứ 3, 9, 15)) để hấp thụ dòng điện hài và ngăn sóng hài chảy ngược vào lưới điện.

Đây là giải pháp lọc sóng hài bậc 0 khá đơn giản và tiết kiệm, với hiệu suất lọc khoảng 60-95%. Tuy nhiên, hiệu suất của bộ lọc ZSF giảm dần khi khoảng cách lắp đặt với tải gây ra sóng hài tăng lên. Các nhà sản xuất khuyến cáo rằng khả năng lọc của bộ lọc sóng hài bậc 0 được tối ưu hóa tốt nhất khi lắp đặt gần các tải phi tuyến tính. Nếu hệ thống có những thay đổi liên tục thì không nên sử dụng bộ lọc sóng hài thụ động.

Sử dụng bộ lọc sóng hài tích cực

Bộ lọc sóng hài chủ động được coi là phương pháp lọc sóng hài tiên tiến và toàn diện nhất hiện nay, mang lại hiệu quả lọc tuyệt vời lên tới 80-95%. Không giống như các bộ lọc sóng hài thụ động cần lắp đặt gần các nguồn sóng hài, các bộ lọc chủ động được tích hợp vào bộ phận chỉnh lưu của bộ biến tần, UPS và một số thiết bị điện tử công suất khác.

Bộ lọc sóng hài chủ động hoạt động bằng cách đo và phân tích các mức sóng hài hiện có trong hệ thống, sau đó đưa vào các dòng điện bù có cùng biên độ và lệch pha để loại bỏ từng mức sóng hài. Ngoài ra, một số bộ lọc sóng hài hiện đại tích hợp chức năng bù công suất phản kháng và cân bằng tải giúp nâng cao độ tin cậy của hệ thống lưới điện.

Ngoài hiệu suất lọc vượt trội, bộ lọc sóng hài chủ động còn có khả năng đáp ứng nhanh chóng và dễ dàng thích ứng với những thay đổi của tải, cho phép người vận hành dễ dàng mở rộng công suất mà không cần tính toán hay cài đặt lại thông số.

Tìm hiểu về dòng sản phẩm lọc sóng hài BTB Electric được KTH ELECTRIC phân phối chính thức tại Việt Nam.

Sử dụng máy biến áp/biến tần lọc sóng hài bậc thấp

Bộ biến tần hiện đại sử dụng công nghệ tích hợp để giảm sóng hài cao hơn mà không cần bộ lọc bên ngoài. Loại biến tần này có hiện tượng méo hài tổng dòng (THDi)

Đặc biệt khi sử dụng biến áp lọc sóng hài, sóng hài bậc 3 được tính toán và lọc ra mức phù hợp với tải. Chi phí đầu tư của phương pháp này tương đối thấp nhưng đòi hỏi phải đánh giá được toàn bộ sóng hài của thiết bị từ thượng nguồn đến hạ nguồn.

Lợi ích của tụ điện lọc sóng hài

Bảo vệ tụ điện và các thiết bị điện khác là lợi ích rõ ràng nhất của việc tụ điện lọc sóng hài. Không những vậy, sự lựa chọn này còn mang lại lợi ích kinh tế sâu sắc hơn cho doanh nghiệp.

Giảm chi phí đầu tư (CAPEX)

Tiết kiệm chi phí đầu tư là mối quan tâm lớn nhất của các công ty và nhà đầu tư. Giảm sóng hài giúp tiết kiệm rất nhiều tiền trong việc bảo vệ một số thiết bị điện tử nhạy cảm và đôi khi còn thay thế các thiết bị hư hỏng…do đó tiết kiệm chi phí quý giá về không gian lắp đặt và thuê nhân công có trình độ kỹ thuật để vận hành.

Trong ngắn hạn, việc giảm sóng hài làm giảm giá trị hiệu dụng của dòng điện, do đó làm giảm tiết diện cáp và định mức dòng điện của cầu dao và công tắc tơ.

Giảm chi phí vận hành (OPEX)

Khi hệ thống không còn sóng hài nguy hiểm, tổn thất năng lượng và tiền phạt tiền điện hàng tháng sẽ được kiểm soát. Trong nhiều trường hợp, việc giảm sóng hài có thể tiết kiệm tới 10% hóa đơn tiền điện của bạn.

Cải thiện năng suất kinh doanh

Sóng hài là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng ngắt mạch, hỏng cầu dao hoặc rơle bảo vệ, khiến nhiều thiết bị bị rút ngắn tuổi thọ sử dụng. Ví dụ, nếu một động cơ được vận hành thường xuyên với nhiệt độ tăng 10 độ C, tuổi thọ của nó sẽ giảm tới 50%.

Sóng hài cũng có thể gây ra hiện tượng nhấp nháy và hoạt động thất thường ở một số thiết bị, làm tăng đáng kể chi phí bảo trì và sửa chữa. Ở mức nghiêm trọng nhất, sự gián đoạn sản xuất trên dây chuyền nhà máy có thể gây ra thiệt hại đáng kể cho doanh thu và danh tiếng.

Một số câu hỏi về phương pháp lọc sóng hài dàn tụ điện

Câu 1: Phương pháp lọc sóng hài bằng tụ điện nào phổ biến nhất?

hồi đáp: Việc sử dụng cuộn kháng trong dàn tụ điện là phương pháp phổ biến nhất hiện nay để lọc sóng hài của tụ điện.

Câu 2: Phương pháp lọc sóng hài nào hiệu quả nhất?

hồi đáp: Hiệu quả của việc lọc sóng hài phụ thuộc vào đặc tính và yêu cầu cụ thể của hệ thống. Trong số đó, các bộ lọc sóng hài chủ động hiện đang được sử dụng trong nhiều hệ thống công nghiệp hiện đại và hiệu suất lọc sóng hài của chúng là cao nhất, đạt 97%, chẳng hạn như bộ lọc sóng hài chủ động AHF của thương hiệu BTB Electric.