(Luận văn thạc sĩ) đánh giá hiệu quả bảo vệ quá điện áp đa tầng trên đường nguồn hạ áp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI MINH CƯƠNG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP ĐA TẦNG TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN -605250 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ……………… LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI MINH CƯƠNG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP ĐA TẦNG TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2014 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên cho phép tơi bày tỏ lịng biết ơn đến Ban Giám Hiệu Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, giúp đỡ hướng dẫn suốt q trình học tập, nghiên cứu Nhân dịp hồn thành luận văn tốt nghiệp, cho phép tơi bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS.Quyền Huy Ánh tận tình giúp đỡ hướng dẫn tơi suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn tập thể q Thầy Cơ khoa Điện – Điện tử trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Tp.HCM giúp đỡ nhiều suốt trình học tập tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Xin gởi lời cảm ơn đến toàn thể bạn đồng nghiệp động viên, khích lệ giúp đỡ tơi để tơi hồn thành khóa học Xin cảm ơn gia đình, người thân bên tôi, động viên giúp đỡ Xin chân thành cảm ơn! Học viên thực Thái Minh Cương LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng Thái Minh Cương năm 2014 MỤC LỤC Tóm tắt đề tài i ABSTRACT ii Danh mục từ viết tắt iv Danh mục bảng v Danh mục hình vi Chương mở đầu 1 Đặt vấn đề Nhiệm vụ luận án Phạm vi nghiên cứu Các bước tiến hành Điểm luận án Giá trị thực tiễn đề tài Nội dung luận văn Chương Tổng quan tượng độ thiết bị bảo vệ áp đường nguồn hạ áp 1.1 Giới thiệu 1.2 Hiện tượng độ 1.3 Các dạng xung độ điển hình 1.3.1 Các dạng xung độ 1.3.1.1 Dạng sóng 10/350µs 10 1.3.1.2 Dạng sóng 8/20µs 11 1.3.2 Biên độ xung sét 12 1.4 Công nghệ chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp 12 1.4.1.Khe hở phóng điện 12 1.4.2 Diod thác Silic 14 1.4.3 Biến trở oxid kim loại 15 1.4.4 SAD 16 1.4.5 TDS 16 1.5 Các thiết bị chống sét lan truyền đường cấp nguồn hạ áp 17 1.5.1 Thiết bị cắt sét 17 1.5.2 Thiết bị lọc sét 18 1.6 Các tiêu chuẩn bảo vệ áp 19 1.6.1 Bảo vệ áp theo ANSI /IEEE 19 1.6.2 Bảo vệ áp theo IEC 20 1.6.3 Hệ thống bảo vệ chống sét hạ áp 21 1.7 Lựa chọn thiết bị bảo vệ áp 23 Chương Giới thiệu phần mềm MatLab Xây dựng mơ hình nguồn phát xung 24 2.1 Giới thiệu phần mềm MATLAB 25 2.1.1 Cơ sở SIMULINK 26 2.1.2 Các khối ( Block) sử dụng mơ hình 27 2.1.3 Giới thiệu công cụ Curve Fitting Toolbox 30 2.2 Các dạng xung không chu kỳ chuẩn 32 2.2.1 Dạng tổng quát 33 2.2.2 Xây dựng quan hệ thơng số mơ 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 mô 41 2.4 Kết luận 43 Chương Xây dựng mơ hình phần tử bảo vệ xung sét đường nguồn hạ áp 44 Phần A: Xây dựng mơ mơ hình khe hở phóng điện khơng khí 44 3A.1 Một số phương pháp tính tốn xây dựng mơ hình 44 3A.2 Các mơ hình khe hở phóng điện 48 3A.2.1 Các phương pháp 48 3A.2.2 Quá trình nghiên cứu phát triển mơ hình khe hở phóng điện 49 3A.3 Xây dựng mơ hình đơn giản khe hở phóng điện khơng khí Spark Gap 53 3A.3.1 Mơ hình Spark Gap đơn giản 54 3A.3.2 Xây dựng sơ đồ khối mô hình Spark Gap 55 3A.3.3 Mơ mơ hình Spark Gap 58 3A.3.4 Xây dựng mơ hình Triggered Spark Gap 61 3A.3.4.1 Xây dựng mơ hình dựa sở mơ hình Spark Gap 61 3A.3.4.2 Mô mô hình TSG 63 3A.4 Kết luận 70 Phần B: Xây dựng mơ hình biến trở oxide kim loại (MOV) 71 3B.1 Các dạng mơ hình MOV nghiên cứu 71 3B.1.1 Mơ hình điện trở phi tuyến 71 3B.1.2 Mơ hình điện trở phi tuyến kết hợp điện cảm phi tuyến 73 3B.1.3 Mơ hình MOV IEEE 76 3B.1.4 Mơ hình MOV Mardira 80 3B.2 Các Mơ hình MOV xây dựng 82 3B.2.1 Mơ hình Matlab 82 3B.2.2 Mơ hình MOV IEEE 84 3B.2.3 Mơ hình MOV hạ 88 3B.2.3.1 Cấu trúc mô hình MOV hạ 88 3B.2.3.2 Mơ hình điện trở phi tuyến Matlab 89 3B.2.3.3 Mơ hình MOV hạ Matlab 91 3B.2.3.4 Kiểm tra đáp ứng mơ hình MOV với mơ hình xung dịng 8/20µs 94 3B.3 Kết luận 98 Phần C: Khảo sát phối hợp bảo vệ điện áp mơ hình đường nguồn hạ áp 993 3C.1 Giới thiệu 99 3C.2 Sơ đồ khảo sát mô hệ thống bảo vệ điện áp nhiều tầng 100 3C.2.1 Hệ thống bảo vệ điện áp tầng (sử dụng Spark Gap /Triggered Spark Gap) 100 3C.2.2 Hệ thống bảo vệ điện áp tầng (sử dụng Triggered Spark Gap /Triggered Spark Gap) 101 3C.2.3 Hệ thống bảo vệ điện áp tầng sử dụng chống sét MOV 102 3C.3 So sánh hiệu bảo vệ điện áp cho mơ hình hệ thống 102 3C.3.1 Thực mơ với dịng xung sét 10/350s 103 3C.3.1.1 Khảo sát mơ hình hệ thống bảo vệ điện áp tầng (có sử dụng Spark Gap /Triggered Spark Gap) 103 3C.3.1.2 Khảo sát mơ hình hệ thống bảo vệ q điện áp tầng (có sử dụng Spark Gap /Triggered Spark Gap) 105 3C.3.1.3 Khảo sát mơ hình hệ thống bảo vệ q điện áp tầng sử dụng chống sét MOV 107 3C.3.2 Thực mơ với dịng xung sét 8/20s 108 3C.3.2.1 Khảo sát mơ hình hệ thống bảo vệ điện áp tầng (SG /TSG-MOV-MOV) 108 3C.3.2.2 Khảo sát mơ hình hệ thống bảo vệ điện áp tầng (có sử dụng Spark Gap /Triggered Spark Gap) 109 3C.3.2.3 Khảo sát mơ hình hệ thống bảo vệ điện áp tầng sử dụng chống sét MOV 110 3C.4.Kết luận 111 Chương kết luận 113 Phụ lục Phụ lục Tài liệu tham khảo TÓM TẮT Hiện nay, thị trường có nhiều loại thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền đường nguồn hãng sản xuất khác với công nghệ đa dạng Việc lựa chọn thiết bị bảo vệ có hiệu bảo vệ cao mức tốn nhất, thường gặp nhiều khó khăn nhà sản xuất thường cung cấp thông tin liên quan đến ưu điểm sản phẩm mà khơng đề cập đến nhược điểm Vì vậy, cần nhận biết đánh giá tính kỹ thuật quan trọng loại bỏ thông tin khơng quan trọng, chí gây lầm lẫn việc định lựa chọn thiết bị bảo vệ yêu cầu thiết Các thông số kỹ thuật xem xét để đánh giá thiết bị bảo vệ bao gồm: mức chịu áp lâu dài, điện áp thông qua, giá trị xung, tuổi thọ, tốc độ đáp ứng, khả tản lượng sét, công nghệ Trong thông số trên, thông số điện áp thông qua quan trọng Luận văn dựa vào thông số điện áp thông qua nhằm đánh giá, so sánh khả bảo vệ thiết bị bảo vệ Từ rút yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp nhằm tối ưu hóa tính 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 bảo vệ đánh giá hiệu bảo vệ thiết bị lọc sét Luận văn bao gồm nội dung sau đây: Chương Mở đầu Chương 1: Tổng quan tượng độ thiết bị bảo vệ áp đường nguồn hạ áp Chương 2: Giới thiệu phần mềm MatLab & Xây dựng mơ hình nguồn phát xung Chương 3: Xây dựng mơ hình phần tử bảo vệ xung sét đường nguồn hạ áp Chương Kết luận i Chương mở đầu CHƯƠNG MỞ ĐẦU I ĐẶT VẤN ĐỀ Nước Việt Nam nằm khu vực nhiệt đới ẩm gió mùa, khí hậu thuận lợi cho phát triển dơng sét mạng điện, đặc biệt mạng lưới điện hạ áp, không truyền tải công suất lớn phạm vi phân bố rộng lớn cung cấp điện trực tiếp cho hộ tiêu thụ nên nguyên nhân dẫn sét vào cơng trình, gây ngừng dịch vụ, hư hỏng thiết bị Nhu cầu sử dụng thiết bị điện tử sử dụng ngày nhiều phổ biến tịa nhà, cơng trình lãnh vực viễn thơng, phát thanh, truyền hình, cơng nghiệp… thiết bị vốn nhạy cảm với điện áp, cách điện không cao Mặt khác thực tế phần lớn hư hỏng sét gây lại sét đánh lan truyền hay ghép cảm ứng, việc nghiên cứu chế tạo, đề giải pháp chống sét, lựa chọn, phối hợp thiết bị bảo vệ phù hợp cần thiết Hiện thị trường có nhiều loại sản phẩm chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp nhiều nhà sản xuất khác giới, thiết bị bảo vệ chống sét có cấu tạo bao gồm nhiều phần tử bảo vệ phân loại theo cấp (tiêu chuẩn IEC 61643-1) Bao gồm:  Phần tử bảo vệ chống sét cấp I (Class I): thường khe hở phóng điện (SG-Spark Gap) hay khe hở phóng điện tự kích (TSG-Triggered Spark Gap)  Bảo vệ chống sét cấp II (Class II, Class III): thường điện trở phi tuyến ( MOV-Metal Oxyde Varistor) Các phần tử bảo vệ có cấp bảo vệ khác khác hiệu bảo vệ (điện áp thông qua, tốc độ đáp ứng, khả tản lượng sét,….) vị trí lắp đặt phạm vi ứng dụng… Do đó, vấn đề đặt lựa chọn phối hợp phần tử bảo vệ để tạo thành thiết bị bảo vệ chống sét hoàn thiện có nhiều tầng, nhằm tối ưu hóa tính bảo vệ nâng cao độ tin cậy trình vận hành Trang Phụ lục 1: Thơng số kỹ thuật khe hở khơng khí Phụ lục 1: Thơng số kỹ thuật khe hở khơng khí Phụ lục 2: Thông số kỹ thuật MOV Phụ lục 2: THÔNG SỐ KỸ THUẬT MOV CỦA MỘT Số HÃNG SẢN XUẤT I MOV hạ hãng Siemen 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 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 II MOV hạ hãng AVX 11 Phụ lục 2: Thông số kỹ thuật MOV 12 Phụ lục 2: Thông số kỹ thuật MOV 13 Phụ lục 2: Thông số kỹ thuật MOV III MOV hạ hãng Littelfuse 14 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Hoàng Việt, “Kỹ thuật điện cao áp” phần TP.HCM 2001 IEC 61643-1 Surge protective devices connected to low-voltage power distribution systems Part 1: Performance requirements and testing methods IEC SC 37A Low voltage Surge Protective Devices Scheibe, K; Schimaski, J: Bliz- und Uberspannungsschutz fur die Niederspannungsinstalltion.etz 13-14, (1988) Schimaski, J: Uberspannungsschutz – Theorie und Praxis Huthig – Verlag ( 1996) M.J.Caie – ERICO, Australia “Triggered Spark Gap technology and its application into surger reduction filter products” R, Brocke, T Goehlsch, F.Noack,”Numerical Simulation of Low Voltage Protective Devices”, 10th Int Symp on EMC, Zurich, Switzerland, 1993 C.Basso, ”Spark Gap Modeling”, Intusof Newsletter, September 1997 IEEE surge protective devices committee report, “Bibliography of metal oxide surge arresters, 1980-1989”, IEEE Transactions on Power Delivery Vol.8, No.3, July 1991, pp 1000-1034 10 Daniel W Durbak, “Surge Arrester Modeling”, Power Technologies, Schenectady, New York 11 K P Mardira, T K Saha, “A Simplified Lightning Model For Metal Oxide Surge Arrester”, The University of Queensland, Australia 12 J.S Lai, F D Martzoloff, “Coordinating Cascaded Surge Protection Devices: High-Low versus Low-High”, IEEE Transactions IA-24, No.4, 1993 13 Nguyễn Phùng Quang, “Matlab Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động”, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội _2004 14 Luận văn cao học đề tài: “Nghiên cứu lập mô hình mơ hệ thống bảo vệ q điện áp đường nguồn hạ áp”, Nguyễn Cao Cường, tháng 12 năm 2005 S K L 0 ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ……………… LUẬN VĂN THẠC SĨ THÁI MINH CƯƠNG ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP ĐA TẦNG TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP NGÀNH... thiết bị bảo vệ áp đường nguồn hạ áp 1.7 Lựa chọn thiết bị bảo vệ áp Để chọn thiết bị bảo vệ áp thích hợp, cần yêu cầu sau: Điện áp hiệu dụng cực đại hệ thống Chế độ bảo vệ thiết bị bảo vệ áp Thiết... tử bảo vệ xung sét đường nguồn hạ áp Chương Kết luận Trang Tổng quan tượng độ thiết bị bảo vệ áp đường nguồn hạ áp Chương TỔNG QUAN VỀ HIỆN TƯỢNG QUÁ ĐỘ VÀ CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ QUÁ ÁP TRÊN ĐƯỜNG