nghiên cứu lập mô hình và tiến hành mô phỏng thiết bị CSV dạng MOV

Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Đoàn Anh Tuấn MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Quá điện áp khí điện áp cố hệ thống điện lớn điện áp thí nghiệm xung cách điện, dẫn đến gây chọc thủng cách điện, phá hoại thiết bị quan trọng tụ bù dọc, kháng bù ngang máy biến áp Thiết bị CSV sử dụng để bảo vệ thiết bị nói với mục đích ln giới hạn điện áp đầu cực thiết bị bảo vệ mức điện áp an toàn thiết bị Sự phát triển HTĐ yêu cầu chất lượng điện ngày cao, làm cho vấn đề bảo vệ chống điện áp cho thiết bị điện quan tâm từ lâu ngày cao với cần thiết thiết bị chống sét đến việc vận hành an toàn, tin cậy hệ thống cung cấp điện Nghiên cứu chống sét đánh lan truyền từ đường dây vào trạm biến áp hay cảm ứng đường dây tải điện đóng vai trò quan trọng việc lựa chọn thiết bị bảo vệ cho phù hợp Để thực bảo vệ chống sóng truyền vào trạm biến áp, hệ thống điện dùng nhiều CSV, thiết bị chống sét thiết bị phi tuyến, việc đánh giá đáp ứng ngõ ứng với dạng xung sóng sét lan truyền từ đường dây vào trạm theo phương pháp truyền thống gặp nhiều khó khăn Phương pháp hiệu để thực việc đánh giá cách trực quan mơ hình hóa tiến hành mô đáp ứng chúng Hiện nay, nhiều nhà nghiên cứu sản xuất thiết bị chống sét lan truyền đường dây sâu nghiên cứu đề mơ hình thiết bị chống sét với mức độ xác cao, quan điểm xây dựng mơ hình khác Mặt khác số phần mềm mô hổ trợ việc xây dựng mơ hình thiết bị chống sét Tuy nhiên, đặc điểm phương pháp mô hình hóa mơ có u cầu mức độ xác, mức độ tương đồng cao mơ hình ngun mẫu đối tượng, phương pháp xây dựng mơ hình mơ phần tử chống sét lan truyển nhiều tranh cãi tiếp tục nghiên cứu để phát triễn Việc nghiên cứu lập mơ hình tiến hành mơ thiết bị CSV dạng MOV, nhận tín hiệu xung khơng chu lỳ ngõ vào từ cho đáp ứung ngõ gần thực tế, qua cung cấp cơng cụ mơ hữu ích cho sinh viên việc SVTH: Nguyễn Hồ Sĩ Hùng– Lớp: 05DHT Trang: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Đoàn Anh Tuấn nghiên cứu hành vi đáp ứng thiết bị CSV tác dụng xung sét Đồng thời làm công cụ để lựa chọn, kiểm chứng, phát triển áp dụng mơ hình Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu Đề tài đề xuất việc sử dụng mô hình CSV Matlab-Simulink để nghiên cứu làm việc CSV bảo vệ cho thiết bị điện, đồng thời đề xuất việc lựa chọn thông số, số lượng CSV cần đặt nhằm bảo vệ cho thiết bị điện CSV Đồng thời đề tài đề xuất việc mơ hình hóa thiết bị CSV để phục vụ nghiên cứu bảo vệ máy điện có q điện áp khí Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu để tài nghiên cứu cấu tạo, tính kỹ thuật, mơ hình mơ tả đặc tính làm việc, xây dựng mơ hình mơ tiến hành mơ đáp ứng loại chống sét van MOV, từ đánh giá xác, lựa chọn phát triển mơ hình, sử dụng vào việc nghiên cứu tác dụng bảo vệ phối hợp cách điện cho TBA, tụ bù dọc, kháng bù ngang Phƣơng pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp mơ hình hóa Matlab-Simulink mô CSV tác dụng dạng xung sét không chu kỳ Đặt tên đề tài Căn vào mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu, đề tài đặt tên: “NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH CHỐNG SÉT VAN TRONG MATLAB-SIMULINK ĐỂ BẢO VỆ CHỐNG QUÁ ĐIỆN ÁP CHO THIẾT BỊ ĐIỆN” Bố cục đề tài Đề tài gồm nội dung sau: Chương 1: Cấu tạo, nguyên lý làm việc tính kỹ thuật chống sét van MOV Chương 2: Công cụ Matlab-Simulink mô hệ thống điện Chương 3: Mơ q trình hoạt động CSV bảo vệ điện áp cho tụ bù dọc kháng bù ngang Chương 4: Xây dựng mô hình mơ chống sét van MOV áp dụng mơ hình mơ CSV bảo vệ trạm biến áp SVTH: Nguyễn Hồ Sĩ Hùng– Lớp: 05DHT Trang: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Đoàn Anh Tuấn CHƢƠNG CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA CHỐNG SÉT VAN MOV 1.1 Cấu tạo CSV dạng MOV thiết bị có điện trở phi tuyến, phụ thuộc vào điện áp đặt vào mà hành vi điện giống diode đấu ngược lại (back-to-back) Với đặc tính đối xứng, đặc tính vùng đánh thủng dốc cho phép MOV có tính khử xung q độ đột biến hồn hảo hình 1.1 Trong điều kiện bình thường biến trở thành phần có trở kháng cao gần hở mạch Khi xuất xung đột biến áp cao, MOV nhanh chóng trở thành đường dẫn trở kháng thấp để triệt xung đột biến Phần lớn lượng xung độ hấp thụ MOV thành phần mạch bảo vệ tránh hư hại Hình 2.1 Cấu trúc biến trở đặc tính V-I Thành phần biến trở ZnO với thêm lượng nhỏ bismuth, cobalt, manganses ôxit kim loại khác Cấu trúc biến trở bao gồm ma trận hạt dẫn ZnO nối qua biên hạt cho đặc tính tiếp giáp P-N chất bán dẫn Các biên nguyên nhân làm cho biến trở không dẫn điện áp thấp nguồn dẫn phi tuyến điện áp cao SVTH: Nguyễn Hồ Sĩ Hùng– Lớp: 05DHT Trang: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Đoàn Anh Tuấn Mỗi hạt ZnO ceramic hoạt động tiếp giáp bán dẫn vùng biên hạt Các biên hạt ZnO quan sát qua hình ảnh vi cấu trúc ceramic hình 1.2 Hành vi phi tuyến điện xảy biên tiếp giáp hạt bán dẫn ZnO, biến trở xem thiết bị nhiều tiếp giáp tạo từ nhiều liên kết nối nối tiếp song song biên hạt Hoạt động thiết bị phân tích chi tiết từ vi cấu trúc ceramic, kích thước hạt phân bổ kích thước hạt đóng vai trị hành vi điện Hình 1.2 Vi cấu trúc MOV Hỗn hợp rắn ôxit kẽm với ôxyt kim loại khác điều kiện đặc biệt tạo nên ceramic đa tinh thể, điện trở chất phụ thuộc vào điện áp Hiện tượng gọi hiệu ứng biến trở Bản thân hạt ôxyt kẽm dẫn điện tốt (đường kính hạt khoảng 15100 m), ơxyt kim loại khác bao bên ngồi có điện trở cao Chỉ điểm ôxyt kẽm gặp tạo nên “vi biến trở”, tựa hai diode zener đối xứng, với mức bảo vệ khoảng 3,5V Chúng nối nối tiếp song song Việc nối nối tiếp song song vi biến trở làm cho MOV có khả tải dịng điện cao so với chất bán dẫn, hấp thu nhiệt tốt có khả chịu dịng xung đột biến tăng cao MOV chế tạo từ việc hình thành tạo hạt ZnO dạng bột vào thành phần ceramic Các hạt ZnO có kích thước trung bình d, bề dày biến trở D, hai bề mặt khối MOV áp chặt hai phiến kim loại phẳng Hai phiến kim loại lại dược hàn chắn với hai chân nối ngồi (hình 2.3) SVTH: Nguyễn Hồ Sĩ Hùng– Lớp: 05DHT Trang: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Đồn Anh Tuấn Hình 1.3 Vi cấu trúc MOV Điện áp MOV xác định bề dày MOV kích thước hạt ZnO Một đặc tính biến trở ZnO điện áp rơi qua biên tiếp giáp hạt ZnO gần số, khoảng từ (2-3,5V) Mối liên hệ xác định sau: Điện áp biến trở: VN = 3,5.n (1.1) Bề dày biến trở: D  (n  1)d  VN d (1.2) 3,5 Trong đó: n số tiếp giáp trung bình hạt ZnO d kích thước trung bình hạt VN điện áp rơi MOV chuyển hồn tồn từ vùng dịng rị tuyến tính sang vùng khơng tuyến tính cao, điểm vùng đặc tính V-I với dịng điện 1mA Biên tiếp giáp hạt ZnO vi cấu trúc phức tạp Chúng gồm vùng cấu trúc (hình 2.4): Vùng I: Biên có độ dày khoảng (100-1000 nm) lớp giàu bột Bi2O3 Vùng II: Biên có độ mỏng khoảng (1-200 nm) lớp giàu bột Bi2O3 Vùng III: Biên có đặc tính tiếp xúc trực tiếp với hạt ZnO Ngoài Bi, Co lượng ion ơxy tìm thấy xen biên với độ dày vài nanomet SVTH: Nguyễn Hồ Sĩ Hùng– Lớp: 05DHT Trang: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Đồn Anh Tuấn Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc lớp biên tiếp giáp biến trở ZnO 1.2 Tính hoạt động biến trở ZnO Biến trở ZnO phức tạp, nhiều thành phần, hành vi điện ôxyt ceramic đa tinh thể tùy vào vi cấu trúc thiết bị chi tiết trình xảy biên tiếp hạt ZnO Thành phần biến trở ZnO chiếm 90% nữa, cịn lại ơxyt kim loại khác Một hỗn hợp tiêu biểu sau: 97mol-%ZnO, 1mol-%Sb2O3, 0,5mol-% Bi2O3, Cơ, MnO, Cr2O3 Q trình chế tạo biến trở ZnO theo tiêu chuẩn kỹ thuật ceramic Các thành phần trộn thành hỗn hợp xay thành bột Hỗn hợp bột làm khô nén thành hình dạng mong muốn Sau viên vón cục nhiệt độ cao,cụ thể từ 1000-14000C Hai phiến kim loaị thường bạc tiếp xúc với hạt vón cục bên ngồi làm điện cực hàn chắn với hai chân nối ngồi, thiết bị đóng gói vật liệu trùng hợp Sản phẩm hoàn thành sau kiểm tra đáp ứng tính yêu cầu kỹ thuật Quá trình diễn tả theo lưu đồ hình 2.5 SVTH: Nguyễn Hồ Sĩ Hùng– Lớp: 05DHT Trang: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Đoàn Anh Tuấn Giá trị tiêu biểu kích thước biến trở ơxyt kim loại cho bảng 2.1: Điện áp biến trở (V rms) D( µm ) N (hạt) Điện trường Bề dày V/mm 1mA MOV(mm) 150 20 75 150 1,5 25 80 12 39 1,0 Bảng 2.1 Kích thước biến trở Đường kính đĩa danh định bảng 2.2 Đường kính đĩa danh định -mm 10 14 20 32 34 40 62 Bảng 2.2 Đường kính danh định Lưu đồ chế tạo MOV hình 2.5 Hình 2.5.Lưu đồ chế tạo biến trở ZnO Cấu trúc biến trở oxyt kim loại đa tinh thể tự nhiên nên hoạt động vật lý phức tạp chất bán dẫn thơng thường Giải thích nguyên lý hoạt động biến trở ZnO dựa hiểu biết tượng điện xảy vùng biên tiếp giáp hạt ôxyt kẽm, vài lý thuyết ban đầu giải thích dựa sở tượng xuyên hầm Tuy nhiên, diễn tả xếp diode bán dẫn nối tiếp-song song (hình 2.1) Cấu trúc khối biến trở ZnO kết tạo hạt ZnO Trong suốt trình xử lý, biến đổi thành phần hóa học làm cho vi cấu trúc vùng gần biên tiếp giáp hạt ZnO có điện trở suất cao ( =1010 -1012cm ), bên hạt tính dẫn điện cao( =0.1-10cm ) Điện trở suất giảm mạnh từ biên đến hạt khoảng 50100nm, vùng biết vùng hẹp SVTH: Nguyễn Hồ Sĩ Hùng– Lớp: 05DHT Trang: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Đồn Anh Tuấn Vì vậy, biên hạt có tồn vùng hẹp hai phía đến hạt kế cận Hoạt động biến trở có mặt vùng hẹp Bởi vùng thiếu hụt điện tử tự do, hạt ôxyt kẽm miền gần biên tiếp giáp hạt Điều giống tiếp giáp p-n diode bán dẫn điện dung lớp tiếp giáp phụ thuộc vào lớp tiếp giáp theo biểu thức : 2(Vb  V )  q S N C2 (1.3) Vb: điện rào V: điện áp đặt vào q: điện tích điện tử  : số điện môi chất bán dẫn N: mật độ hạt dẫn xác định khoảng 2x1017/cm3 Dòng rò gây hạt dẫn trôi tự qua điện trường rào thấp kích hoạt nhiệt độ 250C Trên hình 1.6, sơ đồ lượng ZnO- biên tiếp giáp-ZnO Điện áp phân cực thuận VL phía bên trái hạt, điện áp phân cực ngược VR phía bên phải hạt Độ rộng vùng nghèo XL XR, độ lớn điện rào tương ứng L R Điện phân cực gốc o, điện áp phân cực gia tăng L giảm, R tăng dẫn đến điện rào thấp dẫn điện gia tăng SVTH: Nguyễn Hồ Sĩ Hùng– Lớp: 05DHT Trang: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Đồn Anh Tuấn Hình 1.6 Sơ đồ lượng tiếp giáp ZnO- biên –ZnO Độ lớn điện rào L biến trở hàm theo điện áp (hình 1.7) Sự giảm nhanh điện rào điện áp cao tương ứng với lúc bắt đầu vùng dẫn phi tuyến Ở vùng dẫn cao, giá trị điện trở tùy thuộc vào tính dẫn điện hạt bán dẫn ZnO, vùng dẫn mật độ hạt dẫn khoảng từ 1017 -1018cm3 Điện trở suất ZnO có giá trị 0,3 cm Hình 1.7.Quan hệ điện rào với điện áp đặt vào SVTH: Nguyễn Hồ Sĩ Hùng– Lớp: 05DHT Trang: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Đoàn Anh Tuấn 1.3 Đặc tính V-I Đặc tính V-I MOV hình 2.8, đặc tính V-I biểu diễn phương trình hàm mũ: I = K.Vα α>1 (1.4) Trong : I dòng qua biến trở V điện áp đặt lên biến trở K hệ số phụ thuộc vào loại biến trở  hệ số phi tuyến Nguyên lý bảo vệ biến trở thể qua điện áp phụ thuộc giá trị điện trở: R V V   V 1  I KV K (1.5) Từ (1.4) (1.5) suy ra: logI = logK + αlogV logR = log(1/K) + (1-α)logV (1.6) (1.7) Theo đề nghị Marned Holzer Willi Zapsky, xấp xỉ hóa đặc tính V-I biến trở biểu diễn theo phương trình: logV = B1 + B2log(I) + B3e-log(I) + B4e-log(I) (1.8) V = 10logV = 10B1 + B2log(I) + B3e-log(I) + B4e-log(I) (1.9) Hình 1.8 Đặc tính V-I MOV SVTH: Nguyễn Hồ Sĩ Hùng– Lớp: 05DHT Trang: 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Đồn Anh Tuấn V, I : dịng điện điện áp qua điện trở phi tuyến Vref : điện áp qui chuẩn Iref : dòng điện qui chuẩn theo điện áp qui chuẩn α : số mũ xác định theo đặc tính phi tuyến có giá trị từ 10 ÷ 50 Tuy nhiên, thành lập hai mơ hình điện trở phi tuyến A0 A1 với giá trị đặc tính phi tuyến cho bảng 4.1 ( thu từ đường cong đặc tuyến V-I ) Mơ hình điện trở phi tuyến A0 A1, xem khối “ Controlled Current Source” với dòng điện I hàm phi tuyến theo điện áp u Hình 4.8 Sơ đồ thiết kế phần tử phi tuyến Nhóm tất phần tử dùng để thành lập điện trở phi tuyến đặt tên A0.Hai đầu phần tử đặt tên In Out Phần tử phi tuyến dùng khối thư viện Powerlib hai khối thư viện Simulink Hai khối Powerlib “ Voltage measurement” để ghi lại điện áp hai cực phần tử phi tuyến khối “ Controlled Current Source” để tín hiệu Simulink khối “ Look-Up Table” thành tín hiệu dịng điện Hai khối Simulink khối “Fcn” từ thư viện “ Fcn & Table” để chuyển tín hiệu liên tục thành rời rạc đưa vào khối “ Look-Up Table” để xử lý tín hiệu điện áp đưa vào.Khối “ Look-Up Table” có chức chuyển giá trị điện áp đưa vào cho giá trị dịng điện tương ứng Khối “Fcn” có chức làm cho thuật tốn máy tính giải nhanh để tránh vòng lặp đại số mạch 4.4.2.3 Xây dựng mơ hình CSV MOV hồn chỉnh Như trên, mơ hình CSV tạo nên hình 4.4.1 Nhưng mơ hình dùng để mơ với CSV MOV định, cần thực mơ cho CSV có cấp điện áp khác phải thực khai báo tính tốn lại giá trị cho L0, R0,L1, R1,A0, A1 Để thuận tiện mơ cho tất CSV có cấp điện áp SVTH: Nguyễn Hồ Sĩ Hùng– Lớp: 05DHT Trang: 62 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Đoàn Anh Tuấn khác hãng khác giới sử dụng lưới điện Sau tiến hành xây dựng biểu tượng có kèm theo hộp thoại khai báo để đưa vào thông số định mức CSV Khối mô chống sét sau mơ : Hình 4.9 Mạch điện mơ phóng điện 4.4.2.4 Tạo biểu tƣợng riêng cho mơ hình -Cho khối CSV, vào thư mục Edit, chọn Mask Sybsystem Hộp thoại “ Mask Editor” hình 4.4.3 -Chon Documentation, thư mục “ Mask Editor”, đánh dòng Arrester-MOV SVTH: Nguyễn Hồ Sĩ Hùng– Lớp: 05DHT Trang: 63 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Đoàn Anh Tuấn Chọn Parameters, thông số cần đặt : - Điện áp định mức (Arrester rated voltage KV) - Điện áp dư với xung sét 10 kA (Residual voltage for lightning current 10kA) - Điện áp dư với dòng xung sét tăng nhanh 10 kA (Residual voltage for fastfront current 10kA) - Số cột chống sét (Number of arrester surge ) - Chiều cao chống sét (High arrester surge m) Nhấn nút OK để đóng cửa sổ Mask Editor Nhấp kép vào biểu tượng mơ hình CSV Hộp thoại mở chờ nhập thơng số vào SVTH: Nguyễn Hồ Sĩ Hùng– Lớp: 05DHT Trang: 64 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Đồn Anh Tuấn Tạo hình cho biểu tượng, cho khối : -Chọn khối CSV, Edit chọn Edit Mask Cửa sổ Mask Editor mở chọn Icon -Trong phần “ Drawing Commands”, dùng hàm Plot để vẽ hình đặt tuyến cho mơ hình Nhấn nút Apply lúc biểu tượng có hình dạng đặt trưng CSV -Chọn khối CSV, Edit chọn Edit Mask Cửa sổ Mask Editor mở chọn Documentation đánh vào phần “ Mask description” mơ ta hoạt động mơ hình SVTH: Nguyễn Hồ Sĩ Hùng– Lớp: 05DHT Trang: 65 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Đồn Anh Tuấn 4.4.2.5 Thực thi mơ hình Tạo xung dịng khơng chu kì, kiểm tra điện áp dư chống sét van để đánh giá độ xác mơ hình : Chúng ta tiến hành mô cho CSV hãng Cooper với thông số kỹ thuật cho Catalogue bảng SVTH: Nguyễn Hồ Sĩ Hùng– Lớp: 05DHT Trang: 66 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Đồn Anh Tuấn Đặc tính kỹ thuật CSV Rate Continuous 1/5 μs-10 kA High 8/20 μs Maximum Discharge Voltage operating (KV) Arrester Voltage (kV) (KV) voltage (mm) (kA) 10 (kA) 20 (kA) 1219 199 213 235 (KV) 90 70 242 Các thông số nhập vào cho mơ hình CSV MOV - Arrester rated voltage (kV) : 90 kV - Residual voltage for lightning current 10kA (kV) : 213 - Residual voltage for fastfront current 10kA (kV) : 242 - Number of arrester surge : - High arrester surge (m) : 1.219 Mô phóng điện với dịng điện khơng chu kỳ có dạng sóng 1/5 μs, 8/20 μs với biên độ kA, 10 kA, 20 kA Kết thu cho bảng Dịng điện CSV Điện áp CSV Hình 4.10 Điện áp dư CSV dòng 1/5 μs -10 kA SVTH: Nguyễn Hồ Sĩ Hùng– Lớp: 05DHT Trang: 67 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp Dịng điện CSV GVHD: TS Đồn Anh Tuấn Điện áp CSV Hình 4.11 Điện áp dư CSV dòng 8/20 μs -5 kA Dòng điện CSV Điện áp CSV Hình 4.12 Điện áp dư CSV dòng 8/20 μs -10 kA SVTH: Nguyễn Hồ Sĩ Hùng– Lớp: 05DHT Trang: 68 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Đồn Anh Tuấn Dịng điện CSV Điện áp CSV Hình 4.13 Điện áp dư CSV dòng 8/20 μs -20 kA Tiến hành kiểm tra với xung dịng khác ta có giá trị cho bảng sau : Dịng phóng điện 1/5 μs Biên độ dòng 10kA 5kA 10kA 20kA Uref từ catalogue 242 199 213 235 Uref từ mơ hình 240 195 215 237 Sai số phần trăm 0.83% 2.01% 0.94% 0.85% 3,4 μs 3,5 μs μs T điện áp đạt 8/20 μs đỉnh Sai số phần trăm tính theo công thức sau %  Urefc  Urefm 100% Urefc Trong : Urefm : điện áp dư thực mô Urefc : điện áp dư từ Catalogue nhà chế tạo Kết mô thấy mơ hình cho kết xác, mô đáp ứng CSV so với số liệu thực tế thí nghiệm nhà chế tạo Hơn dạng xung dịng phóng điện khác nhau, có biên độ dịng chạy qua CSV, ứng với dịng xung có thời gian đạt đỉnh nhanh điện áp SVTH: Nguyễn Hồ Sĩ Hùng– Lớp: 05DHT Trang: 69 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Đoàn Anh Tuấn dư CSV tăng lớn Bên cạnh thời gian đạt đỉnh điện áp dư CSV mơ hình nhanh so với xung dịng phóng điện khơng chu kỳ Đây ưu điểm bậc mơ hình, đáp ứng u cầu mơ hình mơ 4.5 Áp dụng mơ hình mơ CSV bảo vệ cho trạm biến áp 4.5.1 Mục đích Trong hệ thống điện, TBA phân phối độ dự trữ cách điện thiết bị điện thấp, có nhiều thiết bị phụ tải nhạy cảm với điện áp, số lượng CSV đặt có hạn nên làm cho vấn đề chọn giải pháp bảo vệ điện áp tác động lên MBA quan trọng, ta nghiên cứu chi tiết cách điện phần tử để phối hợp bảo vệ cách hiệu kinh tế kỹ thuật phối hợp điện áp tác dụng lên cách điện, khả chịu đựng cách điện CSV sử dụng rộng rãi hệ thống điện để bảo vệ thiết bị điện có điện áp Một thiết bị cần bảo vệ MBA Sử dụng mơ hình CSV mơ để diễn tả trình hoạt động TBA có tác động xung sét, qua thấy tác dụng bảo vệ CSV đồng thời đưa ứng dụng thực tế cho việc thiết kế điện trở nối đật cho trạm chọn loại CSV phù hợp để bảo vệ MBA 4.5.2 Mơ hình sử dụng chống sét bảo vệ MBA có xung điện áp sét truyền vào trạm SVTH: Nguyễn Hồ Sĩ Hùng– Lớp: 05DHT Trang: 70 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Đoàn Anh Tuấn Xét tram biến áp 110KV/22KV có thiết bị Hệ thống truyền tải qua MBA 110kV/22KV công suất 20MVA, điện trở nối đất ôm Cách điện MBA chịu điện áp 360 kV Sử dụng chống sét loại AZG3008G070090Suger Arrester hãng Cooper có thơng số: Đặc tính kỹ thuật CSV Rate Continuous 1/5 μs-10 kA High 8/20 μs Maximum Discharge Voltag operating (KV) Arrester Voltage (kV) e (KV) voltage (KV) 90 70 242 (mm) (kA) 10 (kA) 20 (kA) 1219 199 213 235 Kết điện áp thu trường hợp có khơng có đặt CSV: SVTH: Nguyễn Hồ Sĩ Hùng– Lớp: 05DHT Trang: 71 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Đồn Anh Tuấn Hình 4.14 Có đặt CSV Trong : U1 : điện áp đặt vào MBA khơng có CSV bảo vệ U2 : điện áp đặt vào MBA có CSV bảo vệ Từ đồ thị điện áp hình 3.9 ta thấy khơng đặt CSV điện áp đặt vào cách điện MBA 2MV lớn nhiều lần cách điện MBA gây phá hỏng MBA Trong trường hợp đặt CSV kết thu hình 3.8, ta thấy điện áp đặt lên MBA nhỏ điện áp cách điện MBA, không gây hư hỏng MBA 4.5.3 Nghiên cứu ảnh hƣởng điện trở nối đất độ dốc đầu sóng đến điện áp dƣ CSV SVTH: Nguyễn Hồ Sĩ Hùng– Lớp: 05DHT Trang: 72 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Đoàn Anh Tuấn 4.5.3.1 Ảnh hƣởng điện trở nối đất đến điện áp dƣ Tiến hành mô với việc thay đổi giá trị điện trở nối đất CSV ta thu kết Rđ 0.05 10 (Ω) Udư 231.5 232.8 235.25 238 240.7 243.8 248.6 254.7 262.1 271.5 281 (kV) Hình 4.15 Đặc tính Udư theo Rđ Trên sở mô ta thấy điện trở nối đất ảnh hưởng lớn điện áp dư, kết mô giúp ta chọn giới hạn cho điện trở nôi đất 4.5.3.2 Ảnh hƣởng độ dốc đầu sóng đến điện áp dƣ Tiến hành mô với việc thay đổi độ dốc xung sét truyền vào trạm, thu kết Dạng xung 1.2/50 μs 1/5 μs 4/10 μs 8/20 μs Udư (kV) 270 285 247 232.8 SVTH: Nguyễn Hồ Sĩ Hùng– Lớp: 05DHT Trang: 73 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Đoàn Anh Tuấn Hình 4.16 Udư theo độ dốc sóng Theo kết mơ hình 3.11 ta thấy điện áp dư bị ảnh hưởng lớn độ dốc thay đổi Thời gian đầu sóng bé điện áp dư lớn, gây nguy hiểm cho cách điện MBA 4.5.3.3 Ảnh hƣởng vị trí sét đánh Tiến hành mơ thay đổi vị trí sét đánh dọc đường dây từ 1-1000 m Chiều dài m Dung dẫn thay Điện áp dư (KV) đương dây C(pF) 8.73 221.2 10 87.3 221 100 873 219 200 1746 217.2 400 3492 212 600 5238 206 800 6980 201.1 1000 8730 197 Kết mô cho ta thấy điện áp truyền vào trạm phụ thuộc nhiều vào vị trí sét đánh, vị trí sét đánh xa TBA điện áp vào trạm nhỏ điện áp dư chóng sét giảm xuống SVTH: Nguyễn Hồ Sĩ Hùng– Lớp: 05DHT Trang: 74 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Đồn Anh Tuấn KẾT LUẬN Tính đề tài nghiên cứu mơ hình lập mô CSV dạng MOV nhà sản xuất khác từ số liệu bất kỳ, tìm mối quan hệ đơn giản đặc tính làm việc thiết bị thống số mơ hình Sự hiệu mơ hình kiểm tra cách so sánh kết kiểm tra phóng điện tiêu chuẩn với kết mơ hình tính tốn Điện áp dư sau phóng điện CSV tính tốn mơ hình so sánh với thơng số thử nghiệm nhà chế tạo catalogue Qua chứung minh xác mơ hình, làm tiền đề cho phát triển mơ hình tốn để ứng dụng vào thực tế Thơng qua mơ hình mơ ta thấy ảnh hưởng độ dốc đầu sóng, vị trí sét đánh điện trở đất điện áp dư CSV, đồng thời ứng dụng vào thực tế để chọn điện trở nối đất cho CSV Kết cho thấy CSV đóng vai trị quan trọng để giảm thành phần điện áp gây nguy hiểm cho cách điện tụ bù dọc, kháng bù ngang, máy biến áp giới hạn điện áp giữ mức an toàn cách điện thiết bị Với mơ hình khối mơ công cụ ứng dựng tốt vào công tác giảng dạy học tập sinh viên trường, điều kiện trang bị thử nghiệm hạn chế, thí nghiệm xung đầu sóng tăng nhanh Đồng thời ứng dụng vào việc nghiên cứu phối hợp bảo vệ điện áp CSV lưới điện ứng với dạng xung điện áp khác SVTH: Nguyễn Hồ Sĩ Hùng– Lớp: 05DHT Trang: 75 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp GVHD: TS Đoàn Anh Tuấn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Viết Đạn (1976), Giáo trình kỹ thuật điện cao áp, Nhà xuất Đại học Bách khoa Hà Nội [2] Nguyễn Phùng Quang (2004), Matlab Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [3] Hydro-Québec, TEQSIM International, Power System Blockset for Use with Simulink, Use’s Guide, The MathWorks Inc, 2000 [4] Volker Hinrichsen, Metal-Oxide Surge Arresters – Part 1: Fundamentals, Siemens AG, Berlin/Germany, July 2001 [5] Kai Steinfeld, Reinhard Göhler, Daniel Pepper, Siemens AG, High Voltage Surge Arresters for Protection of Series Compensation and HVDC Converter Stations, The 4th International Conference on Power Transmission and Distribution Technology 2003 [6] IEEE Std C62.11-1999, IEEE Standard for Metal-Oxide Surge Arresters for AC Power Circuits (> kV) [7] Trin Saegsuwan, Wichet Thippraset, The lightning arrester modeling using ATP-EMTP, 2008 [8] IEC Std 60099, Surge Arrester, 12-1999 [9] Littelfuse, Littelfuse Varistors - Basic Properties Terminology and Theory, Application Note, July-1999 [10] Cooper power systems, Surge Arresters- I235-83 [11] F.J.Martinnez Esteban, L.C.Montanes Bellosta, J.Mur Amada, A.Llombart Estopinan, M.Garcia Gracia, Modeling Lightning Arresters Using Spice [12] M.Z.A.Ab Kadir, M.H Mohamad Ariff, R.Mesron, M.T.Salahuddin, Substation System Simulation Models for Transformer Risk Assessment Analysis, 2008 SVTH: Nguyễn Hồ Sĩ Hùng– Lớp: 05DHT Trang: 76 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... Tuấn CHƢƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG CHỐNG SÉT VAN MOV VÀ ÁP DỤNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG CSV BẢO VỆ TRẠM BIẾN ÁP 4.1.Mục đích -Lập mơ hình CSV cấp phân phối dạng MOV nghiên cứu đáp ứng xung sét hay... xuất việc mơ hình hóa thiết bị CSV để phục vụ nghiên cứu bảo vệ máy điện có q điện áp khí Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu để tài nghiên cứu cấu tạo, tính kỹ thuật, mơ hình mơ tả... pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp mơ hình hóa Matlab-Simulink mô CSV tác dụng dạng xung sét không chu kỳ Đặt tên đề tài Căn vào mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu, đề tài đặt tên: “NGHIÊN CỨU VÀ XÂY