Sóng hài là gì?
Sóng hài là một dạng nhiễu không mong muốn trong hệ thống điện, có thể làm giảm chất lượng lưới và gây ra nhiều vấn đề nếu vượt quá mức giới hạn cho phép.
Dòng điện hài có tần số là bội số của tần số cơ bản. Chẳng hạn, với lưới điện 50Hz, dòng 250Hz tương ứng với sóng hài bậc 5. Dòng điện này không thể sử dụng được cho các thiết bị điện mà thay vào đó sẽ chuyển hóa thành nhiệt năng, gây hao phí và ảnh hưởng đến hiệu suất vận hành.
Sóng hài được đặc trưng bởi sự dao động trên toàn bộ phổ tần số công nghiệp. Trong hệ thống điện xoay chiều, nó được định nghĩa là thành phần sóng sin có tần số bằng bội số nguyên của tần số cơ bản:
fh = h.fb, với h là số nguyên dương.
Nguyên nhân chủ yếu gây ra sóng hài
Sóng hài xuất hiện chủ yếu do các phụ tải phi tuyến trong hệ thống điện. Dù điện áp đầu vào của các tải này có dạng hình sin, nhưng dòng điện đi qua chúng lại bị biến dạng, không còn giữ nguyên dạng sóng sin ban đầu.
Bất kỳ dạng sóng nào cũng có thể được phân tích thành tổng hợp của các sóng sin cơ bản và các bội số của nó. Khi một dạng sóng lặp lại từ chu kỳ này sang chu kỳ khác, nó có thể được biểu diễn bằng chuỗi Fourier – bao gồm sóng sin cơ bản và các sóng hài bậc cao.
Trong quá trình tính toán, mỗi thành phần sóng hài có thể được phân tích riêng lẻ, sau đó kết hợp lại để tạo thành dạng sóng tổng thể nếu cần thiết. Tuy nhiên, trong thực tế, biên độ của sóng hài mới là yếu tố quan trọng nhất cần quan tâm. Nếu một dạng sóng có cấu trúc đối xứng giữa nửa chu kỳ âm và dương, chuỗi Fourier chỉ chứa các sóng hài bậc lẻ. Do đó, hầu hết các thiết bị điện thường chỉ tạo ra và bị ảnh hưởng bởi các sóng hài bậc lẻ như 3, 5, 7,…
Những thiết bị gây ra sóng hài
Sóng hài có thể xuất hiện từ nhiều loại thiết bị điện trong cả công nghiệp lẫn dân dụng.
Trong công nghiệp, các thiết bị như lò hồ quang, máy hàn, bộ khởi động điện tử, thiết bị điện tử công suất hay thao tác đóng cắt mạch của máy biến áp lớn đều là nguồn tạo ra sóng hài đáng kể.
Trong dân dụng, các thiết bị như đèn phóng điện, tivi, máy tính, máy photocopy hay lò vi sóng cũng có thể góp phần gây nhiễu sóng hài trong lưới điện.
Tác hại của sóng hài
Sóng hài là một dạng nhiễu gây ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điện năng, đặc biệt khi hệ thống sử dụng các tải phi tuyến. Nếu không được kiểm soát, nó có thể gây ra nhiều tác động tiêu cực đến thiết bị và máy móc trong nhà máy, bao gồm:
Làm giảm tuổi thọ động cơ do dòng điện không ổn định.
Gây quá tải, quá nhiệt ở CB và máy biến áp, thậm chí có thể dẫn đến cháy nổ.
Khiến máy cắt, Aptomat, cầu chì bị tác động mà không rõ nguyên nhân.
Làm suy giảm tuổi thọ tụ bù, trong một số trường hợp có thể gây nổ tụ.
Gây nhiễu, ảnh hưởng đến thiết bị viễn thông và hệ thống tự động hóa.
Làm sai lệch kết quả của các thiết bị đo.
Tăng mức tiêu hao năng lượng không cần thiết, gây lãng phí trong vận hành.
Phương pháp giảm sóng hài
Thay thế các thiết bị bị hư hỏng do sóng hài là một giải pháp tốn kém, làm tăng chi phí đầu tư và vận hành nhưng vẫn không thể giải quyết triệt để vấn đề. Vì vậy, cần lựa chọn các phương pháp kiểm soát sóng hài hiệu quả và tiết kiệm hơn như:
- Sử dụng cuộn kháng AC hoặc cuộn kháng DC cho biến tần – Giải pháp phù hợp khi nguồn lưới bị nhiễu nặng nhưng yêu cầu giảm sóng hài không phải là ưu tiên hàng đầu.
- Chỉnh lưu 12 xung – Cung cấp hiệu suất cao trong việc giảm sóng hài nhưng đi kèm với quy trình triển khai phức tạp.
- Sử dụng biến tần có sóng hài thấp – Loại biến tần tích hợp công nghệ giảm sóng hài mà không cần thêm bộ lọc ngoài hay biến áp đa xung, với tổng độ méo dạng hài dòng điện (THDi) dưới 5%.
- Dùng bộ lọc sóng hài – Thích hợp cho hệ thống có nhiều biến tần hoạt động song song trên cùng một đường dây, giúp bù công suất, giảm sóng hài điện áp và dòng điện.
- Bộ lọc sóng hài được chia thành hai loại chính:
- Bộ lọc sóng hài thứ tự 0 (ZSF) – Dùng máy biến áp quấn dây theo kỹ thuật zigzag để giảm hoặc triệt tiêu sóng hài thứ tự 0, với hiệu suất lọc đạt 60% – 95%.
- Bộ lọc sóng hài tích cực (Active Harmonic Filter) – Hoạt động bằng cách tạo ra sóng hài đối nghịch, giúp giảm nhiễu hiệu quả với hiệu suất lọc từ 80% – 95%.
Đọc thêm tại: Giảm nguy hại từ sóng hài trên lưới điện
