Trong các hệ thống điện công nghiệp hiện đại, sự xuất hiện của biến tần, UPS, bộ nguồn chuyển mạch, máy hàn và nhiều thiết bị điện tử công suất khác khiến vấn đề sóng hài ngày càng được quan tâm. Một trong những chỉ số quan trọng nhất để đánh giá mức độ biến dạng của dòng điện là THDi.

THDi quá cao có thể làm tăng dòng điện trong hệ thống, gây nóng cáp, quá tải máy biến áp, ảnh hưởng đến tụ bù và làm giảm độ ổn định của các thiết bị điện. Vậy THDi bao nhiêu là nguy hiểm và khi nào doanh nghiệp nên cân nhắc sử dụng Bộ lọc sóng hài chủ động AHF?

THDi là gì?

THDi (Total Harmonic Distortion of Current) là chỉ số thể hiện mức độ méo hài tổng của dòng điện so với thành phần dòng điện cơ bản.

Nói đơn giản, dòng điện trong hệ thống điện lý tưởng có dạng sóng sin tương đối sạch. Tuy nhiên, các tải phi tuyến có thể làm dòng điện bị biến dạng và xuất hiện thêm các thành phần có tần số cao hơn tần số cơ bản 50 Hz.

THDi được sử dụng để đánh giá mức độ các thành phần sóng hài này đang ảnh hưởng đến dòng điện trong hệ thống.

Chỉ số THDi càng cao, dòng điện càng bị biến dạng và nguy cơ ảnh hưởng đến thiết bị điện càng lớn.

THDi bao nhiêu là nguy hiểm?

Không có một mức THDi duy nhất được áp dụng cho mọi hệ thống điện. Mức độ nguy hiểm còn phụ thuộc vào công suất ngắn mạch, tỷ lệ tải phi tuyến, cấu trúc mạng điện và vị trí đo.

Tuy nhiên, trong thực tế vận hành, doanh nghiệp có thể tham khảo các mức đánh giá tổng quát sau:

• THDi dưới 5%: Hệ thống thường có chất lượng dòng điện tương đối tốt.
• THDi từ 5% đến 10%: Cần theo dõi, đặc biệt khi hệ thống có nhiều thiết bị điện tử công suất.
• THDi từ 10% đến 20%: Mức sóng hài đã tương đối cao và có thể bắt đầu gây ảnh hưởng đến thiết bị.
• THDi trên 20%: Hệ thống có nguy cơ cao gặp các vấn đề liên quan đến quá nhiệt, tổn thất và chất lượng điện năng.

Đây chỉ là mức tham khảo để nhận biết nguy cơ. Việc đánh giá chính xác cần dựa trên tiêu chuẩn áp dụng, đặc điểm hệ thống và kết quả đo thực tế.

Vì sao THDi cao có thể gây nguy hiểm cho hệ thống điện?

THDi cao đồng nghĩa với việc dòng điện chứa nhiều thành phần sóng hài. Những thành phần này có thể gây ra nhiều tác động bất lợi đối với hệ thống điện.

Làm tăng dòng điện RMS

Dòng điện tổng trong hệ thống không chỉ bao gồm thành phần cơ bản mà còn có các thành phần sóng hài. Khi các thành phần này tăng lên, giá trị dòng điện RMS cũng có thể tăng.

Hệ quả là dây dẫn, thanh cái và thiết bị đóng cắt phải chịu dòng điện lớn hơn so với mức cần thiết để cung cấp công suất hữu ích cho tải.

Điều này có thể dẫn đến:

• Cáp điện nóng hơn.
• Tăng tổn thất trên đường dây.
• Thiết bị đóng cắt chịu tải lớn hơn.
• Giảm khả năng truyền tải của hệ thống.

Gây quá nhiệt máy biến áp

Sóng hài có thể làm tăng tổn hao trong máy biến áp, đặc biệt là các tổn hao liên quan đến dòng điện và từ trường ở các tần số cao hơn.

Nếu THDi duy trì ở mức cao trong thời gian dài, máy biến áp có thể xuất hiện các hiện tượng:

• Nhiệt độ vận hành tăng cao.
• Quạt làm mát hoạt động thường xuyên.
• Giảm khả năng mang tải.
• Tuổi thọ hệ thống cách điện bị ảnh hưởng.

Ảnh hưởng đến tụ bù

Tụ bù là một trong những thiết bị dễ bị ảnh hưởng khi hệ thống có mức sóng hài cao.

Dòng điện sóng hài có thể làm dòng điện qua tụ tăng lên, gây nóng tụ và làm giảm tuổi thọ của thiết bị. Trong một số trường hợp, sự kết hợp giữa tụ bù và cảm kháng của hệ thống còn có thể tạo ra hiện tượng cộng hưởng.

Đây là lý do nhiều hệ thống có THDi cao thường xuất hiện tình trạng tụ bù hỏng, phồng hoặc phải thay thế thường xuyên.

THDi cao có làm tăng tiền điện không?

THDi không phải lúc nào cũng trực tiếp làm tăng đơn giá điện mà doanh nghiệp phải trả. Tuy nhiên, sóng hài có thể làm gia tăng các tổn thất trong hệ thống điện và ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng năng lượng.

Khi dòng điện bị biến dạng và tăng cao hơn mức cần thiết, tổn thất trên dây dẫn, máy biến áp và các thiết bị điện cũng có thể tăng theo.

Điều này khiến một phần năng lượng bị tiêu hao dưới dạng nhiệt thay vì được sử dụng hiệu quả cho hoạt động sản xuất.

Ngoài ra, THDi cao còn có thể làm giảm hệ số công suất tổng của hệ thống. Do đó, việc đánh giá hiệu quả sử dụng điện cần xem xét đồng thời cả công suất tác dụng, công suất phản kháng và mức độ méo hài.

THDi cao ảnh hưởng đến những thiết bị nào?

Hầu hết các thiết bị trong hệ thống điện đều có thể chịu ảnh hưởng khi mức sóng hài tăng cao. Tuy nhiên, mức độ tác động sẽ khác nhau tùy theo thiết kế và điều kiện vận hành.

Các thiết bị thường được quan tâm gồm:

• Máy biến áp.
• Tụ bù.
• Cáp điện và thanh cái.
• Biến tần.
• UPS.
• Động cơ điện.
• Thiết bị đo lường.
• PLC và hệ thống điều khiển.
• Thiết bị đóng cắt và bảo vệ.

Trong các hệ thống sản xuất tự động, ảnh hưởng của sóng hài còn có thể khiến thiết bị điều khiển báo lỗi hoặc hoạt động không ổn định.

Làm thế nào để đo và đánh giá THDi?

THDi cần được đo bằng các thiết bị chuyên dụng có khả năng phân tích chất lượng điện năng. Việc đo nên được thực hiện tại nhiều vị trí khác nhau để có cái nhìn chính xác hơn về nguồn phát sinh và mức độ lan truyền của sóng hài.

Các vị trí nên đo

• Tủ điện tổng.
• Tủ phân phối chính.
• Đầu vào của các dây chuyền sản xuất.
• Khu vực tập trung nhiều biến tần.
• Khu vực lắp đặt UPS.
• Tủ điện có hệ thống tụ bù.

Các thông số cần theo dõi

• THDi tổng.
• THDi theo từng bậc sóng hài.
• THDv.
• Dòng điện RMS.
• Điện áp và dòng điện theo từng pha.
• Hệ số công suất.
• Công suất tác dụng và công suất phản kháng.

Việc đo trong nhiều thời điểm khác nhau cũng rất quan trọng, bởi mức THDi có thể thay đổi theo tải và lịch vận hành của nhà máy.

THDi cao có cần lắp ngay AHF không?

Không phải cứ THDi cao là phải lắp ngay một bộ lọc sóng hài chủ động AHF. Trước tiên, doanh nghiệp cần xác định nguồn phát sinh, mức độ ảnh hưởng và yêu cầu xử lý của hệ thống.

AHF thường là giải pháp phù hợp khi:

• THDi duy trì ở mức cao trong thời gian dài.
• Hệ thống có nhiều tải phi tuyến.
• Tụ bù thường xuyên bị hư hỏng.
• Máy biến áp hoặc cáp điện bị nóng bất thường.
• Thiết bị điện thường xuyên báo lỗi không rõ nguyên nhân.
• Doanh nghiệp cần xử lý đồng thời nhiều bậc sóng hài.

Trước khi lựa chọn công suất AHF, nên thực hiện khảo sát và đo chất lượng điện năng để xác định chính xác nhu cầu thực tế.

AHF giúp giảm THDi như thế nào?

Bộ lọc sóng hài chủ động AHF sử dụng cảm biến để liên tục giám sát dòng điện trong hệ thống. Bộ điều khiển sẽ phân tích các thành phần sóng hài và điều khiển bộ nghịch lưu tạo ra dòng điện bù phù hợp.

Dòng điện bù này được đưa vào hệ thống để triệt tiêu các thành phần sóng hài do tải phi tuyến tạo ra.

Nhờ đó, AHF có thể hỗ trợ:

• Giảm THDi.
• Cải thiện dạng sóng dòng điện.
• Giảm dòng điện RMS.
• Hạn chế quá nhiệt trên thiết bị.
• Giảm nguy cơ ảnh hưởng đến tụ bù.
• Nâng cao độ ổn định của hệ thống điện.

Khác với giải pháp thụ động chỉ được thiết kế cho một số điều kiện nhất định, AHF có khả năng điều chỉnh dòng bù theo sự thay đổi của tải trong quá trình vận hành.

THDi bao nhiêu thì nên cân nhắc lắp AHF?

Không nên chỉ dựa vào một con số THDi duy nhất để quyết định đầu tư AHF. Tuy nhiên, nếu THDi liên tục ở mức cao và hệ thống đồng thời xuất hiện các dấu hiệu bất thường, doanh nghiệp nên tiến hành đánh giá chuyên sâu.

Đặc biệt, khi THDi cao đi kèm với:

• Thiết bị thường xuyên quá nhiệt.
• Tụ bù nhanh hỏng.
• Máy biến áp hoạt động gần giới hạn.
• Cáp điện nóng bất thường.
• Thiết bị điều khiển thường xuyên báo lỗi.
• Tổn thất điện năng tăng.

thì việc khảo sát giải pháp lọc sóng hài bằng AHF có thể giúp doanh nghiệp kiểm soát tốt hơn chất lượng điện năng và hạn chế các chi phí phát sinh do sự cố.

Kết luận

THDi là một trong những chỉ số quan trọng để đánh giá mức độ méo hài của dòng điện trong hệ thống. Mặc dù không có một ngưỡng duy nhất áp dụng cho mọi hệ thống điện, THDi càng cao thì nguy cơ gây quá nhiệt, tăng tổn thất và ảnh hưởng đến thiết bị càng lớn.

Đối với các nhà máy sử dụng nhiều biến tần, UPS, máy hàn và các thiết bị điện tử công suất, việc theo dõi THDi là cần thiết để chủ động kiểm soát chất lượng điện năng.

Khi mức sóng hài vượt quá khả năng chịu đựng của hệ thống hoặc gây ra các sự cố lặp lại, Bộ lọc sóng hài chủ động AHF có thể là giải pháp phù hợp để giảm THDi, bảo vệ thiết bị và nâng cao độ ổn định trong quá trình vận hành.