Nghiên cứu và lập mô hình mô phỏng hệ thống bảo vệ quá điện áp trên đường nguồn hạ áp

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -o0o - NGUYỄN CAO CƯỜNG NGHIÊN CỨU VÀ LẬP MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP Chuyên ngành : MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN Mã số ngành : 2.06.07 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp Hồø Chí Minh, tháng 12 năm 2005 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: T.S QUYỀN HUY ÁNH Cán chấm nhận xét 1:……………………………………………………………………………………………… Cán chấm nhận xét 2:……………………………………………………………………………………………… Luận văn thạc só bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày………………tháng……………năm 2005 Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc -Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 12 năm 2005 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên: NGUYỄN CAO CƯỜNG Ngày sinh: 29 – 10 – 1979 Chuyên ngành: Mạng Hệ Thống Điện I- TÊN ĐỀ TÀI: Phái : Nam Nơi sinh: Tp.Hồ Chí Minh MSHV: 01803448 NGHIÊN CỨU VÀ LẬP MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu cấu tạo xây dựng mô hình thiết bị khe hở phóng điện SG (Spark Gap) đơn giản Nghiên cứu cấu tạo xây dựng mô hình thiết bị biến trở oxide kim loại MOV (Metal Oxide Varistor) Xây dựng mô hình số nguồn xung dòng áp không chu kỳ tiêu chuẩn Mô đánh giá hiệu bảo vệ hệ thống bảo vệ áp đa cấp đường nguồn hạ áp công trình công nghiệp III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07 - 07 - 2005 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07 - 12 - 2005 V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: T.S QUYỀN HUY ÁNH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH T.S QUYỀN HUY ÁNH Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày tháng năm 200 TRƯỞNG PHÒNG ĐT - SĐH TRƯỞNG KHOA QUẢN LÝ NGÀNH MỤC LỤC Chương mở đầu I Đặt vấn đề .1 II Nhiệm vụ luận án III Phạm vi nghiên cứu .2 IV Caùc bước tiến hành V Điểm luận án VI Giá trị thực tiễn đề tài .3 VII Noäi dung luận án Chương Tổng quan thiết bị bảo vệ áp đường nguồn hạ áp I Giới thiệu .5 II Hiện tượng độ III Tỷ lệ xuất hiện tượng độ IV Hiện tượng độ tiêu bieåu V Bảo vệ độ VI Các thiết bị bảo vệ áp 10 Bộ lọc 10 Máy biến áp cách ly 11 Khe hở phóng ñieän 11 Diod thaùc Silic .12 Biến trở oxid kim loaïi (MOV) .13 VII So sánh thiết bị bảo vệ áp phổ biến .14 VIII Lựa chọn thiết bị bảo vệ áp 15 Chương Cấu tạo nguyên lý làm việc khe hở phóng điện (Spark Gap) 16 I Caáu trúc 16 Khe hở không khí 16 Ống phóng khí .17 II Các thông số kỹ thuật .19 III Nguyên lý bảo vệ 20 IV Trạng thái đáp öùng .22 V Vật lý phóng điện chất khí khe hở phóng điện 22 Một số dạng phóng điện chất khí .22 Lý thuyết Ion hoá va chạm 23 Thaùc điện tử 24 Phóng điện xuyên thủng khoảng cách khí điện trường đồng .26 Phóng điện chất khí điện áp tác dụng có dạng xung 27 VI Kết luận .30 Chương Cấu tạo nguyên lý làm việc biến trở oxide kim loaïi (MOV) 31 I Cấu tạo .31 Giới thiệu .31 Cấu trúc vi mô .32 II Tính hoạt động biến trở oxide kim loại MOV 35 III Đặc tính V-I 38 IV Sơ đồ tương đương .40 Trong vùng dòng điện rò thấp < 10-4A .41 Trong vuøng hoạt động bình thường ( 10-5 –103 A) .41 Trong vùng dòng điện cao (>103A) .42 V Thời gian đáp öùng 42 VI Năng lượng cho phép Công suất tiêu tán trung bình .44 Năng lượng cho pheùp 44 Công suất tiêu tán trung bình .45 VII Ảnh hưởng nhiệt độ .46 VIII Các đặc tính MOV hư hỏng thường gặp áp xảy .47 Chương Xây dựng mô hình khe hở phóng điện (Spark Gap) 49 I Tổng quan 50 II Một số phương pháp tính toán xây dựng mô hình 50 III Các mô hình khe hở phóng điện 53 Các phương pháp đầu tieân 53 Quá trình nghiên cứu phát triển mô hình khe hở phóng điện .54 IV Xây dựng mô hình đơn giản khe hở phóng điện không khí 62 Mô hình đề nghị 62 Xây dựng mô hình MatLab 63 V Xây dựng mô hình nguồn phát xung 72 Các dạng xung không chu kỳ chuẩn phương trình toán chuùng 72 Xây dựng mô hình nguồn phát xung 75 VI Thực thi mô hình 80 VII Kết luận .85 Chương Xây dựng mô hình biến trở oxide kim loại (MOV) 87 I Các mô hình MOV nghiên cứu 87 Mô hình điện trở phi tuyeán 87 Mô hình điện trở phi tuyến kết hợp điện cảm phi tuyến .88 Mô hình MOV cuûa Schmidt .91 Mô hình MOV IEEE .92 Mô hình MOV cuûa Mardira .96 Nhận xét 98 II Mô hình MOV MatLab 99 Mô hình .99 Nguyên lý làm việc mô hình .100 Đánh giá mô hình 101 III Xây dựng mô hình MOV 101 Xây dựng mô hình MOV theo IEEE 101 Mô hình MOV hạ đề nghị 109 IV Kết luận .122 Chương Khảo sát hệ thống bảo vệ áp đường nguồn hạ áp công trình công nghiệp 124 I Giới thiệu 124 II Cấu trúc hệ thống bảo vệ áp đa cấp 124 III Mô hệ thống bảo vệ áp 127 Sự phân bố dòng xung sét 130 Đánh giá hiệu bảo vệ chống áp 132 Ảnh hưởng yếu tố tượng áp 134 IV Kết luận .138 Chương kết luận .139 Phuï luïc Phuï luïc Tài liệu tham khảo Chương mở đầu CHƯƠNG MỞ ĐẦU I 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 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 Chương mở đầu Trang Chương mở đầu 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 đa cấp đường nguồn công trình công nghiệp 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 công trình II Nhiệm vụ luận án Nghiên cứu cấu tạo xây dựng mô hình thiết bị khe hở phóng điện SG (Spark Gap) đơn giản Nghiên cứu cấu tạo xây dựng mô hình thiết bị biến trở oxide kim loại MOV (Metal Oxide Varistor) Xây dựng số mô hình nguồn xung dòng áp không chu kỳ tiêu chuẩn Mô đánh giá hiệu bảo vệ hệ thống bảo vệ áp đa cấp đường nguồn hạ áp công trình công nghiệp III Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu cấu tạo tính thiết bị chống áp sét lan truyền đường nguồn hạ áp Mô hình hoá mô thiết bị chống áp sét lan truyền đường nguồn hạ áp Mô đánh giá hệ thống bảo vệ áp đa cấp đường nguồn hạ áp công trình công nghiệp Nghiên cứu phần mềm mô hỗ trợ Chương mở đầu Trang Chương mở đầu IV Các bước tiến hành Thu thập tài liệu từ nguồn khác sách báo, tạp chí Internet Tổng hợp phân tích tài liệu Nghiên cứu phần mềm hổ trợ mô Nghiên cứu cấu tạo thiết bị chống áp sét lan truyền đường nguồn hạ áp Lập mô hình đơn giản phần tử khe hở phóng điện không khí SG (Spark Gap) Lập mô hình phần tử MOV (Metal Oxide Varistor) Mô đánh giá hiệu bảo vệ hệ thống chống áp đa cấp sét lan truyền đường nguồn công trình công nghiệp V Điểm luận án Đề mô hình phần tử cấu tạo nên hệ thống bảo vệ áp sét lan truyền đường nguồn hạ áp Xây dựng công cụ mô đánh giá hiệu bảo vệ hệ thống bảo vệ áp sét lan truyền đường nguồn công trình VI Giá trị thực tiễn đề tài Đề tài đạt kết mang tính thực tiễn sau : 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 Chương mở đầu Trang Phụ lục 2: Thông số kỹ thuật MOV Phụ lục 2: Thông số kỹ thuật MOV Phụ lục 2: Thông số kỹ thuật MOV Phụ lục 2: Thông số kỹ thuật MOV 10 Phụ lục 2: Thông số kỹ thuật MOV 11 Phụ lục 2: Thông số kỹ thuật MOV 12 Phụ lục 2: Thông số kỹ thuật MOV II MOV hạ hãng AVX 13 Phụ lục 2: Thông số kỹ thuật MOV 14 Phụ lục 2: Thông số kỹ thuật MOV 15 Phụ lục 2: Thông số kỹ thuật MOV III MOV hạ hãng Littelfuse 16 Phụ lục 2: Thông số kỹ thuật MOV IV MOV trung hãng Tranquell 17 Phụ lục 2: Thông số kỹ thuật MOV 18 Phụ lục 2: Thông số kỹ thuật MOV 19 Phụ lục 2: Thông số kỹ thuật MOV 20 TÓM TẮT LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: NGUYỄN CAO CƯỜNG Phái: Nam Ngày sinh: 29-10-1979 Nơi sinh: Tp.Hồ Chí Minh Dân tộc: Kinh Tôn giáo: Không Địa liên lạc: Cơ quan : Công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh Số 12 Nguyễn Thị Minh Khai, P Đa Kao, Q 1, Tp Hồ Chí Minh Điện thoại: 08-8291295 QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Năm 1997-2002: Học Đại Học Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh, Ngành Hệ thống điện Năm 2003-2005: Học Cao Học Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh, Ngành Mạng, Thiết bị, Nhà máy điện QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC Từ Tháng 06 Năm 2002 Đến Nay : Công tác Phòng Kinh doanh Công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh ... MSHV: 01803448 NGHIÊN CỨU VÀ LẬP MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu cấu tạo xây dựng mô hình thiết bị khe hở phóng điện SG (Spark... chống áp sét lan truyền đường nguồn hạ áp Mô hình hoá mô thiết bị chống áp sét lan truyền đường nguồn hạ áp Mô đánh giá hệ thống bảo vệ áp đa cấp đường nguồn hạ áp công trình công nghiệp Nghiên cứu. .. thiết bị bảo vệ áp đường nguồn hạ áp Chương TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ QUÁ ÁP TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP Bảo vệ hệ thống điện xoay chiều hạ áp chống lại tượng áp độ mối quan tâm chủ yếu để bảo đảm