Vậy chất lượng điện là gì? Ảnh hưởng của chất lượng điện như thế nào đối với sản xuất kinh doanh? Hãy cùng tìm hiểu trong bài viết sau
Mục lục
Chất lượng điện là gì?
Theo định nghĩa của IEEE 1159, thuật ngữ chất lượng điện (Power Quality – PQ) dùng để chỉ nhiều hiện tượng điện từ đặc trưng cho điện áp và dòng điện tại một thời điểm nhất định và tại một vị trí nhất định trên hệ thống điện.
Hiểu một cách đơn giản, chất lượng điện năng là sự liên quan đến tình trạng chất lượng của điện áp, tần số và dạng sóng và như vậy cơ bản chất lượng điện năng là chất lượng của điện áp.
Lý tưởng nhất, nguồn điện sẽ được cung cấp dưới dạng sóng hình sin với biên độ và tần số được đưa ra theo tiêu chuẩn quốc gia (trong trường hợp nguồn điện lưới) hoặc thông số kỹ thuật của hệ thống (trong trường hợp nguồn cấp điện không được gắn trực tiếp vào nguồn điện lưới) với trở kháng bằng không ohms ở tất cả các tần số.
Bảng 1. Phạm vi dao động điện áp
|
Cấp điện áp danh định |
Dao động điện áp cho phép tại điểm đấu với với khách hàng |
Dao động điện áp cho phép tại điểm đấuvới nhà máy điện |
Trong/sau sự cố đơn lẻ |
Trong/sau sự cố nghiêm trọng |
|
110kV |
+ 5% |
+ 10%/-5% |
+ 5%/-10% |
+ 10% |
|
35kV |
+ 5% |
+ 10%/-5% |
+ 5%/-10% |
+ 10% |
|
22kV |
+ 5% |
+ 10%/-5% |
+ 5%/-10% |
+ 10% |
|
15kV |
+ 5% |
+ 10%/-5% |
+ 5%/-10% |
+ 10% |
|
10kV |
+ 5% |
+ 10%/-5% |
+ 5%/-10% |
+ 10% |
|
6kV |
+ 5% |
+ 10%/-5% |
+ 5%/-10% |
+ 10% |
|
0,4kV |
+ 5% |
+ 10%/-5% |
+ 5%/-10% |
+ 10% |
Bảng 2. Phạm vi dao động tần số
|
Tần số danh định |
Dải cho phép ở chế độ làm việc bình thường |
Dải cho phép ở chế độ sự cố |
|
50Hz |
+ 0,2 Hz |
+ 0,5 Hz |
| Cấp điện áp danh định | Dao động điện áp cho phép tại điểm đấu với với khách hàng | Dao động điện áp cho phép tại điểm đấuvới nhà máy điện | Trong/sau sự cố đơn lẻ | Trong/sau sự cố nghiêm trọng |
|---|---|---|---|---|
| 110kV | +/- 5% | +10%/-5% | +5%/-10% | +/-10% |
| 35kV | +/- 5% | +10%/-5% | +5%/-10% | +/- 10% |
| 22kV | +/- 5% | +10%/-5% | +5%/-10% | +/- 10% |
Tại sao lại phải quan tâm đến chất lượng điện?
Có rất nhiều yếu tố khiến vấn đề Chất lượng điện ngày càng được quan tâm. Ví dụ như đã nêu ở phần trên, đó là một trong những yêu cầu khắt khe đến từ các nhà đầu tư trong lĩnh vực sản xuất công nghệ cao. Vấn đề Chất lượng điện thực chất không phải là vấn đề của riêng Việt Nam, đó là vấn đề mà tất cả các nhà cung ứng và sử dụng điện trên thế giới đều phải đối mặt. Nó xuất phát từ những nhu cầu thực tế của hệ thống điện cũng như yêu cầu của người sử dụng, tựu chung có ba nhóm nguyên nhân chính:
Do yêu cầu của thực tế nguồn cung cũng như hệ thống điện
– Ngày càng có nhiều thiết bị dùng điện (dùng thiết bị vi xử lý, linh kiện điện tử công suất) nhạy cảm với chất lượng điện.
– Ứng dụng các thiết bị nâng cao hiệu quả điều khiển và vận hành của Hệ thống điện.
– Ý thức về chất lượng điện năng của người dùng điện cao hơn.
– Liên kết hệ thống và sự phụ thuộc lẫn nhau của các Hệ thống điện ngày càng nhiều, ảnh hưởng của chất lượng điện năng càng rộng.
– Ngày càng nhiều sự cạnh tranh khắc nghiệt trong thị trường điện.
Do nhu cầu của tải tiêu thụ
– Không được phép gián đoạn các nhiệm vụ tối quan trọng.
– Hạn chế tối đa tổn thất sản xuất.
– Hạn chế tối đa tình trạng giao hàng trễ.
– Hạn chế tổn thất gián tiếp do vận hành sai chức năng của thiết bị.
Do thiệt hại về kinh tế, sản xuất
Chất lượng điện kém gây ra các vấn đề như tổn hao công suất vô công, sóng hài, mất cân bằng trong hệ thống điện. Nghiêm trọng hơn có thể gây ra
Ở Việt Nam, hiện chưa có nghiên cứu hay khảo sát nào đánh giá mức độ thiệt hại do các vấn đề gián đoạn sản xuất hoạt động do vấn đề chất lượng điện gây ra. Tuy nhiên hằng năm các cơ sở sản xuất kinh doanh vẫn phải đối mặt và chịu thiệt hại không nhỏ do các sự cố chất lượng điện gây ra.
Trong một khảo sát của EPRI (Viện nghiên cứu năng lượng điện của Hoa Kỳ) thực hiện trên 985 cơ sở sản xuất đại diện cho khoảng 2 triệu cơ sở kinh tế công nghiệp và kỹ thuật số của Hoa Kỳ. Nghiên cứu ước tính gián đoạn hoạt động do chất lượng điện gây thiệt hại khoảng 6,7 tỷ đô la mỗi năm cho các cơ sở công nghiệp và công ty công nghệ số, và khoảng 15 đến 24 tỷ đô la cho toàn nền kinh tế Mỹ.
Hay như hình dưới là kết quả khảo sát của Viện Copper Châu Âu
Phân loại các sự cố chất lượng điện
Tiêu chuẩn IEEE 1159:2019 phân loại và mô tả sự cố chất lượng điện dựa trên hai yếu tố: (1) sự thay đổi về dạng sóng, và (2) sự kiện diễn ra trong bao lâu. Lấy ví dụ, các sự cố quá độ chỉ diễn ra trong khoảng nano giây, trong khi đó thấp áp thường là từ vài phút.
Biểu đồ dưới thể hiện mối tương quan giữa biên độ điện áp và độ dài của các sự cố chất lượng điện
Có nhiều cách để phân loại các sự cố chất lượng điện, phụ thuộc vào mục đích ứng dụng. Dưới đây là 10 sự cố về chất lượng điện phổ biến.
Trong các sự cố chất lượng điện kể trên, thì sụt áp ngắn hạn hay còn gọi là nháy điện là sự cố nổi bật vì nó xảy ra thường xuyên và ảnh hưởng lớn đến hệ thống điện.
Nguyên nhân gây ra sự cố chất lượng điện
Như đã lưu ý ở trên, sụt áp và vọt điện áp là những dao động xảy ra trong thời gian ngắn. Đơn giản có thể hiểu các sự cố từ mili giây đến một phút. Về cơ bản, các sự cố liên quan tới sai lệch điện áp xảy ra khi nguồn phát điện không phụ hợp với công suất tiêu thụ từ tải.
Ngược lại với tần số, có thể thiết lập và kiểm soát tại nguồn phát, sụt áp và vọt áp thường xảy ra do tải hoặc ở khu vực lưới phân phối của tải. Sụt áp có thể do các sự cố quá độ như ngắn mạch, động cơ khởi động hoặc bật lò nung điện.
Sụt áp dài hạn có thể xảy ra khi tải quá lớn so với nguồn cấp. Quá áp ngắn hạn có thể do giảm tải đột ngột trên mạch hoặc do hệ thống dây dẫn bị lỗi như kết nối trung tính bị hỏng hoặc lỏng.
Các nguồn năng lượng tái tạo phân tán như năng lượng mặt trời trên mái nhà có khả năng gây ra hiện tượng thấp áp và quá áp dài hạn cục bộ vì chúng tạo ra điện và phát lên lưới, khi hệ thống điện không được kiểm soát và việc thiếu nguồn dự phòng đề bù công suất biến động do các nguồn này có thể dẫn tới các sự cố chất lượng điện. Ngoài ra các nguồn năng lượng tái tạo sử dụng các bộ chuyển đổi AC/DC còn có thể gây ra vấn đề sóng hài.
Trong thực tế, hầu hết các sự cố chất lượng điện do yêu tố thời tiết gây ra, sét đánh, gió mạnh làm chạm đường dây, cây cối gẫy đổ khi giông lốc chạm vào đường dây. Ngoài ra còn có thể do các yếu tố khác như tiếp điểm bị kém, tai nạn xe cộ liên quan đến đường dây điện, chim hoặc động vật khác trên đường dây.
Các tiêu chuẩn công nghiệp
Do có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sản xuất kinh doanh, nên có rất nhiều tiêu chuẩn chất lượng điện được xây dựng. Cần có một bài viết riêng cho các tiêu chuẩn này. Bên dưới là một số tiêu chuẩn nổi bật.
IEEE 1159
IEEE 1159: Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality là tiêu chuẩn bao quát cho việc giám sát chất lượng điện, bao gồm cả mô tả các sự cố chất lượng điện, đối tượng giám sát, loại thiết bị, và các phương pháp thực hành khác nhau để thực hiện giám sát chất lượng điện và lập báo cáo.
Đường đặc tính ITIC (và CBEMA)
Hội đồng công nghiệp công nghệ thông tin (Information Technology Industry Council – ITIC) quy định những loại vấn đề chất lượng điện năng mà các thiết bị điện tử phải đối mặt. Phiên bản mới nhất của tiêu chuẩn này được xuất bản vào năm 1999, xác định các loại dao động điện áp mà các thiết bị điện tử sẽ gặp phải. Về cơ bản, trong khoảng thời gian rất ngắn, các sai lệch rất lớn so với điện áp bình thường có thể được chấp nhận, nhưng khi thời gian của độ lệch tăng lên, biên độ sai lệch điện áp sẽ thấp hơn và được quy định cụ thể.
SEMI F47
SEMI, hiệp hội ngành công nghiệp bán dẫn, đã phát triển một tiêu chuẩn với các mục tiêu tương tự như Đường cong ITIC được gọi là SEMI F47-0706. Được áp dụng trong công nghiệp, tiêu chuẩn này chỉ quy định các vấn đề liên quan tới các sự cố sụt áp.
