Đánh giá hiệu quả bảo vệ quá điện áp đa tầng trên đường nguồn hạ áp

MC LC Tóm tt đ tƠi i ABSTRACT ii Danh mc t vit tt iv Danh mc các bng v Danh mc các hình vi Chng m đu 1 1. Đặt vn đề 1 2. Nhiệm v ca lun án 2 3. Phm vi nghiên cứu 2 4. Các bước tiến hành 2 5. Điểm mới ca lun án 3 6. Giá trị thực tiễn ca đề tài 3 7. Ni dung lun văn 3 Chng 1 Tổng quan v hin tng quá đ vƠ các thit b bo v quá áp trên đng nguồn h áp 5 1.1. Giới thiệu 6 1.2. Hiện tượng quá đ 7 1.3. Các dng xung quá đ điển hình 9 1.3.1. Các dng xung quá đ 9 1.3.1.1. Dng sóng 10/350µs 10 1.3.1.2. Dng sóng 8/20µs 11 1.3.2. Biên đ xung sét 12 1.4. Công nghệ chống sét lan truyền trên đường nguồn h áp 12 1.4.1.Khe hở phóng điện 12 1.4.2. Diod thác Silic 14 1.4.3. Biến trở oxid kim loi 15 1.4.4 SAD 16 1.4.5. TDS 16 1.5. Các thiết bị chống sét lan truyền trên đường cp nguồn h áp 17 1.5.1. Thiết bị cắt sét 17 1.5.2. Thiết bị lọc sét 18 1.6. Các tiêu chuẩn trong bo vệ quá áp 19 1.6.1. Bo vệ quá áp theo ANSI /IEEE 19 1.6.2. Bo vệ quá áp theo IEC 20 1.6.3. Hệ thống bo vệ chống sét h áp 21 1.7. Lựa chọn các thiết bị bo vệ quá áp 23 Chng 2 Gii thiu phn mm MatLab vƠ Xơy dng mô hình nguồn phát xung. 24 2.1. Giới thiệu phần mềm MATLAB 25 2.1.1. Cơ sở về SIMULINK 26 2.1.2. Các khối ( Block) sử dng trong mô hình 27 2.1.3. Giới thiệu công c Curve Fitting Toolbox 30 2.2. Các dng xung không chu kỳ chuẩn 32 2.2.1. Dng tổng quát 33 2.2.2. Xây dựng quan hệ giữa các thông số trong mô hình 35 2.3. Xây dựng máy phát xung tiêu chuẩn 39 2.3.1. Xây dựng sơ đồ khối 39 2.3.2. Thực hiện mô phỏng 41 2.4. Kết lun 43 Chng 3 Xơy dng mô hình các phn t bo v xung sét trên đng nguồn h áp 44 Phn A: Xơy dng vƠ mô phng mô hình khe h phóng đin không khí. 44 3A.1. Mt số phương pháp tính toán xây dựng mô hình 44 3A.2. Các mô hình khe hở phóng điện 48 3A.2.1. Các phương pháp đầu tiên 48 3A.2.2. Quá trình nghiên cứu phát triển mô hình khe hở phóng điện 49 3A.3. Xây dựng mô hình đơn gin ca khe hở phóng điện không khí Spark Gap 53 3A.3.1. Mô hình Spark Gap đơn gin 54 3A.3.2. Xây dựng sơ đồ khối mô hình Spark Gap 55 3A.3.3. Mô phỏng mô hình Spark Gap 58 3A.3.4. Xây dựng mô hình Triggered Spark Gap 61 3A.3.4.1. Xây dựng mô hình dựa trên cơ sở mô hình Spark Gap 61 3A.3.4.2. Mô phỏng mô hình TSG 63 3A.4. Kết lun 70 Phn B: Xơy dng mô hình bin tr oxide kim loi (MOV) 71 3B.1. Các dng mô hình MOV đã được nghiên cứu 71 3B.1.1. Mô hình điện trở phi tuyến 71 3B.1.2. Mô hình điện trở phi tuyến kết hợp điện cm phi tuyến 73 3B.1.3. Mô hình MOV ca IEEE 76 3B.1.4. Mô hình MOV ca Mardira 80 3B.2. Các Mô hình MOV đã được xây dựng 82 3B.2.1. Mô hình Matlab 82 3B.2.2. Mô hình MOV ca IEEE 84 3B.2.3. Mô hình MOV h thế 88 3B.2.3.1. Cu trúc cơ bn ca mô hình MOV h thế 88 3B.2.3.2. Mô hình điện trở phi tuyến trên Matlab 89 3B.2.3.3. Mô hình MOV h thế trên Matlab 91 3B.2.3.4. Kiểm tra đáp ứng mô hình MOV với mô hình xung dòng 8/20µs 94 3B.3. Kết lun 98 Phn C: Kho sát s phi hp bo v quá đin áp ca các mô hình trên đng nguồn h áp 993 3C.1. Giới thiệu 99 3C.2. Sơ đồ kho sát mô phỏng hệ thống bo vệ quá điện áp nhiều tầng 100 3C.2.1. Hệ thống bo vệ quá điện áp 3 tầng (sử dng Spark Gap /Triggered Spark Gap) 100 3C.2.2. Hệ thống bo vệ quá điện áp 2 tầng (sử dng Triggered Spark Gap /Triggered Spark Gap) 101 3C.2.3. Hệ thống bo vệ quá điện áp 2 tầng sử dng chống sét MOV 102 3C.3. So sánh hiệu qu bo vệ quá điện áp cho các mô hình hệ thống 102 3C.3.1. Thực hiện mô phỏng với dòng xung sét 10/350s 103 3C.3.1.1 Kho sát mô hình hệ thống bo vệ quá điện áp 3 tầng (có sử dng Spark Gap /Triggered Spark Gap). 103 3C.3.1.2. Kho sát mô hình hệ thống bo vệ quá điện áp 2 tầng (có sử dng Spark Gap /Triggered Spark Gap). 105 3C.3.1.3. Kho sát mô hình hệ thống bo vệ quá điện áp 2 tầng sử dng chống sét MOV. 107 3C.3.2. Thực hiện mô phỏng với dòng xung sét 8/20s 108 3C.3.2.1. Kho sát mô hình hệ thống bo vệ quá điện áp 3 tầng (SG /TSG-MOV-MOV). 108 3C.3.2.2. Kho sát mô hình hệ thống bo vệ quá điện áp 2 tầng (có sử dng Spark Gap /Triggered Spark Gap). 109 3C.3.2.3. Kho sát mô hình hệ thống bo vệ quá điện áp 2 tầng sử dng chống sét MOV. 110 3C.4. Kết lun 111 Chng kt lun 113 Ph lc 1 Ph lc 2 Tài liệu tham kho i TịM TT Hiện nay, trên thị trường có nhiều loi thiết bị bo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn ca các hãng sn xut khác nhau với các công nghệ đa dng. Việc lựa chọn thiết bị bo vệ có hiệu qu bo vệ cao ở mức ít tốn kém nht, thường gặp nhiều khó khăn vì các nhà sn xut thường cung cp các thông tin liên quan đến ưu điểm về sn phẩm mà không đề cp đến các nhược điểm. Vì vy, cần nhn biết và đánh giá các tính năng k thut quan trọng nht và loi bỏ các thông tin không quan trọng, thm chí có thể gây lầm ln trong việc ra quyết định lựa chọn thiết bị bo vệ là yêu cầu bức thiết. Các thông số k thut được xem xét để đánh giá thiết bị bo vệ bao gồm: mức chịu quá áp lâu dài, điện áp thông qua, giá trị xung, tuổi thọ, tốc đ đáp ứng, kh năng tn năng lượng sét, công nghệ. Trong các thông số trên, thông số điện áp thông qua là quan trọng nht. Lun văn này dựa vào thông số điện áp thông qua nhằm đánh giá, so sánh kh năng bo vệ ca thiết bị bo vệ. Từ đó rút ra các yếu tố nh hưởng đến bo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn h áp nhằm tối ưu hóa các tính năng bo vệ và nâng cao đ tin cy trong quá trình vn hành. Các yếu tố nh hưởng này bao gồm: công nghệ chống sét, sự lựa chọn phối hợp bo vệ ca các thiết bị bo vệ và đánh giá hiệu qu bo vệ ca các thiết bị lọc sét. Lun văn bao gồm các ni dung chính sau đây: Chương Mở đầu. Chương 1: Tổng quan về hiện tượng quá đ và các thiết bị bo vệ quá áp trên đường nguồn h áp. Chương 2: Giới thiệu phần mềm MatLab & Xây dựng mô hình nguồn phát xung. Chương 3: Xây dựng mô hình các phần tử bo vệ xung sét trên đường nguồn h áp. Chương Kết lun. ii ABSTRACT Currently on the market there are many types of devices Surge protection on power lines of different manufacturers with diverse technologies. The selection of protective equipment highly effective at protecting the least expensive, often difficult because manufacturers often provide information related to product advantage that does not mention the disadvantages. Therefore, it is necessary to identify and evaluate the key technical features and remove the unimportant information, can even cause confusion in decision making protective gear selection is an urgent requirement. The specifications are reviewed to assess the protective device includes: a long-term bear the pressure, through voltage, pulse value, longevity, speed of response, the lightning energy dissipation capability, the technology. In the above parameters, voltage parameters passed is most important. This thesis is based on the voltage parameters passed to evaluate, compare the protection of protective equipment. From that draws influence factors Surge protection on low voltage power line in order to optimize the security features and enhanced reliability during operation. Factors affecting this include lightning protection technology, the choice of coordinate protective devices to protect and evaluate the protective effect of the clay filter device. The thesis includes the following content: Opening chapter. Chapter 1: Overview of transition phenomena and the surge protection device on the low voltage power lines. Chapter 2: Introduction to MatLab software & Modeling pulse source. Chapter 3: Modeling the lightning impulse protective element on low voltage power line. Concluding chapter. iii This thesis is based on the voltage parameters passed to evaluate, compare the protection of protective equipment. From that draws influence factors Surge protection on low voltage power line in order to optimize the security features and enhanced reliability during operation. Factors affecting this include lightning protection technology, the choice of coordinate protective devices to protect and evaluate the protective effect of the clay filter device. iv DANH MC T VIT TT ANSI (American National Standards Institute): Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ CM (Common Mode): Chế đ chung DM (Differential Mode): Chế đ phân biệt GDT (Gas Discharge Tube): ng phóng khí IEC (International Electrotechnical Commission): Hi đồng k thut điện quốc tế IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers): Viện k sư điện ậ điện tử PE (Protect Earth): Bo vệ nối đt PEN (Protect Earth Neutral): Bo vệ trung tính + bo vệ nối đt nối chung SPD (Surge Protection Device): Thiết bị bo vệ quá áp SG (Spark Gap): Khe phóng điện TSG (Triggered Spark Gap): Khe hở phóng điện tự kích MOV (Metal Oxide Varistor): Biến trở oxide kim loi SAD (Sillicon Avalanche Diode): Diode thác Sillicon TDS (Transient Discriminating Suppressor): Thiết bị triệt xung phân biệt I ref : Dòng điện quy chuẩn trên mt đĩa MOV TN: Hệ thống nối đt TN TNC: Hệ thống nối đt TNC TNS: Hệ thống nối đt TNS TT: Hệ thống nối đt TT TBBV: Thiết bị bo vệ v DANH MC CỄC BNG Bng 1.1. Điện áp và dòng điện ca quá đ điển hình trong nhà Trang 9 Bng 3.1. Đặc tính đơn vị V-I ca A0 và A1 (giá trị điện áp đơn vị) Trang 79 Bng 3.2. Quan hệ dòng áp ca A0 và A1 Trang 81 Bng 3.3. Quan hệ dòng áp ca phần tử phi tuyến A0 và A1 Trang 85 Bng 3.4. Thông số k thut MOV h thế ca hãng Siemens Trang 94 Bng 3.5. Kết qu so sánh khi mô phỏng MOV h thế ca hãng Siemens Trang 95 Bng 3.6. Thông số k thut MOV h thế ca hãng AVX Trang 96 Bng 3.7 Kết qu so sánh khi mô phỏng MOV h thế ca hãng AVX Trang 96 Bng 3.8. Thông số k thut MOV h thế ca hãng Littefuse Trang 97 Bng 3.9 Kết qu so sánh khi mô phỏng MOV h thế ca hãng Littefuse Trang 98 Bng 3.10 So sánh điện áp ngõ ra ca 2 loi mô hình bo vệ 3 tầng Trang 104 Bng 3.11 So sánh điện áp ngõ ra giữa mô hình SG-MOV2 và TSG-MOV2 Trang 105 Bng 3.12 So sánh điện áp ngõ ra giữa mô hình bo vệ 3 tầng và bo vệ 2 tầng Trang 106 Bng 3.13 So sánh điện áp ngõ ra giữa mô hình bo vệ 3 tầng và bo vệ 2 tầng (MOV) Trang 107 Bng 3.14 So sánh điện áp ngõ ra ca 2 loi mô hình bo vệ 3 tầng Trang 108 Bng 3.15 Giá trị điện áp ngõ ra ca mô hình bo vệ 2 tầng Trang 110 Bng 3.16 Giá trị điện áp ngõ ra ca mô hình bo vệ 2 tầng và 3 tầng Trang 111 vi DANH MC CỄC HÌNH Hình 1.1 Dạng sóng xung quá áp trên đường nguồn hạ áp (với thời gian ngắn là 1ms) Trang 7 Hình 1.2. Quan hệ tần suất xuất hiện sét theo biên độ Trang 8 Hình 1.3. Dạng sóng 0.5 µs-100kHz Trang 10 Hình 1.4. Dạng sóng xung áp 1.2/50 µs Trang 10 Hình 1.5a. Sét đánh trực tiếp vào kim thu sét trên đỉnh công trình Trang 10 Hình 1.5b. Sét đánh trực tiếp vào đường dây trên không lân cận công trình Trang 10 Hình 1.6. Dạng sóng 10/350µs Trang 10 Hình 1.7a. Sét đánh vào đường dây trên không ở vị trí cách xa công trình Trang 11 Hình 1.7b. Sét đánh gián tiếp cảm ứng vào công trình Trang 11 Hình 1.8. Dạng sóng 8/20µs Trang 11 Hình 1.9. Lựa chọn SPD theo mức độ lộ thiên của công trình Trang 12 Hình 1.10. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TSG Trang 14 Hình 1.11. Sơ đồ nguyên lý của thiết bị Trang 17 Hình 1.12. Tủ phân phối chính với thiết bị chống sét trên đường truyền Trang 18 Hình 1.13. Một số thiết bị chống sét lan truyền trên đường nguồn và đường tín hiệu Trang 18 Hình 1.14. Các cấp độ bảo vệ quá áp dựa vào khả năng chịu quá áp của thiết bị Trang 20 Hình 1.15a. Cách lắp đặt thiết bị bảo vệ quá áp hạ thế (loại đơn cực và đa cực) dùng cho mạng điện 1 pha Trang 21 Hình 1.15b. Cách lắp đặt thiết bị bảo vệ quá áp hạ thế (loại đơn cực và đa cực) dùng cho mạng điện 3 pha Trang 22 Hình 2.1. Thư viện Simulik trong chương trình Matlab Trang 27 Hình 2.2 Thao tác mở cửa sổ làm việc Trang 27 [...]... này nghiên cứu mơ hình phối hợp các phần tử b o vệ chống sét trên đường nguồn h áp nhằm m c đích đánh giá hiệu qu b o vệ với các phương án phối hợp khác nhau giữa các phần tử b o vệ Các mơ hình phối hợp các phần tử b o vệ được kh o sát gồm có: - Mơ hình b o vệ q điện áp 3 tầng cổ điển - Mơ hình b o vệ q điện áp 3 tầng c i tiến - Mơ hình b o vệ q điện áp 2 tầng Bên c nh đó, v n đề kiểm tra việc phối hợp... tượng q độ và các thiết bị bảo vệ q áp trên đường nguồn hạ áp Hình 1.1 Dạng sóng xung q áp trên đường nguồn hạ áp (với thời gian ngắn là 1ms) Một trong các thơng số cần quan tâm khi thiết kế và lựa chọn thiết bị chống sét lan truyền trên đường nguồn và đường tín hiệu là tần suất xuất hiện sét, dạng sóng và xung sét lan truyền 1.2 Hi n t ng q đ Sự xuất hiện các xung q áp trên điện áp bình thường của hệ thống... được điện áp . v quá đin áp ca các mô hình trên đng nguồn h áp 993 3C.1. Giới thiệu 99 3C.2. Sơ đồ kho sát mô phỏng hệ thống bo vệ quá điện áp nhiều tầng 100 3C.2.1. Hệ thống bo vệ quá điện áp. vệ được kho sát gồm có: - Mô hình bo vệ quá điện áp 3 tầng cổ điển. - Mô hình bo vệ quá điện áp 3 tầng ci tiến. - Mô hình bo vệ quá điện áp 2 tầng. Bên cnh đó, vn đề kiểm tra việc. dựng mô hình các phần tử bo vệ xung sét trên đường nguồn h áp. Chương Kết lun. Tổng quan hiện tượng quá độ và các thiết bị bảo vệ quá áp trên đường nguồn hạ áp Trang 5