Những điều cần biết về sóng hài

Sóng hài là một vấn đề nghiêm trọng, "tàng hình" nhưng lại gây ra nhiều tác hại cho các hệ thống điện công nghiệp hiện đại. Việc hiểu rõ về sóng hài là điều kiện tiên quyết để đảm bảo chất lượng điện năng, an toàn vận hành và hiệu quả sản xuất.

Sóng hài là gì?

Trong một hệ thống điện lý tưởng, điện áp và dòng điện có dạng hình sin hoàn hảo ở một tần số cơ bản (50Hz ở Việt Nam). Tuy nhiên, trong thực tế, dòng điện và điện áp thường bị biến dạng, không còn là hình sin chuẩn.

Sóng hài là những thành phần nhiễu có tần số là bội số nguyên của tần số cơ bản (50Hz). Ví dụ, sóng hài bậc 3 có tần số là 3×50Hz=150Hz, sóng hài bậc 5 có tần số là 5×50Hz=250Hz, v.v.

Khi các sóng hài này cộng hưởng với sóng hình sin cơ bản, chúng sẽ làm biến dạng dạng sóng tổng thể, gây ra nhiều vấn đề cho hệ thống điện. Mức độ biến dạng này thường được đo bằng chỉ số Tổng độ méo sóng hài (THD - Total Harmonic Distortion).

Nguồn gốc của sóng hài

Sóng hài không phải là lỗi từ nhà cung cấp điện mà được sinh ra chủ yếu bởi các thiết bị tiêu thụ điện có đặc tính phi tuyến tính. Các thiết bị này không tiêu thụ dòng điện một cách tuyến tính với điện áp, mà thay vào đó, chúng tạo ra các xung dòng điện ngắn, sắc nét, làm méo dạng sóng sin.

Các nguồn phát sinh sóng hài phổ biến trong công nghiệp bao gồm:

- Biến tần (Inverter/VFD): Đây là nguồn phát sóng hài lớn nhất và phổ biến nhất trong các nhà máy hiện đại, do quá trình chỉnh lưu và nghịch lưu điện năng để điều khiển tốc độ động cơ.

- Bộ nguồn chỉnh lưu (Rectifier): Được sử dụng trong các bộ sạc pin, hệ thống UPS (bộ lưu điện), bộ nguồn chuyển mạch (SMPS) của máy tính...

- Lò hồ quang điện, lò cảm ứng: Dùng trong công nghiệp luyện kim.

-Hệ thống chiếu sáng: Đèn huỳnh quang, đèn LED có chấn lưu điện tử.

- Máy hàn công nghiệp: Sử dụng công nghệ biến tần.

- Máy biến áp: Khi hoạt động ở chế độ bão hòa mạch từ, có thể sinh ra sóng hài.

Tác hại của sóng hài trong điện công nghiệp

Sóng hài gây ra hàng loạt các vấn đề nghiêm trọng, ảnh hưởng đến cả hệ thống điện và các thiết bị sử dụng:

- Làm nóng thiết bị: Dòng điện sóng hài gây ra tổn thất nhiệt lớn trên dây dẫn, máy biến áp, động cơ và các thiết bị khác, làm chúng nóng lên bất thường, giảm tuổi thọ và có nguy cơ gây cháy nổ.

- Phá hủy tụ bù: Tụ bù là thiết bị rất nhạy cảm với sóng hài. Sóng hài làm tăng dòng điện chạy qua tụ bù, gây quá nhiệt, làm hỏng chất điện môi, dẫn đến phồng tụ, giảm tuổi thọ hoặc thậm chí gây nổ.

- Gây lỗi cho thiết bị điều khiển: Sóng hài có thể gây nhiễu loạn tín hiệu điều khiển của các thiết bị điện tử nhạy cảm như PLC, rơ le, làm chúng hoạt động không chính xác, gây ra lỗi trong quá trình sản xuất. biệt, sóng hài bậc 3 còn làm tăng dòng điện trên dây trung tính trong hệ thống 3 pha, có thể gây quá tải và cháy dây trung tính.

- Làm giảm hiệu suất động cơ: Sóng hài gây ra momen xoắn không đều trên trục động cơ, tạo ra rung động và tiếng ồn, làm giảm hiệu suất, tăng tổn thất và có thể gây hỏng hóc cơ khí.

- Gây sai lệch thiết bị đo lường: Các đồng hồ đo điện truyền thống (điện từ) có thể bị sai số khi có sóng hài, dẫn đến việc đo lường không chính xác.

- Nguy cơ cộng hưởng: Tụ bù và cuộn kháng trong hệ thống có thể tạo thành một mạch cộng hưởng với tần số trùng với tần số sóng hài. Khi đó, sóng hài sẽ bị khuếch đại lên rất lớn, gây quá tải nghiêm trọng cho cả tụ bù và máy biến áp, dẫn đến hư hỏng nặng nề.

Giải pháp xử lý và giảm thiểu sóng hài

Để xử lý sóng hài, người ta thường áp dụng các phương pháp sau:

- Lắp đặt cuộn kháng lọc sóng hài (Detuned Reactor): Đây là giải pháp phổ biến nhất và hiệu quả về chi phí, đặc biệt cho tủ tụ bù. Cuộn kháng được mắc nối tiếp với tụ bù để tạo thành một mạch lọc, giúp chặn dòng sóng hài và bảo vệ tụ bù khỏi hư hỏng.

- Sử dụng bộ lọc sóng hài chủ động (Active Harmonic Filter - AHF): Đây là giải pháp hiện đại và hiệu quả nhất, có khả năng lọc nhiều bậc sóng hài cùng lúc. AHF hoạt động bằng cách đo sóng hài hiện có trên lưới và tạo ra một sóng hài đối nghịch để triệt tiêu nó. Tuy nhiên, chi phí đầu tư ban đầu cao hơn.

- Sử dụng bộ lọc sóng hài thụ động (Passive Harmonic Filter): Là một mạch điện bao gồm cuộn cảm (L), tụ điện (C) và điện trở (R), được thiết kế để lọc các bậc sóng hài cụ thể. Giải pháp này phù hợp cho các hệ thống có tải cố định.

- Sử dụng biến tần có sóng hài thấp: Lựa chọn các loại biến tần có công nghệ chỉnh lưu đa xung (ví dụ: 12 xung) hoặc các loại biến tần được tích hợp sẵn bộ lọc để giảm thiểu sóng hài ngay từ nguồn phát.

- Lắp đặt máy biến áp cách ly: Giúp cách ly tải phi tuyến khỏi các tải khác, giảm thiểu ảnh hưởng của sóng hài.

Quy định về sóng hài tại Việt Nam

Theo Thông tư 30/2019/TT-BCT ngày 18/11/2019 của Bộ Công Thương, các doanh nghiệp và khách hàng sử dụng điện phải tuân thủ các quy định về giới hạn sóng hài để đảm bảo chất lượng điện năng của lưới điện quốc gia. Thông tư này quy định giới hạn tổng độ méo sóng hài của điện áp và dòng điện tại điểm đấu nối không được vượt quá các mức cho phép.

Việc tuân thủ các quy định này không chỉ giúp bạn tránh bị phạt mà còn đảm bảo hệ thống điện của chính doanh nghiệp hoạt động một cách an toàn và ổn định.

Kết luận

Sóng hài không chỉ là mối đe dọa tiềm ẩn đối với hiệu suất và độ bền của thiết bị, mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí vận hành và sự ổn định của toàn bộ hệ thống điện công nghiệp. Việc đo lường, giám sát và xử lý sóng hài là nhiệm vụ bắt buộc để đảm bảo chất lượng điện năng và tuân thủ các quy định hiện hành.

VIAS Việt Nam – chuyên gia đo kiểm an toàn điện và bảo trì, bảo dưỡng thi công, cải tạo hệ thống điện công nghiệp hàng đầu theo tiêu chuẩn Nhật Bản. Chúng tôi cung cấp dịch vụ đo lường, phân tích và cải thiện hệ thống điện công nghiệp toàn diện, giúp bạn vận hành an toàn – tiết kiệm – bền vững.