Nghiên cứu giải pháp chống sét trong trạm viễn thông

LỜI CẢM TẠ Điều trước tiên, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS Quyền Huy Ánh, người Thầy đã tận tình trực tiếp hướng dẫn, cung cấp những tài liệu vô cùng quí giá và dìu dắt tôi thực hiện hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Xin chân thành cám ơn đến tất cả Quí Thầy, Cô đã giảng dạy, trang bị cho tôi những kiến thức rất bổ ích và quí báu trong suốt quá trình học tập cũng như nghiên cứu sau này. Xin cảm ơn Gia đình đã tạo mọi điều kiện để tôi yên tâm học tập tốt trong suốt thời gian vừa qua. Xin cảm ơn tất cả bạn bè thân thuộc đã động viên, tạo điều kiện thuận lợi và hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong quá trình học tập, công tác cũng như trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Xin cảm ơn các Anh Chị em học viên cao học khóa 2011A, những người luôn giành những tình cảm sâu sắc nhất, luôn bên cạnh, luôn động viên, khuyến khích tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá thực hiện luận văn này. TP.Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2013 Người thực hiện Bùi Kim Cường TịMăTTăLUNăVĔN Sét lƠ hin tng t nhiên thng xuyên xy ra trong năm vƠ tác hi ca sét lƠ rt ln, đặc bit đi vi các thit b đin nhy cm. Mt trm vin thông đin hình đc mô hình hóa vƠ mô phng bằng phn mm ATP-EMTP, ni đc gi đnh mt đ sét thng xuyên xy ra nhằm mc đích xác đnh nh hng ca sét đánh trc tip lên đng dơy phơn phi trên không vƠ ct tháp vô tuyn trong trm cũng nh nh hng ca xung sét cm ng đn h thng đin khi có sét đánh  khu vc xung quanh nhƠ trm. T đó giúp h tr nhng tiêu chí la chn ca thit b chng sét  nhng v trí khác nhau, đm bo tính an toƠn vƠ hot đng n đnh ca trm vin thông lƠ mt trong nhng li ích ct yu chính liên quan đn cht lng dch v ca nhƠ trm cung cp đn khách hƠng, ni đt cũng lƠ mt yu t cn quan tơm. SUMMARY Lightning is a natural phenomenon often occurs during the year and the harmful effects of lightning is very large, especially for sensitive electrical equipment. A typical telecommunication station is modeled and simulated using ATP-EMTP software, where the density is assumed clay often occurs for the purpose of determining the direct effects of lightning on overhead distribution lines and radio towers in stations as well as the effects of lightning impulse to touch the electrical systemwhen there is lightning in the area around the station. Thus helping to develop criteria for selection of surge protective devices in different positions, ensure the safety and stable operation of telecommunications station is one of the key benefits related to the quality of the service station provides to customers, the ground is also a factor of concern. MC LC Trang Phn m đu 1 CHNGă1 : TNG QUAN CHUNG 2 1.1. TNG QUAN CHUNG V TRM VIN THÔNG 2 1.2. TNG QUAN V SÉT 4 1.3. Tính cp thit ca đ tài 9 1.4. Tng quan các kt qu nghiên cu liên quan đn đ tài 10 1.5. ụ nghĩa khoa hc và thc tin ca đ tài 10 1.6. Mc tiêu nghiên cu 11 1.7. Đi tng nghiên cu 11 1.8. Nhim v nghiên cu 11 1.9. Phng pháp nghiên cu 11 1.10. Đ cng lun văn 12 CHNGă 2 : TỄCă HIă VĨă THỌNGă Să CAă SÉT,ă PHỂNă TệCHă NHă HNGăCAăSÉTăLểNăTRMăVINăTHỌNGăĐINăHỊNH 13 2.1. HI DO SÉT GỂY RA 13 2.2 CỄC THỌNG S CN QUAN TỂM CA SÉT 15 2.3. MỌ T TRM VIN THỌNG ĐIN HỊNH. 18 2.3.1. Kích thc trong trm vin thông tiêu biu. 19 2.4. PHỂN TệCH SÉT ĐỄNH LểN CỌNG TRỊNH VIN THỌNG. 20 2.5. SÉT ĐỄNH LểN CT THỄP VÀ ĐNG DỂY 22KV. 20 2.6. XUNG CM NG DO SÉT GỂY RA TRểN ĐNG DỂY 22KV. 21 CHNGă 3 :ă LAă CHNă THITă B BOă V VĨă PHỂNă VỐNGă BOă Vă CHOăTRMăVINăTHỌNG. 3.1. LA CHN THIT B BO V XUNG SÉT CHO TRM VIN THỌNG. 25 3.2. TÌM HIU CHNG SÉT VAN MOV. 28 3.2.1. Cu to. 28 3.2.2. Đặc tính V-I. 30 3.2.3. Thi gian đáp ng. 31 3.2.4. Năng lng cho phép vƠ công sut tiêu tán trung bình. 32 3.2.4.1. Năng lng cho phép. 32 3.4.2.2. Công sut tiêu tán trung bình. 33 3.3. PHỂN VỐNG BO V TRM VIN THỌNG. 34 CHNGă4 :ăTIPăĐTăCHOăTRMăVINăTHỌNG. 4.1. TIP ĐT CHO NHÀ TRM. 37 4.2. TIP ĐT BO V ĐNG DỂY THỌNG TIN. 38 4.3. TIP ĐT DỂY ĐIN LC. 39 4.4. TIP ĐT CT THU SịNG. 40 4.5. LI TIP ĐT TRONG TRM VIN THỌNG 40 CHNGă5 :ăGIIăTHIUăCHUNGăVăCHNGăTRỊNHăMỌăPHNGăATP 5.1. TNG QUAN V ATP. 42 5.1.1. ATP là gì. 42 5.1.2. Mô hình và nhng ng dng ca ATP. 42 5.1.2.1. Mô hình trong ATP. 42 5.1.2.2. Nhng ng dng ca ATP. 43 5.2. LCH S PHỄT TRIN CA ATP. 44 5.3. GII THIU V CÁCH S DNG PHN MM ATP. 45 5.3.1. Ca s hot đng chính trong ATP. 45 5.3.2. Cách s dng phn mm ATP. 46 5.3.3. Trình đn Edit. 49 5.3.4. Trình đn View. 49 5.3.5. Trình đn ATP. 50 5.3.6. Trình đn tool. 52 5.3.7. La chn các phn t. 53 5.4. GII THIU PLOT TRONG ATP. 59 5.4.1. Khi đng chng trình PlotXY. 59 5.4.2. Cách s dng PlotXY. 60 CHNGă6 : XỂYăDNGăCU HỊNHăMỌăPHNG 6.1. MÔ PHNG KIM NGHIM XUNG SÉT DÒNG, XUNG SÉT ÁP. 64 6.1.1. Xung sét áp 1000V dng sóng T 1 /T 2 = 1,2/50µS 64 6.1.2. Xung sét dòng 30kA dng sóng T 1 /T 2 = 5,5/75µS 65 6.1.3. Xung sét 3kA dng sóng T 1 /T 2 = 2,4/5µS 66 6.1.4. Xung sét dòng 100kA dng sóng T 1 /T 2 = 10/350µS 67 6.2. MÔ PHNG KIM NGHIM CHNG SÉT VAN 6.2.1. Chng sét van trung áp ToShiBa 15kV-40kA 68 6.2.2. Chng sét van h áp EPCOS-SIOV-B80K275 68 6.2.3. Chng sét van h áp EPCOS-SIOV-B80K250 70 6.3. MÔ PHNG KIM NGHIM MÁY BIN ÁP PHÂN PHI 71 6.3.1. Kim nghim mô hình bin áp không ti vi xung sét áp 1000V dng sóng T 1 /T 2 = 1,2/50µS. 71 6.3.2. Kim nghim mô hình bin áp mang ti 3300Ω vi xung sét áp 1000V dng sóng T 1 /T 2 = 1,2/50µS. 72 6.4. MÔ PHNG CU HÌNH TRM VIN THÔNG 6.4.1. Mô phng sét đánh trc tip vƠo đng dây 22kV. 73 6.4.1.1. Kho sát khi gn mt van chng sét đu s cp bin áp 73 6.4.1.2. Kho sát khi gn thêm van chng sét  t phân phi 75 6.4.1.3. Kho sát khi gn thêm van chng sét cho đèn báo trên không. 77 6.4.1.4. Mô phng xung sét cm ng đng dây phân phi 22kV. 79 6.4.1.5. Kho sát nh hng xung sét cm ng đn trm vin thông khi gn chng sét van ti đu s cp bin áp. 79 6.4.1.6. Kho sát nh hng xung sét cm ng đn trm vin thông khi gn thêm chng sét van ti t phân phi chính. 81 6.4.1.7. Kho sát nh hng xung sét cm ng khi gn thêm chng sét van cho đèn báo trên không. 83 6.4.2. Mô phng sét đánh trc tip vào ct thu sóng vin thông. 84 CHNGă7ă:ăKT LUNăVĨăHNG PHÁT TRIN. 7.1. KT LUN. 87 7.2. HNG PHÁT TRIN Đ TÀI. 87 Tài liu tham kho Ph lc CÁC T VIT TT GSM Global System for Mobile Communication MS Mobile Subscriber ATP Electromagnetic Transients Program LPZ Lightning Protection Zone SPD Surge Protective Device LEMP Lightning Electromagnetic Impulse LPMS LEMP protection measures system BTS Base Transceiver Station MOV Metal Oxide Varistor GDTs Gas Discharge Tubes SADs Silicon Avalanche Diodes CBN Common Bonding Network TN-C Terre Neutral ậ Combine TACS Transient Analysis of Control Systems TCVN Tiêu Chuẩn Vit Nam DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Hot đng tng quan trong trm vin thông. 2 Hình 1.2 : Tng quan chung nhƠ trm vin thông. 3 Hình 1.3 : Phân b đin tích khi có đám mơy dông. 4 Hình 1.4 : Giai đon phóng tia tiên đo. 6 Hình 1.5 : Tiên đo đn gn mặt đt hình thƠnh khu vc ion hóa mƣnh lit. 7 Hình 1.6 : Giai đon phóng đin ngc hay phóng đin ch yu. 8 Hình 1.7 : Giai đon phóng đin kt thúc. 8 Hình 1.8 : Hình thƠnh dông sét tác đng lên công trình. 9 Hình 2.1 : Sét đánh trc tip ct tháp vin thông. 13 Hình 2.2 : Nhng thit hi do dòng xung sét gây ra. 14 Hình 2.3 : Dng sóng dòng sét chuẩn 15 Hình 2.4 : Bn đ mt đ sét đánh trung bình hƠng năm trên lƣnh th Vit Nam 17 Hình 2.5 : Trm vin thông đin hình. 18 Hình 2.6 : S đ b trí trm vin thông đin hình. 19 Hình 2.7 : Kích thc ct tháp và tòa nhà chính. 20 Hình 2.8 : Trm vin thông chu nh hng ca sét đánh trc tip lên đng dây trên không 22kV và trên ct tháp vô tuyn. 21 Hình 2.9 : Sét đánh gn đng dây trên không gây ra hin tng xung sét cm ng 23 Hình 3.1 : Thit b bo v xung sét lp trong các công trình. 25 Hình 3.2 : Thit b bo v chng sét GDTs. 26 Hình 3.3 : Thit b bo v chng sét SADs. 27 Hình 3.4 : Chng sét van Cooper. 27 Hình 3.5 : Hình nh chng sét van MOV. 28 Hình 3.6 : Cu trúc MOV 29 Hình 3.7 : S đ cu trúc ca lp biên tip giáp bin tr ZnO. 30 Hình 3.8 : Đặc tính V-I ca MOV. 31 Hình 3.9 : Đáp ng ca bin tr ZnO xung tc đ cao 32 Hình 3.10 : Đáp ng ca bin tr tính đn đin cm đu dây ni vi xung dòng. 32 Hình 3.11 : S ln xung có chu đc ca chng sét van MOV. 33 Hình 3.12 : Quan h công sut tiêu tán vƠ đin áp. 34 Hình 3.13 : Phân vùng bo v chng sét. 35 Hình 3.14 : Minh ha phân vùng chng sét ti trm vin thông. 36 Hình 4.1 : Đu ni và tip đt các phn t trong nhà trm 37 Hình 4.2 : S đ đu ni và tip đt c bn ca mt nhà trm vin thông. 38 Hình 4.3 : Đặc đim cu to dây cáp thông tin. 38 Hình 4.4 : Ni các phn t kim loi trong si cáp quang. 39 Hình 4.5 : Phng pháp đu ni mng cung cp đin xoay chiu cho trm vin thông ậ Mng phân phi ngun bên ngoài là mng TN-C. 39 Hình 4.6 : Tip đt ct tháp trm vin thông. 40 Hình 4.7 : H thng li tip đt đặt di nhƠ trm vin thông. 41 Hình 4.8 : Tip ni đt tng quát trong nhƠ trm vin thông. 41 Hình 5.1 : Ca s hot đng chính vƠ menu la chn các phn t. 45 Hình 5.2 : VƠo ATP t menu Start 46 Hình 5.3 : VƠo ATPDraw t mƠn hình Desktop. 46 Hình 5.4 : MƠn hình ca ATP. 47 Hình 5.5 : Các lnh trong trình file. 47 Hình 5.6 : Bn v mi cho trng trình ATP. 48 Hình 5.7 : M các file đƣ lu trong chng trình. 48 Hình 5.8 : Trình đn Edit. 49 Hình 5.9 : Trình đn View. 50 Hình 5.10 : Các la chn trong Option. 50 Hình 5.11 : CƠi đặt các thông s cn thit trong Setting. 51 Hình 5.12 : Cách cho chy chng trình. 51 Hình 5.13 : Ca s chy chng trình. 52 Hình 5.14 : Trình Tool trong ATP. 52 Hình 5.15 : Các la chn trong Option. 53 Hình 5.16 : Mc save option. 53 Hình 5.17 : Chn các phn t. 54 Hình 5.18 : Các phn t đo trong ATP. 54 Hình 5.19 : Phn t tuyn tính. 54 Hình 5.20 : Các phn t phi tuyn đng dơy. 55 Hình 5.21 : Đng dơy thông s tp trung. 56 Hình 5.22 : Cách ly đng dơy thông s ri. 56 Hình 5.23 : Công tc điu khin ATP. 57 Hình 5.24 : Các ngun c bn trong ATP. 58 Hình 5.25 : Mô hình máy bin áp. 58 Hình 5.26 : Khi đng PlotXY t Start. 59 Hình 5.27 : Khi đng PlotXY t mƠn hình Desktop. 60 Hình 5.28 : Giao din PlotXY. 60 Hình 5.29 : M file trong PlotXY. 61 Hình 5.30 : Giao din d liu PlotXY. 61 Hình 5.31 : Chuyn giá tr cn xem trong PlotXY. 61 Hình 5.32 : Đ th trong PlotXY. 61 Hình 6.1 : S đ kt ni nhƠ trm vin thông đin hình. 63 Hình 6.2 : Mô hình to xung sét. 64 Hình 6.3 : Mô hình kim nghim chng sét van 68 Hình 6.4 : Kt qu kim nghim đng cong đặc tính áp chng sét van trung áp ng vi xung sét 30kA-5,5/75µS. 71 Hình 6.4 : Mô hình máy bin áp thay th. 71 Hình 6.5 : kim nghim mô hình máy bin áp không ti. 72 Hình 6.7 : Kim nghim mô hình máy bin áp mang ti. 73 Hình 6.8 : Kt qu dng sóng đin áp ngõ ra khi mang ti. 73 Hình 6.9 : S đ tng đng sét đánh trc tip đng dơy 22kV trm vin thông vi mt chng sét van trung áp. 74 Hình 6.10a : Dòng đin đi qua thit b bo v xung sét. 74 Hình 6.11 : S đ tng đng sét đánh trc tip đng dơy 22kV trm vin thông khi thêm chng sét van  t phơn phi. 76 Hình 6.12 : S đ tng đng sét đánh trc tip đng dơy 22kV trm vin thông khi thêm chng sét van ti đng dơy cung cp ngun đèn báo máy bay. 77 Hình 6.13 : S đ mô phng xung sét cm ng trên đng dơy trên không. 80 Hình 6.14 : S đ mch mô phng xung sét cm ng đng dơy trên không vi 2 chng sét van. 81 Hình 6.15a : Dòng đin đi qua đèn báo máy bay trên không. 83 Hình 6.15b : Dòng đin đi vƠo h thng tip đt ca tòa nhƠ. 83 Hình 6.16 : S đ mô phng sét đánh trc tip lên ct tháp vin thông 84 [...]... trình nghiên c u đ tƠi ph i th c hi n đ c các nhi m v sau : - Tìm hi u quá trình hình thƠnh sét, các thông s vƠ tác h i c a sét gơy ra - Nghiên c u c u trúc vƠ phơn vùng b o v trong tr m vi n thông, cách th c n i đ t trong nhƠ tr m - Nghiên c u nh h ng c a sét đánh tr c ti p lên đ ng dơy phơn ph i trên không 22kV - Nghiên c u nh h - Nghiên c u nh h ng c a sét đánh tr c ti p lên c t tháp vô tuy n vi n thông. .. nghiên c u xác đ nh nh h ng c a sét tác đ ng đ n công trình nhà tr m vi n thông đ đ a ra nh ng tiêu chí l a ch n thi t b b o v phù h p, đ ng th i có th lƠm tƠi li u tham kh o cho các đ n v vƠ cá nhơn quan tơm đ n thi t k hay nghiên c u ch ng sét trong tr m vi n thông HVTH : Bùi Kim Cường Trang 10 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : PGS.TS Quyền Huy Ánh 1.6 M cătiêu nghiên c uă: Nghiên c u gi i pháp ch ng sét trong. .. ng c a xung sét c m ng lên đ ng dơy phơn ph i trên không 22kV do sét đánh g n khu v c nhƠ tr m - Th c hi n mô hình hóa và mô ph ng trên ATP-EMTP - K t lu n v n đ đƣ nghiên c u vƠ đ a ra h 1.9 Ph - ng nghiên c u trong t ng lai ng pháp nghiên c u Thu th p tƠi li u, th c hi n phơn tích vƠ t ng h p các v n đ c n nghiên c u ch ng sét trong tr m vi n thông - Th c hi n mô hình hóa và mô ph ng trong môi tr... m vi n thông nhằm xác đ nh nh h ng c a sét đ n ngu n đi n ho t đ ng trong nhƠ tr m, hi u qu vƠ gi i pháp l p đặt l a ch n thi t b ch ng sét phù h p, lƠm gi m thi t h i v kinh t do hi n t ng quá đi n áp khí quy n gơy ra, nơng cao tính ho t đ ng n đ nh tr m vi n thông 1.7 Đ iăt ng nghiên c u : Tr m vi n thông ch u nh h ng c a quá đi n áp khí quy n có các thông s c th 1.8 Nhi măv nghiên c u Trong quá... trung bình sét trong khu v c đó S l n sét đánh luôn có s thay đ i trong m i ngƠy Theo s li u c a Vi n V t lỦ Đ a c u (Vi n Khoa H c vƠ Công Ngh Vi t Nam) Vi t Nam lƠ n c thu c m t trong 3 khu v c t p trung nhi u dông, sét c a th gi i: Có th có t i 2 tri u cú sét đánh xu ng đ t trong vòng m t năm V i s li u th ng kê ch a đ y đ c a Vi n V t lỦ Đ a c u th c hi n năm 2004, c n c có 820 v sét đánh trong 10... pháp ch ng sét trong tr m vi n thông lƠ m t yêu c u c n thi t đ c đặt ra H n n a, vi c ti n hƠnh mô hình hóa vƠ mô ph ng gi i pháp ch ng sét trong tr m vi n thông s giúp ng i thi t k l a ch n các gi i pháp h p lỦ đ b o v tr m vi n thông, gi m r i ro thi t h i do sét gơy ra HVTH : Bùi Kim Cường Trang 9 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD : PGS.TS Quyền Huy Ánh 1.4 T ngăquanăcácăk tăqu nghiên c uăliên quan đ năđ ătƠi... nên ng sét đánh lƠ r t l n Theo th ng kê đ i v i ngƠnh B u Chính Vi n Thông vƠo năm 2011 có 53 s c do sét, chi m 27,13% s c vi n thông và t ng th i gian m t liên l c do sét là 716 gi gây thi t h i 4.119 tỷ đ ng V i đặc thù tr i r ng kh p c n c, bao g m hàng ngàn t ng đƠi, tr m vi n thông v i hƠng trăm lo i thi t b khác nhau, nguy c sét đánh vƠo m ng vi n thông là r t cao và vi c phòng ch ng sét là... Chính Vi n Thông vƠo năm 2011 có 53 s c do sét, chi m 27,13% s c vi n thông và t ng th i gian m t liên l c do sét là 716 gi gây thi t h i 4.119 tỷ đ ng V i đặc thù tr i r ng kh p c n c, bao g m hàng ngàn t ng đƠi, tr m vi n thông v i hƠng trăm lo i thi t b khác nhau, nguy c sét đánh vƠo m ng vi n thông là r t cao và vi c phòng ch ng sét là h t s c khó khăn Hi n t i toàn b các tr m vi n thông đƣ đ c... đó trong tr m vi n thông, ph n l n các thi t b truy n d li u đ c ch t o d a trên công ngh m ch tích h p vƠ vi x lỦ Các thi t b nƠy đặc bi t nh y c m v i xung sét Th c t vi c đ m b o tính an toƠn vƠ ho t đ ng n đ nh c a tr m vi n thông lƠ m t trong nh ng l i ích c t y u chính liên quan đ n ch t l ng d ch v c a nhƠ tr m cung c p đ n khách hƠng Do đó vi c nghiên c u vƠ phát tri n gi i pháp ch ng sét trong. .. đuôi sóng Th i gian tăng áp vƠ dòng c a sét đ n biên đ c c đ i trong kho ng 1-10s v i tia sét đ u tiên và 0,1- 1s v i các tia sét l p l i, th i gian suy gi m đ n phân n a biên đ c c đ i trong kho ng 20-35s v i các tia sét đ u tiên và 5-50s v i các tia sét l p l i T c đ tăng dòng có th đ t t i 70KA/s đ i v i tia sét đ u tiên vƠ v 200KA/s đ i v i các tia sét ti p theo T c đ tăng áp đo đ HVTH : . khác nhau, nguy c sét đánh vƠo mng vin thông là rt cao và vic phòng chng sét là ht sc khó khăn. Chính vì lý do đó đ tƠi Nghiên cuăgii pháp chng sét trong trmăvin thông đc hình. Hoạt động tổng quan trong trạm viễn thông. Mt s thành phn chính ca trm phát sóng vin thông nói chung : - T BTS t cha đng các thit b đin t trong nhà trm vin thông, t BTS ph thuc. Mc tiêu nghiên cu 11 1.7. Đi tng nghiên cu 11 1.8. Nhim v nghiên cu 11 1.9. Phng pháp nghiên cu 11 1.10. Đ cng lun văn 12 CHNGă 2 : TỄCă HIă VĨă THỌNGă Să CAă SÉT,ă PHỂNă