Đang tải... (xem toàn văn)
Untitled BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HÀ GIANG NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH THIẾT BỊ TRIỆT XUNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI HẠ ÁP NGÀN[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HÀ GIANG NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH THIẾT BỊ TRIỆT XUNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI HẠ ÁP NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 S K C0 5 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀ O TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HÀ GIANG NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH THIẾT BỊ TRIỆT XUNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI HẠ ÁP NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN Hướng dẫn khoa học: PGS.TS Quyền Huy Ánh Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng năm 2016 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh LÝ LỊCH KHOA HỌC SƠ LƯỢC Họ tên : Nguyễn Hà Giang Giới tính: Nam Ngày sinh : 31/01/1991 Nơi sinh: Đồng Nai Dân tộc : Kinh Tôn giáo: Không Địa liên lạc: 52 Tổ xóm 1, Ấp Thái Hồ, Xã Hố Nai 3, Trảng Bom, tỉnh Đồng Nai Điện thoại: 01212 398 544 Email: nhgiang3101@gmail.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian : Từ 2009 đến 2013 Nơi học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Ngành học: Điện Cơng Nghiệp Thạc sĩ: Hệ đạo tạo: Chính quy Thời gian : Từ 2014 đến 2016 Nơi học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ Thuật Điện Tp Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng năm 2016 Người Khai Nguyễn Hà Giang HVTH: Nguyễn Hà Giang Trang i Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng năm 2016 Tác giả Luận Văn Nguyễn Hà Giang HVTH: Nguyễn Hà Giang Trang ii Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh CẢM TẠ Qua thời gian học tập nghiên cứu Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, với nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ q thầy cơ, tơi hoàn thành luận văn tốt nghiệp Trước hết, xin chân thành cảm ơn cha mẹ động viên giúp đỡ suốt thời gian học tập Tôi chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm Khoa Điện – Điện tử Phòng quản lý sau đại học Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM tạo điều kiện thuận lợi cho học tập, nghiên cứu nâng cao trình độ thực tốt luận văn tốt nghiệp thời gian qua Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới Thầy Quyền Huy Ánh nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt thời gian học tập trình thực luận văn tốt nghiệp Ngồi ra, tơi xin nói lời cảm ơn đến anh, chị học viên lớp cao học 2014 – 2016A đóng góp ý kiến giúp đỡ tơi hồn thành tốt luận văn tốt nghiệp Việc thực đề tài luận văn chắn không tránh khỏi thiếu sót kiến thức chun mơn Kính mong nhận quan tâm, xem xét đóng góp ý kiến quý báu quý thầy, cô bạn để đề tài luận văn hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng năm 2016 Học viên thực Nguyễn Hà Giang HVTH: Nguyễn Hà Giang Trang iii Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh TÓM TẮT Luận văn “Nghiên cứu xây dựng mơ hình thiết bị triệt xung lưới phân phối hạ áp” sâu vào nghiên cứu xây dựng mơ hình thiết bị triệt xung hạ áp có xét đến ảnh hưởng nhiệt độ, độ dài dây kết nối số phần tử MOV bên thiết bị Mơ hình thiết bị triệt xung hạ áp xây dựng môi trường Matlab, có giao diện thân thiện dễ sử dụng Các thơng số mơ hình cần khai báo bao gồm: điện áp làm việc cực đại (V), dòng xung cực đại (kA), sai số điện áp ngưỡng (%), nhiệt độ mơi trường (0C), số phần tử MOV Độ xác mơ hình so với ngun mẫu kiểm tra thơng qua việc đánh giá dạng sóng biên độ điện áp dư ngang qua mơ hình thiết bị triệt xung hạ áp ứng với dạng xung tiêu chuẩn 8/20µs Biên độ điện áp dư kiểm tra cách so sánh giá trị điện áp dư cực đại với giá trị điện áp dư cung cấp Catalogue nhà sản xuất khác với cấp điện áp khác Ngoài ra, biên độ dạng điện áp dư kiểm tra thông qua biên độ dạng điện áp dư thông qua mô ghi nhận thực nghiệm với trợ giúp hệ thống AXOS8 Sai số điện áp dư mơ hình thiết bị triệt xung hạ áp lớn 3,3% (giá trị cho phép 5%) Điều cho thấy tính tương đồng cao mơ hình thiết bị triệt hạ áp so với nguyên mẫu Kết nghiên cứu bổ xung vào thư viện Matlab mô hình thiết bị triệt xung hạ áp Đây cơng cụ mơ hữu ích cho nhà nghiên cứu, kỹ sư, sinh viên … việc nghiên cứu hành vi đáp ứng thiết bị triệt xung hạ áp tác động xung sét lan truyền điều kiện đo thử thực tế HVTH: Nguyễn Hà Giang Trang iv Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh ABSTRACT The thesis “Reseach and modeling surge arrester on low voltage” stuidied in depth about modeling surge arrester on low voltage with effect of temperature, the wire connection length and the number of MOV inside this device Modeling surge arrester on low voltage was built in the Matlab environment with friendly interface and easy to use The parameters of model need to report include: Maximum AC operating voltage (V), Maximum impulse current (kA), Tolerance of varistor voltage (%), Temperature of MOV (C) and Number of MOVs The accuracy of the model compared with the prototype was tested by evaluating the waveform and applitude of residual voltage across the model with the 8/20µs standard impulsive Applitude of residual voltage was tested by comparing the maximum applitude of residual voltage with the residual voltage provided in catalogue of different manufacturers and voltage levels In addition, ampltitude and waveform of residual voltage are also tested by simulation and experimentation with the help of AXOS8 system The maximum of residual error voltage of modeling surge arrester is 3,3% (value allowed is 5%) It proves that the a high similarity between the modeling surge arrester on low voltage and the prototype Additional research results into Matlab model libarary facilities of modeling surge arrester on low voltage This is a useful simulation tool for researchers, engineers, student in study of behavior and response of surge arrester on low voltage with effect of lighting impulse spreaded in conditions test can not be real HVTH: Nguyễn Hà Giang Trang v Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Đơn vị Mô tả MOV kA Thiết bị triệt xung (Metal Oxide Varistor) R Điện trở L H Độ tự cảm C F Điện dung D nm Bề dày biến trở Hằng số điện môi chất bán dẫn Mật độ hạt dẫn N Hạt/cm3 P W Cơng suất tiêu tán trung bình Nhiệt độ gia tăng trung bình T C Hệ số tiêu tán công suất TOL % Độ sai số chuẩn Vr kV Điện áp định mức thiết bị triệt xung Vr8/20 kV Điện áp dư cho dòng sét 10 kA với bước sóng 8/20 µs L, R kV Độ lớn điện rào o kV Điện phân cực gốc VN Hệ số phi tuyến kV Điện áp biến trở q Điện tích điện tử K Hệ số phụ thuộc biến trở Vref kV n HVTH: Nguyễn Hà Giang Điện áp tham chiếu Số cột MOV song song thiết bị triệt xung Trang vi Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i SƠ LƯỢC i QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO i Đại học: i Thạc sĩ: i LỜI CAM ĐOAN ii CẢM TẠ iii TÓM TẮT iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU vi MỤC LỤC vii DANH SÁCH CÁC HÌNH x DANH SÁCH CÁC BẢNG xiii CHƯƠNG MỞ ĐẦU Đặt vấn đề .1 Nhiệm vụ đề tài Giới hạn đề tài Các bước tiến hành Tính đề tài Tính thực tiễn Nội dung đề tài Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TRIỆT XUNG LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP Giới thiệu Khái niệm sét [2] Tần suất xuất sét Các thông số tiêu chuẩn chống sét lan truyền .7 1.4.1 Các thông số sét lan truyền 1.4.2 Các tiêu chuẩn liên quan .9 HVTH: Nguyễn Hà Giang Trang vii Luận Văn Thạc Sĩ 1.4.3 GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh Tiêu chuẩn ANSI/IEEE C62.41 15 Dạng xung dòng sét 16 1.5.1 Dạng sóng 10/350µs 16 1.5.2 Dạng sóng 8/20µs 17 Xung hỗn hợp dòng - áp (8/20µs 1,2/50µs) 18 CHƯƠNG 20 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ TRIỆT XUNG MOV20 MOV đơn khối MOV đa khối 20 2.1.1 Cấu tạo thiết bị triệt xung MOV đơn khối 20 2.1.2 MOV đa khối .22 2.1.3 Sự khác MOV đơn khối MOV đa khối 25 Tính hoạt động biến trở ZnO 27 Đặc tính V-I 29 Thời gian đáp ứng 31 Năng lượng cho phép công suất tiêu tán trung bình 32 2.5.1 Năng lượng cho phép 32 2.5.2 Cơng suất tiêu tán trung bình 33 Ảnh hưởng nhiệt độ 34 Ảnh hưởng điện cảm dây nối đến điện áp dư 35 Phối hợp MOV .36 2.8.1 Mục tiêu chung phối hợp MOV 36 2.8.2 Nguyên tắc phối hợp 36 Các đặc tính MOV hư hỏng thường gặp 37 CHƯƠNG 40 MƠ HÌNH THIẾT BỊ TRIỆT XUNG MOV 40 Đánh giá mơ hình thiết bị triệt xung MOV Matlab 40 3.1.1 Giới thiệu mơ hình 40 3.1.2 Ngun lý làm việc mơ hình .41 3.1.3 Đánh giá mơ hình 42 Cấu trúc mơ hình cải tiến thiết bị triệt xung MOV hạ áp 43 Xây dựng mơ hình thiết bị triệt xung hạ áp cải tiến Matlab 44 HVTH: Nguyễn Hà Giang Trang viii Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh Chọn dây dẫn kết nối vào thiết bị triệt xung hạ áp thiết bị nối đất có chiều dài 300mm đường kính 2,5mm, đoạn dây dẫn có điện cảm 200,733 nH Tiến hành mơ Kiểm tra đáp ứng thiết bị triệt xung hạ áp hãng 5.3.1 Thiết bị triệt xung hạ áp MFV 20D511K Hình 5.6: Thiết bị triệt xung hạ áp MFV 20D511K Bảng 5.10: Thông số kỹ thuật thiết bị triệt xung hạ áp MFV 20D511K [20] Điện áp làm việc AC max (V) 320 6,5 Dòng điện xung 8/20s max (kA crest) Sai số điện áp MOV (%) 10 Nhiệt độ (Độ C) 28 Với thiết bị triệt xung hạ áp MFV 20D511K: 1400 X: 2e-006 Y: 1252 1200 T=100 DO C X: 1.92e-006 Y: 1194 1000 V-I 800 T=28 DO C 600 MFV 20D511K-6.5KA XUNG 8/20-2KA 400 200 0 0.5 1.5 x 10 -4 Hình 5.7: Điện áp dư thiết bị triệt xung hạ áp MFV 20D511K 280C 1000C mô HVTH: Nguyễn Hà Giang Trang 68 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh Tiến hành phát xung sét 2kA vào thiết bị triệt xung hạ áp MFV 20D511K Hình 5.8: Kết nối thiết bị thực nghiệm AXOS8 Hình 5.9: Giao diện menu cho máy AXOS8 Tại menu chính, chọn chức Surge cách nhấn vào biểu tượng Menu Surge HVTH: Nguyễn Hà Giang Trang 69 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh Hình 5.10: Menu Surge điều chỉnh thông số Tiến hành nhập thông số máy AXOS8 + TEST MODE: Standard + TRIGGER: Auto + DIRECT OUT + TRANSITION: Off + Peak Voltage: Bấm vào phần số để thay đổi giá trị điện áp đỉnh Một hộp thoại Chọn đơn vị kV, nhập giá trị Sau nhập xong nhấn OK để xác nhận + Async.: Bấm vào phần chữ để thay đổi thiết lập đồng xung phát với nguồn nuôi thiết bị AXOS8, chọn Async + Repetition Rate: Bấm vào phần số để thay đổi giá trị thời gian đỉnh xung Một hộp thoại Chọn đơn vị s, nhập giá trị sau bấm OK để xác nhận + Number of Surge: Bấm vào phần số để thay đổi số xung cần phát Một hộp thoại ra, nhập giá trị sau nhấn OK để xác nhận + LINE: Bấm vào nút để cấp nguồn ni cho thiết bị EUT Nếu phía có biểu tượng màu đỏ HVTH: Nguyễn Hà Giang nguồn nuôi cấp đến thiết bị EUT Trang 70 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh Hình 5.11: Kết nối thiết bị triệt xung hạ áp MFV 20D511K với hệ thống AXOS8 Hình 5.12: Gia nhiệt cho thiết bị triệt xung hạ áp MFV 20D511K HVTH: Nguyễn Hà Giang Trang 71 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh - Tại nhiệt độ phòng (28oC) Hình 5.13: Điện áp dư thiết bị triệt xung hạ áp 28oC - Tại nhiệt độ 100 oC Hình 5.14: Điện áp dư thiết bị triệt xung hạ áp 100oC HVTH: Nguyễn Hà Giang Trang 72 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh Bảng 5.11: So sánh điện áp dư thực tế mô hình MFV 20D511K Tại 28oC Theo thực tế (V) 1190 Theo mơ hình (V)_Vrmod 1194 0,3 Sai số (%)_∆V Tại 100oC 1240 1252 5.3.2 Thiết bị triệt xung hạ áp ESP 415D1 Hình 5.15: Thiết bị triệt xung hạ áp ESP 415D1 Bảng 5.12: Thông số kỹ thuật thiết bị triệt xung hạ áp ESP 415D1 [20] Điện áp làm việc AC max (V) 275 40 Dòng điện xung 8/20s max (kA crest) Sai số điện áp MOV (%) 10 Nhiệt độ (Độ C) -40 đến 70 Với thiết bị triệt xung hạ áp ESP 415D1: X: 4.579e-007 Y: 1172 1200 T=100 DO C 1000 V-I 800 600 T=28 DO C 400 ESP 415D1 - 40KA XUNG 8/20 - 3KA 200 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 t (us) 0.6 0.7 0.8 0.9 x 10 -4 Hình 5.16: Điện áp dư thiết bị triệt xung hạ áp MFV ESP415D1 280C 1000C HVTH: Nguyễn Hà Giang Trang 73 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh Nhập thông số cho máy AXOS8 tương tự phần Peak Voltage ta nhập 6kV Hình 5.17 : Kết nối MOV ESP 41D51 với thiết bị - Tại nhiệt độ 28 oC Hình 5.18: Điện áp dư thiết bị triệt xung hạ áp ESP 41D51 Bảng 5.13: Đánh giá sai số thiết bị triệt xung hạ áp ESP 41D51 ESP 41D51 Tại 28oC Theo thực tế (V) 1190 Theo mơ hình (V)_Vrmod 1151 3,3 Sai số (%)_∆V HVTH: Nguyễn Hà Giang Tại 100oC 1172 - Trang 74 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh Nhận xét Từ kết thí nghiệm, điện áp dư thiết bị triệt xung hạ áp MFV 20D511K thiết bị triệt xung hạ áp ESP 41D51, điện áp dư mơ hình thiết bị triệt xung hạ áp cải tiến Matlab xác Đối với mơ hình thiết bị triệt xung hạ áp cải tiến Matlab, sai số với thiết bị triệt xung hạ áp 20D511K 280C 0,3 % 1000C 1% Với thiết bị triệt xung hạ áp ESP 41D51 280C 3,3% Từ nhận thấy mơ hình thiết bị triệt xung hạ áp cải tiến Matlab xác HVTH: Nguyễn Hà Giang Trang 75 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh CHƯƠNG KẾT LUẬN Kết Luận Nhằm nâng cao độ tương thích mơ hình nguyên mẫu, luận văn “Nghiên cứu xây dựng mô hình thiết bị triệt xung lưới phân phối hạ áp” sâu vào nghiên cứu xây dựng mô hình thiết bị triệt xung hạ áp có xét đến ảnh hưởng nhiệt độ, độ dài dây kết nối số phần tử MOV bên thiết bị Mơ hình thiết bị triệt xung hạ áp xây dựng mơi trường Matlab, có giao diện thân thiện dễ sử dụng Các thơng số mơ hình cần khai báo bao gồm: điện áp làm việc cực đại (V), dòng xung cực đại (kA), sai số điện áp ngưỡng (%), nhiệt độ môi trường (0C), số phần tử MOV Độ xác mơ hình thiết bị triệt xung hạ áp so với nguyên mẫu (thiết bị triệt xung hạ áp hãng SIEMENS hãng ABB kiểm tra thông qua: + Biên độ điện áp dư kiểm tra cách so sánh giá trị điện áp dư cực đại với giá trị điện áp dư cung cấp Catalogue nhà sản xuất khác với cấp điện áp khác + Biên độ dạng điện áp dư thông qua mô ghi nhận thực nghiệm với trợ giúp hệ thống AXOS8 Sai số điện áp dư mơ hình thiết bị triệt xung hạ áp lớn 3,3% (85 Imax=(-2.5*T+312.5)*Imax/100; if Imax=2.5)&(Imax=3)&(Imax=4)&(Imax=5)&(Imax=6)&(Imax=6.9)&(Imax=7.7)&(Imax=12.3)&(Imax=21)&(Imax=29)&(Imax=36.3)&(Imax=47.5)&(Imax=62.5)&(Imax=77.5)&(Imax