Nguyên nhân nổ tụ điện

Sóng hài hệ thống điện quá cao: nguyên nhân thứ nhất là chất lượng nguồn điện không tốt ( nguồn điện lưới không sạch, chứa nhiều thành phần hài bậc cao ). Nguyên nhân thứ hai là do chính hệ thống điện sử dụng nhiều inverter, bộ chỉnh lưu AC- DC gây nên hài dòng bậc cao đẩy ngược về nguồn điện. Chính các hài bậc cao này qua tụ bù làm cho dòng điện qua tụ bù tăng cao hơn so với định mức ở 50Hz, thời gian lâu sẽ gây nổ tụ bù.

Đo đạc sóng hài tại trạm biến áp

Tụ bù sử dụng liên tục: Theo nguyên lý của tủ bù tự động là các tụ bù làm việc thay phiên, ra vào liên tục theo tải để sử dụng vòng, tức là không có tụ nào làm việc liên tục và không có tụ bù nào nghỉ liên miên. Một số đơn vị thiết kế, cài đặt không đáp ứng theo tiêu chuẩn thay thế này dẫn đến một số cấp tụ đầu làm việc liên tục từ sáng đến tối, thậm chí 24/24. Điều này kết hợp với hệ thống thông gió, quạt tản nhiệt của tủ tụ bù, nơi đặt tủ bù không đủ thông thoát để giải nhiệt làm cho tụ bù dễ bị nổ. ( việc bù nền cũng rất dễ gây nổ tụ, nên cần có những giải pháp cần thiết )

Các tiếp xúc đầu nối lỏng lẻo: Việc bấm đầu cose, kết nối không đảm bảo cũng dẫn đến tình trạng phóng điện ở các đầu đấu nối, tiếp xúc chập chờn liên tục dẫn đến dễ bị hỏng tụ, nổ tụ bù.

Sử dụng cuộn kháng cho tụ bù không đúng thông số kỹ thuật: Việc lựa chọn cuộn kháng để lọc sóng hài và bảo vệ tụ bù là công việc tính toán rất quan trọng, phải tính toán sao cho tổng dòng (cơ bản và sóng hài) không được vượt định mức của tụ bù, đồng thời điện áp rơi trên tụ bù khi có cuộn kháng sẽ tăng lên.  Việc tính toán cuộn kháng đòi hỏi người kỹ sư phải có chuyên môn cao, am hiểu về các thiết bị trong hệ thống điện đó. Tính toán không đúng sẽ rất dễ cháy cuộn kháng và nổ tụ bù.

Trong biến tần thì bộ nguồn thường là khối mạch chỉnh lưu với bộ tụ điện với công suất lớn. Một thực tế là những hư hỏng liên quan đến biến tần thì sự cố nổ tụ, phù tụ, khô tụ điện là một nguyên nhân khá phổ biến. Vậy đâu là nguyên nhân gây nên những hư hỏng này?

Tụ nguồn của biến tần tham gia vào quá trình lọc đầu tiên của điện áp đầu vào do đó có thể nói “chất lượng nguồn điện” đầu vào là yếu tố được điểm tên chỉ mặt đầu tiên, sau đó có thể là các nguyên nhân khác như: Công nghệ chế tạo tụ, điều kiện làm việc… Chúng tôi xin phân tích cụ thể các nguyên nhân như sau:

1️⃣ Tụ điện biến tần hỏng là do chất lượng điện áp kém

Chất lượng lượng điện ở đây có thể là do giá trị điện áp và dạng sóng hài.

✅Tụ điện sử dụng cho biến tần công nghiệp phổ biến nhất thường có điện áp max 525V đối với biến tần 3 pha và 300V đối với biến tần 1 pha. Nếu hệ thống lưới điện có sự mất ổn định thì khi vượt giá trị này trong thời gian ngắn là gây nổ hoặc phù tụ.

✅Với sóng hài thì có thể nói đây là nguyên nhân số 1 thường “chọc thủng tụ điện”. Đối với bất kỳ hệ thống lưới điện nào thì sóng hài luôn tồn tại tùy vào tần suất và biên độ khác nhau. Sóng hài luôn tồn tại trong thời gian ngắn, tuy nhiên nếu biên độ của nó vượt qua giới hạn chọn phép của biến tần về biên độ thời gian thì biến tần sẽ bị chọc thủng thậm chí gây nổ.

2️⃣ Tụ điện biến tần bị phù bị khô do nhiệt độ cao, tản nhiệt kém

Tụ điện là thiết bị ít sinh nhiệt không giống với con “công suất” do đó nó không được lắp kèm tấm tản nhiệt. Tuy nhiên tụ điện được thiết kế làm việc trong môi trường nhiệt độ nhất định, thông thường từ 45 – 50 độ C. Vì 1 lý do gì đó ví dụ như biến tần lắp đặt trong môi trường có nhiệt độ cao, biến tần bị bụi bẩn bám làm không tản nhiệt được, quạt tản nhiệt nguồn bị hư… Sẽ làm tụ điện tăng nhiệt độ quá mức cho phép, dẫn đến tình trạng phù tụ, xì dầu, khô tụ

3️⃣ Tụ điện biến tần bị hư hỏng do chất lượng kém

Tụ điện cho biến tần hay các thiết bị khác hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất, trên thị trường cũng có rất nhiều giá khác nhau với cùng thông số kỹ thuật, nên chúng ta cũng ngầm hiểu rằng thực tế thì chất lượng nó cũng rất khác nhau. Rất nhiều kỹ thuật than phiền rằng biến tần mới được thay mới tụ điện nhưng hoạt động được thời gian ngắn lại hư. Nhưng sau khi được tư vấn và thay bằng tụ chính hãng thì không còn xảy ra hư hỏng nữa. Qua đó chúng ta thấy việc mua đại 1 loại tụ nào đó trên thị trường dù có cùng thông số kỹ thuật nhưng thật sự chất lượng rất khác nhau.

Trong giới làm tụ bù chắc hẳn rất nhiều người biết có đơn vị sử dụng tụ bù châu âu 525V cho hệ thống 400V nhưng vẫn hỏng liên tục và nhà cung cấp từ chối bảo hành tụ vì chất lượng điện tại nhà máy quá kém. Có trường hợp khác ở một nhà máy thép tại KCN Nam Tân uyên, sử dụng tụ bù Nhật, hệ thống 380-400V, tụ 40KVAr nhưng dòng điện thường khoảng 70A, CB nhánh 100A nhảy ít nhất vài lần / tuần

Qua kết quả đo đạc tại nhà máy thép, dòng điện bậc 5, 7, 11 tại đây cao 30-50%, làm dạng sóng điện áp cũng bị méo dạng khá lớn.

Dạng sóng hài điện áp và dòng điện.

Sóng hài điện áp

Dạng sóng hài dòng điện

Order U1 (%) U1 (V) I1 (%) I1 (A)
0 0.04 0.1 0.01 0.11
1 100 226.03 100 719.07
2 0 0 0.91 6.56
3 0.15 0.34 0.51 3.66
4 0.03 0.08 0.42 3.04
5 4.17 9.43 29.2 209.97
6 0.09 0.2 0.43 3.1
7 1.77 4.01 8.51 61.2
8 0.09 0.19 0.69 4.96
9 0.25 0.56 0.93 6.66
10 0.51 1.16 1.8 12.96
11 4.97 11.23 16.1 115.76
12 0.13 0.29 0.33 2.35
13 1.46 3.29 3.91 28.14
14 0.09 0.2 0.67 4.8
15 0.07 0.16 0.24 1.76
16 0.12 0.27 0.11 0.82
17 0.55 1.24 1.38 9.96
18 0.11 0.25 0.29 2.1
19 0.42 0.95 0.91 6.54
20 0.04 0.1 0.1 0.73
21 0.05 0.1 0.15 1.09
22 0.04 0.08 0.05 0.36
23 0.15 0.34 0.23 1.63
24 0.05 0.12 0.12 0.85
25 0.18 0.4 0.2 1.46
26 0.06 0.14 0.15 1.08
27 0.04 0.1 0.42 2.99
28 0.07 0.16 0.52 3.73
29 0.14 0.32 0.86 6.17
30 0.06 0.14 0.21 1.49
31 0.06 0.13 0.33 2.41
32 0.05 0.12 0.24 1.75
33 0.01 0.03 0.06 0.4
34 0.03 0.06 0.07 0.51
35 0.06 0.15 0.26 1.84
36 0.02 0.05 0.08 0.56
37 0.02 0.05 0.21 1.54
38 0.07 0.16 0.24 1.75
39 0.01 0.01 0.05 0.35
40 0.02 0.05 0.2 1.44
41 0.06 0.13 0.26 1.88
42 0.05 0.11 0.34 2.47
43 0.04 0.09 0.59 4.25
44 0.06 0.13 0.04 0.3
45 0.03 0.06 0.08 0.56
46 0.06 0.13 0.1 0.69
47 0.03 0.07 0.05 0.39
48 0.02 0.05 0.11 0.76
49 0.01 0.03 0.08 0.6
50 0.01 0.03 0.12 0.85
51 0.02 0.04 0.08 0.57
52 0.04 0.1 0.16 1.14
53 0.04 0.08 0.13 0.91
54 0.07 0.15 0.07 0.51
55 0.05 0.11 0.21 1.52
56 0.05 0.12 0.46 3.28
57 0.02 0.06 0.32 2.29
58 0.01 0.01 0.27 1.94
59 0.03 0.07 0.11 0.81
60 0.03 0.06 0.14 1
61 0.03 0.06 0.1 0.72
62 0.06 0.13 0.11 0.79
63 0.01 0.01 0.05 0.33
Total 6.96 34.81
Bảng kê sóng hài đến bậc 63.

Từ dạng sóng điện áp, dòng điện, ta thấy dạng sóng điện áp không méo dạng nhiều, dạng sóng dòng điện thì méo dạng nhiều. Có thể nghĩ rằng điện áp như vậy thì khá ổn rồi.

Tuy nhiên nhìn bảng kê ta thấy, dòng điện sóng hài bậc 5,7,11 tương ứng là 209, 61, 115A. Đây là dòng điện lớn nếu so với dòng điện chuẩn là 719A. Chính dòng điện này sẽ làm cho tụ điện bị nóng lên rất nhiều dẫn đến hỏng tụ.

Một điều cần lưu ý nữa là hài bậc càng cao thì đối với tụ điện lại rất có hại vì Zc = 1/2*pi*f*c. Tần số càng cao thì Zc càng nhỏ => dòng điện càng lớn => Rất có hại.

1.2 Tụ hỏng do thiết kế thông thoáng,tản nhiệt kém
Catalogue tụ bù đều ghi rõ giới nhiệt độ của tụ. Thông thường tụ khô có thể chịu được đến 55oC, tụ dầu có thể chịu được đến 45oC

Khi nhiệt độ trong tụ tăng lên quá cao. Áp suất trong tụ sẽ tăng lên. Nếu áp suất quá mức chịu đựng, tụ khô sẽ phù đầu (bung đầu) hoặc là bị nổ. Tụ dầu sẽ bị xì dầu hoặc phình tụ.

1.3 Tụ hỏng do chất lượng tụ kém
Chất lượng tụ được đánh giá tốt nhất qua kinh nghiệm sử dụng của thợ trong một thời gian dài. Tuy nhiên trong thực tế, các hãng gần như đều gặp sự cố về chất lượng của một loạt sản phẩm hoặc 1 vài dòng sản phẩm.

Xem thêm:

2. Làm sao để tụ điện bớt hỏng
Khi tụ của bạn nhanh hỏng, bạn thường hỏi làm sao để tụ bền hơn?

Để trả lời câu hỏi trên chúng ta cần tìm đúng nguyên nhân hỏng tụ.

2.1 Nguyên nhân tụ hỏng do chất lượng điện áp
Chất lượng điện áp như đã nói ở trên sẽ có 2 phần: biên độ và hình dạng

Chỉ có biên độ nghĩa là điện áp cao lên nhưng dạng sóng vẫn sin, điện áp có thể chỉ cao hơn vào ban đêm nên để xác định cần 1 máy ghi nhận dữ liệu. Vấn đề là biên độ điện áp thì dễ xử lý: Thay thế tụ có điện áp chịu đựng cao hơn. Nếu sự cố xảy ra liên tục và nghiêm trọng thì thay thế toàn bộ trong 1 lần. Nếu sự cố nhỏ (tụ mau hỏng, phình nhẹ) thì có thể thay lại điện áp phù hợp mỗi khi có tụ hỏng, cách này tiết kiệm chi phí hơn.