Những gì gây ra sóng hài trong hệ thống điện?

Hài hòa trong hệ thống điện được gây ra bởi tải không tuyến tính tạo ra dạng sóng không phải là sin của dòng điện hoặc điện áp trong hệ thống điện xoay chiều. Hài hòa là các thành phần sóng sin với bội số nguyên của tần số khác tần số cơ bản. Dưới đây là một số nguyên nhân chính gây ra hài hòa trong hệ thống điện:

Tải không tuyến tính

Tải không tuyến tính là những tải mà dòng điện không liên quan tuyến tính với điện áp. Loại tải này phổ biến trong hệ thống điện, và các nguồn chính bao gồm:

• Chỉnh lưu: Thiết bị được sử dụng để chuyển đổi dòng điện xoay chiều sang dòng điện một chiều, như bộ chuyển đổi điện, bộ chuyển tần số, v.v.

• Nguồn điện chuyển mạch: Nguồn điện thường được sử dụng trong thiết bị điện tử hiện đại, như nguồn điện máy tính, sạc điện thoại di động, v.v.

• Bộ nghịch lưu: Thiết bị được sử dụng để chuyển đổi dòng điện một chiều sang dòng điện xoay chiều, thường thấy trong hệ thống điện mặt trời, trạm sạc xe điện, v.v.

• Bộ điều khiển tần số biến thiên: thiết bị được sử dụng để điều khiển tốc độ của động cơ, được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp.

• Máy hàn hồ quang: Dòng điện không tuyến tính được tạo ra trong quá trình hàn.

• Đèn xả khí: như đèn huỳnh quang, đèn natri cao áp, v.v., sẽ tạo ra hài hòa trong quá trình khởi động và hoạt động.

Thiết bị điện tử công suất

Thiết bị điện tử công suất được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện hiện đại cũng là nguồn quan trọng của hài hòa:

• Bộ chuyển tần số: được sử dụng để điều khiển tốc độ và mô-men xoắn của động cơ AC, nguyên lý làm việc của nó sẽ tạo ra hài hòa.

• UPS (Uninterruptible Power Supply) : Hài hòa được tạo ra khi chuyển sang chế độ cung cấp điện từ pin.

• Bộ chuyển đổi: Thiết bị được sử dụng để thay đổi tần số của dòng điện xoay chiều, như bộ chuyển đổi được sử dụng trong phát điện gió.

Động cơ và biến áp

Ngay cả trong động cơ và biến áp truyền thống, có thể xảy ra hài hòa nhẹ do các lý do như hiệu ứng bão hòa từ:

• Động cơ: Đặc biệt trong giai đoạn khởi động, hài hòa có thể được tạo ra do ảnh hưởng của đường cong từ hóa không tuyến tính.

• Biến áp: Khi biến áp hoạt động trong khu vực bão hòa, nó cũng sẽ tạo ra hài hòa.

Vấn đề của lưới điện itself

• Tải không cân bằng: Tải không cân bằng trong hệ thống ba pha có thể khiến dòng điện trung tính chứa hài hòa.

• Truyền tải xa: Trong quá trình truyền tải xa, hiệu ứng cảm kháng và dung kháng của đường dây có thể dẫn đến sự phóng đại của hài hòa.

Các yếu tố khác

• Lão hóa của thiết bị điện: Thiết bị điện cũ có thể tạo ra thêm hài hòa do sự suy giảm của các thành phần bên trong.

• Lỗi thiết kế: Hệ thống điện được thiết kế kém có thể dẫn đến sự phóng đại hoặc tạo ra hài hòa.

Ảnh hưởng của hài hòa

Hài hòa có thể gây ra nhiều tác động tiêu cực đối với hệ thống điện, bao gồm nhưng không giới hạn ở:

• Tăng tổn thất thiết bị: Hài hòa có thể dẫn đến tổn thất bổ sung của động cơ, biến áp và các thiết bị khác, làm ngắn tuổi thọ.

• Giảm hiệu quả hệ thống: Hài hòa có thể giảm hiệu quả hệ thống và tăng tiêu thụ năng lượng.

• Ảnh hưởng đến độ chính xác đo lường: Hài hòa sẽ can thiệp vào độ chính xác đo lường của đồng hồ điện, dẫn đến tính toán sai lệ phí điện.

• Gây nhiễu cho hệ thống thông tin liên lạc: Hài hòa sẽ gây nhiễu cho hệ thống thông tin liên lạc và ảnh hưởng đến chất lượng truyền tín hiệu.

• Gây cộng hưởng: Trong một số trường hợp, hài hòa có thể cộng hưởng với cuộn cảm và tụ điện trong hệ thống, gây ra các vấn đề nghiêm trọng về chất lượng điện.

Các biện pháp kìm hãm hài hòa

Để giảm tác động của hài hòa, thường thực hiện các biện pháp sau:

• Bộ lọc: Cài đặt bộ lọc thụ động hoặc chủ động để hấp thụ hoặc chống lại hài hòa.

• Tăng cảm kháng của tải: Bằng cách tăng cảm kháng của tải để kìm hãm hài hòa.

• Cải thiện đặc tính tải: Sử dụng tải có hàm lượng hài hòa thấp, như chỉnh lưu ba pha thay vì chỉnh lưu một pha.

• Bù công suất phản kháng động: Sử dụng thiết bị như SVG (bộ phát công suất phản kháng tĩnh) để bù công suất phản kháng động.

Tóm tắt

Hài hòa trong hệ thống điện chủ yếu được gây ra bởi tải không tuyến tính, như chỉnh lưu, nguồn điện chuyển mạch, bộ nghịch lưu, bộ điều khiển tần số biến thiên, v.v. Hài hòa có thể ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống điện, do đó cần thực hiện các biện pháp thích hợp để kìm hãm hoặc loại bỏ hài hòa.