Download miễn phí Đề tài Mô phỏng bộ lọc tích cực
Khi giá trị hiệu dụng và giá trị biên độ của tín hiệu điện áp hay dòng điện tăng do sóng hài, sẽ dẫn đến hàng loạt các vấn đề sau :
Đ Làm tăng phát nóng các thiết bị điện, dây dẫn điện.
Đ Ảnh hưởng đến độ bền cách điện của vật liệu điện, khả năng mang tải của dây dẫn điện.
Đ Ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị bảo vệ ( tác động sai) : cầu chì, CB, relay đồng thời các thiết bị đo đếm như KWh ghi nhận sai dữ liệu.
Đ Tổn hao trên dây dẫn và lõi thép của động cơ tăng, ảnh hưởng đến Momen trên trục của động cơ.
Để tải tài liệu này, vui lòng Trả lời bài viết, Mods sẽ gửi Link download cho bạn ngay qua hòm tin nhắn.
Ketnooi -
You must be registered for see links
Ai cần tài liệu gì mà không tìm thấy ở Ketnooi, đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
biến áp do nhiệt độ.
c. Tổn thất do lõi thép: Tổn thất này không phụ thuộc vào tải mà chủ yếu phụ thuộc cấu tạo và vật liệu của máy biến áp.
Theo tiêu chuẩn ANSI/IEEEC57.110-1998: Thì tổn thất PLL có thể coi như gồm hai thành phần:I2R và tổn thất do dòng Foucault PEC
PLL=P + PEC
Trong đó PEC_R là hệ số tổn thất do dòng Foucault trong điều kiện hoạt động định mức.
Tổng dòng điện khi có cả sóng hài:
Dòng điện tăng dẫn đến I2R tăng
Bảng 1.7 Tra PEC-R(pu) của một số loại máy biến áp.
Loại
MVA
Điện áp
PEC-R%
Khô
1
1,5
1,5
_
5 kV
15 kV
3-8
12-20
9-15
Dầu
25
2,5-5
>5
480 V
480 V
480 V
1
1-5
9-15
1.5.2. Tụ điện
Việc tăng điện áp gây nên hiện tượng quá ứng suất và giảm tuổi thọ của tụ. Quá nhiệt độ, điện áp và dòng điện đều làm hỏng lớp điện môi của tụ. Khi nhẹ tải hay khi cầu chì tác động ngắt tụ hỏng sẽ khiến bộ tụ khác có nguy cơ bị quá áp. Ngoài ra các thành phần sóng hài góp phần gây quá điện áp trên tụ. Điều này rất nguy hiểm đối với các thiết bị công nghiệp khi dùng các bộ chỉnh lưu công suất lớn nhưng lại không có bộ lọc. Theo tiêu chuẩn IEEE18 -1980 thì giới hạn về công suất phản kháng, về điện áp, dòng điện của tụ như sau:
110% điện áp hiệu dụng định mức.
120% điện áp đỉnh định mức.
180% dòng điện hiệu dụng định mức
- 135% công suất phản kháng định mức.
Tiêu chuẩn này rất quan trọng để có thể sử dụng quá định mức của tụ trong các điều kiện không bình thường, như trong điều kiện có sóng hài và trong thiết kế các bộ lọc điều hưởng đơn.
1.5.3. Các thiết bị chiếu sáng.
Đèn huỳnh quang là một trong những nguồn phát sóng hài. Nhưng tác động đến độ chiếu sáng của đèn lại là thành phần sóng hài khác. Các điều hoà này có tần số không bằng số nguyên lần tần số cơ bản và có xu hướng tạo nên dao động điện áp dẫn đến sự nhấp nháy của ánh sáng. Các loại sóng hài này thường do các nhà máy thép, xi măng, hầm mỏ phát ra. Chú ý là đèn huỳnh quang nhạy cảm với sự dao động của điện áp hơn đèn sợi đốt.
1.5.4. Các cầu chì và thiết bị đóng ngắt.
Một mức đáng kể sóng hài của dòng điện có thể dẫn đến các trạng thái vận hành không mong muốn của cầu chì và làm thay đổi đặc tính thời gian- dòng điện của cầu chì. Trong trường hợp các sự cố có biên độ thấp, các sóng hài có thể thấp hơn mức chảy tối thiểu nhiều lần.
Cũng như hầu hết các thiết bị khác, các dòng điện điều hòa có thể làm gia tăng nhiệt và các tổn thất trong các thiết bị đóng ngắt. Ngoài ảnh hưởng của việc tăng nhiệt, các thành phần điều hòa trong sóng dòng có thể ảnh hưởng tới khả năng cắt dòng của thiết bị đóng ngắt. Vấn đề là các thành phần điều hòa có thể đưa đến việc biên độ di/dt cao tại các điểm không của dòng điện làm cho việc cắt khó khăn hơn.
Các máy cắt không cắt được dòng điện do việc các cuộn cắt không có khả năng vận hành thích hợp trong điều kiện hiện diện các sóng hài khắc nghiệt. Khi có cuộn cắt hỗ trợ trong việc chuyển động của hồ quang đến điểm dốc xuống của nó, nơi mà việc cắt thực hiện, việc vận hành không hiệu quả làm kéo dài hồ quang và hậu quả cuối cùng là hỏng máy cắt. Các vấn đề tương tự có thể có trong các thiết bị đóng cắt dòng điện khác.
Không có tiêu chuẩn xác định được công bố trong công nghiệp về mức của các dòng điện mà các thiết bị đóng cắt được yêu cầu để cắt. Tất cả các thí nghiệm về sự cắt được thực hiện tại tần số định mức của nguồn cung cấp.
1.5.5. Nhiễu điện thoại
Thông thường các đường dây điện thoại được đặt dưới các đường dây điện trong mạng phân phối và điều này có thể dẫn đến hiện tượng nhiễu của đường dây điện thoại. Điều này được đặc trưng bởi hệ số TIF và IT theo tiêu chuẩn IEEE-519.
Trong đó TIF được coi như hệ số để đo nhiễu đường dây điện thoại do
sóng hài trong hệ thống điện tạo nên. Nó sử dụng một hệ số đặc biệt đó là để đặc trưng cho độ nhậy cảm của tai người đối với các âm thanh ở các tần số khác nhau. Trong đó Ih là sóng hài dòng điện.
Và nếu IT lớn hơn 25000 thì có thể tạo ra các nhiễu điện thoại.
Ta có bảng tra TIF tại một số tần số tại bảng 1.8.
Bảng 1.8 Bảng tra TIF tại một số tần số.
Tần số
(Hz)
TIF
Tần số
(Hz)
TIF
Tần số
(Hz)
TIF
Tần số
(Hz)
TIF
60
0,5
1020
5100
1860
7820
3000
9670
180
30
1080
5400
1980
8330
3180
8740
300
225
1140
5630
2100
8830
3300
8090
360
400
1260
6050
2160
9080
3540
6730
420
650
1380
6370
2220
9330
3660
6130
540
1320
1440
6560
2340
9840
3900
4400
660
2260
1500
6680
2460
10,340
4020
3700
720
2760
1620
6970
2580
10,600
4260
2750
780
3360
1740
7320
2820
10,210
4380
2190
900
4350
1800
7570
2940
9820
5000
840
1000
5000
1.5.6. Các máy điện quay
Tương tự như máy biến áp, các máy điện quay có sự tăng nhiệt độ do tổn thất sắt và tổn thất đồng tại các tần số điều hoà. Các thành phần điều hoà cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất máy, mômen tạo nên sự rung lắc, và tiếng ồn.
Theo tiêu chuẩn của IEEE 519-1992 đối với động cơ giới hạn 5% THD và 3 % cho từng loại sóng hài. Hiện tượng quá nhiệt sẽ bắt đầu khi sự sai lệch điện áp từ 8 đến 10% hay cao hơn. Sự sai lệch này phải có biện pháp khắc phục mới kéo dài được tuổi thọ của động cơ. Các động cơ mắc song song với trở kháng của hệ thống thì phải lưu ý đến các thành phần sóng hài cũng như hiện tượng dịch chuyển điểm cộng hưởng song song do giảm cảm kháng của mạng. Điều này gây bất lợi cho hệ thống hay không còn phụ thuộc vào điểm cộng hưởng trước khi đóng điện cho động cơ. Các động cơ này có khả năng làm giảm bớt sự tác động của các thành phần sóng hài và điều này phụ thuộc vào tỉ số X/R của roto. Nếu hệ thống có nhiều động cơ loại nhỏ có tỉ số X/R nhỏ thì có thể giúp giảm hiện tượng cộng hưởng sóng hài.
1.5.7. Các thiết bị đo
Đo lường và trang bị các công cụ đo bị ảnh hưởng bởi các phần tử điều hòa, đặc biệt nếu các điều kiện cộng hưởng tồn tại dẫn đến các điện áp điều hòa cao trong bộ. Các thiết bị có đĩa cảm ứng như các điện kế và các rơle quá dòng thông thường chỉ làm việc với dòng cơ bản, nhưng pha không cân bằng gây nên sự méo của các điều hòa tạo lên sự sai số cho các thiết bị này. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, cả sai số dương điều có thể xảy ra với sự hiện diện của sự méo điều hòa tùy theo loại của đồng hồ được xem xét các sóng hài. Nói chung độ làm méo phải lớn (>20%) thì các sai số đáng kể mới được phát hiện.
1.5.8 Các role bảo vệ
Các sóng hài hệ thống ảnh hưởng đến các role bằng nhiều cách làm cho role có thể tác động sai. Các role làm việc phụ thuộc vào đỉnh của điện áp và dòng điện, hay các điểm không của điện áp trong vận hành. Do vậy chúng bị ảnh hưởng trực tiếp bởi sự méo của các điều hòa. Sự hiện diện quá mức của dòng điện điều hòa bậc ba có thể làm cho các role bảo vệ chạm đất tác động sai.
Các role được chế tạo có khuynh hướng vận hành ở các giá trị chậm hơn hay các giá trị tác động cao hơn.
Các role tĩnh tần số thấp nhạy cảm đối với những thay đổi lớn của các đặc tính vận hành.
Tùy theo nhà sản xuất, các role quá dòng và qua điện áp được bố trí nhiều loại khác nhau về đặc tính vận hành.
Tùy theo hàm lượng sóng hài, các momem quay của các role có thể bị đảo ngược.
Số lần vận hành có thể thay đổi lớn như là một hàm số của tần số.
Các sóng hài có thể làm suy yếu sự vận hành tốc độ cao của các role so lệch.
Nói chung các mức điều hòa làm cho các role vận hành sai lớn hơn các mức được xem xét để hạn chế cho các thiết bị khác. Các mức điều hòa khoảng 10 đến 40% thông thường được yêu cầu đối với việc vận hành role, trừ các tình huống không bình thường.
1.5.9. Thiết bị điện tử công suất
Thiết bị điện tử trong nhiều trường hợp ngoài là nguồn đáng kể của các dòng điều hoà thì nó cũng rất dễ bị vận hành sai do sự làm méo các sóng hài. Thiết bị này thường phụ thuộc vào sự xác định chính xác điện áp qua điểm không hay điểm mà tại đó một điện áp dây trở nên lớn hơn điện áp dây khác. Cả hai điểm này là điểm tới hạn của nhiều loại điều khiển mạch điện tử và vận hành sai.
Chương II
giải pháp hạn chế sóng hài đi sâu tìm hiểu bộ lọc tích cực song song
2.1. Giảm lượng sóng hài do tải phát ra
Rất khó có thể loại bỏ các tải phát ra sóng hài mà thay vào đó ta có thể sử dụng chúng như sau: máy biến áp quá kích từ có thể đặt lại chế độ hoạt động bình thường bằng cách hạ điện áp đặt vào đến điện áp định mức, các thiết bị hồ quang và hầu hết các bộ nghịch lưu nên được thiết lập hoạt động theo như đặc tính thiết kế của chúng.
2.1.1. Cách ly phụ tải
Cách ly phụ tải hay nhóm phụ tải gây sóng hài bằng cách nhóm các phụ tải phi tuyến với nhau như hình 2.1
Source
AC
Sensitive
Line impedances
Non-linear
Load 2
Non-linear
Load 1
No
Yes
Hình 2.1 Cách ly phụ tải gây ô nhiễm sóng hài
2.1.2. Dùng biến áp riêng
Dùng biến áp riêng cho phụ tải có đặc tính phi tuyến và phụ tải có đặc tính tuyến tính.
Linear
Load 2
Non-linear
Load 1
MV
network
Hình 2.2 Dùng biến áp riêng
Dùng các máy biến áp có đấu dây đặc biệt
Dùng các máy biến áp có đấu dây đặc biệt đấu Y/D, đấu Zig- zag...
Hình 2.3 Dùng cách đấu dây đặc biệt
2.2. Thực hiện lắp các bộ lọc sóng hài
Các bộ lọc thụ động song song tạ...
c. Tổn thất do lõi thép: Tổn thất này không phụ thuộc vào tải mà chủ yếu phụ thuộc cấu tạo và vật liệu của máy biến áp.
Theo tiêu chuẩn ANSI/IEEEC57.110-1998: Thì tổn thất PLL có thể coi như gồm hai thành phần:I2R và tổn thất do dòng Foucault PEC
PLL=P + PEC
Trong đó PEC_R là hệ số tổn thất do dòng Foucault trong điều kiện hoạt động định mức.
Tổng dòng điện khi có cả sóng hài:
Dòng điện tăng dẫn đến I2R tăng
Bảng 1.7 Tra PEC-R(pu) của một số loại máy biến áp.
Loại
MVA
Điện áp
PEC-R%
Khô
1
1,5
1,5
_
5 kV
15 kV
3-8
12-20
9-15
Dầu
25
2,5-5
>5
480 V
480 V
480 V
1
1-5
9-15
1.5.2. Tụ điện
Việc tăng điện áp gây nên hiện tượng quá ứng suất và giảm tuổi thọ của tụ. Quá nhiệt độ, điện áp và dòng điện đều làm hỏng lớp điện môi của tụ. Khi nhẹ tải hay khi cầu chì tác động ngắt tụ hỏng sẽ khiến bộ tụ khác có nguy cơ bị quá áp. Ngoài ra các thành phần sóng hài góp phần gây quá điện áp trên tụ. Điều này rất nguy hiểm đối với các thiết bị công nghiệp khi dùng các bộ chỉnh lưu công suất lớn nhưng lại không có bộ lọc. Theo tiêu chuẩn IEEE18 -1980 thì giới hạn về công suất phản kháng, về điện áp, dòng điện của tụ như sau:
110% điện áp hiệu dụng định mức.
120% điện áp đỉnh định mức.
180% dòng điện hiệu dụng định mức
- 135% công suất phản kháng định mức.
Tiêu chuẩn này rất quan trọng để có thể sử dụng quá định mức của tụ trong các điều kiện không bình thường, như trong điều kiện có sóng hài và trong thiết kế các bộ lọc điều hưởng đơn.
1.5.3. Các thiết bị chiếu sáng.
Đèn huỳnh quang là một trong những nguồn phát sóng hài. Nhưng tác động đến độ chiếu sáng của đèn lại là thành phần sóng hài khác. Các điều hoà này có tần số không bằng số nguyên lần tần số cơ bản và có xu hướng tạo nên dao động điện áp dẫn đến sự nhấp nháy của ánh sáng. Các loại sóng hài này thường do các nhà máy thép, xi măng, hầm mỏ phát ra. Chú ý là đèn huỳnh quang nhạy cảm với sự dao động của điện áp hơn đèn sợi đốt.
1.5.4. Các cầu chì và thiết bị đóng ngắt.
Một mức đáng kể sóng hài của dòng điện có thể dẫn đến các trạng thái vận hành không mong muốn của cầu chì và làm thay đổi đặc tính thời gian- dòng điện của cầu chì. Trong trường hợp các sự cố có biên độ thấp, các sóng hài có thể thấp hơn mức chảy tối thiểu nhiều lần.
Cũng như hầu hết các thiết bị khác, các dòng điện điều hòa có thể làm gia tăng nhiệt và các tổn thất trong các thiết bị đóng ngắt. Ngoài ảnh hưởng của việc tăng nhiệt, các thành phần điều hòa trong sóng dòng có thể ảnh hưởng tới khả năng cắt dòng của thiết bị đóng ngắt. Vấn đề là các thành phần điều hòa có thể đưa đến việc biên độ di/dt cao tại các điểm không của dòng điện làm cho việc cắt khó khăn hơn.
Các máy cắt không cắt được dòng điện do việc các cuộn cắt không có khả năng vận hành thích hợp trong điều kiện hiện diện các sóng hài khắc nghiệt. Khi có cuộn cắt hỗ trợ trong việc chuyển động của hồ quang đến điểm dốc xuống của nó, nơi mà việc cắt thực hiện, việc vận hành không hiệu quả làm kéo dài hồ quang và hậu quả cuối cùng là hỏng máy cắt. Các vấn đề tương tự có thể có trong các thiết bị đóng cắt dòng điện khác.
Không có tiêu chuẩn xác định được công bố trong công nghiệp về mức của các dòng điện mà các thiết bị đóng cắt được yêu cầu để cắt. Tất cả các thí nghiệm về sự cắt được thực hiện tại tần số định mức của nguồn cung cấp.
1.5.5. Nhiễu điện thoại
Thông thường các đường dây điện thoại được đặt dưới các đường dây điện trong mạng phân phối và điều này có thể dẫn đến hiện tượng nhiễu của đường dây điện thoại. Điều này được đặc trưng bởi hệ số TIF và IT theo tiêu chuẩn IEEE-519.
Trong đó TIF được coi như hệ số để đo nhiễu đường dây điện thoại do
sóng hài trong hệ thống điện tạo nên. Nó sử dụng một hệ số đặc biệt đó là để đặc trưng cho độ nhậy cảm của tai người đối với các âm thanh ở các tần số khác nhau. Trong đó Ih là sóng hài dòng điện.
Và nếu IT lớn hơn 25000 thì có thể tạo ra các nhiễu điện thoại.
Ta có bảng tra TIF tại một số tần số tại bảng 1.8.
Bảng 1.8 Bảng tra TIF tại một số tần số.
Tần số
(Hz)
TIF
Tần số
(Hz)
TIF
Tần số
(Hz)
TIF
Tần số
(Hz)
TIF
60
0,5
1020
5100
1860
7820
3000
9670
180
30
1080
5400
1980
8330
3180
8740
300
225
1140
5630
2100
8830
3300
8090
360
400
1260
6050
2160
9080
3540
6730
420
650
1380
6370
2220
9330
3660
6130
540
1320
1440
6560
2340
9840
3900
4400
660
2260
1500
6680
2460
10,340
4020
3700
720
2760
1620
6970
2580
10,600
4260
2750
780
3360
1740
7320
2820
10,210
4380
2190
900
4350
1800
7570
2940
9820
5000
840
1000
5000
1.5.6. Các máy điện quay
Tương tự như máy biến áp, các máy điện quay có sự tăng nhiệt độ do tổn thất sắt và tổn thất đồng tại các tần số điều hoà. Các thành phần điều hoà cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất máy, mômen tạo nên sự rung lắc, và tiếng ồn.
Theo tiêu chuẩn của IEEE 519-1992 đối với động cơ giới hạn 5% THD và 3 % cho từng loại sóng hài. Hiện tượng quá nhiệt sẽ bắt đầu khi sự sai lệch điện áp từ 8 đến 10% hay cao hơn. Sự sai lệch này phải có biện pháp khắc phục mới kéo dài được tuổi thọ của động cơ. Các động cơ mắc song song với trở kháng của hệ thống thì phải lưu ý đến các thành phần sóng hài cũng như hiện tượng dịch chuyển điểm cộng hưởng song song do giảm cảm kháng của mạng. Điều này gây bất lợi cho hệ thống hay không còn phụ thuộc vào điểm cộng hưởng trước khi đóng điện cho động cơ. Các động cơ này có khả năng làm giảm bớt sự tác động của các thành phần sóng hài và điều này phụ thuộc vào tỉ số X/R của roto. Nếu hệ thống có nhiều động cơ loại nhỏ có tỉ số X/R nhỏ thì có thể giúp giảm hiện tượng cộng hưởng sóng hài.
1.5.7. Các thiết bị đo
Đo lường và trang bị các công cụ đo bị ảnh hưởng bởi các phần tử điều hòa, đặc biệt nếu các điều kiện cộng hưởng tồn tại dẫn đến các điện áp điều hòa cao trong bộ. Các thiết bị có đĩa cảm ứng như các điện kế và các rơle quá dòng thông thường chỉ làm việc với dòng cơ bản, nhưng pha không cân bằng gây nên sự méo của các điều hòa tạo lên sự sai số cho các thiết bị này. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, cả sai số dương điều có thể xảy ra với sự hiện diện của sự méo điều hòa tùy theo loại của đồng hồ được xem xét các sóng hài. Nói chung độ làm méo phải lớn (>20%) thì các sai số đáng kể mới được phát hiện.
1.5.8 Các role bảo vệ
Các sóng hài hệ thống ảnh hưởng đến các role bằng nhiều cách làm cho role có thể tác động sai. Các role làm việc phụ thuộc vào đỉnh của điện áp và dòng điện, hay các điểm không của điện áp trong vận hành. Do vậy chúng bị ảnh hưởng trực tiếp bởi sự méo của các điều hòa. Sự hiện diện quá mức của dòng điện điều hòa bậc ba có thể làm cho các role bảo vệ chạm đất tác động sai.
Các role được chế tạo có khuynh hướng vận hành ở các giá trị chậm hơn hay các giá trị tác động cao hơn.
Các role tĩnh tần số thấp nhạy cảm đối với những thay đổi lớn của các đặc tính vận hành.
Tùy theo nhà sản xuất, các role quá dòng và qua điện áp được bố trí nhiều loại khác nhau về đặc tính vận hành.
Tùy theo hàm lượng sóng hài, các momem quay của các role có thể bị đảo ngược.
Số lần vận hành có thể thay đổi lớn như là một hàm số của tần số.
Các sóng hài có thể làm suy yếu sự vận hành tốc độ cao của các role so lệch.
Nói chung các mức điều hòa làm cho các role vận hành sai lớn hơn các mức được xem xét để hạn chế cho các thiết bị khác. Các mức điều hòa khoảng 10 đến 40% thông thường được yêu cầu đối với việc vận hành role, trừ các tình huống không bình thường.
1.5.9. Thiết bị điện tử công suất
Thiết bị điện tử trong nhiều trường hợp ngoài là nguồn đáng kể của các dòng điều hoà thì nó cũng rất dễ bị vận hành sai do sự làm méo các sóng hài. Thiết bị này thường phụ thuộc vào sự xác định chính xác điện áp qua điểm không hay điểm mà tại đó một điện áp dây trở nên lớn hơn điện áp dây khác. Cả hai điểm này là điểm tới hạn của nhiều loại điều khiển mạch điện tử và vận hành sai.
Chương II
giải pháp hạn chế sóng hài đi sâu tìm hiểu bộ lọc tích cực song song
2.1. Giảm lượng sóng hài do tải phát ra
Rất khó có thể loại bỏ các tải phát ra sóng hài mà thay vào đó ta có thể sử dụng chúng như sau: máy biến áp quá kích từ có thể đặt lại chế độ hoạt động bình thường bằng cách hạ điện áp đặt vào đến điện áp định mức, các thiết bị hồ quang và hầu hết các bộ nghịch lưu nên được thiết lập hoạt động theo như đặc tính thiết kế của chúng.
2.1.1. Cách ly phụ tải
Cách ly phụ tải hay nhóm phụ tải gây sóng hài bằng cách nhóm các phụ tải phi tuyến với nhau như hình 2.1
Source
AC
Sensitive
Line impedances
Non-linear
Load 2
Non-linear
Load 1
No
Yes
Hình 2.1 Cách ly phụ tải gây ô nhiễm sóng hài
2.1.2. Dùng biến áp riêng
Dùng biến áp riêng cho phụ tải có đặc tính phi tuyến và phụ tải có đặc tính tuyến tính.
Linear
Load 2
Non-linear
Load 1
MV
network
Hình 2.2 Dùng biến áp riêng
Dùng các máy biến áp có đấu dây đặc biệt
Dùng các máy biến áp có đấu dây đặc biệt đấu Y/D, đấu Zig- zag...
Hình 2.3 Dùng cách đấu dây đặc biệt
2.2. Thực hiện lắp các bộ lọc sóng hài
Các bộ lọc thụ động song song tạ...