(Luận văn thạc sĩ hcmute) biện pháp bảo vệ quá áp do sét

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TẤN ĐỨC NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP BẢO VỆ QUÁ ÁP DO SÉT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 SKC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TẤN ĐỨC NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP BẢO VỆ QUÁ ÁP DO SÉT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2018 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS TS Quyền Huy Ánh HVTH: Nguyễn Tấn Đức Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS TS Quyền Huy Ánh LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC Họ tên: Nguyễn Tấn Đức Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 20/10/1985 Nơi sinh: An Giang Quê quán: Kiến Thành – Chợ Mới Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: Công ty Điện lực An Giang (Số 13, đường Lê Văn Nhung, Phường Mỹ Bình, TP Long Xuyên, Tỉnh An Giang) Điện thoại liên lạc: 0908.79.62.49 E-mail: nguyenducdlag85@gmail.com.vn II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Trung cấp chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 2005 đến 2007 Nơi học : Trường Cao Đẳng Điện lực TPHCM Ngành học: Phát dẫn điện Môn thi tốt nghiệp: Kỹ thuật điện, Chính trị, nhà máy điện Ngày nơi thi tốt nghiệp: 07/2007 trường Cao đẳng Điện lực TPHCM Đại học: Hệ đào tạo: Vừa làm vừa học Thời gian đào tạo từ 2010 đến 2014 Nơi học : Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM Ngành học: Điện công nghiệp Tên đồ án tốt nghiệp: Lập trình hệ thống tự động sản xuất cà phê dây truyền Ngày nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 12/2014 Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật TP.HCM Người hướng dẫn: ThS Nguyễn Trần Minh Nguyệt HVTH: Nguyễn Tấn Đức Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS TS Quyền Huy Ánh III QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP TRUNG HỌC CHUYÊN NGHIỆP VÀ ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2008- T9/2012 Công ty Điện lực An Giang Cán kinh doanh T9/2012- 2014 Công ty Điện lực An Giang Cán kiểm tra 2014 - Công ty Điện lực An Giang Chuyên viên kiểm tra HVTH: Nguyễn Tấn Đức Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS TS Quyền Huy Ánh LỜI CAM ĐOAN Em cam đoan cơng trình nghiên cứu em Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác TP Hồ Chí Minh,ngày tháng 10 năm 2018 Người cam đoan Nguyễn Tấn Đức HVTH: Nguyễn Tấn Đức Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS TS Quyền Huy Ánh LỜI CẢM ƠN Đầu tiên cho phép em bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ban Giám Hiệu Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, giúp đỡ hướng dẫn em suốt trình học tập, nghiên cứu Nhân dịp hoàn thành luận văn tốt nghiệp, cho phép em bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS.Quyền Huy Ánh tận tình giúp đỡ hướng dẫn tơi suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn tập thể q Thầy Cơ khoa Điện – Điện tử trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Tp.HCM giúp đỡ em nhiều suốt trình học tập tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành luận văn Xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể bạn đồng nghiệp động viên, khích lệ giúp đỡ em để em hồn thành khóa học Xin cảm ơn gia đình, người thân ln bên em, động viên giúp đỡ em Xin chân thành cảm ơn! TP Hồ Chí Minh,ngày tháng 10 năm 2018 Học viên thực Nguyễn Tấn Đức HVTH: Nguyễn Tấn Đức Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS TS Quyền Huy Ánh TÓM TẮT LUẬN VĂN Việt Nam nước thuộc khu vực nhiệt đới ẩm gió mùa, nên nơi có hoạt động dơng sét cao khu vực Do mạng phân phối điện hạ áp có phạm vi phân bố rộng lớn cung cấp điện trực tiếp cho hộ tiêu thụ nên đối tượng sét cảm ứng dẫn gây ngừng dịch vụ, hay hư hỏng thiết bị Xuất phát từ rủi ro thiệt hại sét nêu trên, luận văn ”Nghiên cứu biện pháp bảo vệ áp sét theo tiêu chuẩn TCVN 9888:2013” nhằm đề giải pháp chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp nghiên cứu ảnh hưởng đến hiệu bảo vệ kiểu phối hợp thiết bị bảo vệ cần thiết Luận văn hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu sau:  Nghiên cứu tiêu chuẩn TCVN 9888:2013 IEC 62305-4:2006; SPD cấu tạo, nguyên lý hoạt động, thông số điều kiện lựa chọn  Nghiên cứu xây dựng mơ hình SPD chế tạo theo cơng nghệ SG MOV  Nghiên cứu ảnh hưởng dây nối SPD thiết bị bảo vệ đến hiệu bảo vệ  Nghiên cứu hiệu bảo vệ ứng với kiểu phối hợp SPD khác theo đề xuất TCVN 9888:2013 IEC 62305-4:2006 Điểm đề tài phân tích xây dựng quan hệ điện áp thông qua chiều dài dây nối SPD thiết bị bảo vệ, đồng thời phân tích ảnh hưởng kiểu phối hợp SPD đến hiệu bảo vệ Kết nghiên cứu luận văn sử dụng làm tài liệu tham khảo cho quan, trung tâm nghiên cứu, sở đào tạo quan tâm đến toán bảo vệ chống áp sét cảm ứng lan truyền đường nguồn hạ áp HVTH: Nguyễn Tấn Đức Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS TS Quyền Huy Ánh ABSTRACT Vietnam is a tropical monsoon area, where there is high activity of lightning in the Asia’s area Because the low voltage distribution networks has a wide distribution range and directly supply electricity to the consumer, it is the subject of induced lightning strikes and cause service interruption, or equipment failure Derived from the risk of damage caused by induced lightning strikes, the thesis "Research on surge protective measures according to TCVN 9888: 2013" propose the solutions for surge protection on low voltage power lines and research on the protective effect of the different combinations of surge protection devices is necessary The thesis has completed the research tasks as follows:  Research on standards TCVN 9888:2013 and IEC 62305-4: 2006; the structure, operation principles, main parameters and selection conditions of SPD;  Research and build the models of SPD, fabricated by SG and MOV technology;  Research on the impact of cables, which connect the SPD and the protected equipment, on the protection effectiveness;  Research on protection effect of different combination types of SPD, according to the TCVN 9888: 2013 and IEC 62305-4: 2006 The new topic of the thesis is to analyze and establish the relationship between the voltage and the length of the wires between the SPD and the protected device, and to analyze the effects of the SPD combinations on the protection effectiveness The research results of the thesis can be used as reference materials for research institutes, centers and training institutions who are interested in the HVTH: Nguyễn Tấn Đức Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS TS Quyền Huy Ánh problem of induced overvoltage by lightning strikes on the low voltage distribution network MỤC LỤC TRANG Chương MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Các nghiên cứu nước 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Đối tượng nghiên cứu 1.5 Phạm vi nghiên cứu 1.6 Nội dung nghiên cứu 1.7 Phương pháp nghiên cứu 1.8 Điểm đề tài 1.9 Giá trị thực tiễn 1.10 Nội dung đề tài Chương THIẾT BỊ BẢO VỆ CHỐNG QUÁ ÁP DO SÉT TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP 2.1 Các cấp bảo vệ áp 2.1.1 Cấp bảo vệ áp theo tiêu chuẩn ANSI/IEEE C62.41-1991 2.1.2 Cấp bảo vệ áp theo tiêu chuẩn IEC 62305 2.1.3 Hệ thống bảo vệ chống sét hạ áp đường nguồn hạ áp 2.2 Thiết bị chống áp sét đường nguồn hạ áp (SPD) 2.3 Các loại SPD 2.3.1 Thiết bị cắt sét (SSD) 2.3.2 Thiết bị lọc sét 2.4 Các yêu cầu kỹ thuật thiết bị cắt sét lọc sét 10 2.4.1 Yêu cầu kỹ thuật với thiết bị cắt sét 10 2.4.2 Yêu cầu kỹ thuật với thiết bị lọc sét 12 HVTH: Nguyễn Tấn Đức Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS TS Quyền Huy Ánh Bảng 4.1 Giá trị điện áp bảo vệ V1 điện áp thông qua V2 theo L ứng với I=40kA 8/20us L(m) V1(V) V2(V) 1410 1410 1420 2200 1430 2350 1435 2450 1440 2475 1438 2490 1435 2510 1430 2525 1425 2530 1423 2535 10 1422 2539 Từ số liệu Bảng 4.1, sử dụng công cụ cftool Matlab để tìm quan hệ điện áp thơng qua V2 chiều dài dây nối L Giao diện cơng cụ cftool trình bày Hình 4.3 Hình 4.3 Giao diện công cụ cftool Matlab HVTH: Nguyễn Tấn Đức 32 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS TS Quyền Huy Ánh Phương trình quan hệ V2=f(L) sau: V2=-0.2632L4+7.155L3-71.62L2+323.5L+1941 Với phân tích nêu trên, để tăng hiệu bảo vệ cho thiết bị điện tử nhạy cảm cần phối hợp SPD theo hướng dẫn tiêu chuẩn IEC 62305-4:2006 4.2 Ảnh hưởng kiểu phối hợp SPD Các kiểu phối hợp SPD mạng phân phối hạ áp trình bày TCVN 9888:2013 (IEC 62305-4:2006) Dưới trình bày kiểu phối hợp SPD ảnh hưởng kiểu phối hợp đến hiệu bảo vệ 4.2.1 Kiểu phối hợp 4.2.1.1 Sơ đồ kết nối Tất SPD có đặc tuyến V-I liên tục (SPD chế tạo theo cơng nghệ MOV) có điện áp bảo vệ Vp phối hợp theo kiểu trở kháng dây dẫn chúng có giá trị đáng kể (Hình 4.4) Hình 4.4 Phối hợp SPD theo kiểu I 4.2.1.2 Mô hiệu bảo vệ Sơ đồ mô phối hợp SPD theo kiểu ứng với trường hợp 1MOV, 2MOV, 3MOV có dịng xung định mức 40kA, điện áp ngưỡng 275Vrms, sai số điện áp ngưỡng 10%, đoạn dây liên kết L1 từ tủ phân phối đến tủ phân phối tầng, đoạn dây liên kết tủ phân phối tầng L2 đến tải có chiều dài 10m, tiết diện 6.0mm2 trình bày Hình 4.5 Kết mơ điện áp bảo vệ SPD cuối ứng với xung dịng 40kA 8/20us trình bày Hình 4.6 HVTH: Nguyễn Tấn Đức 33 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS TS Quyền Huy Ánh Hình 4.5 Sơ đồ mơ điện áp bảo vệ với SPD phối hợp kiểu I Hình 4.6 Điện áp bảo vệ ứng với SPD phối hợp kiểu I 1MOV, 2MOV, 3MOV với xung dòng 40kA 8/20us Bảng 4.2 Giá trị điện áp bảo vệ SPD phối hợp theo kiểu I Điện áp bảo vệ Vp Kiểu phối hợp I ứng với xung dịng 40kA 8/20µs Phối hợp MOV 801 Phối hợp MOV 1368 Phối hợp MOV 3121 HVTH: Nguyễn Tấn Đức 34 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS TS Quyền Huy Ánh Nhận xét  Kết mô điện áp bảo vệ với SPD phối hợp kiểu I với 1, MOV, nhận thấy nhiều tầng SPD phối hợp điện áp bảo vệ nhỏ  Ở Cấp C, nơi có hoạt động dơng sét cao, có khả xuất xung sét biên độ lớn Trường hợp này, để bảo vệ thiết bị điện tử nên phối hợp MOV hay MOV để bảo vệ thiết bị điện cần phối hợp bảo vệ MOV 4.2.2 Kiểu phối hợp 4.2.2.1 Sơ đồ kết nối Tất SPD có đặc tuyến V-I liên tục (SPD chế tạo theo cơng nghệ MOV) có điện áp bảo vệ Vp tăng lên theo bước từ SPD1 đến SPD3 (Hình 4.7) Hình 4.7 Phối hợp SPD theo kiểu II 4.2.2.2 Mô hiệu bảo vệ Sơ đồ mô phối hợp SPD theo kiểu II ứng với trường hợp MOV1, MOV2, MOV3 có dịng xung định mức 40kA, điện áp ngưỡng 230Vrms, 275Vrms 320Vrms ứng với xung dịng 40kA 8/20µs trình bày Hình 4.8 Kết mơ điện áp bảo vệ SPD cuối ứng với xung dòng 40kA 8/20us trình bày Hình 4.9 HVTH: Nguyễn Tấn Đức 35 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS TS Quyền Huy Ánh Hình 4.8 Sơ đồ mơ điện áp bảo vệ với SPD phối hợp kiểu II Hình 4.9 Điện áp bảo vệ ứng với SPD phối hợp kiểu II 1, 2, MOV với xung dòng 40kA 8/20us Bảng 4.3 Giá trị điện áp bảo vệ SPD phối hợp theo kiểu II Điện áp bảo vệ Vp Kiểu phối hợp II ứng với xung dịng 40kA 8/20µs Phối hợp MOV 837 Phối hợp MOV 1285 Phối hợp MOV 2635 HVTH: Nguyễn Tấn Đức 36 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS TS Quyền Huy Ánh Nhận xét:  Kết mô điện áp bảo vệ với SPD phối hợp kiểu II, với 1, MOV, nhận thấy nhiều tầng SPD phối hợp điện áp bảo vệ nhỏ  Ở Cấp C, nơi có hoạt động dơng sét cao, có khả xuất xung sét biên độ lớn Trường hợp này, để bảo vệ thiết bị điện tử nên phối hợp 2MOV hay 3MOV để bảo vệ thiết bị điện cần phối hợp bảo vệ MOV hay MOV  So với phối hợp SPD kiểu I, SPD kiểu II có hiệu bảo vệ tốt điện áp bảo vệ SPD cuối thấp 4.2.3 Kiểu phối hợp 4.2.3.1 Sơ đồ kết nối SPD có đặc tuyến V-I khơng liên tục (SPD dạng khe hở phóng điện) Các SPD có đặc tuyến V-I liên tục (SPD dạng MOV) Tất SPD có điện áp bảo vệ Vp (Hình 4.10) Đặc điểm kiểu phối hợp tác động ngắt SPD1, giảm thời gian xuống nửa giá trị dòng xung sét ban đầu 10/350 µs đạt được, làm giảm giảm lượng sét vào SPD xuống đáng kể Hình 4.10 Phối hợp SPD theo kiểu III 4.2.3.2 Mơ hiệu bảo vệ Sơ đồ mô SPD phối hợp theo kiểu III, ứng với trường hợp SG, MOV2, MOV3 với xung dịng 40kA 8/20µs trình bày Hình 4.11 Kết mơ HVTH: Nguyễn Tấn Đức 37 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS TS Quyền Huy Ánh điện áp bảo vệ SPD cuối ứng với xung dịng 3kA 8/20us trình bày Hình 4.12 Hình 4.11 Sơ đồ mơ phối hợp SPD theo phương pháp biến đổi III Hình 4.12 Điện áp bảo vệ ứng với SPD phối hợp kiểu III SG, 1, MOV với xung dòng 3kA 8/20us Bảng 4.4 Giá trị điện áp bảo vệ SPD phối hợp theo kiểu III Điện áp bảo vệ Vp Kiểu phối hợp II ứng với xung dòng 40kA 8/20µs Phối hợp SG, 2MOV 753 Phối hợp SG, 1MOV 884 Phối hợp SG 5943 HVTH: Nguyễn Tấn Đức 38 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS TS Quyền Huy Ánh Nhận xét:  Kết mô điện áp bảo vệ với SPD phối hợp kiểu III với SG, MOV2 MOV3 cho thấy điện áp bảo vệ giảm số tầng bảo vệ tăng;  Khi có tầng bảo vệ (SG), điện áp bảo vệ cao Vì vậy, trường hợp bảo vệ thiết bị điện có mức điện áp chịu xung đến 6kV;  Khi phối hợp SG+MOV, SG+MOV+MOV, điện áp bảo vệ tương đối thấp nên bảo vệ thiết bị điện thiết bị điện tử ứng với xung sét 3kA 8/20us 4.3 Kết luận Hiệu bảo vệ phương án chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp tùy thuộc nhiều yếu tố như:  Công nghệ chế tạo SPD: SG, MOV;  Thông số kỹ thuật SPD: điện áp ngưỡng, dòng xung định mức, sai số điện áp ngưỡng,…  Chiều dài dây nối SPD thiết bị cần bảo vệ;  Biên độ xung sét lan truyền dạng sóng 8/20µs Vì vậy, thực tế việc chọn kiểu phối hợp SPD lắp đặt hay nhiều SPD tùy vào địa điểm, vị trí, yêu cầu kỹ thuật thiết bị mức độ quan trọng cơng trình HVTH: Nguyễn Tấn Đức 39 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS TS Quyền Huy Ánh Chương KẾT LUẬN & HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Luận văn “Nghiên cứu biện pháp bảo vệ áp sét theo tiêu chuẩn TCVN 9888:2013” hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu giao đạt kết quả, cụ thể sau:  Nghiên cứu tiêu chuẩn TCVN 9888:2013 cung cấp hướng dẫn cho việc hợp tác người thiết kế hệ thống điện điện tử người thiết kế biện pháp bảo vệ để đạt hiệu bảo vệ tối ưu  Nghiên cứu tiêu chuẩn IEC 62305-4:2006 bảo vệ áp cho thiết bị điện cơng trình, thường lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp có chủng loại khác nhằm bảo vệ cách có hiệu thiết bị điện  Thiết bị bảo vệ chống áp sét lan truyền nguồn hạ áp cụ thể SPD thiết bị bảo vệ hiệu có khả chuyển hướng dòng xung sét xuống đất cách giảm trở kháng nối đất phát xung sét vào hệ thống cấp điện, giảm điện áp ngang qua thiết bị bảo vệ:  Thiết bị cắt sét có khả phân biệt áp nguyên nhân khác, lắp đặt đơn giản không cần tách thiết bị chống sét khỏi mạng điện dùng máy phát, bên cạnh làm việc hiệu mạng điện có điện áp khơng ổn định, bảo vệ chống lại dội ngược điện áp tạo đường thoát sét nâng cao tuổi thọ thiết bị chống sét;  Thiết bị lọc sét cân lượng dòng sét đường dây đường phụ tải cắt sét, làm chậm tốc độ tăng điện áp, cung cấp lọc thấp qua Tích hợp cơng tắt báo động để sử dụng với ứng dụng khác  Hiệu mơ hình phần tử bảo vệ chống áp với loại MOV hạ khác Hãng Siemens, nhận thấy mơ hình MOV hạ có độ HVTH: Nguyễn Tấn Đức 40 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS TS Quyền Huy Ánh xác đạt yêu cầu thấp 10% (sai số điện áp bảo vệ MOV có giá trị tối đa 1,59% , giá trị thấp 0,45%) Ngồi ra, thơng số u cầu đầu vào mơ hình MOV đề xuất đơn giản, cập nhật cho mơ hình theo u cầu người sử dụng  Mơ hình phần tử bảo vệ chống q áp theo cơng nghệ SG điện áp bảo vệ mơ hình FLASHTRAB 35kA 230V đo Vpsim=5290V lớn so với điện áp bảo vệ cung cấp NSX Vpcat=5000V Nên sai số điện áp bảo vệ nhỏ (