Vì Sao Dây Trung Tính Vốn Chọn Tiết Diện Nhỏ
Trong hệ ba pha cân bằng với tải tuyến tính thuần túy, ba dòng điện lệch pha nhau 120 độ sẽ triệt tiêu lẫn nhau tại điểm trung tính, dòng chạy về dây trung tính gần như bằng không. Công thức thiết kế dây dẫn từ trước đến nay cũng dựa trên điều này, dây trung tính thường được chọn tiết diện bằng hoặc nhỏ hơn dây pha vì cho rằng nó chỉ mang dòng mất cân bằng nhỏ.
Vấn đề là tải thực tế ngày càng ít khớp với giả định đó. Bộ nguồn máy tính, biến tần, đèn LED driver, UPS, các thiết bị điện tử công suất đều là tải phi tuyến, chúng không hút dòng theo dạng sin thuần túy mà tạo ra dòng méo dạng, sinh ra sóng hài bậc cao chồng lên tần số cơ bản 50Hz.
Sóng Hài Bậc Ba Dồn Hết Về Trung Tính
Trong các bậc sóng hài, nhóm sóng hài bội ba, gồm bậc 3, bậc 9, bậc 15, có đặc tính khác hẳn sóng hài các bậc khác. Với sóng hài bậc cơ bản, dòng điện trên ba pha lệch nhau 120 độ và triệt tiêu tại trung tính như bình thường. Nhưng với sóng hài bội ba, độ lệch pha giữa ba pha nhân lên gấp ba lần, kết quả là ba thành phần sóng hài bậc ba trên ba pha lại đồng pha với nhau thay vì lệch pha.
Đồng pha nghĩa là chúng cộng dồn thay vì triệt tiêu. Toàn bộ dòng sóng hài bậc ba từ cả ba pha dồn hết về dây trung tính, khiến dòng trung tính không những không bằng không mà còn có thể vượt qua dòng hiệu dụng trên từng dây pha, đặc biệt tại các tòa nhà văn phòng, trung tâm dữ liệu, hoặc khu vực có mật độ tải điện tử, chiếu sáng LED cao.
Dây trung tính vốn thiết kế tiết diện nhỏ hơn dây pha nay phải gánh dòng điện lớn hơn cả dòng pha, nhiệt độ tăng cao vượt định mức cách điện cho phép. Về lâu dài, cách điện dây trung tính lão hóa nhanh, giòn, nứt, nguy cơ chập cháy tăng lên đáng kể, đặc biệt tại các điểm nối, cầu đấu nơi tiếp xúc điện trở vốn đã cao hơn bình thường.
Ngoài rủi ro cháy nổ, dòng sóng hài cao trên trung tính còn kéo theo sụt áp, méo dạng điện áp tại điểm đấu nối chung, ảnh hưởng ngược lại đến các thiết bị nhạy cảm khác trong cùng hệ thống. Máy biến áp cấp nguồn cho tải phi tuyến cũng chịu thêm tổn hao do dòng hài, nóng hơn mức thiết kế, giảm tuổi thọ vận hành theo thời gian.
Thay Dây To Hơn Chưa Giải Quyết Được Gốc Rễ
Nhiều đội kỹ thuật khi phát hiện dây trung tính nóng chỉ dừng lại ở việc đo dòng bằng ampe kìm thông thường, xác nhận dòng cao rồi thay dây tiết diện lớn hơn. Cách này xử lý phần ngọn chứ chưa chạm gốc rễ vấn đề, vì nguồn gốc dòng hài từ tải phi tuyến vẫn còn nguyên, có thể tiếp tục gây ảnh hưởng đến các phần khác của hệ thống.
Để xác định chính xác mức độ và nguồn gốc sóng hài, cần thiết bị đo có khả năng phân tích phổ hài theo từng bậc, không chỉ đo trị số hiệu dụng tổng. Thiết bị phân tích chất lượng điện năng cho phép nhìn thấy rõ tỷ lệ méo dạng tổng THD trên cả dòng và áp, phân bố năng lượng theo từng bậc hài, xác định chính xác bậc hài nào đang chiếm ưu thế và tải nào là nguồn phát sinh chính.
3 Điều Cần Xem Khi Đo Kiểm
Khi nghi ngờ dòng trung tính bất thường do sóng hài, phép đo cần trả lời được ba câu hỏi. Tỷ lệ méo dạng dòng điện THD-I trên từng pha và trên trung tính đang ở mức bao nhiêu so với ngưỡng khuyến nghị. Thành phần sóng hài bậc ba, bậc chín chiếm tỷ trọng ra sao trong tổng phổ hài đo được. Và quan trọng nhất, tải nào trong hệ thống đang đóng góp phần lớn vào lượng sóng hài này.
Thiết bị phân tích chất lượng điện năng của Fluke ghi lại đồng thời dạng sóng dòng, áp trên cả bốn dây, tách riêng từng bậc hài, lưu trữ dữ liệu theo thời gian dài để đối chiếu với chu kỳ vận hành thực tế của tải, thay vì chỉ chụp lại một khoảnh khắc đo tức thời không phản ánh hết bản chất vấn đề.
Xử Lý Ra Sao Sau Khi Biết Nguyên Nhân
Khi đã xác định rõ nguồn phát sinh sóng hài, các phương án có thể cân nhắc gồm tăng tiết diện dây trung tính lên mức đủ chịu tải hài thực tế thay vì theo quy tắc cũ, lắp máy biến áp cách ly có hệ số K cao hơn cho khu vực tải phi tuyến tập trung, hoặc bổ sung bộ lọc sóng hài tại các điểm phát sinh chính để giảm ngay từ nguồn thay vì để lan truyền khắp hệ thống.
Chọn phương án nào phụ thuộc hoàn toàn vào dữ liệu đo kiểm thu thập được, không nên áp dụng giải pháp chung chung khi chưa xác định rõ mức độ và bản chất vấn đề. Đầu tư đúng chỗ ngay từ bước chẩn đoán giúp tiết kiệm đáng kể chi phí so với việc xử lý thử sai nhiều lần trên hệ thống điện đang vận hành.
