Vấn đề đ ợc đề cập một cách cấp bách trong những năm gần đơy lƠ các trang thiết bị điện tử đư tr thƠnh các thiết bị đ ợc sử dụng ngƠy cƠng nhiều vƠ rất phổ biến trong các tòa nhƠ, các cô
MỤ C LỤ C Tóm tắ t đ ề tài i ABSTRACT ii Danh mụ c bả ng iii Danh mụ c hình iv Chư ng 1: Mở đ ầ u 1.1 Đ ặ t vấ n đ ề 1.2 Mụ c tiêu n hiệ m vụ củ a luậ n vă n 1.3 Phạ m vi nghiên u 1.4 Phư ng pháp nghiên u 1.5 Đ iể m mớ i củ a luậ n vă n 1.6 Giá trị thự c tiễ n củ a luậ n vă n 1.7 Nộ i dung củ a luậ n vă n Chư ng 2: Tổ ng quan sét 2.1.Sự hình thành mây dơng sét 2.2.Các giai đ oạ n phát triể n củ a phóng đ iệ n sét 2.3 Các thông số chủ yế u củ a sét 12 2.4 Biên đ ộ dòng sét xác suấ t xuấ t hiệ n 13 2.5 Cư ng đ ộ hoạ t đ ộ ng củ a sét 17 2.6 Cự c tính củ a sét 17 2.7 Tác hạ i củ a dòng đ iệ n sét 18 2.8 Phân loạ i cơng trình cầ n bả o vệ 19 Chư ng 3: Mơ hình nguồ n phát xung sét tiêu chuẩ n 17 3.1.Các ng xung không chu kỳ chuẩ n 25 3.2.Xây dự ng mố i liên hệ giữ a thơng số mơ hình 26 3.3 Xây dự ng sơ đ khố i 27 3.4 Thự c hiệ n mô phỏ ng 30 3.5 Nhậ n xét 32 Chư ng 4: Mơ hình chố ng sét van trung áp hạ áp 31 4.1 Cấ u tạ o củ a MOV 44 4.2.Nguyên lý hoạ t đ ộ ng củ a MOV 48 4.3.Đ ánh giá mơ hình MOV củ a MATLAB 48 4.4.Xây dự ng mơ hình MOV hạ 49 4.5.Xây dự ng mơ hình MOV trung 56 Chư ng 5: Biệ n pháp bả o vệ áp phía trung áp hạ áp sét đ ánh trự c tiế p vào đ ng dây trung áp 71 5.1 Mô phỏ ng hệ thố ng bả o vệ áp sét đ ánh trự c tiế p đ ng dây trung áp 49 5.2 Mô phỏ ng hệ thố ng bả o vệ q áp khơng có chố ng sét van hạ áp 65 5.3 Mô phỏ ng hệ thố ng bả o vệ áp có chố ng sét van hạ áp 65 5.4 Nhậ n xét 65 Chư ng 6: Kế t luậ n hư ng nghiên u phát triể n 87 Tài liệ u tham khả o 89 Luận văn Thạc sỹ Ch ng M Đ U 1.1 Đặt v n đ Việt Nam lƠ n ớc nằm khu vực nhiệt đới ẩm gió mùa, khí hậu Việt Nam thuận lợi cho việc phát sinh, phát triển c a dơng sét Số ngƠy có dơng Việt Nam thuộc loại lớn (trung bình khoảng 100 ngƠy dơng/năm) Q điện áp vƠ q trình q độ sét mạng điện lƠ nguyên nhơn ch yếu gơy cố l ới điện vƠ lƠm h hỏng thiết bị lắp đặt l ới Nên việc đề giải pháp chống sét, lựa chọn, phối hợp thiết bị bảo vệ phù hợp vƠ nghiên c u chế tạo thiết bị chống sét đóng vai trị quan trọng việc hạn chế r i ro thiệt hại sét gây Hiện chống sét trực tiếp đư đ ợc quan tơm nhiều với giải pháp từ cổ điển đến đại Tuy nhiên, số liệu thống kê h n 70% h hỏng sét gây lại sét đánh lan truyền hay cảm ng theo đ ng cấp nguồn vƠ đ ng truyền tín hiệu Thực tế, mạng hạ áp không truyền tải công suất lớn nh ng lại trải diện rộng vƠ cung cấp điện trực tiếp cho hộ tiêu thụ nên lại lƠ ngun nhơn dẫn sét vƠo cơng trình, gơy ngừng dịch vụ, h hỏng thiết bị Thống kê cho thấy, hậu không mong muốn c a áp sét lan truyền mạng phơn phối hạ áp gơy thiệt hại lớn vƠ nhiều lúc đánh giá cụ thể đ ợc Vấn đề đ ợc đề cập cách cấp bách năm gần đơy lƠ trang thiết bị điện tử đư tr thƠnh thiết bị đ ợc sử dụng ngƠy cƠng nhiều vƠ phổ biến tịa nhƠ, cơng trình lĩnh vực nh b u viễn thơng, phát thanh, truyền hình, cơng nghiệp… Các thiết bị nƠy vốn nhạy cảm với điện áp cao vƠ cách điện dự trữ c a chúng mong manh cần phải tính tốn lựa chọn, phối hợp vƠ kiểm tra thiết bị bảo vệ chống sét cách hiệu quả, xác để tránh xảy h hỏng cho thiết bị nƠy Do thiết bị chống sét lƠ thiết bị phi tuyến việc đánh giá đáp ng ngõ ng với sóng sét lan truyền với m c xác cao theo ph HVTH: Đỗ Anh Duy -1- ng pháp GVHD: PGS, TS Quyền Huy Ánh Luận văn Thạc sỹ giải tích truyền thống gặp nhiều khó khăn Bên cạnh đó, n ớc ta cịn bị hạn chế trang thiết bị thí nghiệm cao áp, số l ợng phịng thí nghiệm cao áp cịn khiêm tốn nên khó khăn cho cơng tác thiết kế, nghiên c u bảo vệ chống sét lan truyền Việt Nam Hiện nay, nhƠ nghiên c u vƠ số nhƠ sản xuất thiết bị chống sét lan truyền đ ng nguồn hạ áp số phần mềm mô hỗ trợ đư đề số mơ hình thiết bị chống sét lan truyền với m c độ chi tiết vƠ quan điểm xơy dựng mơ hình khác Tuy nhiên, đặc điểm c a ph hóa, mơ vƠ u cầu m c độ xác, m c t hình vƠ ngun mẫu, ph ng pháp mơ hình ng đồng cao mơ ng pháp xơy dựng mơ hình vƠ mơ thiết bị chống sét lan truyền nhiều tranh cưi vƠ tiếp tục nghiên c u phát triển Vì vậy, đề tƠi tập trung xơy dựng mơ hình chống sét van trung áp, chống sét van hạ áp, máy phát xung sét tiêu chuẩn tạo c s cho việc mơ hình hóa vƠ mơ giải pháp chống sét cho thiết bị trung áp vƠ hạ áp sét đánh vƠo đ ng dơy trung áp 1.2 Mục tiêu vƠ nhi m vụ c a lu n văn Nghiên c u cấu tạo, nguyên lý hoạt động c a chống sét van (Metal Oxide Varistor - MOV) Xơy dựng mơ hình chống sét van (MOV) trung áp vƠ hạ áp Xơy dựng mơ hình nguồn phát xung sét tiêu chuẩn Xơy dựng mơ hình mơ vƠ đánh giá hiệu bảo vệ c a hệ thống chống sét lan truyền đ ng nguồn hạ áp sét đánh vƠo đ ng dơy trung áp 1.3 Ph m vi nghiên c u Nghiên c u ch c vƠ h ớng dẫn sử dụng phần mềm Matlab, đặc biệt lƠ công cụ Simulink vƠ hộp công cụ Sim Power Blokset Nghiên c u, xơy dựng mơ hình nguồn phát xung sét tiêu chuẩn dạng sóng 8/20µs, 10/350µs 1/5µs Nghiên c u vƠ lập mơ hình chống sét van (MOV) trung áp vƠ hạ áp Mô vƠ đánh giá hiệu bảo vệ c a hệ thống chống sét lan truyền HVTH: Đỗ Anh Duy -2- GVHD: PGS, TS Quyền Huy Ánh Luận văn Thạc sỹ đ 1.4 Ph ng nguồn hạ áp sét đánh vƠo đ ng dơy trung áp ng pháp nghiên c u Tham khảo tƠi liệu; Phơn tích vƠ tổng hợp; Mơ hình hóa vƠ mơ 1.5 Đi m m i c a lu n văn Xơy dựng mơ hình nguồn phát xung sét tiêu chuẩn phù hợp với xung sét thực tế; Xơy dựng mơ hình chống sét van (MOV) có độ xác cao phù hợp với kết thử nghiệm thông số kỹ thuật c a nhƠ sản xuất; Đánh giá vƠ đề xuất ph truyền đ ng pháp bảo vệ hiệu hệ thống chống sét lan ng nguồn hạ áp có sét đánh trực tiếp vào đ ng dơy trung áp vƠ lan truyền qua máy biến áp 1.6 Giá trị th c ti n c a lu n văn Cung cấp mơ hình xung sét tiêu chuẩn vƠ mơ hình chống sét van (MOV) trung áp vƠ hạ áp phục vụ công tác nghiên c u đáp ng c a thiết bị chống sét d ới tác động c a xung sét lan truyền vƠ đánh giá hiệu bảo vệ c a hệ thống chống sét lan truyền đ ng nguồn hạ áp; Kết nghiên c u tài liệu tham khảo có giá trị cho quan tơm tới việc nghiên c u, lựa chọn, phối hợp vƠ kiểm tra hiệu thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền đ ng nguồn hạ áp điều kiện thiếu phòng thí nghiệm HVTH: Đỗ Anh Duy -3- GVHD: PGS, TS Quyền Huy Ánh Luận văn Thạc sỹ 1.7 N i dung c a lu n văn Nội dung c a luận văn gồm ch ng: Ch ng 1: M đầu Ch ng 2: Tổng quan sét Ch ng 3: Mơ hình nguồn phát xung sét tiêu chuẩn Ch ng 4: Mơ hình chống sét van trung áp vƠ hạ áp Ch ng 5: Biện pháp bảo vệ áp phía trung áp vƠ hạ áp sét đánh trực tiếp vào đ Ch ng dơy trung áp ng 6: Kết luận vƠ h ớng nghiên c u phát triển TƠi liệu tham khảo HVTH: Đỗ Anh Duy -4- GVHD: PGS, TS Quyền Huy Ánh Luận văn Thạc sỹ CH NG T NG QUAN V SÉT 2.1 S hình thƠnh mơy dơng vƠ sét Dơng lƠ t ợng xảy ch yếu mùa hạ liên quan đến phát triển mạnh mẽ c a đối l u nhiệt vƠ nhiễu động khí Dông đặc tr ng b i xuất đám mơy dơng hay mơy tích vũ (Cumnulonimbus) có độ dƠy từ 10 16 km, tích trữ số l ợng n ớc vƠ tạo chênh lệch điện cực mạnh Về chất, dông lƠ t ợng khí ph c hợp bao gồm phóng điện đám mơy (th mặt đất (th ng gọi lƠ chớp) hay phóng điện đám mơy vƠ ng gọi lƠ sét) kèm theo gió mạnh vƠ m a lớn Thực tế hình thƠnh c n dông gắn liền với xuất c a luồng khơng khí khổng lồ từ mặt đất bốc lên Các luồng khơng khí nƠy đ ợc tạo thƠnh đốt nóng mặt đất b i ánh sáng mặt tr i, đặc biệt vùng cao (dông nhiệt), gặp c a luồng khơng khí nóng ẩm với khơng khí lạnh (dông Front) Sau đư đạt đ ợc độ cao định (khoảng vƠi km tr lên - vùng nhiệt độ ơm- Hình 2.1) luồng khơng khí ẩm nƠy bị lạnh đi, h i n ớc ng ng tụ thƠnh giọt nhỏ li ti - hay tinh thể băng vƠ chúng tạo thƠnh đám mơy dông Từ lơu, ng i ta đư khẳng định nguồn tạo điện tr ng mơy dông vƠ mặt đất lƠ điện tích tích tụ hạt n ớc li ti vƠ tinh thể băng c a đám mơy dơng Nh ng đơu có nhiễm điện nƠy c a hạt n ớc vƠ tinh thể băng có nhiều giả thuyết khác vƠ ch a đ ợc hoƠn toƠn trí Các giả thuyết nƠy ch a giải thích đ ợc cách triệt để nguồn điện tích c a đám mơy dông, khiến ng i ta nghĩ thực tế có nhiều nguyên nhơn đồng th i tác động vƠ ph c tạp Nh ng có điều chắn lƠ suốt c n dông, điện tích d ng vƠ điện tích ơm bị luồng khơng khí mưnh liệt lƠm tách r i gắn liền với phơn bố tinh thể băng tuyết HVTH: Đỗ Anh Duy -5- GVHD: PGS, TS Quyền Huy Ánh Luận văn Thạc sỹ tầng đỉnh vƠ giọt n ớc tầng đáy c a đám mơy dơng Sự tách r i điện tích nƠy tùy thuộc vƠo độ cao c a đám mơy km 12 + + -300 C ++ 10 -200 C + -100 C 00C +100C +250C Hình 2.1 Phơn b n tích đám mơy dông Qua nhiều lần đo đạt thực nghiệm, ng i ta thấy khoảng 80 90% phần d ới đám mơy dơng ch yếu ch a điện tích ơm, cảm ng mặt đất điện tích d ng t ng ng vƠ tạo nên tụ điện khơng khí khổng lồ Hình 2.2 S phơn b n tíchgi a đám mơy dơng vƠ mặt đ t HVTH: Đỗ Anh Duy -6- GVHD: PGS, TS Quyền Huy Ánh Luận văn Thạc sỹ Hình 2.2 rõ phơn bố điện tích đám mơy vƠ mặt đất Vật nƠo mặt đất cƠng cao khoảng cách vật vƠ mơy cƠng nhỏ vƠ lớp khơng khí ngăn cách điện tích trái dấu cƠng mỏng n i nƠy sét dễ đánh xuống đất Khi đến gần nhƠ cao, cơy cao mơy dơng mang điện tích ơm hút điện tích d ng, lƠm cho chúng tập trung lại điểm cao nhất: mái nhƠ, cơy hay gọi lƠ hiệu ng mũi nhọn Nếu điện tích mơy lớn mái nhƠ, cơy tập trung điện tích lớn, đến m c độ nƠo độ lớn c a điện tích trái dấu nói tạo nên chênh lệch điện để đánh th ng lớp khơng khí ngăn cách với mặt đất ( mặt đất trị số nƠy lƠ 25 30 kV/cm), lúc nƠy xảy t ợng phóng điện đám mơy dơng vƠ mặt đất Sét thực chất lƠ dạng phóng điện tia lửa khơng khí với khoảng cách phóng điện lớn Chiều dƠi trung bình c a khe sét khoảng 5km Phần lớn chiều dƠi phát triển đám mơy dơng Q trình phóng điện c a sét t ng tự q trình phóng điện tia lửa điện tr ng không đồng với khoảng cách phóng điện lớn Hình 2.3 S phát tri n c a sóng n sét đám mơy dơng HVTH: Đỗ Anh Duy -7- GVHD: PGS, TS Quyền Huy Ánh Luận văn Thạc sỹ 2.2 Các giai đo n phát tri n c a phóng n sét Ban đầu xuất phát từ mơy dông dải sáng m kéo dƠi đợt gián đoạn phía mặt đất với tốc độ trung bình khoảng 105 106 m/s, lƠ giai đoạn phóng điện tiên đạo đợt Kênh tiên đạo lƠ dòng plasma mật độ điện tích khơng cao lắm, khoảng 1013 1014 ion/m3 Một phần điện tích ơm c a mơy dơng trƠn vƠo kênh vƠ phơn bố t ng đối dọc theo chiều dƠi c a (Hình 2.4.a) Th i gian phát triển c a kênh tiên đạo đợt kéo dƠi trung bình khoảng 1s (nh đợt kênh tiên đạo kéo dƠi thêm trung bình khoảng vƠi chục mét) Th i gian tạm ng ng phát triển hai đợt liên tiếp khoảng từ 30 90s Điện tích ơm tổng từ mơy trƠn vƠo kênh tiên đạo Q = L ( mật độ điện tích, L lƠ chiều dƠi kênh) Điện tích nƠy th ng chiếm khoảng 10% l ợng điện tích chạy vƠo đất lần phóng điện sét D ới tác dụng c a điện tr ng tạo nên b i điện tích c a mơy dơng vƠ điện tích kênh tiên đạo, có tập trung điện tích trái dấu (th ng lƠ điện tích d ng) vùng mặt đất phía d ới đám mơy dơng Nếu vùng đất phía d ới phẳng vƠ có điện dẫn đồng n i điện tích cảm ng tập trung nằm trực tiếp d ới kênh tiên đạo Nếu vùng đất phía d ới có điện dẫn khác điện tích tập trung ch yếu vùng kế cận, n i có điện dẫn cao nh vùng quặng kim loại, vùng đất ẩm, ao hồ, sơng ngịi, vùng n ớc ngầm, kết cấu kim loại nhƠ cao tầng, cột điện, cơy cao bị ớt m a vƠ n i lƠ n i đổ c a sét C ng độ điện tr ng đầu kênh tiên đạo phần lớn giai đoạn phát triển c a (trong mơy dơng) đ ợc xác định b i điện tích thơn c a kênh vƠ c a HVTH: Đỗ Anh Duy -8- GVHD: PGS, TS Quyền Huy Ánh ... quan sét Ch ng 3: Mơ hình nguồn phát xung sét tiêu chuẩn Ch ng 4: Mơ hình chống sét van trung áp vƠ hạ áp Ch ng 5: Biện pháp bảo vệ áp phía trung áp vƠ hạ áp sét đánh trực tiếp vào đ Ch ng dơy trung. .. xuất; Đánh giá vƠ đề xuất ph truyền đ ng pháp bảo vệ hiệu hệ thống chống sét lan ng nguồn hạ áp có sét đánh trực tiếp vào đ ng dơy trung áp vƠ lan truyền qua máy biến áp 1.6 Giá trị th c ti n c... o vệ áp sét đ ánh trự c tiế p đ ng dây trung áp 49 5.2 Mô phỏ ng hệ thố ng bả o vệ q áp khơng có chố ng sét van hạ áp 65 5.3 Mô phỏ ng hệ thố ng bả o vệ áp có chố ng sét van hạ áp