Nghiên cứu và lập mô hình mô phỏng thiết bị chống sét lan truyền trên đường cấp nguồn hạ áp và đường tín hiệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN NGỌC ÂU NGHIÊN CỨU VÀ LẬP MÔ HÌNH MÔ PHỎNG THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG CẤP NGUỒN HẠ ÁP VÀ ĐƯỜNG TÍN HIỆU CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN Mà SỐ NGÀNH: LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp.HCM, tháng 12 năm 2002 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc -o0o - TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA - NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN CAO HỌC Họ tên: NGUYỄN NGỌC ÂU Ngày sinh: 20-12-1970 Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Khóa: 2000 Giới tính: Nam Nơi sinh: Tiền Giang I-TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ LẬP MÔ HÌNH MÔ PHỎNG THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG CẤP NGUỒN HẠ ÁP VÀ ĐƯỜNG TÍN HIỆU II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: ƒ Nghiên cứu cấu tạo tính thiết bị chống lan truyền đường nguồn hạ áp đường tín hiệu ƒ Lập mô hình mô thiết bị chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp đường tín hiệu ƒ Lập mô hình thiết bị phát xung sét tiêu chuẩn ƒ Mô đánh giá hiệu bảo vệ thiết bị III-NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 20-05-2002 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20-12-2002 V- HỌ VÀ TÊN CÁC BỘ HƯỚNG DẪN: TS QUYỀN HUY ÁNH VI- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1: TS NGUYỄN HỮU PHÚC VII- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ PHẢN BIỆN 2:TS NGUYỄN CHU HÙNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CÁN BỘ PHẢN BIỆN CÁN BỘ PHẢN BIỆN TS QUYỀN HUY ÁNH TS NGUYỄN HỮU PHÚC TS.NGUYỄN CHU HÙNG Nội dung Đề cương Luận văn thông qua Hội Đồng Chuyên Ngành Tp.HCM, ngày tháng 12 năm 2002 PHÒNH QLKH-SAU ĐẠI HỌC CHỦ NHIỆM NGÀNH TS NGUYỄN HỮU PHÚC CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS QUYỀN HUY ÁNH CÁN BỘ PHẢN BIỆN I: TS NGUYỄN HỮ U PHÚC CÁN BỘ PHẢN BIỆN II: TS NGUYỄN CHU HÙNG LUẬN VĂN CAO HỌC ĐƯC BẢO VỆ TẠI HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN ÁN CAO HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM , 21/01/2003 CÓ THỂ TÌM HIỂU LUẬN ÁN TẠI: -THƯ VIỆN CAO HỌC TRƯỜNG ĐẠI BÁCH KHOA TP.HCM LỜI CẢM TẠ Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc Ts Quyền Huy Ánh, người Thầy tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu vô q giá dìu dắt em trình thực luận văn Xin vô biết ơn Ba Mẹ gia đình vất vả nuôi khôn lớn, tạo điều kiện để học tập ngày hôm Xin chân thành cảm ơn tất Thầy Cô giảng dạy, truyền đạt tri thức giúp em trưởng thành nghề nghiệp tự tin sống Xin chân thành cảm ơn tất Thầy cô Phòng Quản Lý Đào Tạo Sau Đại Trường Đại Học Bách Khoa Tp.Hcm tạo điều kiện thuận lợi suốt khóa học Xin chân thành cảm ơn Ban Chủ Nhiệm, Thầy cô, anh em, bạn bè đồng nghiệp Khoa Điện-Điện Tử, ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Thủ Đức Tp.HCM giúp đỡ động viên, tạo điều kiện suốt trình học tập giúp em hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn anh chị học viên cao học ngành hệ thống điện kỹ thuật điện khoá 11 đóng góp ý kiến trình thực luận văn Nguyễn Ngọc Âu TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG -Họ tên: NGUYỄN NGỌC ÂU Gíới tính: Nam Ngày sinh: 20-12-1970 Nơi sinh: Tiền Giang Đại liên lạc: Cơ quan: Bộ Môn Điện Khí Hoá Và Cung Cấp Điện Khoa Điện - Điện Tử Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Số 03 Võ Văn Ngân- Thủ Đức Tp.HCM Tel: (08)8960985; Fax: Nhà riêng: 190/9 Xô Viết Nghệ Tónh , P.26, Quận Bình Thạnh, Tp.HCM Mobile tel: 0913855335 QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 1992-1998: Học Đại Học Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh 2000-2002: Học Cao Học Đại Học Bách Khoa Tp.HCM, Ngành Kỹ Thuật Điện QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC -10/1998 – 07/2001: Giảng Viên Bộ Môn Cơ Điện, Khoa Cơ Giới , Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh -07/2001-nay: Giảng Viên Bộ Môn Điện Khí Hoá &ø Cung Cấp Điện, Khoa Điện-Điện Tử, Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh MỤC LỤC CHƯƠNG MỞ ĐẦU I Đặt vấn đ …………………………………………………………………………………………………………………………………… II Nhiệm vụ luận án……………………………………………………………………………………………………………… III Phạm vi nghiên cứu ……………………………………………………………………………………………………………… IV Các bước tiến hành ………………………………………………………………………………………………………………… V Điểm luận án …………………………………………………………………………………………………………… VI Giá trị thực tiễn đề tài…………………………………………………………………………………………………… CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ SÉT I Sự hình thành sét ……………………………………………………………………………………………………………………… II Các hiệu ứng thứ cấp sét gây ra……………………………………………………………………………………… III Các thông số sét lan truyền ……………………………………………………………………………………… IV Thiệt hại sét lan truyền ………………………………………………………………………………………………… 10 CHƯƠNG II CẤU TẠO THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG CẤP NGUỒN HẠ ÁP VÀ ĐƯỜNG TÍN HIỆU I Điện trở phi tuyến (mov-metal oxide varistor) ……………………………………………………………… 12 Cấu tạo …………………………………………………………………………………………………………………………………… 12 Tính hoạt động biến trở ZnO ……………………………………………………………………… 14 Đặc tính V-I ………………………………………………………………………………………………………………………… 18 Sơ đồ tương đương ……………………………………………………………………………………………………………… 19 Thời gian đáp ứng ……………………………………………………………………………………………………………… 22 Năng lượng cho phép ……………………………………………………………………………………………………… 23 II Diode zener ………………………………………………………………………………………………………………………………… 25 Chất bán dẫn chế dẫn điện ………………………………………………………………………………… 25 Đặc tính diode zener ………………………………………………………………………………………………… 30 Trở kháng ……………………………………………………………………………………………………………………………… 32 Hệ số nhiệt độ ……………………………………………………………………………………………………………………… 34 Công suất suy hao ……………………………………………………………………………………………………………… 34 Điện dung diode zener …………………………………………………………………………………………… 35 Đặc tính kẹp điện áp diode zener………………………………………………………………………… 37 III MẠCH LỌC LC ……………………………………………………………………………………………………………………… 38 IV THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG CẤP NGUỒN ……… 39 IV.1 Yêu cầu chung………………………………………………………………………………………………………………… 39 IV.2 Thiết bị cắt sét ……………………………………………………………………………………………………………… 39 Cấu tạo……………………………………………………………………………………………………………………………… 39 Các thông số kỹ thuật bản…………………………………………………………………………………… 40 Điều kiện lựa chọn thiết bị cắt sét………………………………………………………………………… 41 IV.2 Thiết bị lọc sét ……………………………………………………………………………………………………………… 41 Cấu tạo……………………………………………………………………………………………………………………………… 41 Các thông số kỹ thuật bản…………………………………………………………………………………… 42 Điều kiện lựa chọn thiết bị lọc sét………………………………………………………………………… 42 IV THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG TÍN HIỆU ……………… 42 Cấu tạo……………………………………………………………………………………………………………………………… 42 Các thông số kỹ thuật bản…………………………………………………………………………………… 43 Điều kiện lựa chọn thiết bị cắt sét………………………………………………………………………… 43 CHƯƠNG III PHƯƠNG PHÁP ĐO THỬ CÁC THAM SỐ ĐIỆN ĐỐI VỚI THIẾT BỊ BẢO VỆ XUNG ĐỘT BIẾN (SPD) BẰNG BÁN DẪN I Xung sét qui định theo tiêu chuẩn …………………………………………………………………………………… 44 I.1 Định nghóa thử nghiệm điện áp xung sét ……………………………………… 44 I.2 Định nghóa thử nghiệm dòng điện xung sét ………………………………… 44 I.3 Dạng sóng xung tắt dần ………………………………………………………………………………………………… 45 II Tiêu chuẩn áp dụng ………………………………………………………………………………………………………………… 46 III Mô hình máy phát xung sét ………………………………………………………………………………………………… 47 IV Phương pháp đo điện áp dư cho thiết bị bảo vệ xung đột biến …………………………… 51 IV.1 Qui trình thử nghiệm xác định điện áp bảo vệ…………………………………………………… 51 IV.2 Phương pháp đo điện áp dư cho thiết bị bảo vệ xung đột biến …………………… 52 CHƯƠNG IV MÔ HÌNH MÔ PHỎNG THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP VÀ ĐƯỜNG TÍN HIỆU I Mục đích mô …………………………………………………………………………………………………………………… 53 II Giới thiệu phần mềm mô ORCAD PSPICE A/D……………………………………………… 53 III Mô hình phần tử thiết bị chống sét lan truyền……………………………………………… 54 III.1 Mô hình tụ điện ………………………………………………………………………………………………………… 54 III.2 Mô hình cuộn dây ……………………………………………………………………………………………………… 55 III.3 Mô hình điện trở ………………………………………………………………………………………………………… 57 III.4 Mô hình diode …………………………………………………………………………………………………………… 59 III.5 Mô hình MOV …………………………………………………………………………………………………………… 60 IV Mô thiết bị cắt sét……………………………………………………………………………………………………… 61 VI.1 Mục đích mô phỏng……………………………………………………………………………………………………… 61 VI.2 Cách thức tiến hành …………………………………………………………………………………………………… 61 VI.3 Mô thiết bị cắt sét đơn chế độ…………………………………………………………………… 61 3.1 Mô tả thiết bị …………………………………………………………………………………………………………… 61 3.2 Kết mô ………………………………………………………………………………………………… 62 3.3 Nhận xét …………………………………………………………………………………………………………………… 63 VI.4 Mô thiết bị cắt sét đa chế độ …………………………………………………………………… 63 3.1 Mô tả thiết bị …………………………………………………………………………………………………………… 63 3.2 Kết mô ………………………………………………………………………………………………… 64 3.3 Nhận xét …………………………………………………………………………………………………………………… 64 V Mô thiết bị lọc sét ……………………………………………………………………………………………………… 73 V.1 Mục đích mô ……………………………………………………………………………………………………… 73 VI.2 Cách thức tiến hành …………………………………………………………………………………………………… 73 VI.3 Mô thiết bị lọc sét …………………………………………………………………………………………… 73 3.1 Mô tả thiết bị …………………………………………………………………………………………………………… 73 3.2 Kết mô ………………………………………………………………………………………………… 74 3.3 Nhận xét …………………………………………………………………………………………………………………… 74 VI Mô hành vi MOV đơn khối MOV đa khối ……………………………………… 77 VI.1 Đặt vấn đề …………………………………………………………………………………………………………………… 77 VI.2 Mô thiết bị cắt sét theo công nghệ đơn khối đa khối ………………… 77 2.1 Mục đích mô phỏng………………………………………………………………………………………………… 77 2.2 Mô tả mô hình thiết bị thử …………………………………………………………………………………… 77 2.3 Cách thức tiến hành ……………………………………………………………………………………………… 78 2.4 Kết mô phỏng…………………………………………………………………………………………………… 74 2.5 Nhận xét……………………………………………………………………………………………………………………… 80 VII Mô thiết bị cắt sét đường tín hiệu……………………………………………………………… 86 VII.1 Mục đích mô …………………………………………………………………………………………………… 86 VII.2 Cách thức tiến hành…………………………………………………………………………………………………… 86 VII.3 Mô thiết bị cắt sét đường tín hiệu…………………………………………………… 86 3.1 Mô tả thiết bị …………………………………………………………………………………………………………… 77 3.2 Nhận xét …………………………………………………………………………………………………………………… 77 3.2.1 Thiết bị chống sét cho đường dây thuê bao ………………………………… 87 3.2.2 Thiết bị chống sét cho đường dây truyền số liệu………………………… 87 CHƯƠNG KẾT LUẬN Kết luận …………………………………………………………………………………………………………………………………………… 94 Hướng phát triển tương lai………………………………………………………………………………………………………… 95 PHỤ LỤC VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO CHƯƠNG MỞ ĐẦU I ĐẶT VẤN ĐỀ II NHIỆM VỤ CỦA LUẬN ÁN III PHẠM VI NGHIÊN CỨU IV CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH V ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN ÁN VI GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI VII NỘI DUNG LUẬN ÁN I Đặt vấn đề 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 Hiện chống sét trực tiếp quan tâm tương giải pháp từ cổ điển đến đại 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, nên việc đề giải pháp chống sét lan truyền đường nguồn, đường tín hiệu lựa chọn thiết bị bảo vệ phù hợp đóng vai trò quan trọng Tuy nhiên, việc chống sét lan truyền chưa quan tâm cách đầy đủ, hiểu biết cấu tạo, tính thiết bị chống sét lan truyền theo công nghệ khác hạn chế nên thiệt hại sét lan truyền gây lớn lãnh vực trọng điểm đất nước như: Bưu Chính Viễn Thông, Phát Thanh Truyền Hình, Ngân Hàng, Hàng Không, Xăng Dầu,… Một phương pháp giúp cho nhà nghiên cứu, nhà ứng dụng nâng cao hiểu biết cấu tạo, tính hành vi thiết bị chống sét lan truyền tác động xung sét định trước sử dụng phương pháp mô hình hoá mô Ngày nay, mô hình hoá mô xâm nhập tất lónh vực hàng đầu khoa học, kỹ thuật công nghệ Ngành khoa học giúp cho người hiểu biết thêm tương tác yếu tố cấu thành hệ thống toàn hệ thống Mức độ hiểu biết nhận từ ngành khoa lớn tới mức đạt thông qua ngành khoa học khác, đặc biệt đối tượng nghiên cứu phức tạp với nhiều biến thành phần tương tác nhau, quan hệ biến số phi tuyến, mô hình chứa nhiều biến ngẫu nhiên khó khảo sát…mà thiết bị chống sét lan truyền đường nguồn đường tín hiệu ví dụ Hiện nay, có nhiều nhà nghiên cứu số nhà sản xuất thiết bị chống sét lan truyền đường nguồn sâu nghiên cứu đề mô hình thiết bị chống lan truyền với mức độ chi tiết quan điểm xây dựng mô hình khác Một số phần mềm mô hổ trợ xây dựng mô hình thiết bị chống sét 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 phần tử chống sét lan truyền nhiều tranh cãi tiếp tục nghiên cứu phát triển Một điều đáng quan tâm 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 (đặc biệt thiết bị điện tử vốn nhạy cảm với xung sét) Các thiệt hại lãnh vực lớn nhiều lúc đánh giá cụ thể Trên giới nhiều nhà sản xuất thiết bị chống sét vào lãnh vực chế tạo thiết bị chuyên dụng chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp đường tín hiệu Công nghệ chống sét lãnh vực tiến triển nhanh chóng (trong vòng đến năm lại xuất công nghệ mới) điều gây khó khăn cho nhà sử dụng thiết bị chống sét Việt Nam trước thông tin cấu tạo, tính thiết bị nhà sản xuất đưa để đánh giá hiệu bảo vệ thiết bị cách đắn lựa chọn thiết bị bảo vệ hợp lý Đáng tiếc việc mô hình hoá mô thiết bị chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp đường tín hiệu Việt Nam bỏ ngõ với hổ trợ nhà sản xuất, phần mềm mô tài liệu tham khảo ỏi hạn chế Một 800V (1) 400V (2) 0V 0s 0.5ms 1.0ms 1.5ms Hình 7.2c Dạng sóng thử với xung dòng 3KA –8/20μs (1) Dạng sóng đo tầng 1: L1-E; L2-E Umax= 695V (2) Dạng sóng đo taàng :L1-E; L2-E Umax= 41,356V 41.5V 41.0V 40.5V 40.0V 0s 10us 20us 30us Hình 7.2d Dạng sóng thử xung với dòng 3KA –8/20μs Dạng sóng đo tầng :E1-E; E2-E Umax= 41,356V 40us CHƯƠNG V CHƯƠNG KẾT LUẬN Ngày nay, mô hình hoá mô xâm nhập tất lónh vực hàng đầu khoa học, kỹ thuật công nghệ Đặc biệt đối tượng nghiên cứu phức tạp với nhiều biến thành phần tương tác nhau, quan hệ biến số phi tuyến, mô hình chứa nhiều biến ngẫu nhiên khó khảo sát…mà thiết bị chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp đường tín hiệu ví dụ Do thiết bị phục vụ trực tiếp cho thiết bị phát thanh, truyền hình, công nghệ thông tin, công nghệ điều khiển mà lónh vực có bước phát triển nhanh, nên việc chế tạo thiết bị chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp đường tín hiệu có cải tiến phù hợp Ở Việt Nam, việc nghiên cứu cấu tạo nguyên lý hoạt động thiết bị chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp đường tín hiệu chưa có quan hay đơn vị nghiên cứu cách chi tiết có đánh giá cụ thể Vì vậy, việc nghiên cứu lập mô hình mô thiết bị chống sét lan truyền đường cấp nguồn hạ áp đường tín hiệu cần thiết Đề tài sâu nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động thiết bị chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp đường tín hiệu, xây dựng mô hình mô thiết bị chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp đường tín hiệu đặc biệt phần tử MOV, mô hình máy phát xung dòng, nghiên cứu tiêu chuẩn áp dụng phần mềm mô phỏng, làm tiền đề cho việc nghiên cứu chế tạo thiết bị chống sét lan truyền đường cấp nguồn hạ áp đường tín hiệu Việt Nam ♦ Kết luận Một số kết luận đề tài sau: Cấu tạo đặc tính phần tử thiết bị chống sét đường nguồn đường tín hiệu MOV SAD, nghiên cứu đầy đủ tương đối sâu Các kiến thức phục vụ tốt cho nhu cầu tìm hiểu, nghiên cứu nhà sản xuất, trường viện có hướng chế tạo sản phẩm thiết bị chống sét mang nhãn hiệu Việt Nam Mô hình thiết bị phát xung sét tiêu chuẩn xây dựng ích lợi cho việc đánh giá kiể tra tiêu kỹ thuật chủ yếu thiết bị chống sét lan truyền Ngoài chúng coi dạng nguồn đặc biệt sử dụng nhiều lãnh vực nghiên cứu khác Mô hình MOV xây dựng thử nghiệm nghiên cứu dựa thông số MOV hãng Seimens sản xuất Tuy nhiên, mô hình sửa đổi cập nhật thông số để sử dụng cho MOV hãng khác sản xuất Mô hình MOV nhập vào thư viện phần tử phần mềm ORCAD Release 9.1 phục vụ cho nghiên cứu khác thiết kế triệt xung hệ thống điện xe ôtô, động điện … Thực thi mô hình mô thiết bị chống sét lan truyền, cho kết điện áp dư phù hợp với qui định tiêu chuẩn hành thông số điện áp dư cho catalog thiết bị công ty Erico Điều thể tính xác mô hình, mô hình phục vụ cho việc đánh giá chất lượng thiết bị chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp đường tín hiệu Việc mô giúp hiểu rỏ hiệu bảo vệ thiết bị chống sét theo công nghệ đơn khối công nghệ đa khối, đặc biệt hệ số dự trữ thiết bị chống sét theo công nghệ đa khối với sai số điện áp ngưỡng mà cảm nhận thông thường có kết luận xác Thông số điện áp dư mô thiết bị chống sét đường tín hiệu phù với điện áp dư qui định theo tiêu chuẩn, độ vọt lố điện áp dư sau qua phần tử SAD nhỏ cho thấy mô hình triệt xung tốt, ổn định với xung sét thử, sử dụng mô hình phục vụ cho việc đánh giá tiêu kỹ thuật làm sở để nghiên cứu chế tạo thiết bị chống sét đường tín hiệu ♦ Hướng phát triển tương lai Mô công việc đầy khó khăn lặp lặp lại nhiều lần đòi hỏi thời gian kinh nghiệm Trong khoảng thời gian ngắn, người thực phải thực khối lượng công việc lớn từ nghiên cứu cấu tạo thiết bị, nghiên cứu tiêu chuẩn áp dụng, chọn lựa nghiên cứu phần mềm mô phỏng, xây dựng mô hình tiến hành mô phỏng… điều kiện tài liệu tham khảo tìm kiếm khó khăn không khỏi có thiếu sót Đề tài tiếp tục phát triển nghiên cứu theo hướng sau: Nghiên cứu lập mô hình phần tử khe hở phóng điện ống phóng khí thiết bị chống sét lan truyền đường nguồn đường tín hiệu Nghiên cứu lập mô hình phần tử phi tuyến : cuộn lọc lõi ferrite, điện trở nhiệt,… thiết bị chống sét lan truyền đường nguồn đường tín hiệu MỤC LỤC CHƯƠNG MỞ ĐẦU I Đặt vấn đ …………………………………………………………………………………………………………………………………… II Nhiệm vụ luận án……………………………………………………………………………………………………………… III Phạm vi nghiên cứu ……………………………………………………………………………………………………………… IV Các bước tiến hành ………………………………………………………………………………………………………………… V Điểm luận án …………………………………………………………………………………………………………… VI Giá trị thực tiễn đề tài…………………………………………………………………………………………………… CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ SÉT I Sự hình thành sét ……………………………………………………………………………………………………………………… II Các hiệu ứng thứ cấp sét gây ra……………………………………………………………………………………… III Các thông số sét lan truyền ……………………………………………………………………………………… IV Thiệt hại sét lan truyền ………………………………………………………………………………………………… 10 CHƯƠNG II CẤU TẠO THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG CẤP NGUỒN HẠ ÁP VÀ ĐƯỜNG TÍN HIỆU I Điện trở phi tuyến (mov-metal oxide varistor) ……………………………………………………………… 12 Cấu tạo …………………………………………………………………………………………………………………………………… 12 Tính hoạt động biến trở ZnO ……………………………………………………………………… 14 Đặc tính V-I ………………………………………………………………………………………………………………………… 18 Sơ đồ tương đương ……………………………………………………………………………………………………………… 19 Thời gian đáp ứng ……………………………………………………………………………………………………………… 22 Năng lượng cho phép ……………………………………………………………………………………………………… 23 II Diode zener ………………………………………………………………………………………………………………………………… 25 Chất bán dẫn chế dẫn điện ………………………………………………………………………………… 25 Đặc tính diode zener ………………………………………………………………………………………………… 30 Trở kháng ……………………………………………………………………………………………………………………………… 32 Hệ số nhiệt độ ……………………………………………………………………………………………………………………… 34 Công suất suy hao ……………………………………………………………………………………………………………… 34 Điện dung diode zener …………………………………………………………………………………………… 35 Đặc tính kẹp điện áp diode zener………………………………………………………………………… 37 III MẠCH LỌC LC ……………………………………………………………………………………………………………………… 38 IV THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG CẤP NGUỒN ……… 39 IV.1 Yêu cầu chung………………………………………………………………………………………………………………… 39 IV.2 Thiết bị cắt sét ……………………………………………………………………………………………………………… 39 Cấu tạo……………………………………………………………………………………………………………………………… 39 Các thông số kỹ thuật bản…………………………………………………………………………………… 40 Điều kiện lựa chọn thiết bị cắt sét………………………………………………………………………… 41 IV.2 Thiết bị lọc sét ……………………………………………………………………………………………………………… 41 Cấu tạo……………………………………………………………………………………………………………………………… 41 Các thông số kỹ thuật bản…………………………………………………………………………………… 42 Điều kiện lựa chọn thiết bị lọc sét………………………………………………………………………… 42 IV THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG TÍN HIỆU ……………… 42 Cấu tạo……………………………………………………………………………………………………………………………… 42 Các thông số kỹ thuật bản…………………………………………………………………………………… 43 Điều kiện lựa chọn thiết bị cắt sét………………………………………………………………………… 43 CHƯƠNG III PHƯƠNG PHÁP ĐO THỬ CÁC THAM SỐ ĐIỆN ĐỐI VỚI THIẾT BỊ BẢO VỆ XUNG ĐỘT BIẾN (SPD) BẰNG BÁN DẪN I Xung sét qui định theo tiêu chuẩn …………………………………………………………………………………… 44 I.1 Định nghóa thử nghiệm điện áp xung sét ……………………………………… 44 I.2 Định nghóa thử nghiệm dòng điện xung sét ………………………………… 44 I.3 Dạng sóng xung tắt dần ………………………………………………………………………………………………… 45 II Tiêu chuẩn áp dụng ………………………………………………………………………………………………………………… 46 III Mô hình máy phát xung sét ………………………………………………………………………………………………… 47 IV Phương pháp đo điện áp dư cho thiết bị bảo vệ xung đột biến …………………………… 51 IV.1 Qui trình thử nghiệm xác định điện áp bảo vệ…………………………………………………… 51 IV.2 Phương pháp đo điện áp dư cho thiết bị bảo vệ xung đột biến …………………… 52 CHƯƠNG IV MÔ HÌNH MÔ PHỎNG THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP VÀ ĐƯỜNG TÍN HIỆU I Mục đích mô …………………………………………………………………………………………………………………… 53 II Giới thiệu phần mềm mô ORCAD PSPICE A/D……………………………………………… 53 III Mô hình phần tử thiết bị chống sét lan truyền……………………………………………… 54 III.1 Mô hình tụ điện ………………………………………………………………………………………………………… 54 III.2 Mô hình cuộn dây ……………………………………………………………………………………………………… 55 III.3 Mô hình điện trở ………………………………………………………………………………………………………… 57 III.4 Mô hình diode …………………………………………………………………………………………………………… 59 III.5 Mô hình MOV …………………………………………………………………………………………………………… 60 IV Mô thiết bị cắt sét……………………………………………………………………………………………………… 61 VI.1 Mục đích mô phỏng……………………………………………………………………………………………………… 61 VI.2 Cách thức tiến hành …………………………………………………………………………………………………… 61 VI.3 Mô thiết bị cắt sét đơn chế độ…………………………………………………………………… 61 3.1 Mô tả thiết bị …………………………………………………………………………………………………………… 61 3.2 Kết mô ………………………………………………………………………………………………… 62 3.3 Nhận xét …………………………………………………………………………………………………………………… 63 VI.4 Mô thiết bị cắt sét đa chế độ …………………………………………………………………… 63 3.1 Mô tả thiết bị …………………………………………………………………………………………………………… 63 3.2 Kết mô ………………………………………………………………………………………………… 64 3.3 Nhận xét …………………………………………………………………………………………………………………… 64 V Mô thiết bị lọc sét ……………………………………………………………………………………………………… 73 V.1 Mục đích mô ……………………………………………………………………………………………………… 73 VI.2 Cách thức tiến hành …………………………………………………………………………………………………… 73 VI.3 Mô thiết bị lọc sét …………………………………………………………………………………………… 73 3.1 Mô tả thiết bị …………………………………………………………………………………………………………… 73 3.2 Kết mô ………………………………………………………………………………………………… 74 3.3 Nhận xét …………………………………………………………………………………………………………………… 74 VI Mô hành vi MOV đơn khối MOV đa khối ……………………………………… 77 VI.1 Đặt vấn đề …………………………………………………………………………………………………………………… 77 VI.2 Mô thiết bị cắt sét theo công nghệ đơn khối đa khối ………………… 77 2.1 Mục đích mô phỏng………………………………………………………………………………………………… 77 2.2 Mô tả mô hình thiết bị thử …………………………………………………………………………………… 77 2.3 Cách thức tiến hành ……………………………………………………………………………………………… 78 2.4 Kết mô phỏng…………………………………………………………………………………………………… 74 2.5 Nhận xét……………………………………………………………………………………………………………………… 80 VII Mô thiết bị cắt sét đường tín hiệu……………………………………………………………… 86 VII.1 Mục đích mô …………………………………………………………………………………………………… 86 VII.2 Cách thức tiến hành…………………………………………………………………………………………………… 86 VII.3 Mô thiết bị cắt sét đường tín hiệu…………………………………………………… 86 3.1 Mô tả thiết bị …………………………………………………………………………………………………………… 77 3.2 Nhận xét …………………………………………………………………………………………………………………… 77 3.2.1 Thiết bị chống sét cho đường dây thuê bao ………………………………… 87 3.2.2 Thiết bị chống sét cho đường dây truyền số liệu………………………… 87 CHƯƠNG KẾT LUẬN Kết luận …………………………………………………………………………………………………………………………………………… 94 Hướng phát triển tương lai………………………………………………………………………………………………………… 95 PHỤ LỤC VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC I ĐẶC TÍNH V-I CÁC PHẦN TỬ MOV Đặc tính V-I phần tử MOV S14K hãng Seimens Đặc tính V-I phần tử MOV S20K hãng Seimens Đặc tính V-I phần tử MOV B40K hãng Seimens PHỤ LỤC II TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CHO MÔ HÌNH MÁY PHÁT XUNG DÒNG 3KA 8/20μs Từ phương trình (3.13) chương III i(t) = I [ e − t t2 −e −p t t2 ] Trong đó: p = t2/t1 I0 = U/RA I0/Imax = q = p p −1 p p −1 C=(t1+t2)/R L = Rt1t2/( t1+t2) A= − 4Q α=R/2L ωch =1/ LC Choïn p = t2/t1=2; Th=20,3 p p −1 p = hay I0/Imax= p −1 Từ phương trình (3.16): 1/(2 q) = exp(-Th/t2) - exp(-pTh /t2) Giải tìm t2 ≈10,7 suy t1 = t2/p=10,7/2=5,35 Suy I0/Imax = q = Chọn R = 0,6Ω suy ra: L = 0,00000214H C= 0,00002675F ωch =1/ LC =132169,5 α=R/2L = 140186,916 Q= ωch/2α = 0,471404521 A= − 4Q = 0,333333 Khi dòng xung cực đại Imax = 3KA I0 = 4x3=12KA Điện áp U tính: U = RxAx I0= 0,6x0,333333x12=2,3999976KV Tiến hành mô hiệu chỉnh chọn thông số cho mô hình máy phát xung dòng sau: Điện áp nạp ban đầu cho tụ 2450V Xung thử R C L 3KA 8/20μs 0.6Ω 25μF 2μH Mô hình máy phát xung dòng dạng sóng xung dòng điện 3KA 8/20μs: IC=2450V U1 2uH 0.6 I 25u 4.0KA 2.0KA 0A 0s 5us 10us 15us 20us 25us 30us Các thông số cho mô hình máy phát xung áp 5KV 10/700μs sau: Điện áp ban đầu nạp cho tụ 5.09KV Xung thử C1 R1 R2 C2 R3 5KV 10/700μs 20μF 50Ω 15Ω 0,2μF 25Ω Trong mô hình máy phát xung áp 5KV 10/700μs, đầu có gắn thêm điện trở 10mêgaôm để ổn địng điện áp mô IC=5.09KV 15 25 V+ 20u 50 0.2u 10MEG V- 5.0KV 2.5KV 0V 0s 100us 200us 300us 400us 500us 600us 700us TÀI LIỆU THAM KHẢO Bảo vệ chóng sét lan truyền đường cấp nguồn tín hiệu - Tạp Chí Khoa Học Công Nghệ – Quyền Huy Ánh Thiết bị chống sét lan truyền đường cấp nguồn – Tạp Chí Bưu Viễn Thông - Quyền Huy Ánh Phân tích công nghệ MOV SAD bảo vệ chống sét lan truyền - Tạp Chí Bưu Viễn Thông - Quyền Huy Ánh Thiết bị chống sét lan truyền đường cấp nguồn theo công nghệ TDS - Tạp Chí Bưu Viễn Thông - Quyền Huy Ánh Chỉ tiêu đánh giá thiết bị chống xung áp - Tập san Sư Phạm Kỹ Thuật số 11Quyền Huy Ánh Khe phóng điện tự kích – TSG (Trigger Spark Gap) -Tập san Sư Phạm Kỹ Thuật số 13- Quyền Huy Ánh Kỹ thuật cao áp- Nguyễn Hoàng Việt Chống sét cho mạng viễn thông Việt nam-những điều bất cập –Lê Quốc Dân-Ban Viễn Thông, Phạm Hồng Mai - TTTTBĐ TCN 68 – 135: 1995 Chống sét bảo vệ công trình viễn thông 10 TCN 68 – 140: 1995 Chống áp, dòng để bảo vệ đường dây thiết bị thông tin 11 TCN 68 – 167: 1997 Thiết bị chống áp, dòng ảnh hưởng sét đường dây tải điện 12 TCN 68-174:1998 Quy phạm chống sét tiếp đất cho công trình viễn thông 13 TCVN 6099-1: 1996 Kỹ thuật thử nghiệm điện áp cao 14 Thuyết minh kỹ thuật & hướng dẫn vận hành máy phát xung dòng (loại GI-10-70) Trung Tâm Thí Nghiệm Điện Công Ty Điện Lực II 15 Trainsient Voltage Suppression maual, Third Edition – General Electric Company – 1982, USA - Marvin W.Smith, Michael D McCormick 16 Physiscal Property of Ceramic _ Zinc Oxide Varistor - D Bonnell – 1995 17 Motorola Trainsient Voltage Suppressors /Zener device Data 18 Zinc oxide varistor – AVX A Kyocera Group Company 19 Siemens Matsushita Components– Metal OxideVaristor–Data Book-1997 20 IEEE W.G 3.4.11 Modeling of metal oxide surge arrester – IEEE 1992 21 Modeling Lighting Performance of Transmission System Using Pspisce – L.A Kraff, IEEE -1991 22 Driving high surge currents into long cable: more begete less - Arshad Mansoor, Francois D Martzloff, IEEE – 1997 23 A simplified model for zinc oxid surge arrester P Pinceti , M Giannettoni, IEEE1999 24 New techniques for designing surge protection devices, P M Wherrett, C J Kossmann and J R Gumley Erico Lightning Technologies Hobart, Australia 25 How to select the best value surge & transeint protection for your mains equiment, Warwich Beech- Erico Lighting Technologies Ltd 26 Surge Protection Products– Erico Lighting Technologies Ltd 27 Transeint voltage suppressor diodes –Semitron Company 28 Littelfuse Varistors - Basic properties terminology and theory –AN9767.1-1999 29 GLT overview of surge arrester co-ordination for lighting protection of low voltage power circuit –Global Lighting Technologies Ltd 30 Phisical properties of zinc oxide varistors, ABB Power Technology Products 31 The secondary effects of lighting activity, Roy B.Carpenter, Dr Yinggang Tu Lighting Eliminators and Consultants, USA 32 Transeint voltage surge suppression design and correlation, Marcus O Durham, Karen D Durham, Robert A Durham –Member IEEE 33 Simulation varistor with Pspice – Manfrad Holzer, Willi Zapsky 34 Technical Note –TNCR 001,002, …, 0015 - Erico Lighting Technologies Ltd 35 AS 1768-1991 NZS/AS 1768-1991 LIGHTNING PROTECTION – Australian Standard – New Zealand Standard 36 ANSI/IEEE C62.41 –1991 Recommended Practice on Surge Voltages in LowVoltage Ac Power Circuits 37 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 38 CCITT - The protection of telecomm lines & equipment against lightning discharges: Chapter 1, 2- 1974 39 ITU-T – Standards K.17, K21 40 PSpcice A/D User’s Guide –CDROM ORCAD Release 9.1 MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT MOV SAD SPD TVSS ITU IEC ANSI IEEE UL Metal Oxide Varistor Silicon Avalanche Diode Surge Protection Device Transient Voltage Surge Suppressor International Telecommunication Union International Electrotechnical Commission American National Standards Institute Institute of Electrical and Electronics Engineers Underwriter Laboratories ... tạo tính thiết bị chống lan truyền đường nguồn hạ áp đường tín hiệu Lập mô hình mô thiết bị chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp đường tín hiệu Lập mô hình thiết bị phát xung sét tiêu chuẩn Mô. .. cấu tạo tính thiết bị chống lan truyền đường nguồn hạ áp đường tín hiệu ƒ Lập mô hình mô thiết bị chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp đường tín hiệu ƒ Lập mô hình thiết bị phát xung sét tiêu... vệ thiết bị III Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu cấu tạo tính thiết bị chống lan truyền đường nguồn hạ áp đường tín hiệu Nghiên cứu tiêu chuẩn chống sét lan truyền nước Mô hình hoá mô thiết bị chống