Chương 6: Chất lượng điện áp

6.1.- Khái niệm

a-Sụt áp:

sự thu giảm áp trong khoảng thời gian ngắn theo điện áp hiệu dụng, gây

ra bởi dòng ngắn mạch, quá tải, khởi động động cơ.

+Sụt áp ảnh hưởng đến một số loại thiết bị:

-Thay đổi tốc độ động cơ, đáp ứng của các máy tính và thiết bị điều chỉnh

khác.

-Một số thiết bị bị mất điện khi điện áp hiệu dụng rơi xuống dưới 90%

trong khoảng từ 1 đến 2 chu kỳ.

-Ví dụ, như thiết bị kiểm soát quy trình của một nhà máy giấy: các hư

hỏng, thiệt hại do sụt áp là rất lớn.

+Sụt áp tại các đầu cực của thiết bị có thể do các dòng điện ngắn mạch

cách đến hàng trăm km

Hình .1

Sụt áp do ngắn mạch. Biểu

diễn điện áp trên 1 pha.

+ Biên độ và khoảng thời gian là các đặc trưng chính của sụt áp.

b-Dao động điện áp

c-Mất đối xứng

d-Mất tính sin

5.2- Khảo sát sụt áp duy trì khi có ngắn mạch

1-Kiểm tra, giám sát

+ Điện áp hiệu dụng.

N

i

irms vN

V1

21 (1)

Trong đó, N: là số mẫu trong một chu kỳ

vi: là điện áp được lấy mẫu trong phạm vi thời gian

Trong hình 1.3 điện áp hiệu dụng được tính trên 1 chu kỳ, chúng là 256 điểm

được vẽ.

ki

Nki

irms vN

kV1

21)( (2)

Với N = 256.

+Điện áp hiệu dụng không giảm xuống ngay tức thì mà nó cần một chu kỳ để

chuyển đổi; điện áp hiệu dụng sau sự cố chỉ vào khoảng 90% điện áp trước khi

sụt áp.

Hình .2. Sụt áp do khởi động động cơ.

Hình .3

Một chu kì của điện áp hiệu dụng khi

xảy ra sụt áp biểu diễn ở hình 1.1.

2- Biên độ sụt áp.

+ 70% sụt áp trong một hệ thống 120V có nghĩa là điện áp sụt xuống tới

84V.

+Biên độ sụt áp được định nghĩa như điện áp còn lại trong suốt quá trình

sụt áp.

Ví dụ:

+Xét một hệ thống với số (1→5) chỉ ra các vị trí sự cố và các ký tự

(A→D) chỉ ra các tải.

+Một sự cố trong mạng truyền tải, vị trí sự cố 1 sẽ gây ra một sụt áp

nghiêm trọng cho 4 trạm biến áp dưới đó→truyền xuống cho tất cả các khách

hàng được cung cấp từ 2 trạm biến áp này→ ảnh hưởng đến tất cả các khách

hàng (A, B, C và D).

-Sụt áp bị ảnh hưởng bởi khách hàng A hầu như ít sâu vì các máy phát

điện được nối kết với hệ thống trạm đó sẽ giữ điện áp.

+Sự cố tại vị trí 2: không gây ra sự giảm điện áp nhiều cho khách hàng A

do trở kháng của MBA giữa các hệ thống trạm biến áp là đủ lớn để giới hạn sự

giảm áp tại phía điện áp cao của MBA

-Gây ra sụt áp sâu tại các trạm biến áp tuyền tải, các khách hàng được

cung cấp từ đây (B,C và D).

+Sự cố tại vị trí 3:-gây ra sụt áp rất sâu cho khách hàng D, bởi việc mất

điện ngắn hay dài khi bảo vệ xoá đi các ngắn mạch

- Phụ tải C: bị sụt áp “sâu” so với D. Nếu sử dụng tự động đóng lại trong

hệ thống phân phối thì khách hàng C sẽ trải qua hai hay nhiều sụt áp ngắn

-Khách hàng B trải qua một sụt áp nông do trở kháng của MBA.

A

B

1

2

3

4

5

C

D

Transmission

Subtransmission

Distribution

Distribution

Hình 4 Mạng phân phối với vị trí tải

và vị trí sự cố.

-Khách hàng A có thể không quan tâm đến bất cứ điều gì từ sự cố này.

+Sự cố tại 4: gây ra sụt áp cho khách hàng C và sụt áp nông cho khách

hàng D.

+Sự cố 5, một sụt áp sâu cho khách hàng D và một sụt áp nông cho khách

hàng C. Khách hàng A và B sẽ không bị ảnh hưởng bởi các sự cố 4 và 5.

*Để lượng hoá biên độ sụt áp trong các hệ thống hình tia, có thể sử dụng

mô hình phân chia điện áp :

- Điểm nối chung (PPC)- từ đó cả sự cố và tải được cung cấp. Nói một

cách khác: Nó là vị trí nơi dòng tải rẽ nhánh khỏi dòng điện sự cố.

EZZ

ZV

FS

Fsag

(3)

+Nếu cho điện áp trước khi sụt áp bằng 1 pu :

FS

Fsag

ZZ

ZV

(4)

L.

L.

zZ

zV

S

sag

(5

3-Các yếu tố ảnh hưởng

*Biên độ sụt áp như một hàm của khoảng cách đối với sự cố : đường dây trên

không có tiết diện 150mm2

, mức sự cố là 750MVA, 200MVA và 75MVA.

EZS

ZFVsag

Fault

Loadpcc

Hình 5 Mô hình chia điện áp để tính

Vsag

*-Ảnh hưởng của tiết diện.

-Dây trên không: ít ảnh hưởng bởi tiết diện hơn cáp ngầm (R,X)

Bảng 1.1

Tiết diện Trở kháng

Đường dây trên không Cáp

50mm2 0.363+j0.351 0.492+j0.116

150mm2 0.117+j0.315 0.159+j0.097

300mm2 0.061+j0.298 0.079+j0.087

*- Sự cố sau MBA.. Vì MBA có cảm kháng lớn hơn, giữa sự cố về phía

thứ cấp của MBA, sự hiện diện của MBA giữa sự cố và pcc dẫn tới sụt áp nông

tương đối.

Hình 6-Biên độ điện áp là một hàm đối với khoảng cách

tương ứng với các công suất nguồn khác nhau.

Hình 7-Biên độ điện áp là một hàm

đối với khoảng cách tương ứng với

các tiết diện dây khác nhau.

Hình 8Biên độ điện áp là một hàm

đối với khoảng cách tương ứng với

các tiết diện dây khác nhau của

đường dây cáp ngầm.

*-Mức sự cố.

pcc

FLTsag

S

SV 1

Với: SFLT - mức sự cố tại vị trí sự cố và Spcc -tại điểm nối chung;

Các mức sự cố tiêu biểu trong HTĐ của Anh:

400 V 20 MVA

11 KV 200 MVA

33 KV 900 MVA

132KV 3000 MVA

400KV 17000 MVA

-Xét một sự cố tại TC 11KV, có nghĩa là với mức sự cố 200MVA:

. Sụt áp tại phía điện áp cao của MBA 33/11KV:

%78900

2001

MVA

MVAVsag

Bảng 1.2

Điểm sụt áp Các điểm nối

11KV 33KV 132KV 400KV

400V 90% 98% 99% 100%

11KV 0 78% 93% 99%

33KV 0 0 70% 95%

132KV 0 0 0 82%

. Khoảng cách tới hạn.:

Hình 9

So sánh sụt áp khi ngắn mạch tại

33kV và 132 kV.

- Khoảng cách mà tại đó sự cố sẽ dẫn đến một sụt áp của một biên độ cụ thể: Giả sử

bằng tỉ lệ X/R của nguồn và hệ thống cung cấp cho đường dây :

V

V

Z

ZL S

crit

1

(6)

-. Nếu thiết bị bị ngắt khi điện áp giảm xuống dưới mức cụ thể (điện áp tới hạn)→.

khoảng cách tới hạn là → làm cho thiết bị bị gián đoạn.

-(6) đúng cho hệ thống hình tia

4-- Thời gian sụt áp

a. Thời gian xóa sự cố

+. Khoảng thời gian sụt áp được xác định chủ yếu bởi thời gian xóa sự cố.

+Nhìn chung các sự cố trong hệ thống truyền tải được xóa nhanh hơn các sự cố trong

hệ thống phân phối.:

- Dạng cơ bản trong hệ thống phân phối là quá tải.

Một quan điểm chung về thời gian xóa sự cố của các thiết bị khác được đưa ra tham

khảo

Cầu chì bảo vệ quá tải (quá dòng): nhỏ hơn một chu kỳ

Cầu chì tự rơi: 10 – 100ms

Relay khoảng cách với MC nhanh: 50 – 100ms

Relay khoảng cách vùng 1: 100 – 200ms

Relay khoảng cách vùng 2: 200 – 500ms

Relay so lệch: 100 – 300ms

Relay quá dòng: 200 – 2000ms

+Một số thời gian xóa tiêu biểu tại các nút điện áp khác nhau ở các thiết bị của Mỹ:

Mức điện áp Trường hợp tốt nhất Bình thường Trường hợp xấu nhất

525KV 33ms 50ms 83ms

345KV 50ms 67ms 100ms

230KV 50ms 83ms 133ms

115KV 83ms 83ms 167ms

69KV 50ms 83ms 167ms

34.5KV 100ms 2sec 3sec

12.47KV 100ms 2sec 3sec

b. Đồ thị biên độ - thời gian:

Hình 10

Số lượng sụt áp với biên độ.

Sự cố hệ thống mạng truyền tải

1. Sự cố hệ thống mạng phân phối điều khiển từ xa

2. Sự cố hệ thống mạng phân phối địa phương

3. Khởi động của các động cơ lớn

4. Các ngắt điện

5. Cầu chì

5 Sự cố ba pha bất đối xứng

a -Sự cố 1 pha

Đối với sự cố 1 pha, ba thành phần được cho trong hình 1.30 được kết nối theo thứ tự tại vị trí

sự cố.

E

ZS1 ZF1

V1

+

_

ZS2 ZF2

V2

+

_

I1

I2

ZS0 ZF0

V0

+

_

I0

+

_

Hình 11 Các vùng biên độ theo thời gian

tương ứng với các loại sự cố.

Hình 13 Thứ tự thuận, nghịch và không

cho mạch điện ở hình 1.14

Mạng truyền tải

Mạng phân phối

địa phương

Mạng phân

phối ĐK từ xa

Tải

Hình 12

Cấu trúc của hệ thống điện.

+Đặt E = 1, các thành phần điện áp tại pcc :

021021

00221

1

SSSFFF

FSFSF

ZZZZZZ

ZZZZZV

(7)

021021

2

2

SSSFFF

S

ZZZZZZ

ZV

(8)

021021

0

3

SSSFFF

S

ZZZZZZ

ZV

(9)

+Các điện áp trong 3 pha tại pcc :

02

2

1

021

2

021

VVaaVV

VaVVaV

VVVV

c

b

a

(10)

+Đối với điện áp pha bị sự cố Va :

021021

021

SSSFFF

FFF

aZZZZZZ

ZZZV

(11)

+Mô hình phân chia điện áp:

021021

0211SSSFFF

SSS

aZZZZZZ

ZZZV

021021

021

2

2

SSSFFF

SSS

bZZZZZZ

ZaZZaaV

(12)

E

ZS1 ZF1

V1

+

_

ZS2 ZF2

V2

+

_

I1

I2

ZS0 ZF0

V0

+

_

I0

+

_

Hình 14 Mạch tương đương khi xảy

ra ngắn mạch 1 pha.

021021

02

2

1

SSSFFF

SSS

cZZZZZZ

ZZaaZaV

+Điện áp giữa 2 pha không bị sự cố là

021021

212 1SSSFFF

SS

cbZZZZZZ

ZZaaVV (13)

.- Hệ thống nối đất trực tiếp.

+Các điện kháng nguồn trong 3 thành phần thứ tự thường bằng nhau:

aV

aV

ZZZZ

ZV

c

b

SFFF

S

a

2

1021

1

3

1

(14)

Các điện áp trong pha không bị sự cố không bị ảnh hưởng.

. Hệ thống nối đất qua trở kháng.

+ Trong hệ thống nối đất qua trở kháng cao, trở kháng nguồn thứ tự không khác so với trở

kháng nguồn thứ tự nghịch và thứ tự thuận.

+Giả sử rằng trở nguồn thứ tự thuận và nghịch là bằng nhau:

0101

10

0101

102

0101

10

22

2

22

2

22

21

SSFF

SS

c

SSFF

SS

b

SSFF

SS

a

ZZZZ

ZZaV

ZZZZ

ZZaV

ZZZZ

ZZV

(15)

+Giảm áp trong các pha không bị sự cố chỉ có thành phần thứ tự không

Hình 15 Điện áp pha khi ngắn mạch 1

pha a.

a

ZZZZ

ZZVV

aZZZZ

ZZVV

ZZZZ

Z

ZZZZ

ZZVV

SSFF

SS

cc

SSFF

SS

bb

SSFF

S

SSFF

SS

aa

0101

10'

2

0101

10'

0101

1

0101

10'

22

2

22

22

31

22

(16)

+Biểu thức cho điện áp của pha bị sự cố được viết lại

110021

1'

3

1

3

11

SSSFFF

S

a

ZZZZZZ

ZV

(17)

-Mẫu số chứa một thành phần bổ sung 103

1SS ZZ được so với (1.22). Điều này được hiểu

như một trở kháng bổ sung giữa pcc và sự cố. Khi trở kháng này là dương, vì thế khi ZS0 >

ZS1, sụt áp trở nên nông hơn. Trong các hệ thống nối đất qua điện trở và điện kháng, ZS0 >>

ZS1, vì thế ngay cả khi sự cố thiết bị, ZF1 + ZF2 + ZF0 = 0, sẽ dẫn tới sụt áp nông.

aV

aV

ZZZZ

ZV

c

b

SSFF

Sa

2

0101

1

22

31

(18)

b. Sự cố pha – pha

aE ZS1 ZF1

(ZS0-ZS1)/3

a2E ZS1 ZF1

ZS1 ZF1E

(ZF0-ZF1)/3Neutral

point

Va

Van

Hình 16 Mạch tương đương của điện áp

3 pha.

ZS1 ZF1

ZS2 ZF2

ZS0 ZF0

E

+

-

I1

I2

I0

+

-

+

-

V1

V2

+

-V0

Điện áp thứ tự nghịch tại pcc là:

0

.

0

2121

2

2

2121

1

1

V

ZZZZ

ZV

ZZZZ

ZEEV

FFSS

S

FFSS

S

(19)

2121

2

2

1

2121

21

2

2

2121

211

FFSS

SS

c

FFSS

SSb

FFSS

SSa

ZZZZ

ZaaZaV

ZZZZ

aZZaaV

ZZZZ

ZZV

(20)

11

1

2

11

1

2

2

22

22

1

FS

S

c

FS

S

b

a

ZZ

ZaaaV

ZZ

ZaaaV

V

(21)

+Sụt áp trong các pha bị sự cố là bằng nhau theo biên độ 11

1

2 FS

S

ZZ

Z

nhưng ngược chiều.

aa

ZZZZ

ZZVV

FFSS

FFcb

2

2121

21 (22)

c. Sự cố 2 pha chạm đất

Hình 17 Mạch tương đương sự cố

giữa 2 pha.

D

ZZZV

D

ZZZV

D

ZZZZZV

FSS

FSS

FSFSS

220

0

002

2

22001

1 1

(23)

Với 2211221100 FSFSFSFSFS ZZZZZZZZZZD (24)

D

ZaZZ

D

ZaZZaaV

D

ZZaZ

D

ZZaaZaV

D

ZZZZ

D

ZZZZV

SSSS

c

SSSS

b

FSSSFSSS

a

210012

2

21

2

001

2

22

221000121

(25)

+ Điện áp pha – trung tính trong pha không bị sự cố là không bị ảnh hưởng bởi sự cố 2 pha

chạm đất.

+Điện áp pha – trung tính tại vị trí sự cố, VFN, được tìm thấy bằng cách áp dụng định luật

Kirchhoff vào điểm sự cố

10101111

2

3

1

3

1FFSS

FN

FS

FN

FS

FN

ZZZZ

V

ZZ

Va

ZZ

Va

(26)

ZS1 ZF1

ZS2 ZF2

ZS0 ZF0

E

+

-

I1

I2

I0

+

-

+

-

V1

V2

+

-V0

Hình 18 Mạch tương đương do sự cố 2 pha

chạm đất chạm nhau.

Hình 19 Điện áp rơi ở pha bị sự cố

khi ngắn mạch 2 pha chạm nhau

chạm đất.

A B

C

→ 1100

1100

2 FSFS

FSFS

FNZZZZ

ZZZZV

(1.36)

+Nếu trở kháng thứ tự không và thứ tự thuận là bằng nhau, ZS0 = ZS1 và ZF0 = ZF1

VFN = 0 (27)

+Nếu trở kháng thứ tự không lớn:

2

1FNV (28)

Trường hợp trung gian, với ZS1 <ZS0 < ∞, cho điện áp tại vị trí sự cố ở một nơi nào đó

giữa 2 cực này.

02

1 FNV (29)

aE ZS1 ZF1

(ZS0-ZS1)/3

a2E ZS1 ZF1

ZS1 ZF1E

(ZF0-ZF1)/3

VF

IF

Hình 20 Điện áp 3 pha trong mô hình

phân chia do sự cố 2 pha chạm nhau

chạm đất.

Hình 21 Điện áp pha trong sự cố 2 pha

chạm nhau chạm đất.