Luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu và lập mô hình mô phỏng thiết bị chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ TP HCM H NGUYỄN HỒNG MINH TE C NGHIÊN CỨU VÀ LẬP MƠ HÌNH MƠ PHỎNG THIẾT BỊ CHỐNG SÉT H U LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Thiết bị, Mạng Nhà máy điện Mã số: 605250 TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 4/2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM TE C H NGUYỄN HỒNG MINH NGHIÊN CỨU VÀ LẬP MƠ HÌNH MƠ PHỎNG THIẾT BỊ CHỐNG SÉT H U LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Thiết bị, Mạng Nhà máy điện Mã số: 605250 HDKH: PGS TS QUYỀN HUY ÁNH TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 4/2011 H TE C U H CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH Cán chấm nhận xét : H Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP HCM TE C ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: H U (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Xác nh Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Khoa quản lý chuyên ngành TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM PHÒNG QLKH - ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN HỒNG MINH Giới tính: Nam Ngày, tháng năm sinh: 18 /05/ 1975 Nơi sinh: Tp HCM Chuyên ngành: Thiết bị, mạng nhà máy điện MSHV: 1081031015 I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ LẬP MƠ HÌNH MƠ PHỎNG THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tổng quan chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp H Nghiên cứu mơ hình nguồn phát xung sét tiêu chuẩn Nghiên cứu mơ hình biến trở Oxide kim loại MOV TE C Nghiên cứu mô hình khe phóng điện khơng khí Spark Gap Nghiên cứu mơ hình khe phóng điện tự kích Trigger Spark Gap Lập mơ hình, mơ rút yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp U III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15/09/2011 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/03/2012 H V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực luận văn H U TE C H Nguyễn Hoàng Minh LỜI CẢM ƠN Nhân dịp hoàn thành luận văn tốt nghiệp, cho phép tơi bày tỏ lịng biết ơn đến Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Kỹ thuật Cơng nghệ Tp.HCM, Phịng Sau Đại Học Trường Đại Học Kỹ thuật Công nghệ Tp.HCM, giúp đỡ hướng dẫn tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Nhân dịp hoàn thành luận văn tốt nghiệp, cho phép tơi bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS TS Quyền Huy Ánh tận tình giúp đỡ hướng dẫn tơi suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn Qua xin chân thành cảm ơn toàn Ban Giám hiệu Trường Trung cấp nghề Thủ Đức quan tâm, động viên, tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận H văn Tơi xin chân thành cảm ơn tập thể q Thầy Cơ khoa Điện Trường Trung cấp TE C nghề Thủ Đức động viên, hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Xin gởi lời cảm ơn đến toàn thể bạn học viên lớp Cao học10SMĐ Trường Đại Học Kỹ thuật Cơng nghệ Tp.HCM khóa 2010-2012 động viên, khích lệ giúp đỡ tơi q trình học tập hoàn thành luận văn Xin cảm ơn gia đình, bạn bè ln bên tơi, động viên giúp đỡ H U Xin chân thành cảm ơn! Học viên thực Nguyễn Hồng Minh LÝ LỊCH TRÍCH NGANG (Dùng cho nghiên cứu sinh & học viên cao học) I.LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: -Họ tên: NUYỄN HOÀNG MINH Giới tính: Nam -Ngày,tháng, năm sinh: 18/05/1975 Nơi sinh: Tp.HCM -Quê quán: Thủ Đức, Tp.Hồ Chí Minh Dân tộc: Kinh -Chỗ riêng địa liên lạc: 22/29 Kp2, Đường Bình Chiểu, P.Bình Chiểu, Q.Thủ Đức, Tp.Hồ Chí Minh -Điện thoại quan: 08.38966888 Điện thoại nhà riêng: 08.38970957 -Fax: Email:minh0908029114@yahoo.com 1.Trung học chuyên nghiệp: H II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: TE C -Hệ đào tạo:…………………………Thời gian từ…/…….đến……./……… -Nơi học(trường, thành phố):………………………………………………… -Ngành học:…………………………………………………………………… 2.Đại học: -Hệ đào tạo: Tập trung quy…Thời gian từ 09/1996 đến 04/2001 U -Nơi học (trường, thành phố): Đại học Kỹ thuật Công nghệ Tp.HCM, Thành phố Hồ Chí Minh H -Ngành học: Điện công nghiệp -Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Mạch điện, Cung cấp điện, Lý thuyết điện tử -Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: 03/2001, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ Tp.HCM -Người hướng dẫn: 3.Thạc sỹ: -Hệ đào tạo: Tập trung quy Thời gian đào tạo từ 07/2010 đến 07 /2012 -Nơi học (trường,thành phố): Đại học Kỹ thuật Cơng nghệ Tp.HCM, Tp.Hồ Chí Minh -Tên luận văn: NGHIÊN CỨU VÀ LẬP MƠ HÌNH MƠ PHỎNG THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP -Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 15/04 /2012 Trường ĐH Kỹ thuật Công nghệ Tp.HCM -Người hướng dẫn: PGS.TS Quyền Huy Ánh 4.Tiến sĩ: -Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ………/… đến… /…… -Tại (trường,thành phố): -Tên luận án: -Người hướng dẫn: -Ngày & nơi bảo vệ : H 5.Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Anh ngữ, trình độ B Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật thức cấp; số bằng, ngày & TE C nơi cấp: Kỹ sư Điện công nghiệp, Trường ĐH Kỹ thuật Công nghệ Tp.HCM III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian H 2003-2004 Trung tâm dạy nghề Q.Thủ U 2002-2003 Nơi công tác 2005-2012 Đức Trường Kỹ thuật công Công việc đảm nhiệm Giáo viên Giáo viên nghiệp Thủ Đức Trường Trung cấp nghề Giáo viên Thủ Đức IV CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ: XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC HOẶC ĐỊA PHƯƠNG Ngày 15 tháng 03 năm 2012 Người khai ký tên Nguyễn Hồng Minh i TĨM TẮT ĐỀ TÀI Hiện nay, thị trường có n hiều loại thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền đường nguồn (TBBV) hãng sản xuất khác với công nghệ đa dạng Việc lựa chọn TBBV có hiệu bảo vệ cao mức tốn nhất, thường gặp nhiều khó khăn nhà sản xuất thường cung cấp thông tin liên quan đến ưu điểm sản phẩm mà không đề cập đến nhược điểm Vì vậy, cần nhận biết đánh giá tính kỹ thuật quan trọng loại bỏ thông tin không quan trọng, chí gây lầm lẫn việc định lựa chọn TBBV yêu cầu thiết Các thông số kỹ thuật xem xét để đánh giá thiết bị bảo vệ bao gồm: mức chịu áp lâu dài, điện áp thông qua, giá trị xung, tuổi thọ, tốc độ trọng TE C điện áp thông qua quan H đáp ứng, khả tản lượng sét, công nghệ Trong thông số trên, thông số Luận văn dựa vào thông số điện áp thông qua nhằm đánh giá, so sánh khả bảo vệ TBBV Từ rút yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp nhằm tối ưu hóa tính bảo vệ nâng cao U độ tin cậy trình vận hành Các yếu tố ảnh hưởng bao gồm: công nghệ chống sét, lựa chọn phối hợp bảo vệ TBBV đánh giá hiệu bảo vệ H thiết bị lọc sét Luận văn bao gồm nội dung sau đây: Tổng quan bảo vệ chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp Nghiên cứu mô hình nguồn phát xung sét tiêu chuẩn Nghiên cứu mơ hình biến trở Oxide kim loại MOV Nghiên cứu mơ hình khe hở phóng điện khơng khí SG mơ hình khe hở phóng điện tự kích TSG Các yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ chống sét lan truyền đường nguồn hạ ap 6.Kết luận XÂY DỰNG MƠ HÌNH CÁC PHẦN TỬ 2.4 MƠ HÌNH KHE HỞ PHĨNG ĐIỆN TỰ KÍCH TSG Sơ đồ khối TSG U TE C H Sơ đồ khối điều khiển H Sơ đồ khối điện trở phi tuyến XÂY DỰNG MƠ HÌNH CÁC PHẦN TỬ 2.4 MƠ HÌNH KHE HỞ PHĨNG ĐIỆN TỰ KÍCH TSG Sơ đồ mơ đáp ứng TSG U Đáp ứng mơ hình TSG với xung dịng 20kA 8/20µs Đáp ứng mơ hình TSG với xung dịng 10kA 10/350µs H Đáp ứng mơ hình TSG với xung dịng 3kA 8/20µs TE C H Khai báo thông số TSG Từ kết mơ cho thấy đáp ứng mơ hình TSG đạt yêu cầu bảo vệ theo yêu cầu nhà sản xuất TIẾN HÀNH CÁC THỬ NGHIỆM VÀ RÚT RA CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 3.1 CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN (TBBV) Xung dịng 3kA 8/20µs H U TE C H Mơ hình thử nghiệm tòa nhà nằm khu vực nội thành TBBV đặt tủ phân phối ngõ vào tòa nhà (Cat C) sử dụng công nghệ SG, TSG MOV Vị trí tủ phân phối cách tải tiêu thụ 10m Mơ hình thử nghiệm Xung dịng 20kA 8/20µs TIẾN HÀNH CÁC THỬ NGHIỆM VÀ RÚT RA CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 3.1 CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN (TBBV) Bảng so sánh điện áp thông qua ba trường hợp SG, TSG, MOV Sai lệch TSG MOV TSG 1556 1390 63% 11% 1516 913 70% 40% 3715 3kA 8/20µs 3073 U 20kA 8/20µs MOV Sai lệch SG MOV SG Điện áp thông qua ba trường hợp sử dụng SG, TSG MOV tăng tăng biên độ xung sét H Nhận xét: H Điện áp thông qua (V) C Xung sét tiêu chuẩn TE STT Điện áp thông qua trường hợp sử dụng MOV thấp điện áp thông qua trường hợp sử dụng SG TSG biên độ xung sét thay đổi TIẾN HÀNH CÁC THỬ NGHIỆM VÀ RÚT RA CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 3.1.CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN (TBBV) Điện áp thông qua đầu cực thiết bị cần bảo vệ trường hợp sử dụng công nghệ MOV 1390V, tăng 504% so với giá trị định mức khoảng thời gian 0,04 µs TE C H Đường bao đặc tính điện áp thiết bị điện tử nhạy cảm H U Điện áp thông qua đủ để bảo vệ hệ thống điện, hệ thống chiếu sáng, điện lạnh Tuy nhiên thiết bị điện tử nhạy cảm cần phải có phương án bảo vệ an tồn Phương án đề phối hợp bảo vệ áp thiết bị chống áp phối hợp với thiết bị lọc sét TIẾN HÀNH CÁC THỬ NGHIỆM VÀ RÚT RA CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 3.2 PHỐI HỢP BẢO VỆ QUÁ ÁP HAI TẦNG Xung dịng 3kA 8/20µs H U TE C H TBBV tầng (Cat C) đặt tủ phân phối ngõ vào tịa nhà, sử dụng thiết bị TSG SG TBBV tầng (Cat B) đặt tủ phân phối phụ cách vị trí tủ phân phối 10m, sử dụng thiết bị MOV Vị trí tủ phân phối phụ đặt TBBV tầng cách tải tiêu thụ 10m Mơ hình phối hợp bảo vệ áp hai tầng Xung dòng 20kA 8/20µs TIẾN HÀNH CÁC THỬ NGHIỆM VÀ RÚT RA CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 3.2 PHỐI HỢP BẢO VỆ QUÁ ÁP HAI TẦNG Bảng so sánh phối hợp bảo vệ hai tầng H Điện áp thông qua (V) TSG1 – MOV2 (TH3) SG1 – MOV2 (TH1) MOV1 – MOV2 (TH2) 20kA 8/20µs 990 3kA 8/20µs 773 Sai lệch (TH2) (TH3) 948 555 44% 41% 795 754 2% 5% U Sai lệch (TH1) (TH3) C Xung sét tiêu chuẩn TE STT H Nhận xét: Điện áp thông qua tải tiêu thụ trường hợp sử dụng mơ hình phối hợp bảo vệ q áp tầng TH3 thấp TH1 TH2 thay đổi biên độ dịng xung sét Điện áp thơng qua bảo vệ cho thiết bị điện tự nhạy cảm Tuy nhiên tải có tính chất quan trọng việc phối hợp bảo vệ áp không dừng lại phối hợp bảo vệ tầng mà cần phải phối hợp bảo vệ tầng TIẾN HÀNH CÁC THỬ NGHIỆM VÀ RÚT RA CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 3.3 PHỐI HỢP BẢO VỆ QUÁ ÁP BA TẦNG H H U TE C Mô hình phối hợp bảo vệ ba tầng (TSG1-MOV2-MOV3) Điện áp thơng qua tải với xung dịng 20kA 8/20µs Bảng so sánh hiệu bảo vệ phối hợp bảo vệ hai tầng ba tầng Điện áp thông qua (V) Stt Dạng sóng xung sét tiêu chuẩn TSG1-MOV2 TSG1-MOV2-MOV3 20kA 8/20µs 555 506 12% 3kA 8/20µs 754 729 5% Sai lệch TIẾN HÀNH CÁC THỬ NGHIỆM VÀ RÚT RA CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 3.4 ẢNH HƯỞNG CỦA THIẾT BỊ LỌC SÉT (SRF) H H U SRF TE C Sử dụng SRF hai trường hợp: L = 30µH, rL=1.7mΩ, C = 50µF L = 150µH, rL=17mΩ, C = 50µF L = 30µH, rL=1.7mΩ, C = 50µF Mơ hình phối hợp thiết bị cắt sét tầng SRF L = 150µH, rL=17mΩ, C = 50µF TIẾN HÀNH CÁC THỬ NGHIỆM VÀ RÚT RA CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 3.4 ẢNH HƯỞNG CỦA THIẾT BỊ LỌC SÉT (SRF) Bảng so sánh điện áp thông qua tải tiêu thụ 1389 911 H Có lọc sét (L = 30µH) C Khơng có lọc sét Sai lệch Có lọc sét khơng có lọc sét có lọc (L = sét (L = 30µH) 150µH) TE 8/20µs 20kA Điện áp thơng qua (V) 417 U Xung sét tiêu chuẩn 34% Sai lệch lọc sét có lọc sét (L = 150µH) 70% H Điện áp thơng qua trường hợp bảo vệ áp Nhận xét: tầng sử dụng lọc sét thấp nhiều so với trường hợp bảo vệ áp tầng không sử dụng lọc sét Giá trị cảm kháng lọc lớn khả lọc sét lớn điện áp thông qua tải tiêu thụ thấp Tuy nhiên phải đảm bảo điện áp rơi L nằm phạm vi cho phép (∆UL = (ZL + rL).I ≤ 3V) TIẾN HÀNH CÁC THỬ NGHIỆM VÀ RÚT RA CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 3.4 ẢNH HƯỞNG CỦA THIẾT BỊ LỌC SÉT (SRF) H Mơ hình phối hợp thiết bị cắt sét tầng với SRF L = 30µH, rL=1.7mΩ, C = 50µF H U TE C SRF L = 150µH, rL=17mΩ, C = 50µF TIẾN HÀNH CÁC THỬ NGHIỆM VÀ RÚT RA CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG 3.4.ẢNH HƯỞNG CỦA THIẾT BỊ LỌC SÉT (SRF) Bảng so sánh điện áp thông qua tải tiêu thụ 942 734 Nhận xét: Có lọc sét (L = 150µH) 343 22% 64% U 8/20µs 20kA Sai lệch khơng có lọc sét có lọc sét (L = 150µH) C Có lọc sét (L = 30µH) TE Khơng có lọc sét Sai lệch khơng có lọc sét có lọc sét (L = 30µH) H Điện áp thơng qua (V) Giá trị cảm kháng lọc lớn khả lọc sét lớn điện áp thông qua tải tiêu thụ thấp H Xung sét tiêu chuẩn Điện áp thông qua tải tiêu thụ trường hợp phối hợp bảo vệ tầng có sử dụng lọc ln thấp trường hợp bảo vệ tầng có sử dụng lọc sét cho giá trị lọc sét thay đổi KẾT LUẬN H Từ việc phân tích đánh giá kết mơ phỏng, rút yếu tố ảnh hưởng đến hiệu bảo vệ chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp sau đây: C Ảnh hưởng công nghệ chế tạo thiết bị chống sét lan truyền TE Với việc sử dụng công nghệ MOV ngõ vào tòa nhà nằm khu vực nội thành, điện áp thông qua tải tiêu thụ giảm 63% so với trường hợp sử dụng SG 11% so với trường hợp sử dụng TSG U Ảnh hưởng lựa chọn phối hợp bảo vệ áp H Với việc lựa chọn phối hợp bảo vệ hai tầng TSG1-MOV2, điện áp thông qua tải tiêu thụ giảm 44% so với trường hợp SG1-MOV2 41% so với trường hợp MOV1-MOV2 Với việc lựa chọn phối hợp bảo vệ ba tầng TSG1-MOV2-MOV3, điện áp thông qua tải tiêu thụ giảm 12% so với trường hợp phối hợp bảo vệ hai tầng TSG1-MOV2 KẾT LUẬN Ảnh hưởng thiết bị lọc sét C H Với việc sử dụng thiết bị lọc sét cho giá trị điện áp thông qua tải giảm đáng kể Điện áp bảo vệ cho tất hệ thống kể thiết bị điện tử nhạy cảm có tính chất quan trọng H U TE Giá trị cảm kháng lọc lớn khả lọc sét lớn điện áp thông qua tải tiêu thụ thấp Tuy nhiên chọn giá trị cảm kháng cho độ sụt áp L nằm phạm vi cho phép (nhỏ 3V) H C TE U H Chân thành cảm ơn !