Cộng hưởng sóng hài là gì?

Dòng điện hài được tạo ra bởi các tải điện tử phi tuyến tính được đưa vào lưới điện của hệ thống điện. Tác động của việc đưa dòng điện hài có cường độ lớn vào lưới điện phụ thuộc vào phản ứng của lưới điện đối với các tần số hài được đưa vào khác nhau. Tùy thuộc vào phản ứng của lưới điện, dòng điện được đưa vào có thể đơn giản chạy vào lưới điện một cách vô hại hoặc tạo ra sự cộng hưởng của hệ thống điện dẫn đến tình trạng quá áp hoặc quá dòng gây hư hỏng. Các đặc tính của hệ thống xác định đáp ứng của lưới điện đối với sóng hài của hệ thống điện là:

*Trở kháng của hệ thống đối với từng tần số sóng hài

*Sự hiện diện của bất kỳ bộ tụ điện nào

* Số lượng tải điện trở

Có một số ý tưởng chính cần được hiểu trong khi cố gắng đi sâu vào tìm hiểu cộng hưởng sóng hài của hệ thống điện như sau:

• Tải phi tuyến tính tạo ra dòng điện hài sau đó được đưa vào lưới điện.
• Dòng điện chạy vào nguồn (lưới) tạo ra sự sụt giảm điện áp tỷ lệ thuận với trở kháng được cung cấp cho thành phần tần số sóng hài cụ thể đó.

Nếu điện cảm và điện dung của nguồn tạo thành một mạch cộng hưởng nối tiếp hoặc song song, thì dòng điện được đưa vào có thể gây ra biến dạng dòng điện và điện áp rất cao.

Mọi hệ thống có tụ điện sẽ có một điểm cộng hưởng song song. Điều quan trọng cần xác định là liệu điểm cộng hưởng này có gần với một trong các tần số sóng hài do tải hệ thống đưa vào hay không.

Các hiện tượng và đặc điểm của cộng hưởng sóng hài

Tự bảo vệ: Hầu hết các sự cố cộng hưởng sóng hài thường là tự bảo vệ, nghĩa là tình trạng cộng hưởng sẽ gây ra đủ dòng điện/điện áp trong hệ thống có thể làm nổ cầu chì, hỏng tụ điện (do đó thoát ra khỏi cộng hưởng) hoặc các hư hỏng khác của hệ thống khiến hệ thống không cộng hưởng nữa. Lưu ý rằng cộng hưởng hệ thống ở mức độ thấp vẫn có thể không được chú ý trong một thời gian dài và nhiều trường hợp không gây ra bất kỳ lỗi nào khiến vấn đề được chú ý ngay lập tức.

Chập cầu chì tụ điện: Tình trạng cộng hưởng thường dẫn đến dòng điện tụ điện cao và hoạt động của cầu chì.

Hỏng tụ điện: Tụ điện cũng có thể bị hỏng do quá nhiệt hoặc do ứng suất điện áp làm hỏng các lớp cách điện bên trong dàn.

Biến dạng điện áp: Đối với điều kiện cộng hưởng, biến dạng sẽ do một hoặc hai bậc hài gần nhau. Bằng cách phân tích dòng điện và điện áp trên máy phân tích chất lượng điện năng, thứ tự sóng hài gây ra cộng hưởng thường có thể được xác định.

Lỗi thiết bị: Cộng hưởng ở mức độ thấp có thể không được chú ý trong một thời gian dài. Thông thường, các triệu chứng là sự cố không giải thích được của nguồn điện nhạy cảm, tải điện tử, quá nhiệt máy biến áp, v.v.

Điều kiện trạng thái ổn định: Cộng hưởng sóng hài được coi là một hiện tượng trạng thái ổn định. Mặc dù có thể xảy ra cộng hưởng nhất thời do chuyển đổi, nhưng nó được xử lý bằng chương trình mô phỏng nhất thời và thường cần các phương pháp giảm thiểu khác nhau.

Trở kháng cảm ứng

Trở kháng của hệ thống điện chủ yếu là điện cảm ở tần số danh định (50/60Hz). Trở kháng thay đổi tùy thuộc vào tần số sóng hài. Đối với điện cảm 'L', trở kháng Z ở tần số f được cho bởi

Trở kháng điện dung

Tụ điện của hệ thống điện có thể là tụ điện hiệu chỉnh hệ số công suất, điện dung cáp, điện dung cầu dao, v.v. Trở kháng thay đổi tỷ lệ nghịch tùy thuộc vào tần số sóng hài. Đối với tụ điện 'C', trở kháng Z ở tần số f được cho bởi

Trở kháng điện dung thay đổi tỷ lệ nghịch với tần số. Đối với sóng hài bậc cao hơn (f lớn), trở kháng sẽ thấp hơn tương ứng.

Khi trở kháng cảm ứng của hệ thống và điện kháng điện dung trở nên bằng nhau, điều kiện cộng hưởng có thể phát triển. Nó có thể:

• cộng hưởng song song

• cộng hưởng nối tiếp

Cộng hưởng song song trong hệ thống điện

Dưới đây là một hệ thống có thể chuyển sang cộng hưởng song song. Đây có thể là một cơ sở công nghiệp lớn, nơi có nhiều trạm biến áp hạ thế đưa dòng điện hài vào thanh cái của cơ sở trung thế. Một điều kiện cộng hưởng song song tiềm ẩn có thể phát triển giữa dãy tụ điện có hệ số công suất của cơ sở điện áp trung bình hoặc thấp và điện cảm nguồn Xs.

Cộng hưởng nối tiếp trong hệ thống điện

Hiện tượng cộng hưởng nối tiếp có thể xảy ra khi sự kết hợp nối tiếp giữa điện cảm của máy biến áp cơ sở và dãy tụ điện song song trong cơ sở cộng hưởng ở tần số hài được đưa vào từ hệ thống phân phối. Trong trường hợp này, bản thân nhà máy có thể không phải là nguồn tạo ra dòng điện hài đáng kể nhưng vẫn có thể gặp phải các tác động cộng hưởng sóng hài do tổ hợp LC nối tiếp làm tăng lên lượng sóng hài trong hệ thống

Sự khác biệt giữa cộng hưởng nối tiếp và song song trong hệ thống điện là cộng hưởng nối tiếp tạo ra trở kháng thấp (hút dòng điện cực đại vào hệ thống) trong khi cộng hưởng song song tạo ra trở kháng lớn mà ngay cả khi có dòng điện nhỏ cũng có thể tạo ra sụt áp hài lớn và do đó gây ra thiệt hại liên quan đến thấp điện áp

Kết luận: Cộng hưởng sóng hài là một vấn đề về chất lượng điện năng rất khó hình dung vì những hư hỏng do cộng hưởng gây ra có thể khiến hệ thống mất cộng hưởng (tự hiệu chỉnh) vào thời điểm kỹ sư thực hiện phép đo hoặc phân tích. Do đó, các bước quan trọng trong chẩn đoán cộng hưởng sóng hài trước tiên là xác định xem cấu hình hệ thống có thể chuyển sang trạng thái cộng hưởng nối tiếp hoặc song song như được trình bày chi tiết trong bài viết này hay không.

Elecnova Việt Nam cung cấp giải pháp toàn diện trong việc ngăn ngừa và lọc sóng hài cũng như ngăn ngừa sự cố trong việc cộng hưởng tần số với tụ điện, đặc biệt ở thị trường Việt Nam, việc cộng hưởng nối tiếp tụ điện diễn ra rất nhiều.

Hãy liên hệ Elecnova Việt Nam để được tư vấn giải pháp chất lượng điện miễn phí: 

SĐT: +84394754828

Email: Hung.vu@sfere-elec.com