Sóng hài

1. Sóng hài là gì

• Sóng hài (Harmonic wave) là thành phần sóng có tần số là bội số nguyên của tần số cơ bản trong tín hiệu điện hoặc dòng điện.
• Trong hệ thống điện, sóng hài là hiện tượng xảy ra khi các thiết bị phi tuyến (như biến tần, UPS, máy tính, đèn LED,…) làm méo dạng sóng điện áp hoặc dòng điện từ dạng sin chuẩn thành các dạng sóng phức tạp chứa nhiều thành phần tần số cao hơn.

Ví dụ như dòng 250Hz trên lưới 50Hz là sóng hài bậc 5, đây là dòng năng lượng không sử dụng được cho các thiết bị trên lưới và nó sẽ bị chuyển hóa thành nhiệt năng, gây tổn hao trong hệ thống.

2. Nguồn gốc của sóng hài

• Nguyên nhân chính 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 lại không có dạng Sin.
• Hiện nay , với hệ thống điện càng phát triển , biến tần – với độ chính xác và hiệu quả cao, càng được ứng dụng rộng rãi. Tuy nhiên đây cũng là một phần nguyên nhân gây ra sóng hài trong hệ thống. Bên cạnh đó các thiết bị điện khác như nguồn điện UPS , chỉnh lưu điện áp, lò hồ quang , máy hàn công nghiệp ,…
• Điểm chung các các thiết bị này đều là tải phi tuyến. Đặc thù của tải phi tuyến khi tổng trở của nó biến đổi, dòng của nó hấp thụ sẽ không hình Sin như mong muốn ban đầu, và từ đó tạo ra dòng sóng hài bậc cao bơm vào hệ thống.

3. Tiêu chuẩn quy định

• Vì ảnh hưởng lớn của sóng hài tới hệ thống điện , các tiêu chuẩn để đánh giá mức độ ảnh hưởng của sóng hài được ra đời. Tiêu chuẩn IEEE-519 là một trong số đó . Dựa vào mức độ phản ứng với sóng hài của thiết bị điện , chuẩn IEEE-519 đưa ra các ngưỡng sóng hài khác nhau trong từng hệ thống điện như sau :

Tại Việt Nam cũng có những yêu cầu riêng về sóng hài trên lưới điện

Yêu cầu về sóng hài điện áp trong hệ thống điện

Yêu cầu về sóng hài dòng điện trong hệ thống điện

4. Tác hại và ảnh hưởng của sóng hài

• Sóng hài (Harmonic) là loại song nhiễu và tác động trực tiếp tới chất lượng điện năng . Sóng hài gây ảnh hưởng xấu tới tuổi thọ thiết bị điện . Một số tác hại cụ thể trong hệ thống điện như sau :
• Với hệ thống dây dẫn : Gây ra hiện tượng quá nhiệt , ảnh hưởng tới lớp cách điện
• Với động cơ điện : Gây quá nhiệt , tạo tiếng ồn lớn khi vận hành
• Với các thiết bị viễn thông : Gây nhiễu tín hiệu
• Với hệ thống bảo vệ, đóng cắt : Gây quá nhiệt, quá tải cho hệ thống CB.
• Với hệ thống tụ bù : Gây phát nóng đầu cực, quá dòng xảy ra với bình tụ. Từ đó giảm tuổi thọ tụ bù, , phá hỏng điện môi , thậm chí với tụ chất lượng kèm có thể nổ tụ nguy hiểm
• Với hệ thống máy biến áp : Các máy biến áp được thiết kế để hoạt động với dòng điện hình sin chuẩn và thường không được chuẩn bị để đối phó với sóng hài. Dòng điện dạng xung như trong hình trên có thể gây quá nhiệt và làm hư hại hoàn toàn máy biến áp.

5. Giải pháp khắc phục sóng hài trong hệ thống điện

1. Cuộn kháng cho tụ bù

• Phương án trang bị này được dung cho tụ bù . Cách thức lắp đặt là lắp cuộn kháng phía trước tụ bù , giúp lọc sóng hài và đảm bảo tuổi thọ của tụ .
• Hiện nay có nhiều loại cuộn kháng ứng với các bậc sóng hài khác nhau 6% , 7% , 14%

2. Bộ lọc sóng hài tự động

• Bộ lọc sóng hài giúp loại bỏ méo hài từ lưới điện và tránh các sự cố phát sinh do chất lượng điện năng thấp. Độ  méo sóng hài cao làm giảm tuổi thọ của thiết bị và gây giảm năng suất. Các tải không cân bằng như máy tính gây ra dòng điện trung tính quá mức và dòng điện hài bậc 3 chạy trên dây trung tính.

 6. Kết luận

1. Sóng hài là một thành phần trong hệ thống điện, dù có những tác động xấu tới thiết bị , tuy nhiên việc phát hiện và khắc phục nó hiện nay còn nhiều vướng mắc
2. Để giải quyết bài toán này, phát hiện mức độ sóng hài là việc làm cần thiết để có thể đưa ra những phương thức bảo vệ phù hợp
3. Lộc Phát cung cấp cho quý khách hàng phương pháp đo sóng hài bằng thiết bị chất lượng , tiêu chuẩn cao để kịp thời phát hiện và xử lý nhằm bảo vệ thiết bị điện