Bảo vệ chống sét lan truyền trong mạng hạ áp

1 CHƯƠNG MỞ ĐẦU I GIỚI THIỆU Đặt vấn đề Việt Nam nước nằm khu vực nhiệt đới ẩm gió mùa, khí hậu Việt Nam thuận lợi cho việc phát sinh, phát triển dông sét Số ngày dông có Việt Nam toàn khu vực thuộc loại lớn Trong mạng điện, điện áp trình độ sét đánh nguyên nhân chủ yếu gây cố lưới điện làm hư hỏng thiết bị lắp đặt lưới Nên việc đề giải pháp chống sét, lựa chọn, phối hợp thiết bị bảo vệ phù hợp nghiên cứu chế tạo thiết bị chống sét đóng vai trò quan trọng Hiện nay, chống sét trực tiếp quan tâm tương giải pháp từ cổ điển đến đại Tuy nhiên, số liệu thống kê 70% hư hỏng sét gây lại sét đánh lan truyền hay ghép cảm ứng theo đường cấp nguồn đường truyền tín hiệu Bên cạnh việc nghiên cứu chống sét đánh trực tiếp, việc nghiên cứu chống sét đánh lan truyền hay ghép cảm ứng đường nguồn đóng vai trò quan trọng để lựa chọn thiết bị bảo vệ chống điện áp sét phù hợp Nhìn chung, mạng hạ áp không truyền tải công suất lớn lại trải diện rộng cung cấp điện trực tiếp cho hộ tiêu thụ nên lại nguyên nhân dẫn sét vào công trình, gây ngừng dịch vụ, hư hỏng thiết bị Thống kê cho thấy, hậu không mong muốn áp sét lan truyền mạng phân phối hạ áp gây thiệt hại lớn nhiều lúc đánh giá cụ thể Vấn đề đề cập cách cấp bách năm gần trang thiết bị điện tử trở thành thiết bị sử dụng ngày nhiều phổ biến tòa nhà, công trình lãnh vực bưu viễn thông, phát thanh, truyền hình, công nghiệp… Các thiết bị vốn nhạy cảm với điện áp cách điện dự trữ chúng mong manh cần phải tính toán lựa chọn, phối hợp kiểm tra thiết bị bảo vệ chống áp cách hiệu quả, xác để tránh xảy hư hỏng cho thiết bị Do thiết bị chống áp thiết bị phi tuyến việc đánh giá đáp ứng ngõ ứng với sóng sét lan truyền với mức xác cao theo phương pháp giải tích truyền thống gặp nhiều khó khăn Bên cạnh đó, nước ta bị hạn chế trang thiết bị thí nghiệm cao áp, số lượng phòng thí nghiệm cao áp khiêm tốn nên khó khăn cho công tác thiết kế, nghiên cứu bảo vệ chống áp sét lan truyền Việt Nam Tuy nhiên, ngày nay, với phát triển kỹ thuật mô hình hoá mô giúp cho hiểu biết thêm tương tác yếu tố cấu thành hệ thống toàn hệ thống, đặc biệt hữu ích cho việc mô sét Hiện nay, nhà nghiên cứu số nhà sản xuất thiết bị chống áp sét lan truyền đường nguồn hạ áp số phần mềm mô hỗ trợ đề mô hình thiết bị chống sét lan truyền với mức độ chi tiết quan điểm xây dựng mô hình khác Tuy nhiên, đặc điểm phương pháp mô hình hoá mô yêu cầu mức độ xác, mức tương đồng cao mô hình nguyên mẫu, phương pháp xây dựng mô hình mô thiết bị chống sét lan truyền nhiều tranh cãi tiếp tục nghiên cứu phát triển Luận văn sâu vào nghiên cứu mô hình thiết bị chống áp sét đường nguồn hạ áp, sau sử dụng phần mềm mô đánh giá hiệu bảo vệ hệ thống chống áp Kết nghiên cứu cung cấp công cụ mô hữu ích cho nhà nghiên cứu, giảng viên, sinh viên trường đại học việc nghiên cứu đáp ứng thiết bị chống áp tác động xung sét lan truyền đánh giá hiệu hệ thống bảo vệ chống áp sét lan truyền Nguyên nhân hình thành sét: Cơ chế hình thành sét nói chung phức tạp, có nhiều công trình nghiên cứu trình nhiễm điện đám mây dông chế phát triển tia sét hướng xuống đất, nhiều vấn đề khác liên quan đến sét mong có dịp trình bày chi tiết báo khác, xin đề cập đến giả thuyết phổ biến để giải thích nguyên nhân tạo dông sét sau : Hình : Cơ nguyên nhân hình thành sét Dông tượng khí liên quan với phát triển mạnh mẽ đối lưu nhiệt nhiễu động khí quyển, thường xảy vào mùa hè thời điểm mà trao đổi nhiệt mặt đất không khí lớn Những luồng không khí nóng mang theo nước bay lên đến độ cao nguội dần, lúc nước tạo thành giọt nước nhỏ hay gọi tinh thể băng chúng tích tụ không gian dạng đám mây Trái đất bị nóng không khí nóng bay lên cao hơn, mây dày đến lúc tinh thể băng mây lớn dần rơi xuống thành mưa Mây dày màu đen Sự va chạm luồng khí nóng lên tinh thể băng xuống đám mây làm xuất điện tích mà ta gọi đám mây bị phân cực điện hay đám mây tích điện Các phần tử điện tích âm có khối lượng lớn nên nằm đáy đám mây phần tử điện tích dương nhẹ nên bị đẩy lên phần đám mây Như vậy, thân đám mây hình thành điện trường cục lưỡng cực điện tác dụng điện trường cục phần tử di chuyển nhanh hơn, điện tích tạo nhiều điện trường mạnh Quá trình tiếp diễn lúc điện trường đạt giá trị tới hạn gây phóng điện nội đám mây mà ta gọi chớp Ngoài khoảng không gian bên đám mây thường có lớp điện tích dương gọi điện tích không gian phần đáy đám mây mang điện âm lớp điện tích dương lại hình thành điện trường riêng điện trường làm phát sinh tia sét ban đầu gọi dòng tiên đạo di chuyển xuống đất với tốc độ khoảng 150km/s Trong trình phát triển xuống đất, dòng tiên đạo mang theo điện lớn ion hóa lớp không khí đường nó, nơi có cách điện không khí yếu dòng tiên đạo phát triển hướng ta thấy dòng tia sét xuống đường thẳng mà thường có dạng ngoằn ngoèo, phân nhánh Ngoài hiệu ứng cảm ứng điện nên phần mặt đất nằm bên đám mây dông mang lượng điện dương Lượng điện phân bố vật có khả dẫn điện nhà cửa, cối, công trình, trụ điện, tháp anten , vật dẫn điện tốt điện tích phân bố vật lớn điện trường mạnh so với vật xung quanh Vì vậy, dòng tiên đạo phát triển xuống gần mặt đất chọn vật có điện trường mạnh để đánh vào mà ta gọi phóng điện sét, nơi tiếp xúc chúng gọi kênh sét Đây thời điểm trao đổi điện tích đám mây mặt đất gọi giai đoạn trung hòa điện tích, dòng điện kênh sét lúc lớn đến 200kA nên bị nóng lên mạnh khoảng 20.000 0C ta thấy sáng chói lên (cũng gọi chớp) Dưới tác dụng nhiệt độ này, lớp không khí chung quanh kênh sét bị giãn nỡ mạnh gây tiếng nổ lớn mà ta gọi sấm Do ánh sáng có vận tốc lớn hàng triệu lần so với âm nên ta thấy ánh chớp trước sau lúc nghe thấy tiếng sấm Tính cấp thiết đề tài Theo ước tính nhà chuyên môn, khắp mặt địa cầu, giây, có khoảng 100 lần sét đánh xuống mặt đất Sét gây thương vong cho người mà phá hủy tài sản người công trình xây dựng, công trình cung cấp lượng, hoạt động hàng không, thiết bị dùng điện, Đài Truyền Thanh – Truyền Hình, hệ thống thông tin liên lạc Theo tính toán nhà khoa học, vào thời điểm bất kỳ, trái đất sống có khoảng 2000 dông hoạt động Mỗi dông trung bình thường kéo dài từ đến đồng hồ tạo 1000, 2000 cú phóng điện xuống mặt đất Người ta ví, dông nhà máy điện có công suất khoảng vài trăm MW với điện lên tới hàng tỷ V, nguồn điện tia sét xuất dông dùng để thắp sáng bóng đèn 100W vòng tháng Với cường độ mạnh vậy, dông sét số hiểm họa thiên tai vô nguy hiểm tính mạng người gây thiệt hại lớn tài sản vật chất Việt Nam nước nằm khu vực nhiệt đới ẩm, khí hậu Việt Nam thuận lợi cho việc phát sinh, phát triển dông sét Số ngày dông có Việt Nam nhiều khu vực thuộc loại lớn Số ngày dông cực đại 113,7 (tại Đồng Phú), số dông cực đại 433,18 Mộc Hóa Sét có cường độ mạnh ghi nhận dao động ký tự động có biên độ Imax = 90,67kA (Số liệu Viện Nghiên Cứu Sét Gia sàng Thái Nguyên) Hằng năm, ngành điện Việt Nam có khoảng vài ngàn cố, 50% số sét gây Năm 1769, nhân loại chưa biết đến thiết bị chống sét ngày Một thảm hoạ xảy sét đánh trúng kho dự trữ thuốc nổ 1000 thành phố Italia Cả nhà nổ tung làm chết 3000 người sống thành phố Cho đến phát minh nhà bác học Franklin cột thu lôi đời, thiệt hại khủng khiếp sét đánh không xảy Kể từ đến nay, không chế ngự hoàn toàn, thiết bị chống sét góp phần giảm thiểu đáng kể thiệt hại sét gây nhằm bảo vệ sống người Trải qua 200 năm kể từ xuất cột thu lôi đầu tiên, công nghệ phòng chống sét ngày hoàn thiện hiệu Đặc biệt ngày 4/6/2001, sét đánh nổ máy cắt 220kV nhà máy thủy điện Hòa Bình Sự cố khiến lưới điện miền Bắc bị tan rã mạch, nhiều nhà máy bị tách khỏi hệ thống Hiện nay, chống sét trực tiếp tương giải pháp từ cổ điển (kim Franklin, lồng Faraday, kết hợp kim lồng) đến đại (kim thu sét phóng điện sớm – hệ thống SYSTEM 3000 hãng Erico Ligthning Technologies) Tuy nhiên, theo thống kê 70% hư hỏng sét gây lại sét đánh lan truyền cảm ứng theo đường cấp nguồn đường truyền tín hiệu Do việc chống sét lan truyền chưa quan tâm cách đầy đủ nên thiệt hại sét lan truyền gây lớn thiết bị bị phá hỏng hay ngừng dịch vụ Vì vậy, việc đề giải pháp cung cấp thiết bị chống sét lan truyền theo công nghệ cấp bách cần thiết Một thực tế Việt Nam mô hình thử nghiệm hay nguồn phát xung sét chưa có có giữ quyền hãng sản xuất thiết bị chống sét nước nên việc đánh giá thiết bị chống sét lan truyền nói riêng hạn chế Do đó, cần phải dựa vào phần mềm mô để đánh giá phần tử thiết bị chống sét thay cho mô hình cụ thể Ngoài ra, mô phần mềm kết có độ tin cậy xác cao Luận văn dựa việc nghiên cứu mô hình thiết bị chống sét áp, mô hình nguồn phát xung sét tiêu chuẩn, từ thành lập mô hình mô để so sánh, đánh giá rút yếu tố ảnh hưởng hiệu ảnh hưởng đến hiệu bảo vệ nâng cao độ tin cậy trình vận hành Các yếu tố ảnh hưởng bao gồm công nghệ chống sét, lựa chọn phối hợp bảo vệ thiết bị chống áp đánh giá hiệu bảo vệ thiết bị lọc sét II MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Mục tiêu đề tài Mục tiêu luận văn tìm yếu tố ảnh hưởng đến hiệu bảo vệ chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp tòa nhà nằm khu vực nội thành nhằm tối ưu hóa tính bảo vệ nâng cao độ tin cậy trình vận hành Cụ thể luận văn có nhiệm vụ sau: Giới thiệu tổng quan chống sét lan truyền Tìm hiểu công nghệ chống sét lan truyền đại & giới thiệu phần mềm ứng dụng MATLAB Mô hình mô thiết bị chống sét lan truyền mạng hạ áp Mô hình máy phát xung sét chuẩn Đánh giá giải pháp chống sét lan truyền mạng hạ áp Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểu tiêu chuẩn chống sét nước Nghiên cứu cấu tạo, tính năng, phối hợp bảo vệ thiết bị chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp - Mô hình hoá mô thiết bị chống áp sét lan truyền đường nguồn hạ áp Sử dụng phần mềm Matlab xây dựng mô hình hóa mô Đánh giá giải pháp chống sét lan truyền mạng hạ áp Điểm luận văn - Mô hình mô thiết bị chống sét lan truyền mạng hạ áp - - Tính toán hệ số dự trữ, xây dựng đặc tuyến liên hệ hệ số dự trữ theo sai số điện áp ngưỡng dòng xung sét MOV hạ mắc song song - Xây dựng phương trình liên hệ điện áp dư theo điện áp ngưỡng dòng xung sét MOV hạ đơn đa khối thông dụng thị trường - Xây dựng đặc tính liên hệ điện áp dư theo điện áp ngưỡng dòng xung sét MOV hạ đơn đa khối thông dụng thị trường Đánh giá giải pháp chống sét lan truyền mạng hạ áp Phương pháp luận phương pháp nghiên cứu - 4.1 Phương pháp luận - Đề tài đạt kết mang tính thực tiễn nhằm giúp bảo vệ chống sét lan truyền mạng hạ áp - Kết nghiên cứu đáp ứng phần tính cấp bách công tác nghiên cứu lựa chọn, phối hợp kiểm tra hiệu thiết bị bảo vệ chống áp sét lan truyền đường nguồn hạ áp cách xác điều kiện thiếu phòng thí nghiệm - Cung cấp công cụ mô hữu ích cho nhà nghiên cứu, giảng viên, sinh viên trường đại học việc nghiên cứu đáp ứng thiết bị chống áp sét lan truyền tác động xung sét lan truyền đánh giá hiệu hệ thống bảo vệ chống áp đa cấp công trình - Đề tài có khả phát triển cấp nghiên cứu cao với điều kiện cho phép - Tài liệu giúp cho học viên hiểu sâu tương tác phần tử hệ thống, đặc biệt hệ thống chống áp sét lan truyền Ngoài ra, giúp cho người học kinh nghiệm công tác thực hành lập mô hình mô thiết bị phần mềm tương tự - Với mức độ phát triển công nghệ thông tin nay, hoàn toàn cho phép thực mô chi tiết hơn, gần với thực tế Làm tiền đề cho công tác nghiên cứu chống áp sét lan truyền đường nguồn hạ áp phù hợp với điều kiện môi trường, phân bố sét phát triển mạng điện Việt Nam 4.2 Phương pháp nghiên cứu - Thu thập tài liệu từ nguồn khác sách báo, tạp chí Internet - Tổng hợp phân tích tài liệu - Mô hình hóa & mô matlab Nội dung luận văn Luận văn gồm chương: - Chương mở đầu - Chương 1: Giới thiệu tổng quan chống sét lan truyền - Chương 2: Tìm hiểu công nghệ chống sét lan truyền đại & giới thiệu phần mềm matlab - Chương 3: Mô hình mô thiết bị chống sét lan truyền mạng hạ áp - Chương 4: Mô hình máy phát xung sét chuẩn - Chương 5: Đánh giá giải pháp chống sét lan truyền mạng hạ áp - Chương kết luận CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP & PHẦN MỀM MATLAB 1.1 GIỚI THIỆU Bảo vệ hệ thống điện xoay chiều hạ áp chống lại tượng áp độ mối quan tâm chủ yếu để bảo đảm chất lượng điện cung cấp, bảo đảm an toàn cho thiết bị Hiện thiết bị điện-điện tử có mức điện áp chịu xung thấp ngày sử dụng rộng rãi hệ thống điện, phương pháp hữu hiệu kinh tế để bảo vệ áp cho thiết bị chọn lắp đặt thiết bị bảo vệ có khả làm việc lâu dài đáng tin cậy Việc sử dụng ngày nhiều phần tử bán dẫn hệ thống điện đại dẫn đến tăng cường mối quan tâm độ tin cậy hệ thống Đây kết việc phần tử bán dẫn nhạy cảm với tượng áp xuất hệ thống điện phân phối xoay chiều Việc sử dụng phần tử bán dẫn ban đầu bị hư hỏng nhiều mà giải thích Nghiên cứu hư hỏng cho thấy chúng bị hư hỏng điều kiện áp khác xuất hệ thống phân phối Điện áp độ kết phóng thích đột ngột lượng tồn trước từ điều kiện sét đánh, đóng cắt tải có tính cảm, xung điện từ hay phóng điện điện cực Các hư hỏng gây tượng độ phụ thuộc vào tần số xuất hiện, giá trị đỉnh dạng sóng độ Quá áp mạch điện xoay chiều gây hư hỏng vĩnh cửu hay tạm thời phần tử điện tử hệ thống Bảo vệ chống lại áp độ thực cách sử dụng phần tử thiết kế đặc biệt mà giới hạn biên độ áp độ trở kháng lớn nối tiếp hay việc làm trệch hướng độ trở kháng nhỏ mắc shunt Các nhà thiết kế khôn ngoan định cần thiết việc bảo vệ áp độ giai đoạn thiết kế sớm Nếu tốn nhiều thời gian để thấy thật cần thiết phải trang bị bảo vệ áp độ cho thiết bị hữu Điều tốn nhiều tiền phải tạm ngưng hoạt động máy móc khách hàng phải chịu tổn thất kinh doanh tiềm tàng ngừng hoạt động Không kể đến số hệ thống việc trang bị thêm bảo vệ áp làm hệ thống trở nên ngăn nắp không gian yêu cầu cho chúng thiết kế ban đầu Các thiết bị chọn bảo vệ hệ thống phải có khả làm tiêu tán lượng xung độ hệ thống bảo vệ không bị ảnh hưởng Hiện nay, thiết bị sử dụng công nghệ bán dẫn ngày sử dụng phổ biến hệ thống điện Các phần tử bán dẫn nhạy cảm với tượng áp xuất hệ thống điện phân phối xoay chiều Quá áp mạch điện xoay chiều gây hư hỏng vĩnh cữu hay tạm thời phần tử điện – điện tử hư hỏng kể hệ thống điện Việc bảo vệ chống lại áp độ thực cách sử dụng phần tử thiết kế đặc biệt mà giới hạn biên độ áp trở kháng lớn nối tiếp hay trở kháng nhỏ mắc shunt Trong đó, áp độ kết phóng thích đột ngột lượng tồn trước từ điều kiện tự nhiên sét đánh điều kiện phát sinh từ việc đóng cắt tải có tính cảm hay việc phóng điện điện cực Các hư hỏng gây tượng áp phụ thuộc vào tần xuất hiện, giá trị đỉnh dạng song áp Sóng điện áp có dạng sóng xung gia tăng đột ngột (do sét hay thao tác đóng cắt có tải lưới) có khả gây hư hỏng thiết bị, mạng máy tính, thiết bị mạng viễn thông…mà vấn đề vận hành khó phát hiện, đặc biệt thiết bị điện tử nhạy cảm Hình 1.1 Dạng sóng xung áp đường nguồn hạ áp (với thời gian ngắn 1ms) Một thông số cần quan tâm thiết kế lựa chọn thiết bị chống sét lan truyền đường nguồn đường tín hiệu tần suất xuất sét, dạng sóng xung sét lan truyền 1.2 TẦN SUẤT XUẤT HIỆN SÉT Mối quan hệ tần suất xuất sét theo biên độ dòng sét trình bày hình 1.2 10 Giá trị đỉnh dòng sét kA Hình 1.2 Quan hệ tần suất xuất sét theo biên độ - Khoảng 40% sét có dòng sét lớn 20kA - Khoảng 5% sét có dòng sét lớn 60kA (hoặc 95% sét có dòng sét 60kA) - Khoảng 0,1% sét có dòng sét lớn 200kA (Dữ liệu thống kê 5,4 triệu lần sét đánh từ năm 1995 – 2005 Meteorage.) 1.3 DẠNG XUNG SÉT Dạng xung sét phụ thuộc vào cách thức sét tác động vào đường dây tải điện hay đường tín hiệu 1.3.1 Dạng sóng 10/35µs Dạng sóng 10/35µs thường xung sét lan truyền sét đánh trực tiếp vào đường dây không lân cận công trình đánh trực tiếp vào kim thu sét đỉnh công trình Hình 1.3 Sét đánh trực tiếp vào kim thu sét đỉnh công trình Hình 1.4 Sét đánh trực tiếp vào đường dây không lân cận công trình  Dạng sóng 10/350 µs biểu diễn hình 1.5 114 lọc phải tăng cảm kháng L, thực tế giá trị L= 15µH, 30 µH, 45 µH….Vì vậy, để an toàn cho thiết bị nhạy cảm, phải tăng cảm kháng L lên đáng kể, phải đảm bảo điện áp rơi L (∆UL = (ZL+ rL)I ≤ 3V) 5.3.2 Trường hợp (phối hợp bảo vệ hai tầng + thiết bị lọc sét) Hình 5.4 Mô hình phối hợp bảo vệ hai tầng + lọc sét  Thực mô với xung dòng 20kA 8/20µs trường hợp sử dụng lọc sét L = 30µH, rL = 1.7m Ω, C = 50µF, thu kết Hình 5.5 Hình 5.5 Điện áp thông qua tải trường hợp sử dụng lọc sét L = 30µH, rL = 1.7m Ω, C = 50µF với xung dòng 20kA 8/20µs  Thực mô với xung dòng 20kA 8/20µs trường hợp sử dụng lọc sét L = 150 µH, rL = 17m Ω, C = 50µF, thu kết Hình 5.6 115 Hình 5.6 Điện áp thông qua tải trường hợp sử dụng lọc sét L = 150µH, rL = 17m Ω, C = 50µF với xung dòng 20kA 8/20µs Từ kết mô trên, thu bảng so sánh giá trị điện áp thông qua ba trường hợp phối hợp bảo vệ áp tầng lọc sét, có lọc sét L = 30µH, rL = 1.7m Ω, C = 50µF có lọc sét L = 150µH, rL = 17m Ω, C = 50µF Bảng 5.2 Điện áp thông qua (V) Xung sét tiêu chuẩn Sai lệch Sai lệch Không Có lọc sét Có lọc sét lọc lọc sét có (L = 150µ H, sét có lọc có lọc sét (L rL=17mΩ, C sét (L = 30µ H, = 150µ H, = 50µ F) rL=1.7mΩ, C =50µ rL=17mΩ, C =50µ F) F) (L = 30µ H, lọc sét rL=1.7mΩ, C = 50µ F) 8/20 µs 20kA 940 731 341 22% 64% Bảng 5.2.So sánh điện áp thông qua ba trường hợp phối hợp bảo vệ tầng có lọc sét  Nhận xét - Điện áp thông qua đầu cực tải tiêu thụ trường hợp bảo vệ áp hai tầng sử dụng lọc sét thấp nhiều so với trường hợp bảo vệ áp - hai tầng sử dụng lọc sét Trong trường hợp bảo vệ áp hai tầng có sử dụng lọc có giá trị cảm kháng lớn khả lọc lọc lớn điện áp thông qua tải - tiêu thụ thấp Điện áp thông qua tải tiêu thụ trường hợp phối hợp bảo vệ hai tầng có sử dụng lọc thấp trường hợp bảo vệ tầng có sử dụng lọc sét mà giá trị lọc sét thay đổi 116 5.3.3 So sánh hiệu bảo vệ công nghệ SG, TSG, MOV Hình 5.7 Mô hình so sánh MOV – SG – TSG  Biểu diễn điện áp thông qua tải tiêu thụ đồ thị thực mô xung sét tiêu chuẩn 20kA 8/20µs 3kA 8/20µs Hình 5.8 5.9 Hình 5.8 Điện áp thông qua tải trường hợp xung dòng 20kA 8/20µs 117 Hình 5.9 Điện áp thông qua tải trường hợp xung dòng 3kA 8/20µs  Từ kết mô trên, thu bảng so sánh giá trị điện áp thông qua ba trường hợp TBBV sử dụng công nghệ SG, TSG, MOV Bảng 5.3 Xung sét STT Điện áp thông qua (V) tiêu chuẩn Sai lệch SG MOV Sai lệch TSG MOV SG TSG MOV 3714 1555 1389 63% 11% 3074 1317 714 70% 40% SG MOV Ghi 8/20 µs 20kA 8/20 µs 3kA Bảng 5.3 So sánh điện áp thông qua ba trường hợp SG, TSG, MOV 118 5.3.4 So sánh hiệu bảo vệ trường hợp phối hợp bảo vệ tầng TSG1MOV, MOV1-MOV2 SG1-MOV2 Hình 5.10 Mô hình so sánh bảo vệ tầng TSG1-MOV, MOV1-MOV2 SG1-MOV2  Biểu diễn điện áp thông qua tải tiêu thụ đồ thị thực mô xung sét tiêu chuẩn 20kA 8/20µs 3kA 8/20µs Hình 5.11 Hình 5.11 Điện áp thông qua tải trường hợp xung dòng 20kA 8/20µs 119  Biểu diễn điện áp thông qua tải tiêu thụ đồ thị thực mô xung sét tiêu chuẩn 3kA 8/20µs Hình 5.12 Hình 5.12 Điện áp thông qua tải trường hợp xung dòng 3kA 8/20µs  Từ kết mô trên, thu bảng so sánh giá trị điện áp thông qua ba trường hợp bảo vệ tầng TSG1-MOV2, MOV1-MOV2 Bảng 5.4 Điện áp thông qua (V) Xung sét STT tiêu chuẩn 20kA 8/20 µs SG1 – MOV1 – TSG1 – MOV2 1000 MOV2 MOV2 785 415 Sai lệch Sai lệch SG1 – MOV2 MOV1– Ghi MOV2 và – MOV2 TSG-MOV2 27% 89% 3kA 795 780 753 2% 4% 8/20 µs Bảng 5.4 So sánh điện áp thông qua ba trường hợp phối hợp bảo vệ tầng  Nhận xét: Điện áp thông qua tải tiêu thụ trường hợp sử dụng mô hình phối hợp bảo vệ áp tầng TSG1-MOV2 thấp điện áp thông qua trường hợp sử dụng mô hình phối hợp bảo vệ áp tầng MOV1-MOV2 mô hình SG1-MOV1 thay đổi dòng xung sét Do đó, mô hình TSG1- MOV2 bảo vệ hiệu hai mô hình lại bảo vệ chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp cho 120 tòa nhà nằm khu vực nội thành Điện áp thông qua đầu cực thiết bị cần bảo vệ trường hợp phối hợp bảo vệ áp tầng TSG1-MOV2 555V, tăng 241% so với giá trị định mức khoảng thời gian 20µs Tra vào đặt tuyến bảo vệ Hình 5.21, thấy thiết bị cần bảo vệ nằm phạm vi bảo vệ, thiết bị điện tử nhạy cảm bảo vệ an toàn Tuy nhiên tải có tính chất quan trọng việc phối hợp bảo vệ áp không dừng lại phối hợp bảo vệ tầng mà phải phối hợp bảo vệ tầng 5.3.5 Phối hợp bảo vệ áp tầng Mô hình thử nghiệm tòa nhà nằm khu vực nội thành.TBBV đặt ba vị trí tương ứng với hợp bảo vệ ba tầng Khi xét đến mật độ sét khu vực cần bảo vệ, việc lựa chọn biên độ xung sét cực đại tham khảo Bảng 5.5 TBBV tầng (cat C) đặt tủ phân phối ngõ vào tòa nhà, sử dụng thiết bị TSG Thiết bị bảo vệ tầng (Cat B) đặt tủ phân phối phụ cách vị trí phân phối 10m, sử dụng thiết bị MOV – 8kA Thiết bị bảo vệ tầng (Cat A) đặt tủ điều khiển tải tiêu thụ cách vị trí tủ phân phối phụ 10m, sử dụng thiết bị MOV 6.5kA Vị trí điều khiển đặt thiết bị bảo vệ tầng cách tải tiêu thụ 10m Dây dẫn tòa nhà có tiết diện 2.5mm2, r0 = 7.41Ω/km, x0 = 0.08 Ω/km Thông số tải: Uđm = 230V, cosφ = 0.8, IL = 2A, p = 369W, Q = 276VAR Hình 5.13 Mô hình thử nghiệm phối hợp bảo vệ tầng (TSG1-MOV2-MOV3) 121  Khai báo thông số cho phần tử mô Hình 5.14, Hình 5.15 Hình 5.16 Hình 5.14 Các thông số TSG1 Hình 5.15 Các thông số MOV2 Hình 5.16 Các thông số MOV3  Thực mô với nguồn xung dòng tiêu chuẩn 20kA 8/20µs 3kA 8/20µs, thu kết điện áp thông qua tải tiêu thụ Hình 5.17 Hình 5.18 Hình 5.17 Điện áp thông qua tải trường hợp phối hợp bảo vệ tầng TSG1-MOV2- 122 MOV3, xung dòng 20kA 8/20µs Hình 5.18 Điện áp thông qua tải trường hợp phối hợp bảo vệ tầng TSG1-MOV2MOV3, xung dòng 3kA 8/20µs 5.3.6 So sánh hiệu bảo vệ trường hợp phối hợp bảo vệ hai tầng ba tầng Hình 5.19 Mô hình phối hợp bảo vệ hai tầng ba tầng 123 Hình 5.20 Điện áp thông qua tải trường hợp phối hợp bảo vệ tầng MOV1-MOV2 phối hợp bảo vệ tầng MOV1-MOV2-MOV3, xung dong 8/20us 20 KA Hình 5.21 Điện áp thông qua tải trường hợp phối hợp bảo vệ tầng MOV1-MOV2 phối hợp bảo vệ tầng MOV1-MOV2-MOV3, xung dong 8/20us KA Từ kết mô thu bảng so sánh giá trị điện áp thông qua hai trường hợp phối hợp bảo vệ tầng MOV1-MOV2 phối hợp bảo vệ tầng MOV1-MOV2-MOV3 Bảng 5.6 Stt Dạng sóng xung sét tiêu chuẩn Điện áp thông qua (V) MOV1- MOV1-MOV2- MOV2 MOV3 Sai lệch 20kA 8/20 µs 934 824 13% 3kA 8/20 µs 785 745 5% Ghi Chú Bảng 5.6 Bảng so sánh điện áp thông qua trường TSG1-MOV TSG1-MOV2-MOV3  Nhận xét: Điện áp đầu cực thiết bị cần bảo vệ trường hợp phối hợp bảo vệ áp 124 tầng TSG1-MOV2-MOV3 506V, tăng 220% so với giá trị định mức khoảng thời gian 20µs Tra vào đặc tuyến bảo vệ Hình 5.21, thấy thiết bị cần bảo vệ nằm phạm vi bảo vệ, thiết bị điện tử nhạy cảm bảo vệ an toàn Trường hợp bảo vệ cho thiết bị quan trọng Kết luận: Ảnh hưởng phối hợp bảo vệ thiết bị chống áp Điện áp thông qua tải tiêu thụ trường hợp sử dụng mô hình phối hợp bảo vệ áp tầng TSG1 – MOV2 thấp điện áp thông qua tải tiêu thụ trường hợp sử dụng mô hình phối hợp bảo vệ áp tầng MOV1 – MOV2 SG1 – MOV2 thay đổi biên độ dòng xung sét từ 3kA lên đến 20kA Do đó, mô hình phối hợp bảo vệ áp tầng (TSG1 – MOV2) bảo vệ hiệu mô hình phối hợp bảo vệ tầng MOV1 – MOV2 SG1 – MOV2 Điện áp thông qua đầu cực thiết bị cần bảo vệ trường hợp phối hợp bảo vệ áp tầng TSG1 – MOV2 555V, điện áp đủ để bảo vệ thiết bị điện tử nhạy cảm Tuy nhiên, tải có tính chất quan trọng việc phối hợp bảo vệ áp không dừng lại phối hợp bảo vệ áp tầng mà cần phải phối hợp bảo vệ tầng Điện áp thông qua tải tiêu thụ trường hợp sử dụng mô hình phối hợp bảo vệ áp tầng TSG1 – MOV2 – MOV3 thấp điện áp thông qua tải tiêu thụ trường hợp sử dụng mô hình phối hợp bảo vệ áp tầng TSG1 –MOV2 thay đổi biên độ xung sét Do đó, mô hình phối hợp bảo vệ tầng bảo vệ tốt so với mô hình phối hợp bảo vệ tầng 125 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN LUẬN VĂN I CHƯƠNG KẾT LUẬN Luận văn sâu vào nghiên cứu mô hình thiết bị chống áp sét đường nguồn hạ áp: Xây dựng mô hình MOV hạ thế, mô môi trường phần mềm Matlab so sánh với MOV hạ có thị trường Qua so sánh kết từ việc mô đáp ứng mô hình MOV hạ xây dựng kết thử nghiệm loại MOV nhà sản xuất khác nhau, nhận thấy mô hình MOV hạ xây dựng mức sai số tốt (sai số điện áp dư < 5%) Bên cạnh đó, thông số cần nhập vào mô hình lại đơn giản, hoàn toàn cung cấp nhà sản xuất Xây phương trình đặc tuyến liên hệ điện áp dư theo điện áp ngưỡng dòng xung sét MOV hạ đơn đa khối thông dụng, tạo điều kiện thuận lợi cho người sử dụng xác định điện áp dư cách nhanh chóng tương đối xác Xây dựng đặc tuyến liên hệ sai số điện áp ngưỡng hệ số dự trữ MOV đa khối, giúp xác định hệ số dự trữ số MOV mắc song song cách nhanh chóng xác Điện áp thông qua tải tiêu thụ trường hợp TBBV sử dụng công nghệ MOV với xung 3KA 8/20us vào khoảng 914V thấp nhiều so với điện áp thông qua tải tiêu thụ trường hợp TBBV sử dụng công nghệ TSG (khoảng 1517V) điện áp thông qua tải tiêu thụ trường hợp TBBV sử dụng công nghệ SG (khoảng 3074V) Điện áp thông qua sử dụng MOV đủ để bảo vệ hệ thống điện cơ, hệ thống lạnh, hệ thống chiếu sáng Tuy nhiên, hệ thống thiết bị điện tử viễn thông, hệ thống máy tính, PLC với điện áp dư làm hư hỏng thiết bị Ảnh hưởng thiết bị lọc sét Điện áp thông qua tải tiêu thụ trường hợp phối hợp bảo vệ đa tầng có sử dụng lọc sét thấp trường hợp bảo vệ tầng có sử dụng lọc sét cho giá trị điện cảm lọc sét thay đổi Điện áp thông qua tải tiêu thụ trường hợp sử dụng mô hình phối hợp 126 bảo vệ áp tầng TSG1-MOV2-MOV3 thấp điện áp thông qua trường hợp sử dụng mô hình phối hợp bảo vệ áp tầng TSG1MOV2 thay đổi biên độ dòng xung sét Do đó, mô hình phối hợp bảo vệ tầng bảo vệ tốt so với mô hình phối hợp bảo vệ tầng Kết nghiên cứu cung cấp công cụ mô hữu ích cho nhà nghiên cứu, giảng viên, sinh viên trường đại học việc nghiên cứu đáp ứng thiết bị chống áp tác động xung sét lan truyền, tài liệu giúp cho học viên hiểu sâu tương tác phần tử hệ thống, đặc biệt hệ thống chống áp sét lan truyền Trong thực luận án, chắn không tránh khỏi thiếu sót, mong đóng góp quí báo thầy cô, anh chị bạn để luận án hoàn thiện II HƯỚNG PHÁT TRIỂN LUẬN VĂN Hướng nghiên cứu phát triển luận văn tương lai tập trung vào lĩnh vực xây dựng mô hình phần tử chống sét lan truyền đường tín hiệu 127 Tài Liệu Tham Khảo [1] Đỗ Quang Đạo – Luận văn Thạc sĩ – Nghiên cứu mô ảnh hưởng áp sét đường nguồn hạ áp – 2006 [2] Lê Quốc Dân – Ban Viễn Thông, Phạm Hồng Mai–TTTTBĐ – Chống sét cho mạng viễn thông Việt Nam – Những điều bất cập [3] Nguyễn Cao Cường – Luận văn Thạc sĩ – Nghiên cứu lập mô hình mô hệ thống bảo vệ điện áp đường nguồn hạ áp – 2005 [4] Mai Thanh Sơn – Luận văn Thạc sĩ – So sánh hiệu bảo vệ điện áp tầng & tầng đường nguồn hạ áp – 2008 [5] Nguyễn Hoàng Minh Vũ – Luận văn Thạc sĩ – Lập mô hình mô phần tử phi tuyến thiết bị chống sét đại đường cấp nguồn hạ áp đường tín hiệu – 2003 [6] TS Quyền Huy Ánh – Bảo vệ chống sét lan truyền đường cấp nguồn tín hiệu – Tạp Chí Khoa Học Công Nghệ [7] TS Quyền Huy Ánh – Chỉ tiêu đánh giá thiết bị chống xung áp – Tập san Sư Phạm Kỹ Thuật số 11 [8] TS Quyền Huy Ánh – Khe phóng điện tự kích – TSG (Trigger Spark Gap) – Tập san Sư Phạm Kỹ Thuật số 13 [9] TS Quyền Huy Ánh – Phân tích công nghệ MOV SAD bảo vệ chống sét lan truyền – Tạp Chí Bưu Viễn Thông [10] TS Quyền Huy Ánh – Thiết bị chống sét lan truyền đường cấp nguồn – Tạp Chí Bưu Viễn Thông [11] TS Quyền Huy Ánh – Thiết bị chống sét lan truyền đường cấp nguồn theo công nghệ TDS – Tạp Chí Bưu Viễn Thông [12] TCN 68 – 135: 1995 Chống sét bảo vệ công trình viễn thông [13] TCN68–140:1995 Chống áp, dòng để bảo vệ đường dây thiết bị thông tin [14] TCN68–174:1998 Quy phạm chống sét tiếp đất cho công trình Viễn Thông TS Nguyễn Văn Dũng, TS Bùi Thanh Giang, KS Nguyễn Thị Tâm, [15] KS Nguyễn Minh Tuấn, KS Vũ Hồng Sơn, KS Đinh Hải Đăng – Sét chống sét bảo vệ công trình Viễn thong – Nhà xuất Bưu điện – 2001 Marvin W.Smith, Michael D McCormick “Trainsient Voltage Suppression manual”, Third Edition – General Electric Company –1982, USA [17] Motorola Trainsient Voltage Suppressors /Zener device Data [16] AVX A Kyocera Group Company Siemens Matsushita Components– Metal OxideVaristor–Data Book-1997 ”Zinc oxide varistor “ [18] [19] IEEE W.G 3.4.11 Modeling of metal oxide surge arrester – IEEE 1992 P Pinceti , M Giannettoni “A simplified model for zinc oxid surge arrester” , IEEE-1999 [20] 128 How to select the best value surge & transeint protection for your mains equiment, Warwich Beech- Erico Lighting Technologies Ltd [21] [22] Surge Protection Products– Erico Lighting Technologies Ltd [23] Transeint voltage suppressor diodes –Semitron Company Littelfuse Varistors - Basic properties terminology and theory – AN9767.1-1999 [24] GLT overview of surge arrester co-ordination for lighting protection of low voltage power circuit –Global Lighting Technologies Ltd [25] Phisical properties of zinc oxide varistors, ABB Power Technology Products [26] Roy B.Carpenter, Dr Yinggang Tu “The secondary effects of lighting activity”,Lighting Eliminators and Consultants, USA [27] Marcus O Durham, Karen D Durham, Robert A Durham “Transeint voltage surge suppression design and correlation”, Member IEEE [28] [29] Manfrad Holzer, Willi Zapsky “Simulation varistor with Pspice” Technical Note –TNCR 001,002, …, 0015 - Erico Lighting Technologies Ltd [30] AS 1768-1991 NZS/AS 1768-1991 Lightning Protection – Australian Standard – New Zealand Standard [31] ANSI/IEEE C62.41 –1991 Recommended Practice on Surge Voltages in Low-Voltage Ac Power Circuits [33] CEI/IEC 61643:1998-02 Norme Internationale - International Standard surge protective devices connected to low-voltage power distribution systems – Part 1: Performance requirements and testing method [34] Jinliang He, Senior Member, IEEE, Shuiming Chen, Senior Member, IEEE, Rong Zeng, Member, IEEE, Xidong Liang, Zhicheng Gaun, Se-Won Han and Han-Goo Cho “Electrical paramater statistic analysis anh paralell coordination of Zno varistors in low-voltage protection devices” IEEE Transactions on Power Delivery Vol 20, No 1; January 2005 [35] Alan Chiste, C.E.T, Product Manager and James Funke, P.E Chief Engineer Eaton’s Culter-Hammer Calgary, AB, Canada “Electronic systems protection via advanced surge protective devices” [36] Yuanfang Wen, Xianglian Yan, Xiaoyu Yi, and Chengke Zhou “Investigation into the equivalent circuit of MOV and the determination of its parameters” IEEE Transactions On Power Delivery, Vol 19, No.3; July 2004 [37] Francois D Martzloff and Thomas F Leedy National Institute of Standards and Technology “Selecting varistor clamping voltage: lower is not better!” Reprinted with permission from proceeding, 1989 Zurich Symposium [38] Metal Oxide Varistors protective levels, current and energy ratings of parallel varistors [39] Một số trang web: www.abb.com; www.avx.com; www.littelfuse.com; [32] www.PScad.com; ... giải pháp chống sét lan truyền mạng hạ áp Phương pháp luận phương pháp nghiên cứu - 4.1 Phương pháp luận - Đề tài đạt kết mang tính thực tiễn nhằm giúp bảo vệ chống sét lan truyền mạng hạ áp -... bị chống áp sét lan truyền đường nguồn hạ áp Sử dụng phần mềm Matlab xây dựng mô hình hóa mô Đánh giá giải pháp chống sét lan truyền mạng hạ áp Điểm luận văn - Mô hình mô thiết bị chống sét lan. .. pháp chống sét lan truyền mạng hạ áp 6 Nội dung nghiên cứu - Tìm hiểu tiêu chuẩn chống sét nước Nghiên cứu cấu tạo, tính năng, phối hợp bảo vệ thiết bị chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp