Sóng hài: nguyên nhân, tác hại và giải pháp nâng cao chất lượng điện lưới

Sóng hài là gì ?

Sóng hài là một dạng nhiễu không mong muốn, ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng lưới điện và cần được chú ý tới khi tổng các dòng điện hài cao hơn mức độ giới hạn cho phép. Dòng điện hài là dòng điện có tần số là bội của tần số cơ bản. Ví dụ dòng 250Hz trên lưới 50Hz là sóng hài bậc 5.

Dòng điện 250Hz là dòng năng lượng không sử dụng được với các thiết bị trên lưới. Vì vậy, nó sẽ bị chuyển hoá sang dạng nhiệt năng và gây tổn hao.

Hiệu ứng của sóng hài

Sóng hài có thể làm cho cáp bị quá nhiệt, phá hỏng cách điện. Động cơ cũng có thể bị quá nhiệt hoặc gây tiếng ồn và sự dao động của momen xoắn trên rotor dẫn tới sự cộng hưởng cơ khí và gây rung. Tụ điện quá nhiệt và trong phần lớn các trường hợp có thể dẫn tới phá huỷ chất điện môi. Các thiết bị hiển thị sử dụng điện và đèn chiếu sáng có thể bị chập chờn, các thiết bị bảo vệ có thể ngắt điện, máy tính lỗi (data network) và thiết bị đo cho kết quả sai.

Dòng hài được tạo ra như thế nào?

Dòng điện và điện áp hài được sinh ra bởi các tải phi tuyến nối với hệ thống phân phối điện. Toàn bộ các bộ biến đổi năng lượng điện sử dụng dưới các dạng khác nhau trong hệ thống điện có thể làm tăng nhiễu sóng hài bằng cách bơm trực tiếp dòng điện hài vào lưới. Các tải phi tuyến thông thường bao gồm khởi động động cơ, các hệ truyền động điện, máy tính và các thiết bị điện tử khác, đèn điện tử, nguồn hàn…

Giải pháp giảm ảnh hưởng phát xạ sóng hài từ các bộ biến tần?

Bản thân các bộ biến có chứa các phần tử phi tuyến là nguồn gốc gây ra sóng hài. Tuy nhiên, dòng điện hài nhiều hay ít còn phụ thuộc vào cấu trúc của hệ truyền động và tải, nếu sử dụng động cơ lớn (so với biến áp nguồn) hay tăng tải động cơ đều làm tăng dòng điện hài. Do vậy, để giảm được sóng hài, buộc các nhà sản xuất công nghiệp phải sử dụng các bộ biến tần phát sóng hài thấp hoặc sử dụng các phương pháp lọc ngoài. Trong đó, muốn giảm dòng điện hài phải tăng điện cảm AC, DC hoặc tăng số van chỉnh lưu trong bộ chỉnh lưu và giảm điện áp hài gây ra bởi dòng điện hài phải tăng công suất biến áp, giảm trở kháng biến áp hay tăng khả năng chịu ngắn mạch của nguồn.

Dùng chỉnh lưu 6 xung, 12 xung và 24 xung

Mạch chỉnh lưu trong các biến tần 3 pha sử dụng công nghệ điều chế độ rộng xung (PWM) thông thường là cầu diode 6 van. Các bộ chỉnh lưu đó có đặc điểm là đơn giản, chắc chắn và rẻ, nhưng thành phần đầu vào chứa nhiều sóng hài bậc thấp.

Cầu chỉnh lưu diode 12 van được tạo ra bằng cách nối song song hai bộ chỉnh lưu 6 van, nó cho ra dòng điện trơn hơn cầu 6 van. Tương tự, bộ chỉnh lưu 24 van được tạo ra đơn giản từ việc ghép bốn bộ 6 van với nhau.

Sử dụng cầu IGBT (Integrated Gate Bipolar Thyristor)

Một bộ biến đổi tích cực IGBT có thể dùng để chỉnh lưu điện áp xoay chiều đầu vào. Nó sẽ giúp làm cải thiện hệ số công suất, giảm sóng hài và mang lại nhiều lợi ích như: An toàn cả khi mất nguồn; điều khiển chính xác toàn dải trong chế độ chỉnh lưu và tái sinh; cho phép trả ngược năng lượng về lưới; dòng điện cung cấp có dạng sóng gần sin với thành phần hài nhỏ. IGBT có ít thành phần hài thấp ở tần số thấp, nhưng lại tăng cao ở tần số cao hơn; có khả năng nâng điện áp. Khi điện áp nguồn bị giảm xuống, điện áp một chiều DC có thể được khuyếch lên để giữ cho điện áp động cơ cao hơn điện áp nguồn cung cấp.

Phương pháp giảm thiểu sóng hài

Bộ biến đổi giảm thiểu sóng hài của ABB cung cấp giải pháp hạ thấp sóng hài một cách đơn giản hợp nhất trong biến tần. Những biến tần ấy sử dụng công nghệ giảm sóng hài mà không cần dùng tới bộ lọc ngoài hay biến áp đa xung. Các biến tần giảm thiểu sóng hài sinh ra các thành phần hài bậc thấp ở phía  đầu vào với tổng dòng méo thấp hơn 5%.

Vì vậy, biến tần giảm thiểu sóng hài của ABB cung cấp giải pháp đơn giản, giá thành thấp để thoả mãn các tiêu chuẩn nghiêm ngặt về chất lượng nguồn.

Nâng cao chất lượng điện lưới

Trong biến tần với cầu diode 6 xung, dòng điện phía lưới là không sin và chứa các thành phần song hài, đặc biệt là thành phần bậc 5 và bậc 7. Nó được biểu hiện bằng kiểu dòng méo, có thể tới 30-50%. Trong biến tần giảm thiểu sóng hài của ABB, việc sử dụng phương pháp DTC (Direct Torque Control) và bộ lọc sẽ làm dòng điện hài giảm nhỏ hơn 5%. Kết quả là dòng điện hình sin làm cho hình dạng của điện áp lưới gần như không méo.

Cần sớm có quy định kiểm soát sóng hài

Lý tưởng mà nói, dòng điện xoay chiều trên lưới điện của các công ty điện lực cung cấp cho các hộ tiêu thụ phải là hình sin. Tuy nhiên, sự tồn tại các phần tử phi tuyến trên lưới điện của nhà cung cấp cũng như về phía phụ tải làm xuất hiện các sóng hài, ảnh hưởng đến tính năng vận hành của lưới điện và thiết bị. Các phần tử phi tuyến điển hình là lõi thép của máy biến áp, động cơ (đặc tính bão hoà của vật liệu sắt từ), các dụng cụ bán dẫn công suất như điốt, tiristo của các bộ biến đổi. Thường thì sóng hài bậc 3 triệt tiêu được nhờ cuộn dây đấu tam giác trong máy biến áp (cùng với đó là tổn thất điện năng), song các sóng hài bậc lẻ khác (giá trị lớn nhất là bậc 5 và bậc 7) vẫn lan truyền theo đường dây, gây tổn thất điện năng, tác động xấu đến sự vận hành của các thiết bị, nhất là các động cơ ba pha… chưa kể các sóng hài bậc cao hơn có thể gây sóng điện từ lan truyền trong không gian, ảnh hưởng đến các thiết bị thu phát sóng rađiô.

Chính vì vậy, khi đầu tư xây dựng công trình cần chọn loại thiết bị ít gây sóng hài và sử dụng các phương tiện bổ sung để giảm thiểu sóng hài. Đồng thời, về phía các cơ quan quản lý nhà nước, cũng nên xem xét và sớm có quy định cụ thể để kiểm soát sóng hài.

Theo: TC Điện lực

Làm ra điện từ nước thải

Tái tạo năng lượng từ nước thải, đề tài đoạt giải nhì cuộc thi Sáng tạo trẻ do Thành Đoàn vừa tổ chức đã thuộc về đôi bạn Lê Hoàng Minh và Trần Việt Hùng – HS lớp 12 trường THPT chuyên Lê Hồng Phong TP.HCM.

Trần Việt Hùng (trái) và Lê Hoàng Minh (phải) đang thuyết trình về mô hình tái tạo năng lượng từ nước thải – Ảnh: Lê Thanh
Tại sao chúng ta phải tốn năng lượng để bơm nước lên các tòa nhà cao tầng, chung cư rồi sau khi sử dụng, nước thải lại chảy xuống lòng đất mà không tạo ra một chút năng lượng nào?

Trăn trở từ câu hỏi đó, Minh và Hùng đã nảy ra ý tưởng xây dựng hệ thống thủy điện mini bằng cách lắp đặt các tua bin ngay dưới đường ống thoát nước thải tại các tòa nhà cao tầng, căn hộ chung cư. Như vậy, thế năng của nước thải ở những tầng trên cao đổ xuống làm quay tua bin, từ đó sinh ra điện. Minh cho biết: “Tổ hợp tua bin mà tụi em lắp vào phía dưới đường ống nước thải giống như những tua bin lắp đặt tại các công trình thủy điện vậy. Nhưng khi được áp dụng trong thực tế nó sẽ tái tạo một phần năng lượng không nhỏ”.

Tùy vào quy mô của hệ thống nước thải mà lượng điện thu được sẽ nhiều hay ít. Lượng điện thu được có thể dùng chung cho các hoạt động của chung cư như bơm nước từ dưới đất lên các tầng cao hoặc nạp vào các thiết bị dự trữ điện để sử dụng khi cúp điện. Theo tính toán của hai bạn, nếu áp dụng mô hình này tại một chung cư cao 10 tầng, có 40 hộ sinh sống thì có thể tiết kiệm được 30 triệu đồng tiền điện trong một tháng. Nhu cầu sử dụng năng lượng của con người ngày một tăng cao, vì vậy đòi hỏi chúng ta phải luôn suy nghĩ để tìm ra những nguồn năng lượng mới, đáp ứng nhu cầu bức thiết đó.

Hùng chia sẻ: “Trong công cuộc tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế, con người đã biết tận dụng nguồn năng lượng sạch từ nước. Tuy nhiên, đến thời điểm hiện nay các nhà máy thủy điện chỉ được ứng dụng ở hạ lưu các con sông. Trong khi đó, nhiều nguồn nước với áp lực rất mạnh lại bị bỏ qua. Mà cụ thể là hệ thống nước thải của các tòa nhà cao tầng”. Do sử dụng nguồn nước thải để làm thủy điện nên hai bạn đã làm thêm bộ phận lọc rác trước khi cho nước đổ vào tua bin.

“Ngoài các tòa nhà cao tầng, chúng ta còn có thể lắp đặt tua bin tại các đường ống thoát nước thải của thành phố để áp dụng cho mô hình thủy điện mini. Nếu làm được điều này thì sẽ thu được một lượng điện rất lớn, góp phần giải quyết bài toán thiếu điện của thành phố trong mùa cao điểm”, Minh cho biết thêm.

Theo thanhnien

Những nguy hiểm hồ quang điện và các giới hạn tiếp cận

Cứ mỗi năm lại có một số công nhân bị thương hoặc bị chết khi làm việc trực tiếp hoặc gần với các bộ phận đang có điện. Theo tiêu chuẩn NFPA 70E, các bộ phận hoặc chi tiết được coi là đang có điện bao gồm: các dây dẫn điện, các thanh cái, các điện cực thiết bị hoặc các thành phần của thiết bị điện để trần hoặc không được bọc cách điện. Chúng luôn tồn tại những mối nguy hiểm về “điện giật”.

Khái niệm “Làm việc trực tiếp trên các bộ phận mang điện” (thường được nói tắt là làm việc khi có điện) là ý nói đến việc tiếp xúc với các phần đang có điện trực tiếp bằng tay, chân hay các bộ phận khác của cơ thể, hoặc dùng các dụng cụ sửa chữa điện, bút/sào thử điện hay các khí cụ kiểm tra khác, cho dù người làm việc đã được trang bị bảo hộ an toàn. Nội dung này bao gồm cả các công việc như kiểm tra, thử nghiệm và các thao tác giải trừ sự cố. Các bộ phận mang điện để trần được hiểu là các phần của thiết bị điện có khả năng gây nguy hiểm khi con người tiếp cận gần hơn khoảng cách an toàn đã quy định hoặc tiếp xúc trực tiếp một cách bất cẩn. Điều này cũng áp dụng cho các chi tiết không được bọc cách điện, không được đặt cách ly biệt lập hoặc không được bảo vệ thích hợp.

Điều cần thiết đề cập ở đây là công tác đào tạo cho những người làm việc, thực hành các thao tác ở các công trình điện. Theo NFPA 70E, một người được coi là đạt yêu cầu làm việc an toàn phải là người đã được huấn luyện và có đủ hiểu biết về cấu tạo và vận hành thiết bị hoặc cách thức hoạt động mang tính đặc thù của thiết bị. Những cá nhân qua tuyển dụng sẽ được huấn luyện để nhận biết và tránh khỏi các nguy hiểm có thể phát sinh từ các thiết bị hoặc từ phương pháp làm việc. Những người này cũng phải thành thạo các kỹ thuật phòng ngừa, các trang bị bảo vệ an toàn cho người, các loại vật liệu cách điện và che chắn, các dụng cụ cách điện và các thiết bị thử nghiệm. Điều này có thể không liên quan đến một chức danh nghề nghiệp (chẳng hạn, không phải lúc nào cũng cần là một thợ điện đã có chứng chỉ) hoặc một sự phân công nhiệm vụ chung chung, mà nó cần gắn với hành vi hoặc công việc cụ thể sẽ được thực hiện. Một người có thể được coi là đã qua đào tạo về phương pháp làm việc hoặc hiểu biết một số loại thiết bị nhất định nào đó, nhưng lại là lạ lẫm đối với các công việc khác.

Khi một công nhân được tuyển chọn thực hiện thao tác điện lực thì Người giám sát nên xem xét và đưa ra quyết định như thế nào?

Trước hết, nên có bước sơ tuyển.

1) Xác định nhiệm vụ hoặc số lượng các nhiệm vụ cần làm.

2) Phân tích các rủi ro nguy hiểm có thể tiềm ẩn trong từng nhiệm vụ.

3) Đánh giá các rủi ro trong mỗi nhiệm vụ.

4) Xem xét các kỹ năng hoặc trình độ hiện có của những người định phân công (qua chứng chỉ đào tạo, bằng tốt nghiệp, hồ sơ quá trình học).

5) Qua đánh giá và kiểm tra sẽ sơ bộ xác định được những người có thể giao nhiệm vụ.

Trong quá trình thực hành về tính cẩn thận khi làm việc thì việc huấn luyện và cấp phát trang thiết bị an toàn đầy đủ bao gồm cả trang thiết bị bảo vệ cá nhân là những yếu tố hết sức quan trọng.

Hầu hết mọi người đều ý thức được mối nguy hiểm của điện giật và chết người do điện giật, tuy vậy, không phải ai cũng đánh giá đúng mức độ nguy hiểm hồ quang điện và nguy cơ tiềm ẩn gây bỏng nặng của nó. Các nghiên cứu gần đây về thương vong do điện gây nên cho thấy khoảng 75% các trường hợp bị thương theo hồ sơ bệnh án là bị bỏng, hậu quả của việc phơi hứng da thịt trực diện với năng lượng bức xạ từ hồ quang điện. Các trường hợp bỏng điện được coi là cực kỳ nguy hiểm. Điều quan trọng cần nhận thức đúng và đề phòng trước là làm thế nào để đảm bảo an toàn, không bị bỏng, tránh mọi hậu qủa tiềm ẩn khi tiếp xúc với mạch điện

Dễ hiểu rằng, khi các tiếp điểm của mạch điện bị trục trặc hoặc cách điện đã bị hư hỏng, bục vỡ thì mạch điện sẽ xảy ra cháy /nổ, gây nên sự cố điện. Hiện tượng diễn ra như sau: một quả cầu lửa có tính dẫn điện đột nhiên bốc cháy mãnh liệt từ chỗ hư hỏng và lan toả, đó là sự phóng điện hồ quang. Ngọn lửa hồ quang điện có thể gây bỏng nặng, thậm chí bỏng tử thương trong phạm vi bán kính tới ngoài 3m tính từ nguồn phát sinh ra nó. Tuỳ khoảng cách và cường độ, ngọn lửa hồ quang điện có thể gây bỏng hoặc đốt cháy quần áo.

Do vậy, các công nhân thường xuyên được yêu cầu làm việc trực tiếp hoặc gần thiết bị đang mang điện cần được phổ biến và thực hiện tốt các tiêu chuẩn về an toàn, các quy tắc và quy trình, trải qua huấn luyện, thực tập để bảo vệ an toàn cho họ.

Quầng cháy sáng của hồ quang điện là đường thông lưu của dòng điện giữa hai cực kim loại dẫn điện qua môi trường khí hoặc hơi nước, thường là không khí, đã bị i -on hoá. Hồ quang điện khởi đầu bằng sự phóng điện mặt ngoài hoặc do đưa vào mạch điện các dụng cụ làm từ vật liệu dẫn điện (như kìm, tua-nơ-vít, thước dây kim loại). Nhiệt độ tại các cực của hồ quang điện có thể đạt trên 30.000oF (khoảng 19.000 đến 20.000oC). ở nhiệt độ này, hầu hết kim loại không những chỉ bị chảy mà còn có thể bốc hơi.

TÁC ĐỘNG CỦA HIỆN TƯỢNG NỔ DO HỒ QUANG

Hiện vẫn tồn tại một quan niệm không đúng là: cường độ của hồ quang chỉ do độ lớn của điện áp quyết định. Thực tế cho thấy, điện áp thấp vẫn có thể sinh ra hồ quang với mức năng lượng lớn hơn so với điện áp cao. Năng lượng của hồ quang phát ra thường phụ thuộc nhiều vào cường độ dòng điện ngắn mạch và thời gian thao tác của thiết bị quá dòng (máy cắt, cầu chì) để loại bỏ sự cố.

Các sự cố có kèm theo hồ quang với mức năng lượng cao thường phát ra một lượng nhiệt rất lớn. Nhiệt lượng này làm nóng chảy, bốc hơi và giãn nở vật liệu dẫn điện, đồng thời, không khí bao quanh vật liệu điện cũng bị bốc cháy và giãn nở theo, và do đó, nó tạo nên sóng áp lực. Về góc độ điện học, sự bùng phát của sóng áp lực này là một nguy hiểm ghê gớm, nhưng lại thường không dễ nhận diện. Đến lúc đã có thể phát hiện được nó và thực hiện công tác cứu hộ, dù có khẩn trương di chuyển các nạn nhân khỏi khu vực có nguồn phát nhiệt của hồ quang điện thì, thường là đã phải gánh chịu hậu quả đổ vỡ nặng nề, kèm theo các thương vong thể chất như chấn thương sọ não, ù tai, điếc tai hoặc thương vong do bị va đập vào các vật thể khác. Mảnh kim loại bay ra từ các bộ phận cơ khí của mạch điện hay những giọt kim loại đã bị nóng chảy cũng có thể gây thương tích. Những người ở kề sát với vùng đang có áp lực ghê gớm này cũng rất dễ bị tổn hại nhất thời về thần kinh, thậm chí có khi không còn nhớ gì về vụ nổ mãnh liệt ngay trước đó từ hồ quang điện đã tác động đến mình như thế nào.

Các nguồn chính của sóng áp lực phát ra từ hồ quang điện bao gồm:

– Nguồn nhiệt của luồng không khí bị đốt nóng khi hồ quang xuyên qua nó.

– Nguồn nhiệt toả ra từ quá trình nóng chảy, làm sôi và bốc hơi của các thanh hoặc dây dẫn điện.

Trong hầu hết các tai nạn về điện, việc mất khả năng để chẩn đoán mức độ thương vong ngay tại thời điểm nạn nhân nhập viện thường đưa đến hậu quả làm quá trình điều trị bị trì trệ thêm. Khả năng phục hồi sức khoẻ có cơ hội tăng cao nếu có được nhiều thông tin về tai nạn, chẳng hạn, độ lớn tối đa của dòng điện, điện áp lưới điện nơi xảy ra tai nạn, chiều dài đoạn tiếp xúc với dòng điện, và các điều kiện bốc cháy hồ quang. Tốt nhất là chuyển nạn nhân càng nhanh càng tốt đến Trung tâm điều trị bỏng hoặc cơ sở nào đó có điều kiện đặc biệt trong việc điều trị chấn thương về điện.

Có thể giảm thiểu các rủi ro thương vong hoặc tử vong do điện gây nên bằng cách mặc, đeo hay mang các trang bị bảo vệ an toàn cá nhân và cung cấp, phổ biến tài liệu hướng dẫn chuyên ngành mang tên “Các giới hạn tiếp cận về điện” cho những người thực hiện các công việc trực tiếp hoặc gần với các bộ phận hoặc các thiết bị mang điện để trần. Các thông tin liên quan tiếp theo được giải thích chi tiết hơn trong NFPA 70E mang tên Tiêu chuẩn về yêu cầu an toàn điện dùng cho nơi làm việc của người lao động.

KIỂM TRA TRANG BỊ BẢO VỆ AN TOÀN CHO NGƯỜI VÀ CHO CÁC MỤC ĐÍCH kHÁC

Người lao động làm việc ở khu vực có nguy hiểm về điện cần được trang bị và biết cách sử dụng các trang thiết bị bảo vệ. Các trang thiết bị này được thiết kế và cấu tạo cho từng bộ phận riêng cần được bảo vệ của cơ thể và cho từng loại hình công việc riêng.

Trang bị bảo vệ cá nhân cần được bảo quản trong điều kiện an toàn, tin cậy, và chúng phải được kiểm tra trước khi sử dụng.

Cần lưu ý rằng, người lao động phải đội mũ bảo vệ đầu bằng loại vật liệu không dẫn điện, vì tại bất cứ chỗ nào cũng tiềm ẩn nguy hiểm như điện giật hay gây bỏng do tiếp xúc với các phần đang có điện hoặc do bị vướng vào các vật thể bay /bắn tung tóe ra từ các vụ cháy /nổ điện.

Ở những nơi có nguy cơ bị thương bàn tay và cánh tay do tiếp xúc với các phần đang có điện, có thể bị điện giật hoặc bị bỏng, người lao động nhất thiết phải đeo găng cao su cách điện. Cũng cần phải mang các trang bị bảo vệ bàn tay và cánh tay ở những nơi mà tay bị phơi hứng trực tiếp với ngọn lửa hồ quang điện. Găng tay cao su cách điện phải phù hợp với Tiêu chuẩn CSA.