Cuộn kháng là gì? Cuộn kháng dùng để làm gì?

Sóng hài thường xuất hiện ở những khu vực có chất lượng điện kém khiến nhiều thiết bị điện nhạy cảm như tụ điện, biến tần nhanh hỏng và tiêu tốn nhiều năng lượng. Giải pháp cho trường hợp này là lắp đặt một cuộn kháng có khả năng lọc sóng hài giúp bảo vệ các thiết bị điện. Hãy cùng Trường Chu Văn An tìm hiểu định nghĩa, chức năng và công dụng của lò phản ứng lọc sóng hài trong bài viết dưới đây.

Lò phản ứng lọc hài hòa là gì?

Trong mạng điện hạ áp hiện nay có nhiều tải phát ra sóng hài (điện áp cao hơn 50Hz) khi vận hành. Thành phần hài này làm thay đổi các thông số điện áp, khiến dòng điện không còn tính chất ban đầu. Đặc biệt, nếu có cộng hưởng hài bậc 5 – 250Hz và bậc 7 – 350Hz sẽ rất có hại cho phần tử điện. Trong trường hợp này, lắp đặt lò phản ứng lọc sóng hài là giải pháp khắc phục tình trạng trên, đưa các thiết bị điện về vận hành tiêu chuẩn (với nguồn điện 3 pha 380V – 50Hz).

Lò phản ứng lọc hài là một thiết bị điện tử được sử dụng để hạn chế và loại bỏ các thành phần hài trong dòng điện hoặc điện áp. Bằng cách cung cấp trở kháng cao cho các tần số hài, lò phản ứng lọc hài sẽ hạn chế dòng điện hoặc điện áp đi qua ở các tần số này, giúp bảo vệ thiết bị và cải thiện chất lượng điện cũng như tuổi thọ của hệ thống.

Chức năng của cuộn dây điện trở

Chức năng chính của lò phản ứng lọc sóng hài là bảo vệ biến tần, tụ điện và thiết bị điện khỏi tác động của sóng hài.

• Bảo vệ biến tần: Cuộn kháng đầu ra biến tần (DC) và cuộn kháng đầu vào biến tần (AC) là 2 loại cuộn kháng được sử dụng cho biến tần. Cuộn kháng giúp giảm dòng điện đi qua biến tần, từ đó giúp biến tần hoạt động êm ái ngay cả khi tốc độ hoặc tần số thay đổi.
• Bảo vệ tụ điện và các thiết bị điện: Tụ điện là thiết bị nhạy cảm, dễ bị hư hỏng do sóng hài. Cuộn kháng được sử dụng kết hợp với tụ điện để lọc sóng hài bậc cao, bảo vệ tụ điện khỏi cộng hưởng sóng hài (gây quá áp, phồng tụ, nổ) và các thiết bị chuyển mạch điện.

Trường Chu Văn An hiện là đơn vị chuyên phân phối các sản phẩm cuộn dây điện trở đến từ các thương hiệu uy tín trên thế giới như: Nuintek, BTB Electric, Mikro, Epcos,… Chúng tôi cam kết mang đến cho khách hàng những sản phẩm chính hãng 100%, nói KHÔNG với hàng cũ, hàng giả, kèm theo đó là mức giá ưu đãi nhất thị trường và chính sách chiết khấu tốt nhất cho các dòng sản phẩm.

Tham khảo một số dòng sản phẩm cuộn dây điện trở chính hãng được Trường Chu Văn An phân phối:

Cấu trúc của lò phản ứng lọc sóng hài

Lò phản ứng lọc sóng hài gồm một cuộn dây đồng quấn quanh lõi sắt từ, trong đó số vòng dây, tiết diện dây và kích thước của lõi sắt từ tỷ lệ thuận với độ tự cảm trong lò phản ứng.

Lõi sắt có chức năng tăng cường từ trường cho dòng điện trong cuộn dây, thường ở dạng lõi đặc hoặc lõi lá.

Ngoài ra, lò phản ứng lọc sóng hài còn có hệ thống tản nhiệt, cầu chì và vỏ ngoài. Giữa vỏ và cuộn dây có thể có một lớp dầu ngâm hoặc một lớp sơn cách điện để bảo vệ lò phản ứng.

Có 4 thông số chính của lò phản ứng cần lưu ý, bao gồm:

• Điện áp hệ thống (Vrms): đơn vị Vs
• Dòng điện hệ thống (Arms): đơn vị Is
• Hệ số công suất: cos
• Các thành phần hài trong hệ thống điện: THD(v) hoặc THD(i)

Đọc thêm: Cuộn kháng cho biến tần là gì? Cấu trúc, vai trò và lựa chọn

Nguyên lý hoạt động của cuộn dây điện trở

Trong mạch điện xoay chiều, độ tự cảm tỷ lệ thuận với tần số dòng điện. Tần số càng cao thì độ tự cảm sẽ càng tăng dần, dẫn đến dòng điện chạy qua cuộn dây càng nhỏ. Lò phản ứng lúc này có tác dụng khử sóng hài bậc cao, giúp ổn định hệ thống điện.

Nguyên lý hoạt động của lò phản ứng dựa trên nguyên tắc điện dung và điện kháng tỷ lệ nghịch với tần số dòng điện, còn độ tự cảm tỷ lệ thuận với tần số dòng điện. Khi dòng điện chứa thành phần hài bậc 5 và bậc 7, cuộn kháng sẽ mắc nối tiếp với tụ điện để lọc các sóng hài có hại.

Khi nào cần lắp đặt lò phản ứng cho dàn tụ điện?

Khi hệ thống có sóng hài

Việc sử dụng các thiết bị điện công suất lớn như biến tần, UPS, đèn LED, thang máy, máy tính… trong các nhà máy, cao ốc văn phòng hay khu công nghiệp là nguồn gây ra sóng hài – một dạng điện dư thừa làm méo dạng sóng sin lý tưởng của điện áp.

Tụ điện rất nhạy cảm với sóng hài. Nếu không có bộ lọc, sóng hài có thể ảnh hưởng xấu đến tụ điện, gây ra các hiện tượng như quá nhiệt, giảm tuổi thọ, phồng rộp, rò rỉ thậm chí là cháy nổ. Nhiều nhà sản xuất tụ điện khuyến cáo, khi tổng điện áp méo hài THDu ≥ 3% thì bắt buộc phải sử dụng cuộn kháng lọc sóng hài cho tụ điện để đảm bảo an toàn và độ bền thiết bị.

Khi có nguy cơ cộng hưởng sóng hài trong hệ thống

Tụ điện kết hợp với cuộn cảm sẽ tạo thành mạch cộng hưởng LC. Nếu tần số cộng hưởng này trùng với 1 mức hài trong hệ thống sẽ gây ra cộng hưởng điện áp hoặc dòng điện, khiến dòng điện tăng đột ngột ở mức hài, gây hư hỏng tụ điện, nổ cầu dao hoặc nóng dây dẫn, nguy hiểm hơn và có thể ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống điện.

Lò phản ứng tụ điện được lắp đặt trong trường hợp này có tác dụng dịch chuyển tần số cộng hưởng ra khỏi khu vực có sóng hài nguy hiểm, bảo vệ hệ thống khỏi sự cộng hưởng bên trong.

Khi sử dụng tụ điện công suất lớn hoặc ghép song song nhiều tụ điện

Trong các hệ thống cần bù công suất lớn, tụ điện thường được lắp đặt có công suất từ ​​25kVAr trở lên hoặc nhiều tụ điện nhỏ mắc song song. Đóng nhiều tụ điện cùng lúc sẽ tạo ra dòng khởi động rất lớn trong thời gian ngắn (gấp 20–30 lần dòng định mức).

Dòng khởi động lớn này là nguyên nhân gây ra các hiện tượng: sụt áp cục bộ, hỏng tụ nhanh, ảnh hưởng đến các thiết bị khác. Vì vậy, cuộn kháng có tác dụng như một “lá chắn”, giúp hạn chế dòng khởi động, giúp tụ điện bám sát mạch điện an toàn hơn.

Khi cần tăng tuổi thọ và ổn định hệ thống điện

Ngay cả trong các hệ thống không có sóng hài đáng kể, việc sử dụng tụ điện có điện trở được lọc có thể giúp::

• Giảm tổn thất điện năng
• Giảm dòng điện khởi động tức thời
• Giữ nhiệt độ hoạt động ổn định
• Kéo dài tuổi thọ tụ điện
• Tăng độ tin cậy của toàn bộ hệ thống

Đây là giải pháp đầu tư ban đầu cao hơn nhưng mang lại hiệu quả hoạt động lâu dài vượt trội. Đặc biệt, khi chất lượng điện năng ngày càng kém do các thiết bị điện tử công suất gây ra thì cuộn kháng lọc hài cho dàn tụ điện là xu hướng bắt buộc đối với mọi hệ thống chuyên nghiệp và an toàn.

Đọc thêm: Tổng hợp thông tin về khởi động lò phản ứng

Phân loại lò phản ứng lọc sóng hài

Theo điện áp

• Lò phản ứng hạ thế: Dùng cho hệ thống điện 440V – 1000V, ứng dụng cho các nhà máy điện, xí nghiệp, xí nghiệp,…
• Lò phản ứng trung thế: Dùng cho hệ thống điện từ 1000V, ứng dụng trong các nhà máy điện.

Theo năng lực

Kiểu	Dung tích	Đánh giá hiện tại	Ứng dụng
Công suất nhỏ		1A-50A	Điện tử, UPS nhỏ, biến tần nhỏ
Công suất trung bình	10 – 100kVA	50A – 300A	Biến tần công nghiệp, tụ điện
Công suất lớn	00kVA – 1MVA	300A – 1000A	Nhà máy, điện năng lượng mặt trời, trạm biến tần
Công suất tối đa	>1MVA	1000A – 5000A	Lưới điện cao áp, công nghiệp nặng

Theo hệ số phản ứng

Kiểu	Tỷ lệ kháng cự	Lọc sóng hài hiệu quả	Ứng dụng
Lãi suất thấp	1-3%	Trật tự hài hòa >17	Biến tần nhỏ, UPS
Tỷ lệ trung bình	3% – 7%	Hòa âm thứ 5, 7, 11	Biến tần công nghiệp, tụ điện
Tỷ lệ cao	7% – 15%	Hòa âm thứ 3, thứ 5, thứ 7	Nhà máy, lò hồ quang
Đặc biệt	>15%	Sóng hài thấp + ngắn mạch	Lưới điện cao áp, công nghiệp nặng

Đọc thêm: Cuộn dây điện trở 6% là gì? Phân biệt cuộn dây điện trở 7%, 14%

Theo cấu trúc

• Lò phản ứng không dầu: cuộn dây trong lò phản ứng được quấn quanh lõi sắt và phủ sơn cách điện
• Lò phản ứng ngâm dầu: cuộn dây trong lò phản ứng quấn quanh lõi sắt và được ngâm trong dầu cách điện

Theo ứng dụng

• Cuộn kháng bảo vệ biến tần: bao gồm cuộn kháng đầu vào (AC) và cuộn kháng đầu ra (DC), chuyên dùng để bảo vệ biến tần.
• Tụ điện kháng: hạn chế tác hại của sóng hài bậc cao lên tụ điện.
• Ngoài ra còn có các cuộn kháng bảo vệ rơle, contactor và một số thiết bị điện khác.

Cách tính toán và lựa chọn lò phản ứng chặn sóng hài

Sau khi hiểu 4 thông số chính của cuộn kháng, bạn có thể sử dụng công thức sau để tính giá trị của cuộn kháng (L) theo bậc h:

Trong đó:

• f_h là tần số bậc h (Hz)
• I_h là dòng điện hài h (A)
• R là điện trở tải (Ω)

Cùng với việc tính giá trị cuộn kháng, bạn cần tính công suất tụ điện để có thể chọn được cuộn kháng loại bỏ được nhiều sóng hài nhất theo công thức sau:

Trong đó:

• V_h là điện áp hài h (V)

Qua 2 bước trên bạn sẽ chọn được biến tần và tụ điện có giá trị phù hợp dựa trên các giá trị đã tính toán trước đó.

Đọc thêm: Cách kiểm tra và lựa chọn cuộn kháng cho dàn tụ điện

Một lưu ý quan trọng là trước khi chọn lò phản ứng, bạn cần đo các sóng hài xuất hiện trong khu vực để xác định mức hài hòa của lò phản ứng cần lắp đặt là 6%, 7%, 13%, 14% hay cao hơn. Ngoài ra, cuộn kháng được lựa chọn cũng cần phải tương thích với điện áp hệ thống dù là hạ thế hay trung thế. Lò phản ứng hầu hết được lắp đặt dàn tụ điện nên điện kháng của tụ điện cũng cần phải tương thích với lò phản ứng là 5kVAr, 10kVAr, 20kVAr, 30kVAr trở lên.

Đặc biệt, lựa chọn cuộn dây điện trở đến từ các thương hiệu lớn không chỉ giúp bạn an tâm hơn trong quá trình sử dụng mà còn bảo vệ quyền lợi khách hàng với mức giá ưu đãi và chính sách hậu mãi hấp dẫn.