Nội dung
1. Vấn đề chất lượng nguồn điện
Tương tự tại Việt Nam, với tốc độ phát triển rất nhanh, cùng dòng dịch chuyển sản xuất công nghệ cao đang diễn ra sôi động, bài toán chất lượng điện ngày càng được quan tâm. Thậm chí ở một số nhà đầu tư, chất lượng điện là tiêu chí tiên quyết và được đánh giá rất cẩn trọng từ trước khi đặt ra quyết định xây dựng nhà máy.
Các quá trình tự động hóa ngày càng cao trong công nghiệp hiện đại, đi kèm với nó là sự nhạy cảm về chất lượng nguồn điện càng tăng. Ngay cả một sự kiện ngắn (dưới 1 chu kỳ) cũng có thể gây ngừng sản xuất, làm hỏng sản phẩm, chậm tiến độ giao hàng, . . .
2. Sự cố sụt áp đột ngột (Voltage sag) là gì?
Một trong những sự cố thường gặp nhất trên lưới điện hiện nay và cũng là sự cố mà hầu hết các nhà máy công nghiệp thường xuyên phải đối mặt đó là hiện tượng sụt áp đột ngột (voltage sag). Đó là hiện tượng điện áp sụt sâu xuống dưới 90% điện áp danh định nhưng hầu như không xuống quá 50% điện áp danh định và nó thường kéo dài 2-10 chu kỳ hoặc 32-200 mili giây.
Hình 1: Hiện tượng sụt áp đột ngột (nháy điện)
Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng sụt áp đột ngột: Nguyên nhân khách quan (thời tiết, thiên tai, truyền tải, tai nạn, . . .) và nguyên nhân chủ quan (gây ra bởi sự khởi động hệ thống phụ tải lớn bên trong nội tại nhà máy hoặc nhà máy bên cạnh có chung lưới điện).
Trong đó, nguyên nhân phổ biến nhất gây ra hiện tượng sụt áp đột ngột là do yếu tố thời tiết, nguyên nhân này có thể gặp phải ở bất kỳ một hệ thống lưới điện nào trên toàn thế giới bởi giông bão và sấm sét tác động trực tiếp lên hệ thống truyển tải điện sẽ gây ra hiện tượng sụt áp đột ngột trên diện rộng. Mưa, độ ẩm không khí cao kết hợp với gió lớn cũng có thể xảy ra hiện tượng phóng điện giữa các pha trên đường dây truyền tải và dẫn tới hiện tượng sụt áp đột ngột (nháy điện) xảy ra.
Hình 2: Thời tiết, giông bão là nguyên nhân khá phổ biến gây nháy điện
3. Giải pháp khắc phục hiện tượng sụt áp đột ngột
Bên trong các nhà máy công nghiệp có rất nhiều những phụ tải quan trọng nhạy cảm: Các động cơ có biến tần hoặc khởi động mềm, các hệ thống có điều khiển lập trình, nguồn điều khiển, rơ le điều khiển, máy SMT, máy CNC, hệ thống tiệt trùng, các dây truyền liên tục, . . . Các phụ tải này khi bị tác động thường gây thiệt hại lớn tới sản xuất cũng như tuổi thọ của máy móc qua mỗi lần sự cố.
Để bảo vệ các phụ tải nhạy cảm trên, chúng ta có giải pháp chuyên biệt để bảo vệ trước những dao động bất thường của điện áp.
Hình 3: Hệ thống điều hòa điện áp (AVC) bảo vệ các phụ tải nhạy cảm
Cấu trúc chính của hệ thống AVC bao gồm: Bộ chỉnh lưu (Rectifier), bộ nghịch lưu (Inverter) có tích hợp Bypass bên trong và máy biến áp với thiết kế đặc biệt (Injection Transformer) kết nối giữa phụ tải cần bảo vệ và lưới điện. Đặc biệt, AVC không sử dụng acquy như giải pháp UPS truyền thống mà nó sử dụng một phần năng lượng trực tiếp từ lưới điện thông qua hai bộ biến đổi Rectifier và Inverter để điều chỉnh điện áp của lưới. Kết hợp với máy biến áp Injection, hệ thống AVC sẽ thực hiện bù một phần điện áp cho lưới khi lưới bị sụt áp đột ngột và ngược lại sẽ lấy bớt điện áp của lưới khi lưới bị quá áp đột ngột. Tất cả các công việc điều chỉnh điện áp của lưới đều được thực hiện trong một khoảng thời gian rất ngắn (< ½ chu kỳ).
Hình 4: Cấu trúc cơ bản một hệ thống AVC
Một số đặc điểm nổi bật của hệ thống AVC:
- Khắc phục gần như triệt để hiện tượng quá áp và thấp áp đột ngột, ngay cả khi điện áp đầu vào sụt sâu còn 60% điện áp danh định thì điện áp đầu ra sau AVC vẫn đảm bảo điện áp tiêu chuẩn ổn định trong ngưỡng ± 1% hoặc ± 2% nhờ cơ chế điều chỉnh online liên tục. Khi điện áp đầu vào sụt sâu còn 50% điện áp danh định thì điện áp đầu ra sau AVC vẫn đạt 90% điện áp danh định.
- Phản ứng nhanh với các biến thiên điện áp:
< 250µs: Là thời gian nhận biết về sự thay đổi của điện áp đầu vào
< ½ chu kỳ: Là thời gian để ổn định điện áp đầu ra ở ± 1% hoặc ± 2%
- Hiệu suất hệ thống AVC thông thường đạt tới trên 98% (với UPS online chuyển đổi kép truyền thống khoảng 92%-94%) giúp tiết kiệm rất nhiều chi phí tổn hao năng lượng trong quá trình vận hành hệ thống.
- Độ tin cậy: AVC thiết kế dạng mô-đun có mạch Bypass tự động tích hợp sẵn bên trong nên thời gian downtime của phụ tải = 0, thời gian thay thế mô-đun < 30phút.
- Tuổi thọ: AVC được thiết kế dành cho công nghiệp nên tuổi thọ và độ tin cậy cao, khả năng chịu quá tải trong công nghiệp lớn.
- Chi phí bảo dưỡng: AVC không dùng acquy nên không mất chi phí thay acquy định kỳ, không gian lắp đặt nhỏ gọn, không yêu cầu môi trường làm việc khắt khe như đối với hệ thống UPS truyền thống.
Hình 5: Hệ thống điều hòa điện áp 150kVA
4. Cách thức lựa chọn giải pháp điều hòa điện áp phù hợp
Căn cứ vào mức độ sụt áp của lưới điện, căn cứ vào đặc thù riêng của từng loại phụ tải, có hai giải pháp AVC để chúng ta lựa chọn:
- Giải pháp chống sụt áp đến 40% điện áp danh định: Bảo vệ những phụ tải nhạy cảm trước sự cố sụt áp đột ngột sâu tới 60% điện áp danh định (50% điện áp danh định AVC vẫn đảm bảo điện áp đầu ra 90% điện áp cho phụ tải). AVC-40 có thể khắc phục hiện tượng quá áp đột ngột tới 110% (120% vẫn đảm bảo điện áp đầu ra 110% cho phụ tải).
- Giải pháp chống sụt áp đến 50% điện áp danh định: Bảo vệ những phụ tải nhạy cảm trước sự cố sụt áp đột ngột sâu tới 50% điện áp danh định (khi còn 40% điện áp danh định trên cả 3 pha hệ thống điều hòa điện áp vẫn đảm bảo điện áp đầu ra 90% điện áp cho phụ tải).
- Giải pháp chống sụt áp đến 60% điện áp danh định: Bảo vệ những phụ tải nhạy cảm trước sự cố sụt áp đột ngột sâu tới 40% điện áp danh định (khi còn 30% điện áp danh định trên cả 3 pha, hệ thống điều hòa điện áp vẫn đảm bảo điện áp đầu ra 90% điện áp cho phụ tải)..
- Giải pháp ổn định điện áp lâu dài AVC-20: Bảo vệ những phụ tải nhạy cảm trước sự cố thấp áp dài hạn tới 20% điện áp danh định. AVC-20 có thể khắc phục hiện tượng quá áp đột ngột tới 120% (130% vẫn đảm bảo điện áp đầu ra 110% cho phụ tải). Giải pháp này phù hợp với những nơi thường xuyên xảy ra những biến thiên điện áp trong ngưỡng ±10% ~ ±30%. Nó thường được lắp để bảo vệ cho những phụ tải đòi hỏi độ ổn định điện áp cao liên tục với hiện tượng thấp áp thường xuyên kéo dài.
