Hướng dẫn 5 phương pháp lọc sóng hài hiệu quả

Lọc sóng hài là việc rất cần thiết cho hệ thống điện nếu muốn hoạt động ổn định trong lâu dài, đặc biệt trong hệ thống điện có nhiều phụ tải. Các phương pháp lọc sóng hài với lợi ích và rủi ro sẽ được BTB Electric giới thiệu tới bạn trong bài viết sau.

Những ảnh hưởng tiêu cực của sóng hài

Những phụ tải phi tuyến như máy hàn, lò hồ quang, bộ nạp acquy, biến tần, nguồn dự phòng UPS,… tạo ra dòng điện sóng hài theo dòng điện và trên điện áp thông qua trở kháng hệ thống. Sóng hài dòng điện ảnh hưởng xấu tới các thiết bị mắc nối tiếp với nguồn gây sóng hài và sóng hài điện áp ảnh hưởng xấu tới các thiết bị mắc song song.

Ảnh hưởng về kỹ thuật

Dòng điện sóng hài làm biến dạng điện áp hệ thống. Mức biến dạng tùy thuộc vào điện kháng hệ thống. Thông thường điện kháng hệ thống khá nhỏ nên sóng hài điện áp nhỏ hơn khá nhiều sóng hài dòng điện.

Sóng hài khiến giá trị RMS của dòng điện tăng, làm tổn thất công suất tác dụng P và gây quá tải hệ thống. Dòng RMS càng cao càng làm tổn thất các thiết bị mắc nối tiếp nguồn sóng hài. Nếu trong khu vực có lượng sóng hài lớn thì máy biến áp đầu vào phải tăng công suất để dự phòng.

Dòng sóng hài có thể làm biến dạng điện áp hệ thống và trip các thiết bị trong nhà máy như aptomat, ACB, dẫn tới mất điện. Dòng điện qua các tụ bù CPSK có thể tăng cao, cộng hưởng sóng hài làm quá tải tụ, sinh nhiệt và có thể làm cháy, nổ tụ.

Ảnh hưởng về kinh tế

Sóng hài làm tổn hại tới các thiết bị điện và khiến doanh nghiệp vừa phải tìm phương pháp lọc sóng hài, vừa tìm giải pháp bảo vệ các thiết bị điện, dẫn tới chi phí đầu tư cho hệ thống điện tăng. Cụ thể những ảnh hưởng của sóng hài tới túi tiền doanh nghiệp như sau:

• Gây quá tải hệ thống, giảm hiệu suất vận hành thiết bị
• Tổn thất năng lượng, hao phí điện năng vận hành
• Nguy cơ mất điện, gián đoạn công việc
• Giảm tuổi thọ thiết bị điện

Các phương pháp xử lý sóng hài

BTB Electric giới thiệu 5 phương pháp lọc sóng hài được sử dụng rộng rãi hiện nay, bao gồm sử dụng cuộn kháng nối tiếp, dùng biến áp cách ly, dùng chỉnh lưu 12 xung, sử dụng bộ lọc hài thụ động và dùng bộ lọc hài tích cực.

Dùng cuộn kháng nối tiếp

Sử dụng cuộn kháng nối tiếp được xem là phương án phổ thông nhất để lọc sóng hài. Cuộn kháng được mắc nối tiếp với phụ tải phi tuyến (ví dụ như biến tần) làm tăng tổng điện kháng từ nguồn về tải. Khi đó cuộn kháng sẽ giảm sóng hài và hấp thụ các mức quá áp nguy hiểm có thể gây trip biến tần. 

Điện kháng cuộn kháng phụ thuộc vào tải. Ví dụ, một cuộn kháng 6% mắc nối tiếp cho phụ tải chỉ dùng 50% dòng tải định mức thì điện kháng hiệu dụng của cuộn kháng chỉ còn 50%, tương đương 3%. 

Trong nhiều trường hợp, điện kháng nguồn thấp hơn nhiều so với phụ tải. Do đó dù tải thấp thì tổng điện kháng của cuộn kháng và phụ tải vẫn lớn hơn nguồn. Đa phần cuộn kháng nối tiếp có điện kháng trong khoảng 3% tới 6%.

Dùng biến áp cách ly

Điện kháng của máy biến áp đủ nhỏ để cho phép dòng 50Hz đi qua và tỷ lệ thuận với tần số sóng hài. Như vậy có thể coi máy biến áp có công dụng tương đương một cuộn kháng nối tiếp. Cùng với đó, giữa cuộn sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp cách ly là màn chắn tĩnh điện.

Giữa màn chắn và cuộn dây có điện dung ký sinh tạo ra đường điện kháng thấp có khả năng giảm nhiễu. Nếu lắp máy biến áp cách ly theo sơ đồ đấu tam giác (sơ cấp) – sao (thứ cấp) để cải thiện chất lượng điện năng.

Để tăng hiệu suất giảm sóng hài, máy biến áp cách ly hoặc cuộn kháng mắc nối tiếp cần chịu được dòng tải định mức và tính toán điện kháng trên dòng và điện áp định mức.

Chỉnh lưu 12 xung

Chỉnh lưu 12 xung là giải pháp khá hiệu quả để giảm thiểu sóng hài. Phương pháp này sử dụng 6 cặp chỉnh lưu Silic chia thành 2 nhóm, mỗi nhóm 3 cặp. Các chỉnh lưu Silic trong mỗi nhóm được kích hoạt theo trình tự, tạo ra dạng sóng điện gần giống sóng hình sin. Từ đó hàm lượng sóng hài dòng điện và sóng hài điện áp bị suy giảm đáng kể.

So với các phương pháp chỉnh lưu truyền thống như chỉnh lưu 6 xung, chỉnh lưu 12 xung đạt hiệu quả vượt trội hơn. Tuy nhiên phương pháp này triển khai phức tạp hơn, tốn kém chi phí và chiếm diện tích lớn hơn.

Dùng bộ lọc thụ động

Bộ lọc thụ động là phương pháp đơn giản nhất để lọc sóng hài, tuy nhiên hiệu quả không cao bằng lọc tích cực. Bộ lọc thụ động có thể được điều chỉnh để chỉ lọc với một dải tần số sóng hài cố định. Cấu trúc bộ lọc bao gồm các phần tử cuộn kháng, tụ điện, điện trở kết hợp nhằm kiểm soát sóng hài.

Nếu muốn đạt tỷ lệ lọc sóng hài cao nhất, người thiết kế bộ lọc thụ động cần nắm vững các thiết kế về điện kháng hệ thống, cộng hưởng và tần số các phần tử bên trong. Các biến đổi về tần số hệ thống hay sai số trong bộ lọc sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả lọc sóng hài. Xu hướng chung trong tương lai, các bộ lọc thụ động sẽ dần bị thay thế do không đáp ứng được tiêu chuẩn kỹ thuật.

Dùng bộ lọc tích cực

Bộ lọc sóng hài tích cực là giải pháp lọc sóng hài hiện đại nhất hiện nay. Các bộ lọc này có thể được tích hợp vào bộ phận chỉnh lưu các thiết bị như biến tần, UPS hay một số thiết bị điện công suất khác.

Bộ lọc tích cực sẽ tách dòng cơ bản 50Hz khỏi tín hiệu đo lường, phân tích các thành phần tần số còn lại và bơm dòng bù để triệt tiêu từng bậc sóng hài. Bộ lọc này có khả năng lọc tới sóng hài bậc 50 và đạt hiệu quả lọc hài tới 95% hoặc cao hơn.

Bộ lọc sóng hài tích cực có khả năng thích ứng với sự biến đổi của hệ thống mà không bị suy giảm hiệu suất lọc như bộ lọc thụ động. Đồng thời bộ lọc cho phép người sử dụng mở rộng công suất dễ dàng mà không cần tính toán lại các thông số kỹ thuật.

Lợi ích sau khi lọc sóng hài

Giảm sóng hài đồng nghĩa giảm những tác hại mà loại sóng này gây ra, bao gồm thiệt hại về kỹ thuật và thiệt hại về kinh tế.

• Lọc sóng hài làm giảm giá trị RMS trên hệ thống, từ đó giảm kích thước dây dẫn, công suất của các thiết bị điện, tiết kiệm chi phí đầu tư và vận hành hệ thống.
• Lọc sóng hài làm giảm tổn thất điện trong máy biến áp, thiết bị điện, giảm điện năng tiêu thụ dẫn tới giảm chi phí vận hành hệ thống.
• Lọc sóng hài giúp hạn chế hư hỏng, tiết kiệm đáng kể chi phí bảo dưỡng thiết bị, thay thế thiết bị mới.

BTB Electric vừa giới thiệu tới bạn 5 phương pháp lọc sóng hài được sử dụng phổ biến hiện nay, kèm đánh giá hiệu quả của từng phương pháp. Trong các phương pháp trên, chúng tôi đánh giá cao bộ lọc sóng hài tích cực về hiệu quả vượt trội và hiệu suất đầu tư dài hạn tối ưu. Bạn có thể tham khảo thêm giải pháp này qua sản phẩm của chúng tôi: AHF – Bộ lọc sóng hài chủ động BTB Electric.