Cuộn kháng là gì? Cấu tạo, chức năng và ứng dụng

Lê Hồng Phong

Ở những khu vực có chất lượng điện kém, xuất hiện sóng hài bậc cao ảnh hưởng xấu đến hoạt động của các thiết bị điện, khiến các thiết bị này nhanh hỏng và tiêu tốn nhiều năng lượng hơn. Đặc biệt, tụ điện là thiết bị nhạy cảm với sóng hài và rất nhanh hỏng khi có sóng hài.

Lò phản ứng có khả năng lọc sóng hài cho dàn tụ điện được ưu tiên sử dụng trong hầu hết các hệ thống điện, với mục đích giảm sóng hài, từ đó tăng hiệu quả sử dụng thiết bị điện. Trong bài viết dưới đây, hãy cùng KTH ELECTRIC tìm hiểu về cấu tạo, chức năng, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của lò phản ứng điện.

Cuộn dây điện trở là gì?

Lò phản ứng là một hoặc nhiều cuộn dây có độ tự cảm không đổi (không có lõi thép L>>R), công suất cao, quấn quanh lõi sắt. Loại thiết bị này có khả năng hạn chế dòng điện ngắn mạch, hạn chế sóng hài và duy trì giá trị điện áp ở một mức nhất định cho mạch nếu có sự thay đổi về dòng điện.

Riêng trong mạng điện hạ thế (điện) hiện nay, có nhiều phụ tải khi vận hành phát ra điện áp cao hơn nhiều so với tần số 50Hz là sóng hài. Các thành phần hài này làm thay đổi các thông số điện áp và tần số khiến dòng điện không còn tính chất ban đầu. Đặc biệt nếu có sự cộng hưởng hài bậc 5 – 250Hz và bậc 7 – 350Hz thì cả hai đều rất có hại cho các phần tử điện. Vì vậy, để các thiết bị điện hoạt động đạt tiêu chuẩn (với điện áp 3 pha 380V – 50Hz) thì lò phản ứng chính là giải pháp loại bỏ tình trạng trên.

Lò phản ứng là thiết bị quen thuộc trong tủ điện công nghiệp, đảm bảo hệ thống điện hoạt động hiệu quả hơn. Đặc biệt trong trường hợp dòng điện bị biến dạng lớn thì khả năng ổn định điện áp của lò phản ứng là rất quan trọng.

Cấu tạo của cuộn dây điện trở

Lò phản ứng bao gồm một cuộn dây đồng quấn quanh lõi sắt. Tiết diện dây, số vòng dây và kích thước lõi sắt tỷ lệ thuận với độ tự cảm trong lò phản ứng. Lõi sắt bên trong là lõi đặc hoặc lõi lá mỏng, có chức năng tăng cường từ trường cho dòng điện trong cuộn dây. Từ trường tạo ra cảm ứng để hạn chế sự biến thiên của dòng điện qua lò phản ứng và hạn chế sóng hài.

Ngoài ra, lò phản ứng 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.

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 lớn thì độ tự cảm càng lớn nên dòng điện chạy qua lò phản ứng sẽ nhỏ hơn. Vì vậy, tính chất này được áp dụng cho các lò phản ứng trong việc loại bỏ các sóng hài bậc cao.

Lò phản ứng được sử dụng kết hợp với tụ điện công suất phản kháng để lọc các sóng hài bậc cao. Tần số hài càng cao thì độ tự cảm của cuộn kháng càng lớn nên dòng điện hài qua cuộn kháng sẽ nhỏ hơn, giúp giảm thiểu tác động của sóng hài đến hệ thống điện.

Đọc thêm: Nhận biết cuộn dây điện trở 6% – Đặc điểm và ứng dụng

Nguyên lý hoạt động của lò phản ứng dựa trên nguyên tắc điện dung tỉ lệ nghịch với tần số dòng điện và điện kháng tỉ lệ thuận với tần số dòng điện. Cuộn kháng được mắc nối tiếp với tụ điện để lọc sóng hài bậc 5 và bậc 7. Khi dòng điện có thành phần hài bậc 5 và bậc 7 thì dòng điện qua tụ sẽ lớn hơn dòng điện xoay chiều không chứa thành phần hài bậc 5 và bậc 7. Vì vậy, thiết bị này sẽ tạo ra một điện áp cảm ứng cùng pha với dòng điện, làm giảm dòng điện qua tụ điện, từ đó giảm thiểu tác động của sóng hài lên hệ thống điện.

Để ổn định dòng điện đầu ra của biến tần, một cuộn kháng sẽ được lắp đặt trong biến tần công nghiệp. Điều này giúp động cơ điện hoạt động êm ái hơn, tăng độ bền khi thay đổi tốc độ và lùi xe.

Chức năng và ứng dụng của cuộn dây điện trở

Lò phản ứng có hai chức năng chính là bảo vệ biến tần và bảo vệ các thiết bị điện công nghiệp.

Bảo vệ biến tần

Chức năng quan trọng của lò phản ứng là bảo vệ mạch biến tần. Cuộn kháng đầu ra biến tần (DC) và cuộn kháng đầu vào biến tần (AC) là hai loại cuộn kháng được sử dụng cho bộ biến tần. Do đặc tính không đổi của cuộn kháng nên thiết bị giúp giảm dòng điện đi qua biến tần, từ đó giúp biến tần và động cơ hoạt động trơn tru bất chấp sự thay đổi về tốc độ hoặc tần số.

Bảo vệ thiết bị điện công nghiệp

Với đặc điểm là thiết bị điện thụ động, có khả năng cản trở dòng điện xoay chiều, lò phản ứng có chức năng bảo vệ các thiết bị điện nói chung. Lò phản ứng được sử dụng kết hợp với tụ điện để lọc sóng hài bậc cao, bảo vệ tụ điện và cầu dao.

Phân loại lò phản ứng

Có 3 cách phân loại lò phản ứng: theo điện áp, theo cấu trúc và theo ứng dụng.

Phân loại lò phản ứng 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.

Phân loại cuộn dây điện trở theo cấu tạo:

• 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.

Phân loại cuộn dây điện trở theo ứng dụng:

• Cuộn kháng chung: Dùng để bảo vệ tụ điện, rơle, contactor và một số thiết bị khác nhằm triệt tiêu sóng hài và tăng chất lượng lưới điện.
• Cuộn kháng bảo vệ biến tần: Chuyên dùng để bảo vệ biến tần, bao gồm cuộn kháng đầu vào (AC) và cuộn kháng đầu ra (DC).

Cách chọn lò phản ứng điện

Trước khi chọn lò phản ứng, bạn cần đo mức hài hòa hiện có trong khu vực, từ đó xác định mức hài hòa của lò phản ứng cần lắp đặt là 6%, 7%, 13%, 14% hay cao hơn. Việc lựa chọn lò phản ứng có thông số không phù hợp có thể dẫn đến quá điện áp, nổ tụ điện và gây hư hỏng các thiết bị điện trong hệ thống. Ngoài ra, bạn cần biết rõ điện áp hệ thống là hạ thế hay trung thế để lựa chọn loại cuộn kháng tương thích. 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.

Lựa chọn tụ bù điện từ thương hiệu thiết bị điện chất lượng sẽ giúp bạn yên tâm hơn khi sử dụng và nhận được hỗ trợ bảo hành, bảo trì nhanh chóng. KTH ELECTRIC cung cấp các lò phản ứng có dải công suất từ ​​5kVAr đến 30kVAr, điện trở 6% – 14%, được thiết kế đặc biệt với độ bão hòa cao. Sản phẩm đã được ứng dụng trong các tủ điện hạ thế tại các nhà máy và tủ điện trung thế tại các công ty điện lực trên khắp Việt Nam. Tham khảo sản phẩm tại: Lò phản ứng cho tụ điện BTB