7. Hài

7.1. Mô tả hiện tượng và nguồn nhiễu

Thành phần hài ở dòng điện đường dây chủ yếu phát ra theo các cách được mô tả trong các điều dưới đây; các đặc tính tải bổ sung được thể hiện trong Phụ lục A.

7.1.1. Đóng cắt dòng điện đường dây với tần số đường dây hoặc bội số của tần số đường dây bằng thiết bị đóng cắt điện tử, ví dụ như bộ chuyển đổi bán dẫn

Chức năng này có thể điều khiển được nếu là thyristor hoặc không điều khiển được nếu là điốt. Chức năng này trong hầu hết các trường hợp, đạt được bằng cách đóng cắt theo chu kỳ một dãy nối tiếp trở kháng và nguồn điện áp hoặc từ pha sang pha. Về nguyên tắc, ba đặc tính phát sinh hài trong bộ chuyển đổi có thể do:

a) Tải được đóng hoặc cắt theo chu kỳ, ví dụ, bộ đóng cắt điều khiển xoay chiều đóng điện cho tải của nó ở các góc pha rời rạc rồi cắt điện khi dòng điện giảm về 0. Hình 1a chỉ ra bố trí theo sơ đồ. Biên độ và góc pha của dòng điện hài tùy thuộc vào góc mà tại đó điện áp đường dây được nối với tải, phụ thuộc vào chênh lệch giữa điện áp đường dây và điện áp tải, và kết quả nối nối tiếp của tải với trở kháng đường dây.

Các ứng dụng điển hình là:

· gia nhiệt, hàn, nấu chảy;

· cung cấp điện áp một chiều lớn cho máy ngưng tụ tĩnh điện hoặc van truyền;

...

...

...

· bộ bù công suất phản kháng tỉnh;

· bộ khởi động động cơ xoay chiều.

b) Dòng điện đưa vào được đóng cắt theo chu kỳ từ pha sang pha (điện cảm một chiều cao). Hình 1b thể hiện sơ đồ bố trí.

Thiết bị điển hình theo phân loại này là:

· bộ chuyển đổi cấp điện cho tải một chiều (như bộ truyền động bằng điện một chiều; bộ cấp nguồn một chiều cho xe kéo quá trình điện hóa và điện nhiệt; kích thích bằng điện một chiều cho cuộn dây máy điện hoặc nam châm; bộ chuyển đổi cho máy hàn một chiều);

· bộ chuyển đổi có tuyến một chiều (ví dụ, bộ truyền động xoay chiều có bộ chuyển đổi nguồn dòng (CSI) hoặc bộ chuyển đổi tầng dưới đồng bộ; nguồn một chiều dùng cho bộ chuyển đổi trung tần cấp điện để làm nóng đỏ kim loại hoặc lò cảm ứng);

· bộ chuyển đổi hai chiều, bộ chuyển đổi vòng tròn (ví dụ, bộ truyền động bằng điện xoay chiều, cung cấp tần số thấp để làm nóng chảy và tinh chế bằng điện nhiệt) như chỉ ra trong Hình A.7 của Phụ lục A.

c) Điện áp một chiều được đóng và cắt theo chu kỳ vào đường dây qua các trở kháng. Bộ chuyển đổi được nối với đường dây ba pha được đóng cắt ở phía một chiều ở các góc pha rời rạc từ pha sang pha có độ tự cảm một chiều thấp. Hình 1b chỉ ra mạch điện tương đương. Dòng điện hài sinh ra tương ứng với dòng điện hài của bộ điều khiển xoay chiều. ở đây, dòng điện giảm về 0 được bắt đầu tại thời điểm muộn nhất là lúc đóng chuyển mạch của pha tiếp theo hoặc xảy ra trước đó trong trường hợp dòng điện thấp hoặc độ tự cảm một chiều thấp, vì cực tính của điện áp đang giảm lúc đó.

Thiết bị điển hình trong loại này là:

...

...

...

· bộ chuyển đổi tự đổi chiều (bộ chuyển đổi dùng cho các bộ truyền động và bộ bù không yêu cầu công suất phản kháng hoặc bù).

7.1.2. Trở kháng không tuyến tính ví dụ như điện trở phụ thuộc dòng điện

(xem Hình 1c)

Thiết bị điển hình trong loại này là:

· lò hồ quang (hồ quang xoay chiều để làm nóng chảy kim loại và luyện kim);

· máy hàn xoay chiều (hàn hồ quang được cấp điện qua máy biến áp điện kháng cao);

· bóng đèn huỳnh quang, bóng đèn phóng điện qua chất khí trong phần lớn các ứng dụng dùng cho chiếu sáng.

7.1.3. Đóng điện cho cuộn cảm bão hòa (ví dụ, đóng điện cho động cơ cảm ứng hoặc máy biến áp)

Bão hòa từ có thể gây ra thành phần dòng điện quá độ. Đóng mạch cộng hưởng có điện cảm và điện dung dao động quá độ vào lưới điện (ví dụ, khi đóng điện cho bộ lọc hoặc tụ điện, các dao động quá độ được tạo ra giữa điện dung của bộ lọc và các điện cảm của bộ lọc với đường dây). Hình 1c chỉ ra mạch điện tương đương.

...

...

...

Dải dữ liệu phát xạ điển hình được thể hiện trong Phụ lục A dùng cho hầu hết các phụ tải có phát sinh dòng điện hài đường dây. Chúng được đưa ra chỉ để hướng dẫn. Các dữ liệu tin cậy để đánh giá nhiễu cần có được từ nhà chế tạo dựa trên các tham số thiết kế thực tế và bằng thực nghiệm với thiết bị tương tự.

7.3. Ảnh hưởng của các điều kiện làm việc và lắp đặt đến phát xạ

Để có kết quả phát xạ của một số tải (ví dụ như bộ chuyển đổi), cần ước tính tổng giá trị và góc pha của dòng điện hài. Cách đấu nối bộ chuyển đổi và máy biến áp (nếu có), cũng như điều kiện tải đồng bộ và đồng nhất đối với bộ chuyển đổi, hoặc hoạt động ngẫu nhiên của chúng, phải được xem xét; vấn đề này được đề cập ở 6.4.

Nhiễu trong hệ thống cung cấp có thể được xác định bằng sự xuất hiện của các thành phần hài trong điện áp đường dây nhận được từ điện áp rơi do có dòng điện hài chạy qua trở kháng đường dây. Trở kháng đường dây này được xác định bằng cách nối song song và nối tiếp tất cả các trở kháng với lưới cao áp xếp chồng, và với tất cả các tải, thành phần bù và thành phần lọc, giả sử các giá trị này áp dụng cho tần số tương ứng (xem Hình 2a). Do đó, phải nhận biết và tính đến sự cộng hưởng có thể có. Các thông tin bổ sung được nêu trong Phụ lục B.

7.4. Tổng các hài

Khi một số thiết bị sinh ra dòng điện hài có trong cùng một khu công nghiệp thì dòng điện hài trong đường dây, và điện áp hài tại các điểm liên quan (IPC hoặc PCC) phụ thuộc vào hiệu ứng xếp chồng do chênh lệch về biên độ và góc pha của dòng điện phát ra từ các nguồn khác nhau.

Tính toán chính xác điện áp hài thu được (tổng véctơ) bị hạn chế ở một số trường hợp đặc biệt. Tính tổng đại số của các phần đóng góp từ từng nguồn hài có thể thể hiện trường hợp xấu nhất nhưng phương pháp này thường dẫn đến các giá trị cao không thực tế, đặc biệt là ở các bậc hài cao.

Ứớc lượng gần đúng là thích hợp cho hầu hết các trường hợp. Có một số phương pháp ước lượng gần đúng đối với các hài thu được, xem [4], [5] và [6] trong Phụ lục E về các tài liệu liên quan.

7.4.1. Điện áp hài tại điểm liên quan

...

...

...

U_h = U_ho + SU_hi                                                               (1)

trong đó

U_ho        là điện áp hài bậc h của lưới cung cấp không xét đến ảnh hưởng của các nguồn liên quan (nhiễu nền);

U_hi        là điện áp hài bậc h sinh ra do nguồn i đưa vào.

Giả thiết là tất cả các trở kháng truyền giữa điểm nối của các nguồn gây nhiễu và điểm liên quan là bằng nhau đối với tất cả các nguồn gây nhiễu (xem Hình 2b); Uh thu được từ:

U_h = U_ho + Z _h S I_hi                                                          (2)

trong đó

Z_h         là trở kháng hài tương đương nhìn từ điểm liên quan.

7.4.2. Tổng điện áp hài

...

...

...

Vấn đề tính tổng xuất hiện khi nghiên cứu cách nối một phụ tải công nghiệp mới có tạo ra hài, vì mức phát xạ có thể là hậu quả của dạng thức này nên các hài sẽ cộng thêm vào các hài phát ra từ các tải đang có sẵn và tải sẽ có khác. Vì thiếu thông tin và tính biến thiên vốn có liên quan đến tất cả các tải riêng rẽ phát ra hài dẫn đến cho nên phải sử dụng phương pháp thống kê để ước tính vectơ hài thu được. ở phương pháp này, mỗi nguồn hài được thể hiện bằng vectơ biến thiên theo thời gian ngẫu nhiên. Cả độ lớn và góc pha của các vectơ này được mô hình bằng luật phân bố.

Để thu được qui tắc đơn giản cho các ứng dụng thực tế, chấp nhận hệ số đa dạng K:

                                                       (3)

K được xác định là tỉ số giữa tổng vectơ (thực tế hoặc có thể) và tổng đại số của phần đóng góp riêng rẽ của tất cả các nguồn hài. Phần đóng góp này là do phát xạ liên quan đến đặc tính thiết kế vận hành của thiết bị liên quan.

Với sự hỗ trợ của hệ số đa dạng K, nhiễu tổng U_h có thể được tính như sau:

|U_h| » |U_ho| + KS|U_hi|                                            (4)

Giá trị của hệ số đa dạng có ảnh hưởng lẫn nhau do:

- loại tải gây nhiễu, ví dụ trong trường hợp bộ chuyển đổi;

· bộ chuyển đổi có điều khiển hoặc không điều khiển;

...

...

...

· loại tải (thuần trở, điện cảm, động cơ);

· số lượng bộ chuyển đổi làm việc đồng thời;

- kiểu hoạt động của các nguồn nhiễu khác nhau (các chu kỳ công suất phối hợp, hoặc độc lập với nhau);

- tính biến thiên của tải;

- bậc của hài cần xem xét.

7.4.2.2. Ứng dụng thực tế của việc ước tính

Hai phương pháp tính hệ số đa dạng K được đề xuất, tùy thuộc vào hiểu biết về phân bố hài của tất cả các thiết bị trong mạng lưới công nghiệp, và độ chính xác yêu cầu của điện áp hài thu được tại điểm liên quan. Cụ thể, phương pháp 1 đề cập đến các nhóm thiết bị đặc biệt, trong khi phương pháp 2 đề cập đến toàn bộ việc xem xét thống kê.

Phương pháp 1

Phương pháp này đưa ra các hệ số đa dạng có thể áp dụng. Phương pháp này được coi là tốt để ước tính gần đúng sơ bộ hoặc để nhận biết được giá trị điện áp hài ở điểm liên quan, với khoảng dư an toàn đáng kể liên quan đến mức tương thích. Phương pháp này áp dụng cho các hài bậc thấp h £ 7.

...

...

...

                                                    (5)

Trong một khu công nghiệp có thể có một số K_i khác nhau.

Dựa vào [13] của Phụ lục E, hệ số đa dạng K_i dùng cho các tải riêng rẽ và đối với các bậc hài khác nhau được cho trong Bảng 2.

Bảng 2 - Hệ số đa dạng K_i dùng cho các giá trị khác nhau x và các bậc của hài, x là tỷ số giữa tải của thiết bị cần xem xét và tải gây nhiễu tổng của khu công nghiệp

h

3

5

7

11

...

...

...

> 15

x < 0,05

0,6

0,5

0,3

0,2

0,2

0,1

x = 0,1

...

...

...

0,7

0,6

0,4

0,4

0,3

x = 0,2

0,9

0,8

0,7

...

...

...

0,6

0,5

x > 0,5

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

1,0

...

...

...

Ngoài ra, nếu bộ chỉnh lưu không điều khiển có cùng chu kỳ tải thì K_i = 1,0.

Hệ số đa dạng trong bảng đã tính đến sự biến thiên tăng lên của góc pha Df theo các hài bậc cao hơn (xem các con số liên quan đến phương pháp 2).

Phương pháp 2

Phương pháp này dựa trên cơ sở phương pháp thống kê, thừa nhận mức tương thích đã được đáp ứng với xác suất 95 % hoặc cao hơn.

Hiểu biết nhất định liên quan đến sự biến thiên về độ lớn và góc pha của các phần đóng góp hài riêng rẽ đòi hỏi:

                                                   (6)

trong đó

S(U_hi (p)) là tổng vectơ thống kê có xác suất không quá 95 %.

Hệ số đa dạng K phụ thuộc vào sự biến thiên độ lớn và góc pha của các điện áp hài và số nguồn N thu được từ phương pháp [4] của Phụ lục E:

...

...

...

Các giá trị liên quan điển hình đối với a và b được cho trong Bảng 3 dưới đây; chúng được áp dụng cho các giá trị có xác suất không vượt quá 95 %:

Bảng 3 - Giá trị a và b áp dụng đối với phân bố thống kê đồng nhất về biên độ và góc pha.

Biên độ lớn nhất đều bằng nhau

Dải phân bố góc pha

Dải phân bố độ lớn

N = 2

N > 2

∆f

∆U/U_max

...

...

...

a

b

a

0 - 360

0 - 1

1,0

2,0

1,0

2,0

...

...

...

1,3

2,0

1,3

2,0

1

1,0

1,0

1,7

2,0

...

...

...

0 - 1

0,9

1,6

0,9

1,6

0,5 - 1

1,0

1,4

1,0

...

...

...

1

1,0

1,0

1,3

1,4

0 - 180

0 - 1

0,8

1,3

...

...

...

1,3

0,5 - 1

0,9

1,2

0,9

1,2

1

1,0

1,0

...

...

...

1,2

0 - 90

0 - 1

0,9

1,2

0,9

1,2

0,5 - 1

0,9

...

...

...

0,9

1,1

1

1,0

1,0

1,0

1,0

CHÚ THÍCH: Công thức nêu trên chỉ có thể được sử dụng khi không có nguồn hài nào tạo ra lớn hơn 50 % tổng đại số của điện áp hài cần xét. Nếu không, xem phương pháp 1.

Thông thường áp dụng các yêu cầu dưới đây:

...

...

...

· hài bậc 11 và 13 góc pha đến 270^o

· hài bậc cao hơn 13 góc pha đến 360^o

Đối với các vectơ có độ lớn tối đa khác nhau, có thể sử dụng các hệ số có độ chính xác thích hợp. Nếu kết quả vượt quá tổng đại số thì sử dụng tổng đại số thay thế. Trong các trường hợp đặc biệt, khi kết quả có thể thấp hơn các thành phần riêng rẽ lớn nhất thì áp dụng thành phần riêng rẽ lớn nhất đó.

Nếu trong một trạm, một số bộ chuyển đổi được nối qua máy biến áp dịch pha (nhóm Y/D) và một số bộ chuyển đổi khác nối qua máy biến áp không dịch pha (nhóm Y/Y hoặc D/D); các dòng điện hài bậc 5 và bậc 7 phát ra có xu hướng được bỏ qua, với điều kiện là các bộ chuyển đổi làm việc trong các điều kiện giống nhau.

8. Hài trung gian

8.1. Nguồn dòng điện và điện áp hài trung gian

Phần lớn điện áp và dòng điện hài trung gian ở hệ thống cung cấp điện được phát ra từ bộ chuyển đổi tần số tỉnh. Máy điện quay không có bộ chuyển đổi cũng phát ra điện áp hài trung gian nhưng liên quan đến bộ chuyển đổi sinh ra các hài trung gian, độ lớn của chúng là không đáng kể và được bỏ qua. Việc đưa các điện áp hài trung gian dự kiến vào lưới điện, ví dụ để điều khiển nhấp nhô, không được đề cập tại đây vì phát xạ đã biết hoàn toàn.

Cơ chế phát tần số hài trung gian tùy thuộc vào loại bộ chuyển đổi. Bảng 4 đưa ra tổng quan về các ứng dụng phổ biến của bộ chuyển đổi tần số tỉnh hoạt động như các nguồn hài trung gian.

Bảng 4 - Tổng quan về dòng điện hài trung gian phát ra từ bộ chuyển đổi

...

...

...

ứng dụng điển hình

Phía nguồn

Phía tải

Bộ chuyển đổi đảo mạch đường dây và có tuyến một chiều

Bộ nghịch lưu có đảo mạch đường dây

Bộ truyền động có tốc độ thay đổi, trao đổi công suất giữa các mạng lưới, tầng dưới đồng bộ

Bộ nghịch lưu tự đảo mạch

Bộ truyền động có tốc độ thay đổi, UPS

Bộ nghịch lưu cộng hưởng

...

...

...

Bộ chuyển đổi tự đảo mạch và có tuyến một chiều

Bộ truyền động có tốc độ thay đổi

Lưu giữ năng lượng

Bộ chuyển đổi trực tiếp (bộ biến đổi vòng tròn)

Chuyển đổi tần số dùng cho xe kéo và cho quá trình điện nhiệt, tầng siêu đồng bộ, truyền động có tốc độ thay đổi ở tốc độ quay thấp

Lò hồ quang xoay chiều cũng là nguồn hài trung gian. Ngoài ra, bất kỳ bộ chuyển đổi hoặc thiết bị không tuyến tính nào trong điều kiện làm việc không tỉnh tại đều có thể tạo ra dòng điện hài trung gian.

8.2. Dòng điện đường dây có hài trung gian của bộ chuyển đổi gián tiếp

Bộ chuyển đổi gián tiếp gồm có bộ chuyển đổi có đảo mạch đường dây ở phía nguồn cung cấp xoay chiều nối qua tuyến một chiều đến bộ chuyển đổi thứ hai, là bộ chuyển đổi động cơ, hoặc bộ chuyển đổi cộng hưởng hoặc bộ chuyển đổi tự đảo mạch.

...

...

...

f_lh = n p_L f_L

và

f_lh = k p_A f_A

(8)

trong đó

f_lh         là tần số của thành phần hài trong dòng điện của tuyến trung gian (Hz)

p_L         là số lượng xung của bộ chuyển đổi ở phía nguồn xoay chiều

f_L          là tần số đường dây (Hz)

n, k       là số nguyên 0, 1, 2, 3...

...

...

...

f_A          là tần số phía tải (Hz); khi tải là động cơ thì tần số này liên quan đến tốc độ thực của

động cơ.

Ở trạng thái ổn định, tần số dòng điện đường dây là:

f_hh = f_L (1 ± n p_L) ± kp_A f_A                                                (9)

trong đó

f_hh         là thành phần tần số dòng điện đường dây (Hz)

Khi k = 0 (ứng với thành phần một chiều trong dòng điện của tuyến một chiều), công thức này cho đặc tính hài theo dòng điện đường dây. Với k khác 0, công thức này cho các tần số hài trung gian.

Tần số hài trung gian có biên độ lớn nhất là:

f_mh = (f_L ± p_A f_A)                                                                         (10)

...

...

...

Phụ lục C đưa ra công thức cần áp dụng vào ước tính gần đúng sơ bộ đối với dòng điện hài trung gian và cũng là ví dụ về ứng dụng của Hình 3b.

Nhà chế tạo có thể cung cấp các thông tin cụ thể hơn.

8.3. Dòng điện hài trung gian phát ra từ bộ chuyển đổi trực tiếp

Bộ chuyển đổi trực tiếp là bộ thay đổi tần số không có tuyến trung gian và không có cơ cấu lưu giữ năng lượng. Bộ chuyển đổi này chuyển đổi tần số đường dây thành dải tần từ 0 (một chiều) đến khoảng 40 % tần số đường dây.

Bộ chuyển đổi ba pha sang ba pha, gọi là bộ chuyển đổi vòng tròn, điều khiển cả tần số và biên độ điện áp. ứng dụng chính của bộ chuyển đổi này là điều khiển tốc độ của máy điện quay ba pha cỡ lớn nhờ điều khiển tổng năng lượng truyền hoặc bằng cách điều khiển truyền năng lượng kiểu trượt của hệ truyền động. Trong trường hợp thứ hai, bộ chuyển đổi được nối với động cơ cảm ứng qua các vòng trượt, bộ điều khiển tốc độ bị giới hạn đến phạm vi sát với tốc độ đồng bộ (tầng của bộ chuyển đổi vòng tròn).

Sự chuyển đổi trực tiếp từ ba pha sang một pha được sử dụng trong các ứng dụng điển hình như các tuyến giữa hệ thống cung cấp điện công cộng và hệ thống cung cấp cho phương tiện đường sắt một pha, hoặc hệ thống cung cấp điện xoay chiều cho một số qui trình luyện kim cần tần số rất thấp. Phổ của dòng điện cung cấp bị chi phối bởi đặc tính của các hài:

f_ch = (1 ± np_L) fL                                                             (11)

Ngoài ra, tồn tại các tần số biên.

Các tần số này được cho bởi:

...

...

...

f_hh = f_ch ± 6k f_A   trong trường hợp phụ tải ba pha (bộ chuyển đổi vòng tròn, xem Hình 4);

f_ch                     các tần số đặc trưng theo số lượng xung của bộ chuyển đổi nguồn cung cấp;

f_A                      tần số đầu ra của bộ chuyển đổi vòng tròn.

Hình 4, 5 và 6 chỉ ra ảnh hưởng của các tham số phụ tải khác nhau, như:

- tần số phụ tải thấp và cao;

- bố trí 6 xung và 12 xung.

Biên độ của dòng điện hài phụ thuộc nhiều vào:

- dòng điện phụ tải;

- hệ số công suất phụ tải;

...

...

...

- kiểu điều khiển của bộ chuyển đổi, ví dụ, điều khiển hình sin, điều khiển hình thang, v.v...

8.4. Tầng dưới đồng bộ

Kiểu điều khiển kiểu trượt này, nhờ bộ chuyển đổi gián tiếp đơn giản, được sử dụng để điều chỉnh tốc độ của động cơ cảm ứng trong dải công suất trung bình, và trong dải tốc độ xấp xỉ từ 60 % đến gần tốc độ hoàn toàn đồng bộ. Cuộn dây rôto truyền năng lượng (qua một bộ chỉnh lưu, tuyến một chiều và bộ nghịch lưu) trở về nguồn cung cấp xoay chiều. Dòng điện hài do bộ chỉnh lưu và bộ nghịch lưu phát ra chạy vào mạng lưới cung cấp. Ngoài ra, dòng điện hài phát ra từ các bộ chỉnh lưu ở phía rôto và được chuyển đổi tần số do cuộn dây quay.

Hình 7 thể hiện các tần số phát ra trong dòng điện đường dây là hàm của tốc độ. Các công thức dưới đây gồm có:

f_hh = (1 ± k s p_r) f_L                                  phần đóng góp của stato

và

f_hh = (1 ± n p_L ± s p_r) f_L                           phần đóng góp của rôto

                                                       (12)

trong đó

...

...

...

p_r         là số lượng xung của bộ chỉnh lưu phía rôto p_r = 6;

u_s         là tốc độ đồng bộ;

u_A         là tốc độ thực;

s          là hệ số trượt.

Hình 8 thể hiện một ví dụ về tầng siêu đồng bộ và tầng dưới đồng bộ, trong đó năng lượng trượt được điều khiển bởi bộ chuyển đổi vòng tròn.

8.5. Bộ chuyển đổi tự đảo mạch phía đường dây

Điện áp hoặc dòng điện hài trung gian có thể được tạo ra nếu tần số phách không phải là số nguyên lần của tần số đường dây.

8.6. Lò hồ quang

Lò hồ quang xoay chiều phát ra tần số hài và tần số hài trung gian. Trong khi bộ chuyển đổi phát ra phổ tần số rời rạc thì lò hồ quang phát ra phổ liên tục. Trong trường hợp đó, mật độ phổ hài cần được quan tâm.

...

...

...

8.7. Tính tổng các thành phần tần số hài trung gian

Chỉ trong các trường hợp ngoại lệ, và trong thời gian ngắn thì các thành phần hài trung gian có cùng tần số; do đó, việc tính tổng các hài trung gian chỉ có thể thực hiện trong các trường hợp ngoại lệ này.

9. Mất cân bằng ba pha

9.1. Mô tả nguồn nhiễu

9.1.1. Yêu cầu chung

Điện áp ba pha không cân bằng xuất hiện khi phụ tải không cân bằng được nối vào hệ thống điện. Phụ tải không cân bằng có dòng điện khác nhau về độ lớn hoặc pha ở cả ba pha.

Tải, ví dụ như động cơ xoay chiều ba pha, máy phát và bộ chuyển đổi, về nguyên tắc, không góp phần vào sự mất cân bằng trong quá trình hoạt động bình thường. Tuy nhiên, có thể xảy ra mất cân bằng nhỏ, do thiết kế không hoàn hảo nhưng điều này thường được bỏ qua và không thể tính bằng quy tắc chung.

Điện áp không cân bằng cũng có thể do dòng điện đối xứng trong hệ thống điện có trở kháng đường dây không cân bằng, nhưng điều này nằm ngoài phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn này.

Trong trường hợp chung, có thể xuất hiện hài không cân bằng nhưng điều này không được xử lý ở đây. Phần này chỉ đề cập đến sự mất cân bằng điện áp cơ bản và dòng điện.

...

...

...

Tất cả các phụ tải một pha, hoặc nối pha-trung tính hoặc pha-pha, đều gây mất cân bằng. Các ví dụ điển hình là:

- thiết bị gia nhiệt;

- hệ thống chiếu sáng;

- bộ chuyển đổi và bộ chỉnh lưu một pha;

- bộ điều khiển xoay chiều;

- thiết bị dùng cho xe kéo dùng điện xoay chiều;

- máy hàn.

Để giảm sự mất cân bằng tổng, các tải này cần được phân phối càng đồng đều càng tốt trên ba pha. Lò hồ quang, ngay cả nếu chúng là thiết bị ba pha, cũng đại diện cho thiết bị gây mất cân bằng lớn.

9.2. Đặc tính phát xạ

...

...

...

Hệ thống không cân bằng, có sử dụng các thành phần đối xứng, có thể được chia làm ba thành phần: thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không.

CHÚ THÍCH: Thành phần thứ tự không nằm ngoài phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn này. Chúng không ảnh hưởng đến các tải được nối giữa các pha.

Thành phần thứ tự không có thể có trong điện áp pha-đất của bất kỳ hệ thống nào. Chúng có thể tồn tại trong dòng điện đường dây ngay cả khi hệ thống không có sẵn điểm trung tính; dòng điện có thể chạy xuống đất qua điện dung pha-đất.

9.2.2 Đánh giá dòng điện thứ tự nghịch

Việc tính thành phần dòng điện thứ tự nghịch là như nhau đối với các tải một pha kể trên, riêng rẽ hoặc phối hợp. Với điện áp không tải của pha A, là hướng chuẩn cho tất cả các góc pha, công thức sau đây có thể sử dụng để xác định dòng điện thứ tự nghịch thu được, nếu độ lớn và độ lệch pha của dòng điện riêng rẽ trong ba pha, A, B và C, đã biết.

a) Tải ba pha nối pha-trung tính

                           (13)

b) Tải ba pha nối pha-pha

                            (14)

...

...

...

                                                     (15)

Để có thêm chi tiết, xem Phụ lục D.

9.2.3. Đánh giá điện áp thứ tự nghịch

Phần đóng góp vào điện áp thứ tự nghịch từ phụ tải có thể được tính như sau:

U _neg = I _neg Z _neg                                                 (16)

Trở kháng thứ tự nghịch, có thể lấy bằng với trở kháng thứ tự thuận của mạng lưới; điều này liên quan đến trở kháng cận quá độ của máy điện quay.

Công thức trên có thể chuyển thành:

                                                      (17)

trong đó

...

...

...

I_neg        là dòng điện thứ tự nghịch;

I_sc         là dòng điện ngắn mạch ba pha tại IPC.

9.3. Tính tổng của một số nguồn

Dòng điện thứ tự nghịch thu được từ các tải không cân bằng khi làm việc ở trạng thái ổn định có thể được tính bằng cách sử dụng công thức cho trong 6.4.

Nếu tải biến đổi, về độ lớn và pha, thì các qui luật tính tổng thống kê tương tự như đối với các hài có thể được sử dụng. Thực tế, thành phần thứ tự nghịch có thể được xem là thành phần hài có bậc số 1. Do đó, nếu sử dụng phương pháp 1 thì các giá trị xấp xỉ đối với K là tương tự với các giá trị của bậc 3 trong Bảng 2.

10. Thay đổi điện áp, chập chờn và sụt áp

10.1. Thay đổi điện áp

10.1.1. Yêu cầu chung

Thay đổi điện áp là do có sự thay đổi dòng điện phản kháng và dòng điện tác dụng đi qua phụ tải được nối với mạng điện và do đó gây ra sự thay đổi điện áp rơi trên trở kháng mạng lưới (xem Hình 10).

...

...

...

Nói chung, điện áp duy trì ở trạng thái ổn định với khối lượng tải đã có.

Sự thay đổi riêng rẽ hoặc phát xạ được giới hạn sao cho điện áp làm việc ở trạng thái ổn định U_C duy trì trong phạm vi dãy điện áp được thỏa thuận (Hình 11) để có tính năng đúng của tất cả các ứng dụng nối với IPC hoặc PCC.

Thay đổi động học lớn tương đối DI gây ra DU_C, do đấu nối hoặc ngắt tải lớn tương đối, hoặc thay đổi lớn trở kháng tải, ví dụ như với hoạt động khởi động động cơ hoặc hoạt động của lò hồ quang, ngay cả trong phạm vi dải điện áp đã thỏa thuận, được xem là hiện tượng nhiễu.

Thay đổi điện áp tương đối được xem xét dưới đây.

10.1.2. Ví dụ về tải gây ra sự thay đổi điện áp lớn tương đối

Các ví dụ điển hình là:

- hoạt động của lò hồ quang;

- hoạt động của máy hàn;

- khởi động động cơ;

...

...

...

Hình 11 chỉ ra việc khởi động động cơ có thể làm thay đổi điện áp làm việc như thế nào. Việc khởi động một số động cơ cũng có thể được thể hiện bằng hình vẽ tương tự với tổng vectơ của các dòng điện khởi động riêng rẽ.

10.1.3. Đánh giá thay đổi điện áp động hoặc thay đổi điện áp tương đối do tải đơn lẻ tại điểm ghép nối

Có thể đánh giá đơn giản sự thay đổi điện áp như sau (xem Hình 11):

DI = DI_p - jDI_q                              thay đổi dòng điện

Z_L = R_L + jX_L                              trở kháng mạng lưới                              (18)

Đối với các tải một pha và ba pha đối xứng:

∆U _dyn » ∆I _p R_L + ∆I _q X _L                                                 (19)

Giới hạn phát xạ tại IPC của môi trường loại 2 yêu cầu giới hạn của U_dyn /U_nom theo quy trình đánh giá chập chờn.

Giới hạn phát xạ tại IPC của môi trường loại 3 phải xem xét điện áp thực:

...

...

...

10.1.4. Tính tổng các biến động điện áp

Các quy tắc dưới đây áp dụng cho IPC trong môi trường loại 3 để xem xét sự có mặt của các nguồn nhiễu khác nhau;

- dòng điện tác dụng và dòng điện phản kháng trung bình của các tải biến động được cộng đại số, cho DU_c tương đương;

- thay đổi động học lớn nhất cho giá trị DU_dyn; trong một số trường hợp đặc biệt, chỉ cần xem xét sự trùng hợp của nhiễu.

                                          (21)

10.2. Chập chờn

10.2.1. Yêu cầu chung

Chập chờn là cảm giác chủ quan về biến động độ sáng và do tải thay đổi đột ngột gây ra từ:

- lò hồ quang;

...

...

...

- khởi động và dừng động cơ (nếu tần suất thay đổi điện áp tương đối nằm trong khoảng từ 0,1 đến 3 000 lần thay đổi trong một phút).

Mô tả chi tiết hiện tượng này được nêu trong hướng dẫn UIE [15] trích trong Phụ lục E.

10.2.2. Đánh giá phát xạ chập chờn

IEC 61000-3-3 nêu các phương pháp đánh giá bằng dụng cụ phân tích, mô phỏng và phép đo trực tiếp.

Các giới hạn của IEC 61000-3-3 và IEC 61000-3-5 là có hiệu lực đối với IPC trong môi trường loại 2 và PCC.

Vì IPC trong môi trường loại 3 không có tải chiếu sáng nên không yêu cầu đánh giá chập chờn. Khi áp dụng trong trường hợp ngược lại, thực hiện đánh giá chập chờn theo quy định của IPC trong môi trường loại 2.

10.3. Sụt áp

10.3.1. Yêu cầu chung

Sụt áp là sự sụt giảm đột ngột của điện áp tại một điểm trong hệ thống cung cấp điện, sau đó là sự phục hồi sau thời gian ngắn, từ nửa chu kỳ đến vài giây.

...

...

...

10.3.2. Đánh giá nhiễu

Phép thống kê phân loại liên quan đến độ sâu, thời gian và tần suất xuất hiện mỗi năm đối với mạng lưới cung cấp điện trung áp cho hộ dân cư là sẵn có đối với Châu âu. Thống kê từ hệ thống công nghiệp chưa sẵn có.

Dựa trên cơ sở thống kê ở trên, có thể đánh giá độ lớn của nhiễu trong các hệ thống công nghiệp.

Các thay đổi lớn đột ngột có thể được ước tính cho tất cả các điểm ghép nối như chỉ ra ở 9.2.

a) Bộ điều khiển xoay chiều, tải đóng cắt theo chu kỳ

b) Bộ chuyển đổi nối ba pha sơ đồ cầu (B6), điện áp một chiều U_d và dòng điện một chiều I_d, với trở kháng Z_d chuyển mạch theo chu kỳ từ pha đến pha

...

...

...

Hình 1 - Ví dụ về các bộ chuyển đổi hoặc phụ tải sinh ra dòng điện hài hoặc hài trung gian xoay chiều

Ví dụ về trở kháng Z:

Z_A = R_A + jh X_A              tải thụ động

Z_M = R_M + jh X_M             trở kháng rò của máy điện cảm ứng

Z_F = jh X_LF - jh^-1X_CF         điện kháng của bộ lọc

Z_T = R_T + jh X_T              trở kháng rò của máy biến áp

Z_C = - jh^-1X_C                   điện dung của cáp

Z_HV = jh X_HV                   điện kháng của lưới cao áp

...

...

...

Z_L= Z_A // Z_M // Z_F // (Z_T + (Z_C // Z_HV))

Ký hiệu // nghĩa là đấu nối song song; tất cả các trở kháng được qui về một mức điện áp và phụ thuộc vào bậc hài h.

nếu |Z_A| ññ |Z_L| và ∡ (Z_A, Z_L) < 120⁰

Hình 2b - Đánh giá điện áp hài thu được U_h tại điểm ghép nối bên trong khu công nghiệp IPC liên quan đến các nguồn dòng điện hài I_h1...I_hn, mức hài U_ho của nguồn cung cấp, trở kháng hài Z_A của phía tải và Z_L của phía nguồn cung cấp

Sơ đồ a) áp dụng cho nguồn cung cấp tần số 50 Hz

Sơ đồ b) áp dụng cho nguồn cung cấp tần số 60 Hz

...

...

...

Đường nét đứt áp dụng cho bộ chuyển đổi 6 xung và 12 xung

Hình 3 - Sơ đồ các tần số hài trong dòng điện đường dây I_hh của nguồn điện xoay chiều, được tạo ra bởi dòng điện hài I_ih trong tuyến một chiều. Tham số G là tỷ số giữa I_hh và I_ih.

A          tần số, tính bằng Héc

B          tải một pha pA = 2

C          tải ba pha pA = 6

Hình 4 - Tần số hài trung gian phát ra từ bộ chuyển đổi một chiều

f_L = 50 Hz, f_A = 2,5 Hz, p_L = 6

...

...

...

Hình 6 - Phép đo điện áp và dòng điện hài và hài trung gian tại điểm ghép nối chung và đầu nối 6 kV của máy biến áp. Hệ thống tương tự như trong Hình 5

a) Thành phần phổ trong dòng điện đường dây là hàm của hệ số trượt, hoặc của tỷ số tốc độ (1 s)

1) Thành phần tần số chung cho I_ase và I_con

2) Thành phần tần số chỉ cho I_ase

3) Thành phần tần số chỉ cho I_con

b) Sơ đồ đấu dây

...

...

...

Hình 8 - Dòng điện hài và dòng điện hài trung gian đo được trên tầng truyền động siêu đồng bộ/dưới đồng bộ

Hình 9 - Ví dụ về đường và phổ liên tục đối với lò hồ quang (biên độ Ih/ILN qui về dòng điện danh định của lò hồ quang là hàm của hài ở tần số 50 Hz, độ rộng băng tần 1 Hz)

Hình 10 - Thay đổi điện áp trạng thái ổn định và thay đổi điện áp động

DU_c: thay đổi điện áp trạng thái ổn định

DU_dyn: thay đổi điện áp động

...

...

...

PHỤ LỤC A

(tham khảo)

Phát xạ hài

A.1. Đặc tính phụ tải và phát xạ hài

Thời gian điển hình phụ thuộc vào các loại tải khác nhau và nhiễu chủ yếu được phát xạ như dưới đây.

- Nguồn cung cấp cho truyền động và xe kéo, các bộ biến đổi dùng cho lò hồ quang xoay chiều, dùng cho bộ biến đổi hàn một chiều, hình thành tải biến đổi từ trạng thái ổn định sang thay đổi thường xuyên cũng như thay đổi đột ngột. Dòng điện đỉnh có thể tăng đến ba lần dòng điện danh định. Bên cạnh dòng điện hài, biến động điện áp và các hài trung gian quá độ có thể được đưa vào.

- Một số các ứng dụng này tạo ra dòng điện ngắn hạn cao lặp lại, ví dụ như trong hàn chấm, hoặc phải chịu ngắn mạch tương đối thường xuyên trên phía tải, như trong bộ kết tủa, do đó gây ra biến động điện áp.

- Tải thay đổi chậm là các quá trình điện nhiệt dùng để luyện, gia nhiệt và kích thích máy điện hoặc cuộn dây nam châm phát xạ các dòng điện hài trong đó có đặt bộ chuyển đổi. Trong các trường hợp này, dòng điện danh định thường không bị vượt quá.

...

...

...

- Quá trình điện nhiệt sử dụng hồ quang ví dụ như trong lò hồ quang một chiều, máy hàn hoặc hàn nóng chảy là các tải thay đổi mạnh. Chúng tạo ra dải dòng điện hài và dòng điện hài trung gian, biến động điện áp và mất cân bằng, tất cả chuyển đổi ngẫu nhiên. Trong trường hợp hồ quang ngắn mạch, dòng điện có thể tăng từ 1,5 đến 2 lần giá trị danh định của nó.

- Bộ điều khiển xoay chiều như bộ bù tỉnh thường kết hợp với lò hồ quang để bù sự mất cân bằng và sự biến động công suất phản kháng. Ngoài ra, dòng điện hài và hài trung gian biến động mạnh cũng được đưa vào. Bộ điều khiển xoay chiều như bộ khởi động động cơ có thể tạo ra các hài cao quá độ.

- Đóng điện cho máy điện cảm ứng hoặc máy biến áp tạo ra các hài quá độ, sụt áp và mất cân bằng, đóng điện cho tụ điện hoặc bộ lọc tạo ra các dòng điện hài trung gian quá độ và sụt áp. Trong tất cả các trường hợp này, dòng điện đỉnh có thể lớn hơn nhiều đỉnh của giá trị danh định.

A.2. Dữ liệu phát xạ điển hình của bộ chuyển đổi

Dữ liệu cơ bản nằm trong IEC 60146-1 và IEC 60146-2.

Khi bắt đầu tiếp cận, cần áp dụng các xem xét dưới đây.

A.2.1. Bộ chuyển đổi ba pha sơ đồ cầu cấp điện cho tải một chiều trong đó dòng điện một chiều cảm ứng bằng phẳng, như chỉ ra trong Hình A.1a và A.2a.

Hầu hết các bộ chuyển đổi có điều khiển trong mạch ba pha sơ đồ cầu (B6) được sử dụng và hoạt động với dòng điện một chiều không gián đoạn, do đó, dải các giá trị của chúng đối với bố trí B6 là đã được đưa ra. Chúng phụ thuộc vào góc trễ của trigơ hoặc điện áp một chiều tương đối U_d/U_di, tỷ số ngắn mạch r và độ nhấp nhô của dòng điện một chiều. Mức độ bằng phẳng của dòng điện một chiều được biểu diễn bằng tỷ số:

trong đó

...

...

...

X_L là điện kháng phía xoay chiều trên mỗi pha ở tần số đường dây, kể cả điện kháng của đường dây và của máy biến áp hoặc cuộn kháng đổi chiều (xem Hình A.1 và A.3);

I_d là dòng điện một chiều (giá trị trung bình);

U_di là điện áp không tải một chiều lý tưởng tại a = 0.

                                                     (A.2)

trong đó

U_L là điện áp pha-pha thực tế (giá trị hiệu dụng);

U_d là điện áp một chiều thực tế (giá trị trung bình).

                                                 (A.3)

trong đó

...

...

...

d_x         là hệ số điều chỉnh điện áp một chiều cảm ứng.

                                          (A.4)

R_SC là tỷ số ngắn mạch, tỷ số của công suất ngắn mạch tại phía van, và công suất một chiều của bộ chuyển đổi ở điểm làm việc lý tưởng (a = 0).

trong đó

I_d6 là thành phần hài bậc 6 (giá trị hiệu dụng) của dòng điện nhấp nhô;

I₁ là thành phần cơ bản của dòng điện (giá trị hiệu dụng) của nguồn xoay chiều.

                                                       (A.6)

Với

...

...

...

h          là bậc hài, h = 6n ±1 = 1, 5, 7, 11, 13...;

n          là số tự nhiên, n = 0, 1, 2, 3...

Bỏ qua độ nhấp nhô của dòng điện một chiều (I_d6 = 0) và hiện tượng đảo chiều, dòng điện hài tương đối lên đến:

                                       (A.7)

Các yếu tố được bỏ qua gây ảnh hưởng đến các kết quả bởi độ lệch khỏi các công thức như dưới đây.

· Thành phần hài tương đối phía đường dây được chỉ ra trong Hình A.4a và A.4b với bậc hài h = 5 và 7 phụ thuộc vào góc trễ của trigơ a. Các tham số có độ bằng phẳng = 2, 0,4 và 0,1 với hệ số công suất ngắn mạch tương đối R_SC = 20 và 1. Các giá trị đối với các hài cao hơn được cho trong Bảng A.1, A.2 và A.3.

Đối với các giá trị chính xác có độ bằng phẳng > 2, xem IEC 60146-1-2, Hình 7.

· Ngắn mạch tương đối thấp hơn ở một chừng mực nào đó ít các thành phần hài hơn Ih/I1, do góc xếp chồng tăng.

· Với độ nhấp nhô của dòng một chiều tăng lên, tức là mức độ bằng phẳng thấp hơn, thành phần hài bậc 5 tương đối tăng đáng kể lớn hơn giá trị lý thuyết I₅/I₁ = 1/5. Đặc biệt, điều này áp dụng trong vận hành có dòng điện một chiều đập mạch. Do đó, thành phần tương đối của bậc 11 của dòng điện đường dây được tăng lên 1/11 trong trường bộ chuyển đổi 12 xung có hai mối nối B6 nối tiếp, nhưng gần bằng hằng số trong trường hợp hai mối nối B6 nối song song.

...

...

...

h ¹ 6 n ± 1                                             (A.8)

có thể xuất hiện vì sự mất cân bằng các điện áp pha, hoặc trở kháng hoặc góc trễ của trigơ.

· Hoạt động với 12 xung.

Trong trường hợp bố trí song song hoặc nối tiếp hai mối nối B6 được cấp điện với góc lệch pha 30^o và có tải cân bằng, các hài bậc 5 và bậc 7 được bỏ qua một phần; thành phần hài dư của bậc 5 và bậc 7 đến 4 % có thể xuất hiện vì sự chia sẻ không đều của điện áp hoặc dòng điện một chiều giữa các nhánh cầu.

Liên quan đến góc pha của dòng điện hài phía đường dây, dòng điện hài Ih của cùng bậc h được cộng véctơ để tính nhiễu gây ra do hoạt động đồng bộ của một số bộ chuyển đổi.

Góc pha fh là chênh lệch giữa các đường qua điểm 0 dương của điện áp pha-trung tính cơ bản, và dòng điện hài liên liên quan đến tần số hài hw_N.

f_h dương nghĩa là dòng điện hài I_h chậm pha.

Ban đầu, áp dụng f_h » ± ha với h = 5 và 7; do đó, các góc pha có bậc hài cao hơn được trải rộng. Vì vậy, dấu cộng có hiệu lực đối với biến áp chuyển đổi đấu Y/D hoặc D/Y, dấu trừ áp dụng cho mối nối trực tiếp của các bộ chuyển đổi và đối với biến áp chuyển đổi đấu nối Y/Y hoặc D/D một cách tương ứng.

a) Dòng điện hài tương đối I_h/I₁ trong nguồn cung cấp xoay chiều

...

...

...

Dải làm việc thông thường là:

U_d/U_di » 0           a » 90^o: điện áp một chiều thấp có điều khiển

U_d/U_di » 0,84      a » 30^o: điện áp một chiều bình thường có điều khiển

U_d/U_di »  0,975   a » 0^o: điện áp một chiều không có điều khiển

a1) Trong trường hợp dòng điện một chiều có độ bằng phẳng cao

Bảng A.1 - Dòng điện hài tương đối ở độ nhấp nhô một chiều thấp. R_SC = 20

a

...

...

...

h

5

7

11

13

17

19

23

25

...

...

...

90^o

0,021

0,21

0,13

0,09

0,07

0,06

0,05

...

...

...

0,04

0,84

30^o

0,012

0,21

0,13

0,09

0,07

0,05

...

...

...

0,04

0,03

0,975

0^o

0,005

0,19

0,12

0,08

0,05

...

...

...

0,02

0,01

0,01

a2) Trong trường hợp độ bằng phẳng của dòng điện một chiều là trung bình

Bảng A.2 - Dòng điện hài tương đối ở độ nhấp nhô một chiều trung bình. R_SC = 20

a

...

...

...

5

7

11

13

17

19

23

25

0

...

...

...

0,11

0,27

0,06

0,09

0,04

0,05

0,03

0,04

...

...

...

0,84

30^o

0,06

0,24

0,10

0,09

0,06

0,05

0,04

...

...

...

0,03

0,975

0^o

0,03

0,20

0,11

0,06

0,05

0,02

...

...

...

0,01

0,01

a3) Trong trường hợp độ bằng phẳng của dòng điện một chiều thấp

Bảng A.3 - Thành phần hài tương đối ở độ nhấp nhô một chiều cao. R_SC = 20

a

h

...

...

...

7

11

13

17

19

23

25

0

90^o

...

...

...

0,48

0,17

0,09

0,05

0,04

0,02

0,02

0,01

...

...

...

30^o

0,23

0,35

0,04

0,09

0,01

0,04

0,01

0,03

...

...

...

0,98

0^o

0,11

0,25

0,09

0,06

0,04

0,02

0,02

...

...

...

0,01

Giá trị trung gian đối với dòng điện hài cung cấp xoay chiều:

Để có đánh giá chi tiết hơn, xem [7] và [8] trong Phụ lục E.

b) Góc pha của dòng điện hài ở phía đường dây

Trong trường hợp dòng điện một chiều có độ bằng phẳng cao và có:

                                     (A.9)

                                     (A.10)

                                          (A.11)

...

...

...

u          là góc xếp chồng;

U_L-N       là điện áp pha-trung tính của nguồn cung cấp xoay chiều;

i_Lh         là dòng điện pha trong nguồn cung cấp xoay chiều;

w_L         là tần số góc của nguồn cung cấp xoay chiều.

Góc pha f_h có thể được tính xấp xỉ, tùy thuộc vào đấu nối cuộn dây của biến áp chuyển đổi theo các mối quan hệ dưới đây.

b1) Bộ chuyển đổi được liên kết với lưới điện trực tiếp hoặc thông qua máy biến áp nối Y/Y hoặc D/D

(xem Hình A.5a với các dạng sóng dòng điện và điện áp)

f_h » (180⁰ + a + u/2) h                            với h = 5, 7, (17, 19)

f_h » (a + u/2) h                                      với h = 11, 13, (23, 25)               (A.12)

...

...

...

(xem Hình A.5b với các dạng sóng dòng điện và điện áp)

f_h » (a + u/2) h                          với h = 5, 7, (17, 19)                              (A.13)

CHÚ THÍCH: Các công thức trên áp dụng cho dòng điện hài bậc 5 và 11, ngay cả khi có nhấp nhô một chiều. Liên quan đến ảnh hưởng của dòng điện nhấp nhô tại phía một chiều lên dòng điện hài bậc 7 tại phía xoay chiều, xem [8] trong Phụ lục E.

A.2.2. Bộ chuyển đổi ba pha sơ đồ cầu cấp điện cho tải một chiều qua bộ lọc L-C

Khi bộ chuyển đổi có đường truyền điện áp một chiều được cấp điện từ bộ chuyển đổi có điều khiển thông qua một bộ lọc với cuộn kháng có độ bằng phẳng đủ cao, như chỉ ra trên Hình A.1c, thì áp dụng các thông tin liên quan đến bộ chuyển đổi trực tiếp. Độ bằng phẳng đủ cao đạt được khi:

2 w_L > w_r

với                                                 (A.14)

trong đó

w_L là tần số góc của nguồn cung cấp xoay chiều;

...

...

...

A.2.3. Bộ chuyển đổi ba pha sơ đồ cầu cấp điện cho tải một chiều có tụ điện san bằng

Khi điện dung san bằng cao được nạp trực tiếp bởi bộ chỉnh lưu điốt theo đấu nối B6, như chỉ ra trên Hình A.2c, dòng điện hài cao xuất hiện trong trường hợp điện kháng nguồn xoay chiều thấp.

Thành phần hài tương đối phụ thuộc vào công suất ngắn mạch tương đối RSC như chỉ ra trong Bảng A.4.

Bảng A.4 - Dòng điện hài tương đối của bộ chỉnh lưu điốt (B6) cấp điện cho điện dung cao

R_SC

h

5

7

...

...

...

13

17

19

23

25

1,02

500

0,86

...

...

...

0,35

0,22

0,09

0,09

0,07

0,05

1,00

100

0,64

...

...

...

0,09

0,09

0,05

0,04

0,02

0,02

0,97

20

0,30

...

...

...

0,06

0,04

0,02

0,02

0,01

0,01

0,94

10

0,24

...

...

...

0,04

0,03

0,014

0,01

0,01

0,01

Các giá trị trung gian đối với nguồn cung cấp xoay chiều hài bậc 5 và 7 được chỉ ra trong Hình A.6. Kết quả chi tiết hơn liên quan đến đáp ứng biên độ và pha được nêu trong [8] của Phụ lục E.

Để có đánh giá chi tiết liên quan đến cả độ nhấp nhô điện áp một chiều, xem [9] và [10] của Phụ lục E.

Bỏ qua độ nhấp nhô của điện áp một chiều, dải góc pha của dòng điện hài bậc thấp hơn được đưa ra gần đúng với f₅ = 70⁰ ...135⁰ và đối với f₇ = 90⁰ ...290⁰, trong đó giả thiết là R_SC = 10...500.

...

...

...

Các hài bậc thấp (cụ thể là bậc 3 và 5) có góc pha rất giống nhau và do đó chiếm hầu hết về phương diện số học khi có nhiều thiết bị làm việc đồng thời trong mạng lưới.

Mô tả chi tiết hơn về cách nối này và phát xạ hài của nó được nêu trong [11] của Phụ lục E.

A.2.4. Bộ chuyển đổi trực tiếp có một hoặc nhiều cặp nối song song ngược

- mỗi tải xoay chiều một pha được cấp điện bởi một cặp, như chỉ ra trong Hình A.7a;

- mỗi tải xoay chiều ba pha được cấp điện bởi ba cặp, như chỉ ra trên Hình A.7b, gọi là bộ chuyển đổi vòng tròn.

Để có dòng điện hài bậc đặc trưng h = 5, 7, 11, 13 trong nguồn cung cấp xoay chiều, áp dụng các giá trị tương tự với các giá trị của bộ chuyển đổi gián tiếp. Bình thường, các giá trị này thấp hơn nhưng các hài trung gian ở tần số biên lại tăng lên.

Để có đánh giá chính xác hơn, xem [1] của Phụ lục E.

A.2.5. Bộ điều khiển xoay chiều

Bộ điều khiển xoay chiều điều chỉnh điện áp và dòng điện xoay chiều ở tải bằng cách nối song song ngược các thyristo vào đường dây xoay chiều. Đó là các bộ điều khiển một pha và ba pha.

...

...

...

Bảng A.5 chỉ ra các giá trị lớn nhất của dòng điện hài trong dải điều khiển.

                           (A.15)

I_hmax đề cập đến dòng điện tải cơ bản lớn nhất.

I_hmax/I_1max dùng cho nhiều tỉ số R/Z cho trước ở đấu nối một pha, theo Hình A.8a.

                                   (A.16)

                                                         (A.17)

Bảng A.5 - Giá trị I_hmax/I_1max của bộ điều khiển xoay chiều một pha đối với một số bậc hài phụ thuộc vào tỉ số tải R/Z

R/Z

...

...

...

Giá trị h

1

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,0

3

...

...

...

90^o/-90^o

0,227

95^o/-23^o

0,193

100^o/8^o

0,174

103^o/21^o

0,161

106^o/35^o

...

...

...

109^o/47^o

0,138

120^o/90^o

5

0,318

60^o/-60^o

120^o/-120^o

0,078

67^o/40^o

...

...

...

75^o/94^o

0,061

80^o/138^o

0,058

87^o/175^o

0,056

90^o/175^o

0050

105^o/90^o

...

...

...

0,106

90^o/-90^o

0,041

102^o/62^o

0,032

110^o/135^o

0,030

-20^o/-150^o

0,029

...

...

...

0,028

100^o/-60^o

0,026

105^o/90^o

9

0,076

0,026

0,020

0,018

...

...

...

0,016

0,016

11

0,064

0,016

0,014

0,012

0,011

0,011

...

...

...

13

0,052

0,012

0,010

0,009

0,008

0,008

0,008

15

...

...

...

0,009

0,007

0,006

0,006

0,006

0,006

a_W = a trong trường hợp xấu nhất.

Giá trị tương tự áp dụng cho mạch điện chỉ ra trong Hình A.8b. Chú ý rằng dây trung tính được mang tải gấp ba lần các hài 3n. Góc pha f_h của dòng điện hài phụ thuộc vào tỉ số R/Z và góc trễ của trigơ a.

Các thông tin khác được nêu trong Bảng A.5; bảng này gồm có dòng điện hài tương đối lớn nhất của bộ điều khiển xoay chiều một pha, và góc pha liên quan a_worst với bậc hài thấp hơn.

...

...

...

                                      (A.18)

Để có thêm chi tiết liên quan đến dòng điện hài của bộ điều khiển xoay chiều theo các cách đấu nối trong Hình A.8a, b và c, xem [12] của Phụ lục E.

Bộ điều khiển xoay chiều ba pha thường được áp dụng để điều khiển điện áp sơ cấp của máy biến áp cấp điện cho tải một pha điện áp cao hoặc dòng điện thấp qua chỉnh lưu điốt trên phía thứ cấp. Dòng điện một chiều thường được làm phẳng bằng cuộn kháng. Dòng điện hài phụ thuộc vào các đấu nối bộ điều khiển xoay chiều và máy biến áp, góc trễ và mức độ bằng phẳng. Các giá trị có thể làm xuất hiện dòng điện hài thì cần được yêu cầu từ nhà chế tạo.

A.2.6. Bộ chuyển đổi tự đảo mạch

Bộ chuyển đổi tự đảo mạch, nối ở phía đường dây có thể tránh được công suất phản kháng hoặc phần bù dành cho nó và để giảm dòng điện hài. Vì ứng dụng kỹ thuật mới này vẫn còn rất ít nên nó không được đề cập tới.

A.3. Lò hồ quang

Lượng dòng điện hài sinh ra do lò hồ quang xoay chiều và biến động của nó tùy thuộc vào một số hệ số, ví dụ như chế độ làm việc, loại kim loại vụn, nhiệt độ và điều kiện của các điện cực. Giá trị đo được phụ thuộc vào chế độ đặt bộ phân tích hài vì các hài thay đổi ngẫu nhiên.

Tham khảo [2] trong Phụ lục E cho ví dụ về phổ đo được đối với lò hồ quang (xem Hình 10) nhưng phổ của các lò hồ quang khác có thể bị lệch đáng kể.

...

...

...

A.4. Máy hàn xoay chiều

Máy hàn xoay chiều để hàn chấm thông qua máy biến áp điện kháng cao thì không tạo ra các hài đáng kể. Dòng điện hài được tạo ra khi hồ quang hàn được duy trì hoặc dòng điện hàn được điều khiển bằng bộ điều khiển xoay chiều. Trong cả hai trường hợp, dòng điện hài là tương đối thấp do trở kháng cao trong mạch điện tải.

Các giá trị ở Bảng A.5, với R/Z = 0,5 là thích hợp cho máy hàn. Tuy nhiên, nhiễu chính tạo ra do máy hàn là sự biến động điện áp.

A.5. Bóng đèn huỳnh quang

Bóng đèn huỳnh quang hầu hết được nối với điện cảm của balát đến lưới điện. Chúng tạo ra các dòng điện hài có giá trị và góc pha không đổi vì trở kháng không tuyến tính của phóng hồ quang.

Bóng đèn huỳnh quang kiểu mới được thiết kế để thay bóng đèn nung sáng được nuôi bằng bộ phát tần số cao. Hiện nay, nguồn xoay chiều thường có tải bằng chỉnh lưu một pha sơ đồ cầu dùng điôt có tụ điện san bằng nối với phía một chiều.

Khối lượng gia tăng của bóng đèn huỳnh quang phối hợp với máy tính, ti vi, v.v...có nguồn cung cấp giống nhau, gây ra mức nhiễu hài cao ở hầu hết các mạng lưới, đặc biệt là liên quan đến hài bậc 5. Ngoài ra, hài bậc 3 mức lớn chạy trong dây trung tính có thể xảy ra.

A.6. Đóng cắt cuộn cảm bão hòa

Dòng điện khởi động cực đại của máy biến áp và máy điện xoay chiều phụ thuộc vào góc pha tại thời điểm đóng cắt và độ từ dư của các bộ phận làm bằng vật liệu sắt từ. Dòng điện khởi động có chứa tất cả các hài nguyên bậc thấp, kể cả bậc 0 đối với các thành phần một chiều. Thành phần hài suy giảm theo hằng số thời gian từ khoảng vài giây đến vài phút (máy biến áp công suất cao).

...

...

...

Đóng điện cho các tụ điện làm kích thích dao động, tần số dao động được xác định bằng điện dung và tất cả các điện cảm đặt vào nó. Trong trường hợp bộ lọc, ở chừng mực nào đó, tần số cộng hưởng thu được nhỏ hơn tần số mà bộ lọc được điều hưởng đến. Dao động cộng hưởng suy giảm trong vòng từ 10 đến 20 chu kỳ của nó, tức là nhỏ hơn một giây.

CHÚ THÍCH: Thiết kế bù công suất phản kháng cần tránh các điện dung mà không điều hưởng cuộn kháng vì cộng hưởng song song có thể xảy ra do một trong các hài. Cũng cần ngăn ngừa bù dương để không tăng điện áp pha.

Hình A.1 - Bộ chuyển đổi thyristo phía nguồn cung cấp xoay chiều có san phẳng bằng điện cảm và

a) truyền động một chiều và bù ổn định

b) bộ nghịch lưu nguồn dòng

c) san phẳng bằng tụ điện bổ sung và bộ nghịch lưu nguồn áp

a) điện áp một chiều từ 0 (bộ bù ổn định) và 0,9 U_d (máy điện một chiều)

...

...

...

c) dòng điện một chiều I_d và dòng điện xoay chiều xếp chồng I_dm có tần số f_m

Hình A.2 - Mạch điện tương đương dùng cho bộ chuyển đổi tạo ra dòng điện hài và dòng điện hài trung gian ở phía nguồn xoay chiều.

Hình A.3 - Chỉnh lưu điôt phía nguồn xoay chiều có san phẳng bằng tụ điện và bộ nghịch lưu nguồn áp

Hình A.4 - Dòng điện hài tương đối trên đường dây có bậc h = 5 và 7 tùy thuộc vào góc trễ của trigơ a

Tham số: R_SC = 20 và 10

Mức độ bằng phẳng

...

...

...

b) Dạng sóng điện áp và dòng điện trong trường hợp máy biến áp nối Y/D hoặc D/Y

c) Phổ dòng điện hài trong dòng điện cung cấp (quy về điểm qua 0 của dòng điện cơ bản); Sơ đồ phía trái liên quan đến trường hợp a), sơ đồ bên phải liên quan đến trường hợp b).

Hình A.5 - Điện áp và dòng điện sơ cấp đối với bộ chuyển đổi liên kết với lưới qua máy biến áp

Hình A.6 - Dòng điện hài tương đối từ phía nguồn cung cấp của chỉnh lưu điốt theo cách nối B6 cấp điện áp một chiều không có nhấp nhô

Hình A.7 - Bộ chuyển đổi trực tiếp có:

...

...

...

b) đầu ra ba pha (bộ chuyển đổi vòng tròn)

Hình A.8 - Cách nối bộ điều khiển xoay chiều

PHỤ LỤC B

(tham khảo)

Trở kháng mạng dùng để tính mức lan truyền hài và đánh giá các thành phần điện áp hài

B.1. Phạm vi áp dụng

Phụ lục này liên quan đến việc đánh giá trở kháng cần thiết để tính sự phân bố dòng điện hài và thành phần điện áp hài trong hệ thống điện. Phụ lục này cũng đưa ra một phương pháp đơn giản; phương pháp này được hạn chế ở tần số đến hài bậc 40 và có khả năng áp dụng cho hệ thống lắp đặt công nghiệp. Độ chính xác của phép tính giảm khi tần số tăng. Do đó, các phép đo bổ sung có thể có ích cho các trường hợp tới hạn.

...

...

...

B.2. Lời giới thiệu

Tải được nối với mạng điện lực có thể tạo ra các dòng điện hài, chạy qua các nhánh khác nhau của mạng lưới. Dòng điện hài gây ra điện áp rơi qua các trở kháng của các thành phần khác nhau của hệ thống. Do đó, tải cần xem xét tạo ra điện áp hài tại điểm mà nó được nối và qua toàn bộ hệ thống. Biên độ của các điện áp hài này, cũng như phân phối dòng điện hài trong mạng lưới, được xác định bằng trở kháng, tại tần số hài của các nhánh khác nhau trong mạng lưới cũng như kích cỡ và vị trí của nguồn hài.

B.3. Phương pháp tính

Phép tính phân bố dòng điện hài và điện áp hài cần xem xét trở kháng bên trong của hệ thống cung cấp điện tất cả các tuyến đến EMF không xác định của mạng lưới và trở kháng của tất cả các mảng thiết bị được nối song song vào cùng hệ thống. Có thể gồm có các trở kháng của:

- mạng lưới cung cấp điện cao áp, tại đó, hệ thống cần nghiên cứu được nối vào;

- máy biến áp và cuộn kháng hạn chế dòng điện;

- máy điện quay xoay chiều;

- cáp và đường dây trên không;

- tụ điện được lắp đặt để có hệ số công suất đúng;

...

...

...

- phụ tải lớn.

Tải có trở kháng trong cao, như bộ chuyển đổi đảo mạch đường dây có dòng điện cảm ứng một chiều bằng phẳng thường được xem là nguồn dòng hài lý tưởng.

Nói chung, tính không đối xứng của mạng được bỏ qua khi xem xét sự phân bố dòng điện hài trong mạng. Với giả thiết này, có thể thực hiện việc nghiên cứu phân phố hài trong mạng một pha tương đương. Mặt khác, tính không đối xứng được xem xét khi đánh giá lượng dòng điện hài được đưa vào do các tải gây nhiễu.

CHÚ THÍCH: Chỉ xem xét điện áp pha-pha, do đó, thành phần thứ tự không của mạng không được đề cập ở đây.

Trong trường hợp đơn giản khi hệ thống cần nghiên cứu đơn giản, có thể cần thực hiện các phép tính bằng tay, nhưng nói chung, với cấu hình mạng phức tạp hơn, việc tính toán bằng tay là nặng nề, đặc biệt là khi thành phần điện áp hài cần được đánh giá tại các điểm ghép nối khác nhau và với nhiều tần số. Trong trường hợp này, nên sử dụng chương trình máy tính để phân tích hệ thống điện. Các chương trình này có sẵn trên thị trường.

B.4. Xác định điện áp hài

Với phép gần đúng sơ bộ, thành phần điện áp hài trong hệ thống có thể được đánh giá chung với giả thiết là dòng điện/điện áp hài đưa vào từ tải không phụ thuộc nhiều vào đặc tính riêng của mạng lưới tại tần số hài. Dòng điện đưa vào phụ thuộc chủ yếu vào độ bằng phẳng, điều kiện làm việc của thiết bị cần xét và trong một phạm vi nào đó, phụ thuộc vào công suất ngắn mạch tại điểm nối của thiết bị gây nhiễu.

CHÚ THÍCH: Bộ chuyển đổi đảo mạch đường dây có tải cảm ứng tương đối lớn hoạt động như nguồn dòng điện hài với tần số đến hài bậc 40. Các kiểu thiết bị nhiễu khác có thể hoạt động hoặc như nguồn điện áp hài hoặc nguồn dòng điện hài.

Điện áp hài phát ra từ tải đơn lẻ trong trường hợp nhất định có thể được tính như dòng điện hài đưa vào, nhân với trở kháng bên trong mạng lưới tại điểm nối. Trở kháng bên trong trong trường hợp này là trở kháng tương đương, Z_eq, khi nhìn từ các đầu nối tải vào mạng lưới, và được đánh giá với mỗi tần số hài riêng rẽ. Việc đánh giá có xem xét trở kháng đường dây cấp điện cũng như trở kháng của tất cả các mảng thiết bị được nối song song, kể cả bộ lọc hài, nếu có.

...

...

...

Cần chú ý rằng Z_eq có thể biến đổi đáng kể trong mạng lưới khác và/hoặc điều kiện tải khác. Do đó, điều quan trọng đối với người thiết kế khu công nghiệp là phải có tất cả các thông tin về toàn bộ dải biến đổi của Z_eq.

B.5. Biến đổi trở kháng mạng lưới theo tần số

Nói chung, Z_eq là một hàm số phức tạp của tần số. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, có thể sử dụng một phương pháp đơn giản hơn, tạo khả năng tính toán bằng tay. Phương pháp này có thể được áp dụng trong trường hợp bỏ qua điện dung của mạng lưới, hoặc điện dung đơn lẻ chiếm ưu thế trong dải tần số xem xét.

CHÚ THÍCH 1: Trở kháng thường được tính xấp xỉ chỉ bằng phần phản kháng của nó khi trở kháng điện dung có dấu âm. Sau đây, ký hiệu của đại lượng phức được bỏ qua.

CHÚ THÍCH 2: Trong trường hợp cộng hưởng riêng, phải xem xét hài có bậc cao hơn 25.

B.5.1. Z_eq tỷ lệ trực tiếp với tần số

Trong các hệ thống lắp đặt đơn giản, không có tụ điện cỡ lớn để hiệu chỉnh hệ số công suất, và không có mạng cáp lớn, điều kiện cộng hưởng ít có khả năng xảy ra với tần số đến hài bậc 13. Trong các trường hợp này, Z_eq có thể được xem như chủ yếu là điện cảm, và được tính xấp xỉ là:

|Z_eq| » |X_eq(h)|»h|X_eq(1)|                            (B.1)

trong đó

...

...

...

X_eq(1) là điện kháng mạng lưới ở tần số cơ bản.

Phương pháp này có thể được sử dụng với độ chính xác hợp lý (thường tốt hơn ±20 %) nếu:

a) Các thanh cái được cấp điện qua máy biến áp và trở kháng của máy biến áp X_T ở tần số cơ bản cao hơn so với trở kháng của nguồn cung cấp cao áp, X_HV.

X_T/X_HV > 10 nếu có thể xảy ra cộng hưởng ở nguồn cung cấp cao áp trong dải tần xem xét;

X_T/X_HV > 4 nếu ít có khả năng xảy ra cộng hưởng ở nguồn cung cấp cao áp trong dải tần xem xét.

b) Điện dung tổng được nối với hệ thống thứ cấp rất nhỏ nên tần số cộng hưởng nhỏ nhất là 2,5 lần tần số hài xem xét lớn nhất.

Tần số cộng hưởng f_r được tính là:

                                          (B.2)

Trong đó, L là điện cảm của từng pha tương ứng với Z_eq nếu bỏ qua điện dung, và C là điện dung của từng pha được nối tại điểm mà Z_eq được đánh giá, có tính đến cả tụ điện bù hệ số công suất và điện dung của cáp. Điện dung của cáp ba pha thường lấy từ 0,25 mF/km đến 0,6 mF/km.

...

...

...

                                          (B.3)

trong đó

f_N         là tần số cơ bản;

S_SC       là công suất ngắn mạch của nguồn cung cấp;

Q          là công suất phản kháng tổng sinh ra từ tụ điện và cáp trong hệ thống.

Các quy tắc ở trên được chứng tỏ bằng các xem xét liên quan đến cấu hình mạng lưới đơn giản dưới đây.

B.5.1.1. Trở kháng mạng trong các mạng đơn giản

a) Cộng hưởng trong mạng cao áp

Xem xét cấu hình mạng lưới và sơ đồ trở kháng kết hợp ở tần số đã cho được thể hiện trên Hình B.2. Z'_HV là trở kháng bên trong của nguồn cao áp nếu không có cộng hưởng. Khuếch đại cộng hưởng, do có tụ điện trong hệ thống cung cấp, được xem là năm lần hoặc nhỏ hơn trong hầu hết các trường hợp. Vì véctơ trở kháng Z_HV sẽ rơi vào phạm vi vòng tròn nét đậm, với đường kính là 5 Z'_HV, và biểu diễn dưới đây có thể được rút ra từ sơ đồ trở kháng:

...

...

...

Z_eq » Z_T + Z_HV                                                    (B.4)

nếu  thì

Z_T £ Ze_{q max} £ 1,27 Z_T                                         (B.5)

Z_T £ Z_eq £ 1,1 Z_T

0,79 Z_T £ Z_{eq min} £ Z_T

                                        (B.6)

b) Cộng hưởng trong mạng lưới điện áp thấp

Xem xét mạng lưới có cộng hưởng đơn lẻ, như chỉ ra theo dạng sơ đồ trong Hình B.3.

...

...

...

                                 (B.7)

trong đó

f_N         là tần số hệ thống

f_r          là tần số cộng hưởng

nếu f_r > 2,5 f_N thì Z_eq < 1,19 Z_L                                        (B.8)

Các bất đẳng thức chứng tỏ rằng trong các trường hợp được xem xét a và b, biến đổi tuyến tính của trở kháng theo tần số là phép tính xấp xỉ hợp lý.

B.5.2. Z_eq với cộng hưởng đơn

Nếu các thành phần điện dung tổng có thể được xem là được nối với cùng một điểm về điện, giá trị thu được của Z_eq có thể được tính với L song song với C, trong đó, L và C được xác định như ở B.5.1.

Điều này phù hợp với nguyên lý được giải thích trong Hình B.1.

...

...

...

đúng, thành phần điện trở của trở kháng mạng lưới cần được xem xét. Tuy nhiên, thành phần điện trở, ở tần số hài, là rất khó để xác định trong trường hợp thực tế. Do đó, khuyến cáo rằng giá trị Z_eq chỉ được tính với L và C, bỏ qua thành phần điện trở, và sau đó được giới hạn để hệ số khuếch đại cộng hưởng k:

không vượt quá 3 đến 10 lần. Giá trị thấp hơn có hiệu lực đối với mạng lưới có tải nặng nề, và giá trị cao hơn đối với các mạng lưới có tải cực thấp. Bình thường, hệ số khuếch đại cộng hưởng không vượt quá 5 lần trong mạng công cộng, nhưng có thể lên tới 8 đến 10 lần trong một số mạng lưới công nghiệp trong điều kiện tải nhẹ.

B.5.3. Z_eq trong hệ thống phức tạp hơn

Nếu các phần tử điện dung được nối với một số điểm trong mạng lưới hoặc nếu các tụ điện được điều hưởng với các cuộn kháng mắc nối tiếp thì sẽ xuất hiện một số điểm cộng hưởng. Trong các trường hợp này, cũng như các trường hợp với mạng lưới phức tạp hơn khác, việc tính toán bằng tay sẽ nặng nề và vì vậy, nên tính bằng máy tính.

Một ví dụ về biến đổi trở kháng Z_eq, có tần số tại điểm ghép nối, được chỉ ra trong Hình B.4. Hình này chỉ ra sơ đồ một sợi của khu công nghiệp được cấp điện bởi hệ thống 132 kV và biến đổi liên quan của trở kháng nguồn được nhìn từ IPC1 và PCC. ảnh hưởng của hệ thống lắp đặt của các tụ điện bù hệ số công suất cũng được chỉ ra.

Cộng hưởng song song được ấn định là xuất hiện trong trường hợp tại IPC1.

B.6. Trở kháng của các thành phần hệ thống

Việc tính toán sự phân bố dòng điện hài và điện áp hài trong mạng lưới đòi hỏi xác định các trở kháng mô tả đáp tuyến tại tần số hài của từng thành phần mạng lưới. Thông tin cơ bản về mô hình cần xem xét và về các giá trị của các tham số liên quan, thường sẵn có trong sổ tay. Dưới đây đưa ra một số chỉ dẫn về các khía cạnh cụ thể, có tính đến dải tần nghiên cứu giới hạn từ hài bậc 2 đến hài bậc 40.

...

...

...

Ở phép gần đúng sơ bộ, máy điện thể hiện đáp ứng cảm ứng, điện cảm cần xem xét là thành phần thứ tự nghịch đối với máy điện đồng bộ và thành phần khóa cứng rôto đối với động cơ cảm ứng.

Tổn hao trên điện trở nối tiếp tăng đáng kể khi tần số tăng. Một số dữ liệu được thu thập trong tài liệu tham khảo CIGRE [16] trong Phụ lục E. Các mô hình phức tạp hơn cũng giải thích cho sự suy giảm của điện cảm khi tần số tăng. Cần quan tâm đến khả năng có tụ điện chống đột biến.

B.6.2. Máy biến áp điện lực

Nói chung, chỉ xem xét trở kháng rò. Điện cảm thường là hằng số trong khi điện trở nối tiếp tăng khi tần số tăng. Vị trí thực tế của bộ chuyển đổi theo nấc cũng quan trọng. Trong dải tần đến 2,5 kHz, thường không cần thiết phải xem xét ảnh hưởng của tụ điện tạp tán.

B.6.3. Đường dây truyền tải

Cả đối với cáp và đường dây trên không, mạch điện tiêu chuẩn có thể được chấp nhận. Hằng số đường dây đối với phép tính mạch điện tương đương có thể thấy trong sổ tay tiêu chuẩn.

Đối với đường dây ngắn (ngắn hơn 10 km đối với đường dây trên không và 3 km đối với cáp), có thể bỏ qua thực tế là hằng số đường dây được phân bố dọc theo đường dây.

B.6.4. Tổ hợp tụ điện và bộ lọc hài

Chúng cần được mô tả chi tiết. Cũng cần tính đến khả năng có cuộn kháng. Tổn hao của tụ điện thường được bỏ qua nhưng cần xem xét tổn hao trong cuộn kháng của bộ lọc và điện trở làm nhụt.

...

...

...

Nếu chúng cấp điện cho các tải điện cảm lớn thì thường được bỏ qua khi tính trở kháng. Bộ chuyển đổi này nói chung có thể được xem như nguồn dòng thuần tuý và do đó, không xuất hiện trong sơ đồ dẫn vào thanh cái.

Hình B.1 - Ví dụ về cách tính trở kháng nhìn từ bộ chuyển đổi 1 và bộ chuyển đổi 2

Hình B.2 - Trở kháng hài đối với một mạng đơn giản. Cộng hưởng cao áp

Hình B.3 - Ví dụ về cộng hưởng trong mạng hạ áp

...

...

...

Đường liền nét: không có tụ điện bù hệ số công suất tại IPC1

Đường nét đứt: tụ điện 3 Mvar tại IPC1

Đường chấm chấm: tụ điện 3 Mvar có cuộn kháng nối tiếp khử điều hưởng

Hình B.4 - Trở kháng hài của mạng lưới phức tạp.

Trở kháng tính theo đơn vị tương đối trên cơ sở 100 MVA

PHỤ LỤC C

(tham khảo)

Hài trung gian dòng điện đường dây của bộ chuyển đổi gián tiếp

...

...

...

C.1.1 Bộ chuyển đổi phía tải ba pha. Đánh giá dòng điện trong bộ lọc (chỉ có cuộn kháng san phẳng)

                             (C.1)

trong đó

f_Ih         bằng 6 kf_A;

I_lh          là thành phần dòng điện tuyến trung gian (A, hiệu dụng);

f_L          là tần số nguồn xoay chiều (Hz);

U_lh        là điện áp hài (hoặc một chiều) phía tải (V, hiệu dụng), xem Hình C.1;

L_d         là điện kháng san phẳng (H);

_exL         là điện áp ngắn mạch tương đối ở phía đường dây;

...

...

...

I_tL l        à dòng điện danh định phía đường dây (A, hiệu dụng);

I_tA          là dòng điện danh định phía phụ tải (A, hiệu dụng);

P_tL        là công suất danh định của đường dây được nối với máy biến áp (VA);

P_tA        là công suất danh định của phụ tải nối được với máy biến áp (VA);

p_A         là số lượng xung của bộ chuyển đổi phía phụ tải.

C.1.2. Tải một pha (ví dụ, bộ chuyển đổi để gia nhiệt cảm ứng)

Đánh giá dòng điện trong bộ lọc dòng điện cảm ứng không tính đến chuyển đổi xếp chồng.

f_Ih = 2 kf_A                                                                       (C.2)

...

...

...

n, k       là các số nguyên;

h_lh         là tần số của thành phần I_lh (Hz);

U_di0       là điện áp không tải của bộ chuyển đổi phía phụ tải (V, hiệu dụng);

b          là góc điều khiển pha của bộ chuyển đổi phía phụ tải;

f_A          là tần số của bộ chuyển đổi phía phụ tải.

Với các ký hiệu khác, xem ở trên.

C.2. Tính giá trị hiệu dụng của các hài trung gian dòng điện đường dây

Công thức sau đây áp dụng để đánh giá hệ số G cho trong Hình 3a và 3b:

                                          (C.3)

...

...

...

Khi không có các thông tin chi tiết, sử dụng các giá trị ước tính dưới đây:

I_lh » 0,3 I_d           đối với bộ chuyển đổi nguồn dòng trong tuyến trung gian;

I_lh » 0,1I_d            đối với bộ chuyển đổi nguồn áp trong tuyến trung gian;

C.3. Ví dụ về sử dụng đồ thị 3

Đồ thị này cho phép tính tần số và biên độ của thành phần hài trung gian dựa trên cơ sở thành phần hài của tuyến trung gian.

Giả thiết rằng ở tuyến trung gian có các dòng điện như sau:

I_lh = 100 A; f_h = 605 Hz; f_L = 60 Hz

(xem ví dụ trong Hình C.2).

Bộ chuyển đổi nguồn xoay chiều

...

...

...

(Hz)

Biên độ dòng điện đường dây

(A)

6 xung

12 xung

X

-

55

5,0

...

...

...

-

175

4,2

X

X

185

7,9

X

X

...

...

...

11,0

X

X

415

3,4

X

X

535

2,9

...

...

...

-

545

55,1

X

-

665

55,1

X

-

...

...

...

2,4

X

-

895

2,2

X

X

905

11,0

...

...

...

X

1 025

7,9

Đánh giá tần số hài trung gian ở dòng điện nguồn xoay chiều do dòng điện hài trong tuyến một chiều gây ra.

U_lh        Thành phần điện áp hài bậc h

U_diA       Điện áp một chiều không tải lý tưởng (b = 0) của bộ chuyển đổi phía phụ tải

exA      Điện áp ngắn mạch tương đối ở phía phụ tải xoay chiều

b          Góc dịch pha của bộ chuyển đổi phía tải

...

...

...

Hình C.2 - Đánh giá tần số hài trung gian ở dòng điện nguồn xoay chiều gây ra bởi dòng điện ở 605 Hz trong tuyến một chiều

PHỤ LỤC D

(tham khảo)

Mất cân bằng ba pha

D.1. Mô tả nguồn nhiễu

D.1.1. Tải một pha

Phân tích các thành phần đối xứng của dòng điện được tạo ra từ tải một pha được giải thích thêm bằng sơ đồ véctơ trong Hình D.1 và D.2. Để đơn giản hóa, giả thiết hệ số công suất bằng 1.

...

...

...

D.1.2. Lò hồ quang

Về nguyên lý, lò hồ quang là tải ba pha, nhưng hoạt động với bộ điều khiển pha riêng rẽ với qui trình rất mất ổn định. Điều này khiến lò hồ quang là một nguồn chính của dòng điện không cân bằng. Vì nó chỉ được nối với ba pha và không có trung tính, do đó nó chỉ tạo ra dòng điện thứ tự thuận và dòng điện thứ tự nghịch mà không có thứ tự không. Trong quá trình nấu chảy kim loại, dòng điện thứ tự nghịch là cao nhất và cũng thay đổi đột ngột. Trong quá trình này, dòng điện thứ tự nghịch trung bình có thể cao bằng 20 % dòng điện lò hồ quang danh định, với đỉnh lên đến 40 %, xem ví dụ [14] của Phụ lục E.

Một ghi chép điển hình về dòng điện thứ tự nghịch trong quá trình nấu chảy kim loại được thể hiện trong Hình D.3.

Hình D.3 - Thành phần thứ tự nghịch được ghi lại ở lò hồ quang 22 kV được cấp điện với dòng điện danh định bằng 944 A

PHỤ LỤC E

(tham khảo)

THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

...

...

...

[2] Pesonen A.J.: "Harmonics, characteristic parameter, methods of study, estimate of existing values in the network", ELECTRA 77, 1981,pp. 35-54. (Hài, tham số đặc tính, phương pháp nghiên cứu, đánh giá các giá trị có trong mạng lưới)

[3] Shultz W.: "Saturation phenomena when energizing transformers and their effects on the feeding system", Siemens Forsh.-u. Entwickl. Berichte. June 1976. No 4, pp. 183-186. (Hiện tượng bão hòa khi đóng điện máy biến áp và các ảnh hưởng của chúng lên hệ thống cấp điện)

[4] Crucq J.M., Robert A : "Statistical approach for harmonic measurements and calculations., CIRED 1989. (Phương pháp thống kê đối với phép đo hài và tính toán)

[5] Engineering Recommendation G 5/3, Limits for harmonics in the United Kingdom electricity supply system, The Electricity Council. (Giới hạn đối với các hài trong hệ thống cung cấp điện ở Anh)

[6] Robert A., Marquet J : "Connection of disturbing loads, an international study", CIGRE 36.05 - CIRED 1991. (Nối tải gây nhiễu, một nghiên cứu quốc tế)

[7] Groetzbach M., Frankenberg W: "Injected current of controlled AC/DC convertors for harmonic analysis in industrial power plants, IEEE Transactions on Power Delivery, April 1993, Vol.6 No. 2, pp. 511-517. (Dòng điện đưa vào của bộ chuyển đổi xoay chiều/một chiều có điều khiển dùng cho phân tích hài trong khu công nghiệp)

[8] Groetzbach M., Frankenberg W., Thiem B : "Assessment of line current harmonics emitted by high power a.c/d.c. convertors with inductive smoothing", CIRED 1993, Birmingham, Report, 5.21. (Đánh giá các hài dòng điện đường dây được phát ra từ các bộ chuyển đổi xoay chiều/một chiều công suất cao có san bằng điện cảm)

[9] Ray W.F., Davis R.M., Weatherhogg I.D : "The Three-Phase Bridge Rectifier with a Capacitive Load", lEE Conf. 1988 Publ., No. 291, pp. 153-156.

[10] Groetzbach M., Draxler B : "Line Side Behaviour of Uncontrolled Rectifier Bridges with Capacitive DC Smoothing", 3rd EPE-Conf., Aachen (1989), Proc. Vol. II, pp. 761-764. (Đáp ứng biên của cầu chỉnh lưu không điều khiển có tụ điện san bằng một chiều)

...

...

...

[12] Malik NoW., Haque S.E : "Harmonic analysis of three phase a.c. voltage controllers", CH2272-3/86/0000-1078 1986, IEEE. (Phân tích hài của bộ điều khiển điện áp xoay chiều ba pha)

[13] Wargowsky E : "Harmonic currents in controlled three-phase rectifier installations", CIRED 1981.

[14] Sundberg Y : "The arc furnace as a load on the network", ASEA Joumal No.2 1968. (Dòng điện hài trong hệ thống lắp đặt chỉnh lưu ba pha có điều khiển)

[15] UIE UNION INTERNATIONALE D'ELECTROTHERMIE, "Connection of Fluctuating Loads", July 1988. (Nối tải biến động)

[16] CIGRE WG 13-02. "Switching overvoltages in EHV and UHV systems with special reference to closing and reclosing overvoltages." -Electra No. 30, (Oct 1973) pp. 70-122. (Quá điện áp đóng cắt trong hệ thống EHV và UHV có tham chiếu đặc biệt đến đóng và đóng lại các quá điện áp)

MỤC LỤC

Lời nói đầu

Lời giới thiệu

...

...

...

2. Tài liệu viện dẫn

3. Yêu cầu chung

4. Phối hợp giữa các mức phát xạ với các mức tương thích

5. Định nghĩa

6. Khảo sát phát xạ dẫn của thiết bị công nghiệp

7. Hài

7.1. Mô tả hiện tượng và nguồn nhiễu

7.2. Dữ liệu phát xạ điển hình

7.3. ảnh hưởng của các điều kiện làm việc và lắp đặt đến phát xạ

...

...

...

8. Hài trung gian

8.1. Nguồn dòng điện và điện áp hài trung gian

8.2. Dòng điện đường dây có hài trung gian của bộ chuyển đổi gián tiếp

8.3. Dòng điện hài trung gian phát ra từ bộ chuyển đổi trực tiếp

8.4. Tầng dưới đồng bộ

8.5. Bộ chuyển đổi tự đảo mạch phía đường dây

8.6. Lò hồ quang

8.7. Tính tổng các thành phần tần số hài trung gian

9. Mất cân bằng ba pha

...

...

...

9.2. Đặc tính phát xạ

9.3. Tính tổng của một số nguồn

10. Thay đổi điện áp, chập chờn và sụt áp

10.1. Thay đổi điện áp

10.2. Chập chờn

10.3. Sụt áp

Phụ lục A (tham khảo) - Phát xạ hài

Phụ lục B (tham khảo) - Trở kháng mạng dùng để tính mức lan truyền hài và đánh giá các thành phần điện áp hài

Phụ lục C (tham khảo) - Hài trung gian dòng điện đường dây của bộ chuyển đổi gián tiếp

...

...

...

Phụ lục E (tham khảo) - Thư mục tài liệu tham khảo