Chapter 1 LỜI MỞ ĐẦU
Đất nước ta ngày nay đang trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa, nền
kinh tế quốc dân ngày càng phát triển mạnh mẽ, đời sống người dân ngày càng
được cải thiện, trình độ dân trí được nâng cao. Theo thống kê và dự báo của Tập
đoàn Điện lực Việt Nam thì trong những năm tới nhu cầu sử dụng điện của cả quốc
gia tăng từ 14% đến 16%. Để đáp ứng nhu cầu đó, hệ thống điện đã được đầu tư và
nâng cấp, từ việc xây dựng mới và cải tạo lại các nguồn điện và mạng lưới đã có
cho tới việc quy hoạch lại lưới điện ở các cấp điện áp khác nhau nhằm đáp ứng nhu
cầu ngày càng tăng của phụ tải điện.
Cùng với sự phát triển ồ ạt của hệ thống lưới điện và nguồn điện là các tuyến
đường dây không đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật, vì đã cũ nát, bên cạnh đó là các
thiết bị đã lạc hậu, thiếu tính đồng bộ không đủ tiêu chuẩn vận hành. Việc xây
dựng không dựa trên một quy hoạch tổng thể mang tính tùy tiện, tự phát, cùng với
sự tăng nhanh của phụ tải dẫn đến tình trạng quá tải trên đường dây. Vì vậy quá
trình truyền tải và phân phối điện đã gây ra tổn thất điện năng và hao tổn điện áp
lớn làm ảnh hưởng đến chất lượng điện cung cấp cho các hộ tiêu thụ điện và chất
lượng làm việc của các thiết bị điện, từ đó ảnh hưởng gián tiếp tới các hộ tiêu thụ
điện và chính ngành điện.
Trước thực trạng đó, ngành điện đã có nhiều chương trình, đề tài nghiên cứu
và thực hiện rất nhiều biện pháp nhằm mục đích giảm tổn thất điện năng, nâng cao
chất lượng điện. Nhờ vậy tổn thất điện năng trung bình hàng năm trên toàn hệ
thống lưới điện quốc gia đang giảm một cách đáng kể, chất lượng điện được nâng
cao rõ rệt.
Trong phạm vi của đồ án em đi sau nghiên cứu về ảnh hưởng của chất lượng
điện năng tới các hộ sử dụng điện, trên cơ sở đó đưa ra các giải pháp nhằm đảm
bảo và nâng cao chất lượng điện năng cho các hộ tiêu thụ điện.
Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã nhận được sự chỉ bảo rất tận tình của


cô NGUYỄN THỊ KHÁNH và các thầy cô khác trong khoa.
Em xin chân thành cảm ơn!

U − U dm
.100%
U dm

(1-1)

2. Độ dao động điện áp ( khi tốc độ biến đổi của điện áp không nhỏ hơn 1%
trong 1 giây)
δU =

U max − U min
.100%
U dm

(1-2)


3. Độ không hình sin của dạng đường cong điện áp :
K K .Sin

Uγ

∑ .100%
=
U1

Uγ

=


.100% =

0

0

U A + a 2 U B + aU C
3U dm

.100%

(1-4)

Trong đó

U2

0

- điện áp thứ tự nghịch a =

Nếu điện áp có

K 2 ≤ 1%

e j120

;

0


Tiêu chuẩn tần số
Chất lượng tần số được đánh giá theo 2 dại lượng sau đây .
a. Độ lệch tần số ( lấy trong khoảng thời gian là 10 phút)


Độ lệch tần số so với tần số định mức:
∆f =

f − f dm
.100
f dm

(1-6)

Độ lệch tần số phải nằm trong giới hạn cho phép:
∆f

≤ ∆f ≤ ∆
min

fmax.

Cũng có nghĩa là tần số phải luôn nằm trong giới hạn cho phép:
fmin

≤

f



ΓOCT

13109- 87[6] của Nga thì độ lệch tần số cho phép là ±0,2 Hz với

xác suất 95% (22,8 h/ngày), độ lệch tối đa cho phép là ±0.4 Hz trong mọi


thời gian và chế độ sự cố cho phép độ lệch ±0,5 ÷ 1 Hz với tổng độ kéo dài
không quá 90 h/năm. Độ dao động tần số không vượt quá 0,2 Hz
Theo tiêu chuẩn Singapo [2], độ lệch tần số cho phép là 1%, tức là ±0,5 Hz.
Ngoài ra, chất lượng điện năng còn được đánh giá bằng chỉ tiêu là độ tin cậy
của hệ thống, tức là tính lien tục cung cấp điện. Giữ cho độ lệch và dao động của
tần số nằm trong phạm vi cho phép là nhiệm vụ của các nhà máy phát điện, các hộ
dùng điện ít ảnh hưởng tới tần số, vì vậy về sau này chúng ta sẽ không đề cập đến
các biện pháp đảm bảo chất lượng tần số.
Nâng cao chất lượng điện năng sẽ trực tiếp ảnh hưởng tới số lượng và chất
lượng các sản phẩm làm ra. Vì vậy khi thiết kế, người thiết kế phải tìm hiểu kĩ quá
trình công nghệ, xác định ảnh hưởng của chất lượng điện năng đối với chất lượng
sản phẩm và sự làm việc bình thường của xí nghiệp. Trên cơ sở đó người thiết kế
lựa chọn một cách hợp lí các biện pháp nâng cao chất lượng điện năng. Khi vận
hành cần tuân thủ chặt chẽ các quy tình quy phạm để đảm bảo cho hệ thống cung
cấp điện đạt được những chỉ tiêu đã xác định lúc thiết kế.
1.2.

Ảnh hưởng của chất lượng điện đối với các hộ tiêu thụ.

Diễn biến điện áp trong lưới điện.



(1-8)

δU B 2 = E 2 − ∆U TA 2 + E P − ∆U B 2

δU A1 = U B1 − ∆U H 1
δU A 2 = U B 2 − ∆U B 2
⇒

Kết luận: Độ lệch điện áp là tiêu chuẩn chính của chất lượng điện áp, nó ảnh

hưởng rất lớn đến cấu trúc của lưới điện.


1.2.1.

Nguyên nhân gây biến động điện áp.
Độ lệch điện áp được xác định như sau:
δU = U − U dm

δU % =

U − U dm
* 100
U dm

(1-9)

Nếu điện áp đặt vào phụ tải không đúng với điện áp định mức của phụ tải
yêu cầu thì ít nhiều tình trạng làm việc của phụ tải đó cũng trở nên không tốt. Hay
độ lệch điện áp càng lớn thì chỉ tiêu kinh tế của các thiết bị dùng điện càng thấp.Sự

1.2.4.

Ảnh hưởng của chất lượng điện áp tới hộ dùng điện

1.2.4.1.

Chất lượng điện năng của các hộ dùng điện không đạt yêu cầu

- Đối với động cơ không đồng bộ:
Khi điện áp trên cực động cơ bị giảm thấp thì mômen quay và tốc độ quay sẽ
giảm, dòng điện trong stato tăng lên làm tăng phát nóng trong động cơ, động cơ
khó khởi động, thời gian khởi động kéo dài.
- Đối với máy công cụ:
Do động cơ truyền động thì ảnh hưởng của điện áp còn liên quan đến phụ tải
cơ, đến hiệu suất công tác của thiết bị.
Cụ thể điện áp giảm ngắn mạch đến 15% thì khởi động từ có thể không giữ
đuợc, gây cắt điện. Dòng khởi động ngắn hạn của động cơ KĐB ( có thành phần
trở kháng là chủ yếu) có thể gây ra trên lưới điện có điện kháng cao ( thanh dẫn,
đường dây trên không ) và kháng điện độ giảm áp lớn làm ảnh hưởng đến làm việc
bình thường của động cơ đang làm việc hoặc đang khởi động.
Nếu điện áp giảm thấp quá thì bản thân động cơ có thể khởi động không
thành công. Hiện tượng này thường gặp ở các máy bơm nước phục vụ tưới tiêu.
- Đối với thiết bị chiếu sáng:
Khi điện áp giảm, quang thông của đèn nung nóng sẽ giảm. Điện áp giảm
5% thì quang thông giảm 10% dẫn đến giảm năng suất và chất lượng lao động,
không đảm bảo an toàn lao động.
Khi điện áp tăng cao, tuổi thọ của đèn sẽ giảm.


Điện áp luôn tăng 1% so với điện áp định mức của đèn, tuổi thọ của đèn

R

(1-10)

Như vậy tổn thất công suất trong các hộ tiêu thụ loại này sẽ tỉ lệ thuận với
bình phương điện áp đặt vào. Khi điện áp giảm, hiệu quả của các phần tử đốt
nóng sẽ giảm xuống rõ rệt.
1.2.4.2.

Ảnh hưởng xấu đến công tác của hệ thống điện

- Điện áp tăng quá cao gây nguy hiểm cho thiết bị hệ thống điện.
VD: Điện áp trên đường dây dài trong chế độ không tải, điện áp tăng rất cao
gây nguy hiểm cho thiết bị và quá tải máy phát điện.
- Điện áp thấp: làm giảm ổn định tĩnh, giảm khả năng ổn định động và ổn
định tổng quát. Nếu thấp quá có thể gây mất ổn định phụ tải.
VD: Đối với máy biến áp, khi điện áp tăng làm tăng tổn thất không tải, tăng
tự cảm ứng trong lõi thép và có thể dẫn đến nguy hiểm do máy bị phát nóng cục
bộ, khi điện áp tăng quá cao sẽ làm hỏng cách điện. Điện áp giảm sẽ làm giảm
lượng công suất phản kháng do máy phát điện và các thiết bị bù sinh ra.
1.2.4.3.

Thiệt hại của hộ tiêu thụ khi điện áp không đủ chất lượng

H=

2
2
1 ∂ξ
1 ∂ζ

− 5% ≤ δU ≤ 5%

− 10% ≤ δU ≤ 7.5%

Trong trạng thái sự cố cho phép tăng giới hạn trên thêm 2.5% và giảm giới
hạn dưới thêm 5%.
1.2.4.5.

Quan hệ công suất phản kháng với điện áp

Nhu cầu công suất phản kháng thay đổi gây ra sự biến đổi điện áp.Trong
lưới hệ thống siêu cao áp, điện trở R của đường dây nhỏ hơn nhiều so với điện
kháng X nên thành phần dọc trục

∆U

hoàn toàn phụ thuộc vào công suất Q trên tải

lưới.
Khi điện pá tại một điểm nào đó nằm trong phạm vi cho phép thì công suất
phản kháng của nguồn đủ đáp ứng yêu cầu của phụ tải tại điểm đó. Nếu điện áp
cao thì là thừa công suất, còn điện áp thấp thì là thiếu công suất phản kháng.
Công suất phản kháng thường thiếu trong chế độ phụ tải max cần phải có
thêm nguồn, còn trong chế đọ min lại có nguy cơ thừa do điện dung của đường dây
và cáp gây ra, cần phải có thiết bị tiêu thụ.
Cân bằng công suất phản kháng vừa có tính chất hệ thống vừa có tính chất
địa phương. Do đó điều chỉnh cân bằng công suất phản kháng phải thực hiện cả ở


cấp hệ thống và cấp địa phương. Ở cấp hệ thống điều chỉnh ở mức điện áp trung


(1-12b)

Như vậy tổn thất công suất trong các hộ tiêu thụ loại này sẽ tỉ lệ thuận với
bình phương của điện áp đặt vào. Khi điện áp giảm, hiệu quả của các phần tử đốt
nóng sẽ giảm xuống rõ rệt.
b. Đèn sợi tim còn gọi là đèn nung sang:
Quang thông

Φ

và thời hạn phục vụ của đèn T phụ thuộc vào điện áp đặt

vào, có thể xây dựng được bằng thực nghiệm cho ở bảng sau:


Điện áp đặt vào %
Quang thông

Φ

%

Thời hạn phục vụ của đèn sợi tim T

90

95

100

Các Tivi nhạy cảm với cả điện áp và tần số.
c. Tụ điện tĩnh
Công suất phản kháng của tụ điện tĩnh tỉ lệ thuận với tần số và bình phuơng của
điện áp đặt vào:

Qbù =
1.3.

U2
.ω.C = U 2 2πfC
XC

(1-13)

Các phương pháp đánh giá chất lượng điện áp

1.3.1. Đánh giá chất lượng điện theo độ lệch giới hạn của điện áp
Ta biết rằng hao tổn điện áp trong mạng điện được xác định theo công thức:
∆U =

P.R + Q.X
Un

Trong đó :

(V);

(1-14)



chứ không nói đến giá trị tức thời thực tế. Chính vì vậy để đánh giá chất lượng điện
ta cần sử dụng không những giá trị tuyệt đối mà cả khoảng thời gian của độ lệch
điện áp, nghĩa là chúng ta phải xét hàm ν = f(t). Với hàm này chúng ta có thể xác
định điện áp trung bình sau một chu kì xét T nào đó.
Độ lệch trung bình của điện áp so với định mức xác định bởi tích phân hàm
độ lệch điện áp ν(t) trong khoảng thời gian T:
T

Vtb =

100
ν (t)dt (%)
T ∫0

;

(1-17)


Tuy nhiên, giá trị trung bình của độ lệch điện áp đôi khi cho chúng ta những
kết luận nhầm lẫn, vì ở một thời điểm nhất định trị số độ lệch điện áp ν có thể âm
hoặc dương, dẫn đến sự triệt tiêu lẫn nhau khi thực hiện phép tính phân. Đặc trưng
đầy đủ hơn của chất lượng điện áp là độ lệch trung bình bình phương của nó hay
còn gọi là độ bất định của điện áp (H) trong khoảng thời gian T.
H=

10 4
T

T


i=1

(1-20a)

n

∑PH
i

H tb =

i

i=1
n

∑P

(%) 2 ;

i

i=1

(1-20b)

Trong đó:
Pi - Công suất của thụ điện ở điểm tải i;
n - Số lượng các điểm xét.

1
V = ∫ν t dt = tb
.100
T0
Un

(%);

(1-22)

Trong đó:
Utb - Điện áp trung bình trong khoảng thời gian T;
T - Thời gian khảo sát, h;
σν - Độ lệch trung bình bình phương của độ lệch điện áp, xác định theo
phương sai:
T

2

1
σ = ∫  ν(t) - V)  dt
T0
2
ν

(1-23)

Giữa độ lệch chuẩn của độ lệch điện áp σν và độ lệch chuẩn của điện áp σu
có mối quan hệ:
σν =


Xác suất chất lượng là xác suất mà độ lệch điện áp của mạng điện nằm trong
giới hạn cho phép:
ν+

PCL = p(ν- < ν < ν+) =

ν+

∫ f(ν )dV= ∫ σ .

ν

-

ν

-

ν

1
2π

e

-

(ν t -Vtb ) 2
2σν2

j

j

;

(1-28)

Trong đó: Pj - Công suất tác dụng tại điểm j ta xét.
Khi đó ta tính được:
Thời gian chất lượng:
TCL = pCL.T (h);

(1-26)


Điện năng chất lượng
ACL = pCL.A;
A - Tổng điện năng tiêu thụ trong thời gian T;

Độ bất định của điện áp được xác định:

H = ν 2 + σν2

;

Các đại lượng H, ν, σν là những đại lượng đóng vai trò quan trọng không chỉ
trong việc đánh giá chất lượng điện mà còn trong việc xác định các chỉ tiêu kinh tế
- kỹ thuật có liên quan đến chất lượng điện.
1.3.4.

ϕ

ϕ

ϕ

-

-

-

-

1
2

1
2

1
2

1
2

ϕ

M 02R + M 02X



+

+

-

-

3
2

3
2

( IB - IC) sin ;
ϕ

( IB - IC) cos ;

3
2

3
2

ϕ

ϕ



Trong đó:

b=

α = b(b − I A )(b − I B )(b − I C ) ;

I A + I B + IC
2

I2

Hệ số phi đối xứng:
1.4.
1.4.1.

kkđx =

I1

.100%

Các phương pháp nâng cao chất lượng điện.
Các phương pháp điều chỉnh điện áp.

Để điều chỉnh điện áp ta có thể sử dụng các biện pháp sau đây:
Điều chỉnh điện áp máy phát điện bằng cách điều chỉnh dòng điện kích thích.
Điều chỉnh điện áp đầu ra của máy biến áp tăng áp và của máy biến áp giảm áp
bằng cách đặt đầu phân áp cố định hoặc điều áp dưới tải.
Điều chỉnh điện áp trên đường dây tải điện bằng máy biến áp điều chỉnh và máy

chỉnh sơ cấp trong miền nó phụ trách và điều chỉnh các tụ bù, các kháng điện và
các máy biến áp điều áp dưới tải trong từng miền. Quá trình này kết thúc trong
vòng 3 phút.
Hệ thống điện được chia thành từng miền tương đối độc lập về phương diện
biến động điện áp, các miền có khả năng tự thoả mãn yêu cầu công suất phản
kháng. Mức điện áp trong mỗi miền được điều chỉnh bằng một hệ thống điều chỉnh
thứ cấp riêng. Hệ thống này tác động nhanh và có phối hợp với các nguồn công
suất phản kháng trong miền. Hoạt động của hệ thống dựa trên sự theo dõi và điều
chỉnh điện áp tại một điểm dặc biệt của miền gọi là điểm quan sát (hay gọi là điểm
hoa tiêu). Thiết bị điều chỉnh đặt ở điều độ miền nhận giá trị điện áp đo tại điểm
quan sát ( cứ 10 giây đo một lần) và so sánh với giá trị chỉnh định của điểm này đã
được tính trứơc (là giá trị điện áp cần được giữ vững tại điểm quan sát), nếu có sai
khác thì đưa ra lệnh điều khiển đến các nguồn công suất phản kháng và máy biến
áp điều áp dưới tải ở trong miền. Lệnh này có thể là tăng thêm công suất phản
kháng phát ra, cũng có thể là tiêu thụ công suất phản kháng thừa.
Sự phân chia thành miền làm cho quá trình điều chỉnh nhanh và đáp ứng
được các yêu cầu cục bộ. Tuy nhiên, chia hệ thống điện thành các miền độc lập
không phải dễ, các miền vẫn có ảnh hưởng và phụ thuộc lẫn nhau, cho nên hệ
thống điều khiển phối hợp với mức độ tự động hoá cao, ngay nay đã được phát
triển và áp dụng để giải quyết vấn đề này.
Gần đây các máy tính được sử dụng trong điều chỉnh các bộ tụ bù theo sát
yêu cầu của phụ tải.
- Điều chỉnh cấp 3
Điều chỉnh cấp 3 để điều hoà mức điện áp giữa các miền điều chỉnh thứ cấp,
với mục đích tối ưu hoá mức điện áp của hệ thống điện theo tiêu chuẩn kinh tế và
an toàn. Quá trình này có thể thực hiện bằng tay hay tự động. Thực hiện nhiệm vụ
này do hệ thống điều độ trung tâm đảm nhiệm.


Điều chỉnh điện áp miền có thể là điều chỉnh tập trung tại các trung tâm


Các thiết bị sử dụng để điều chỉnh điện áp gồm có:
- Đầu phân áp của các máy biến áp.
- Máy biến áp điều áp dưới tải.
- Máy biến áp bổ trợ và máy biến áp điều chỉnh đường dây.
- Máy bù đồng bộ.
- Bộ tụ điện có điều chỉnh.
- Độnh cơ đồng bộ có điều chỉnh kích từ.
1.4.3.

Tổn thất điện áp và biện pháp nâng cao điện áp vận hành của mạng điện

a.. Giảm tổn thất

∆

U bằng cách chọn sơ đồ cung cấp điện hợp lý.

VD: Dùng sơ đồ “dẫn sâu”, phân nhỏ công suất trạm biến áp và đưa chúng
vào gần trung tâm phụ tải.
Biện pháp này chủ yếu được dung trong giai đoạn thiết kế và có ảnh hưởng sâu
sắc đến toàn bộ hệ thống cung cấp điện.
b. Thay đổi tiết diện dây dẫn.
Biện pháp này được dùng với điện áp thấp, nơi cung cấp trực tiếp cho các phụ tải.
Tuy nhiên biện pháp này làm tăng nhanh vốn đầu tưvà tác dụng điều chỉnh điện áp
của nó rất hẹp, vì vậy thường chỉ áp dụng đối với các phụ tải quan trọng.


c. Điều chỉnh đồ thị phụ tải.
Biện pháp này rất có hiệu quả và không đòi hỏi tăng vốn đầu tư. Nếu sắp xếp phụ

f. Dùng máy bù đồng bộ