Khi các hệ thống điện hiện đại phụ thuộc nhiều hơn vào tải phi tuyến, Độ méo hài tổng dòng điện (THDi) đã trở thành một yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng điện năng và tuổi thọ thiết bị. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu THDi là gì, nguyên nhân, tác động của nó đến thiết bị và cách giảm thiểu nó bằng các kỹ thuật lọc sóng hài tiên tiến.

1. THDi là gì?

THDi là viết tắt của Total Harmonic Current Distortion (Độ méo dòng điện hài tổng). Chỉ số này được sử dụng để đo mức độ méo dạng sóng dòng điện trong một hệ thống điện, biểu thị tỷ lệ giữa tổng dòng điện hài và dòng điện cơ bản, thường được biểu thị dưới dạng phần trăm.

Theo tiêu chuẩn quốc gia GB/T 14549-93:

Lưới điện công cộng: THDi < 5%

Lưới điện cao thế (>10kV): THDi < 4%

Hệ thống công nghiệp: THDi < 5%

Hệ thống dân dụng: THDi < 3%

Hệ thống cao cấp (ví dụ: lưu trữ năng lượng): THDi có thể < 3%

2. Các nguồn chính gây ra méo hài THDi chủ yếu phát sinh từ các tải phi tuyến tính — các thiết bị mà mối quan hệ điện áp-dòng điện không tuân theo định luật Ohm. Các thiết bị này tạo ra dòng điện không hình sin ngay cả dưới điện áp hình sin, tạo ra sóng hài ở bội số của tần số cơ bản.

Các ví dụ chính bao gồm:

Thiết bị chuyển mạch bán dẫn (điốt, thyristor, IGBT): gây ra dạng sóng xung hoặc cắt, dẫn đến sóng hài bậc cao.

Bộ sạc công nghiệp có chỉnh lưu : Bộ chỉnh lưu 6 xung tạo ra THDi >30%, với sóng hài bậc 5, 7, 11 và 13. Bộ chỉnh lưu 12 xung giảm THDi xuống còn 8–10% nhưng vẫn cần lọc.

3. Tác động của THDi cao lên thiết bị

1. Quá nhiệt và giảm công suất máy biến áp Dòng điện hài làm tăng dòng điện xoáy, tổn thất đồng và tổn thất lạc trong máy biến áp. Hiệu ứng bề mặt (skin effect) tăng cường, gây tăng nhiệt độ và cần phải giảm tải (thường là 15–20%). Quá nhiệt lâu dài dẫn đến lão hóa lớp cách điện và giảm tuổi thọ.

2. Nguy cơ cộng hưởng và nổ tụ điện Tụ điện có điện kháng phụ thuộc vào tần số. Sóng hài bậc cao (ví dụ: bậc 11) có thể gây ra cộng hưởng và xung dòng điện. Dữ liệu thực tế cho thấy sóng hài tăng đột biến từ 1,3% đến 39%, dẫn đến quá áp tụ điện và có thể gây nổ.

3. Sự suy giảm cách điện của cáp Sóng hài làm tăng hiệu ứng bề mặt và làm nóng cáp đôi. Sóng hài bậc ba chồng lên nhau trong hệ thống không cân bằng làm tăng dòng điện trung tính lên gấp 3 lần dòng điện pha, làm tăng nguy cơ phóng điện, đoản mạch và cháy nổ.

4. Biến dạng điện áp và trục trặc thiết bị Khi THDi vượt quá 15%, độ méo điện áp (THDu) tăng lên, ảnh hưởng đến hệ thống điều khiển chính xác và thiết bị điện tử nhạy cảm.

4. Các biện pháp giảm thiểu hài hòa hiệu quả

1. Nâng cấp lên Bộ chỉnh lưu 12 xung Việc thay thế bộ chỉnh lưu 6 xung làm giảm THDi từ 30–40% xuống còn 8–12%.

2. Hiệu chỉnh hệ số công suất (PFC) Mạch PFC chủ động trong bộ sạc và nguồn điện có thể ngăn chặn sóng hài bậc 5 và bậc 7, đạt được THDi <5%.

3. Bộ lọc công suất chủ động (APF) APF phát hiện sóng hài theo thời gian thực và đưa dòng điện bù. Với thời gian đáp ứng <5ms và hiệu suất triệt tiêu 95%, chúng bao phủ sóng hài bậc 2 đến bậc 50. Kết hợp với bộ lọc LC thụ động, chúng có thể loại bỏ hiệu quả sóng hài bậc 11 và bậc 13 — lý tưởng cho việc bảo vệ phía máy biến áp.

5. Các tình huống ứng dụng thực tế

Các giải pháp lọc sóng hài của chúng tôi, khi được triển khai với bộ sạc công nghiệp EverExceed, đã cải thiện đáng kể chất lượng điện năng trong cơ sở hạ tầng quan trọng:

Các trung tâm giao thông (các ga tàu điện ngầm và tàu cao tốc)

Cơ sở hạ tầng và trạm biến áp đô thị

Hệ thống chiếu sáng nhà máy điện và trạm chuyển mạch

Trong các lần triển khai này, tỷ lệ xác nhận điện áp tăng từ 75% lên 99% và thiệt hại linh kiện do mất ổn định điện áp giảm 90%.

Kết luận: Tại sao quản lý THDi lại quan trọng THDi không chỉ là một thông số kỹ thuật — mà còn là một chỉ số quan trọng về tình trạng hoạt động của hệ thống điện. Việc chủ động giảm thiểu sóng hài sẽ bảo vệ thiết bị, cải thiện hiệu suất và đảm bảo sự ổn định vận hành.

EverExceed cung cấp các giải pháp lọc sóng hài tiên tiến được thiết kế riêng cho các ứng dụng công nghiệp. Hãy liên hệ với chúng tôi ngay hôm nay để tìm hiểu cách chúng tôi có thể giúp bạn tối ưu hóa hệ thống điện về hiệu suất, độ an toàn và độ tin cậy.