II. Thơng tin phần mềm GEM
1. Thơng số sét lan truyền
Cường độ xung sét cảm ứng trên đường nguồn rất cao, cĩ thể đạt đến 250kA. Tuy nhiên dịng sét cĩ biên độ vượt quá 100kA chỉ chiếm khơng quá 1%. Bên cạnh năng lượng và dịng sét cao, vấn đề lớn cần quan tâm tốc độ tăng dịng dI/dt của sét cĩ thể gây quá áp trên đường truyền
Dạng sĩng của dịng sét được đặc trưng bởi: - Biên độ sĩng Imax.
- Thời gian tăng áp và dịng của sét đến biên độ cực đại trong khoảng 1÷100s với tia sét đầu tiên và 0,1÷1s với các tia sét lặp lại .Thời gian suy giảm đến nửa biên độ cực đại trong khoảng 20÷350 s với các tia sét đầu tiên và 5÷50s với tia sét lặp lại.
- Tốc độ tăng dịng (di/dt) cĩ thể đạt tới 70kA/s đối với tia sét đầu tiên và vượt quá 200kA/s đối với tia sét tiếp theo.
- Tốc độ tăng áp (dv/dt) đo được đạt tới 12kV/s . 2. Thiệt hại do sét lan truyền .
Các thiệt hại do sét lan truyền trong các liõnh vực hàng đầu: máy tính, dịch vụ đầu tư, điều khiển, chính trị và quân sự, sản suất, viễn thơng, than và xăng dầu bao gồm :
- Hư hỏng thiết bị.
- Mất dữ liệu, ngưng vận hành phục vụ. - Nguy hiểm cho người.
- Thiệt hại về kinh tế.
Tầm quan trọng của vấn đề và giải pháp được mơ tả đầy đủ hơn trong tiêu chuẩn chống sét của hiệp hội Úc và Tân Tây Lan (NZS/ AS 1768 – 1991). Tiêu chuẩn chống sét quốc tế IEC 1024, IEC643, IEEEC62/4.
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : Quyền Huy Aùnh
SVTH:Đạo Thiên Vũ Trang 69
II. BẢO VỆ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG CẤP NGUỒN . 1.Thiết bị chống sét lan truyền theo cơng nghệ MOV . 1.Thiết bị chống sét lan truyền theo cơng nghệ MOV .
a) Thiết bị cắt sét . Nhiệm vụ .
Các Mov thường được dùng làm bộ kẹp quá điện áp mắc song song (cĩ nghĩa là mắc song song từ dây pha qua dây trung tính ). Chúng tác động nhanh và rất hiệu quả cho việc giữ áp quá độ và dịng xung. MOV là thiết bị chống sét hiệu quả, được thiết kế sao cho nhanh chĩng giới hạn quá điện áp do cảm ứng và dẫn năng lượng sét xuống đất một cách an tồn. So với các phần tử bảo vệ khác, MOV cĩ đặc tính ưu việt trộïi hơn hẳn do cĩ khả năng hấp thụ năng lượng cao, thời gian đáp ứng nhanh, hệ số phi tuyến cao, dịng rị ở làm việc cực nhỏ cở vài A. Bộ chuyển hướng mắc song song Mov dùng làm bảo vệ sơ cấp rất tốt cho các tải động lực như là hệ thống máy điều hồ, động cơ và cho cả chiếu sáng.
Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động .
Thiết bị cắt sét MOVTEC cĩ thành phần điện trở phi tuyến cao được tạo thành bởi các tinh thể ZnO (Zinc Oxide). Các tinh thể này được bọc xung quanh bởi một màng mỏng Bi2O3 dày khoảng 10m, các hạt này được liên kết nhờ chất kết dính và được ép lại thành từng đĩa, tuỳ thuộc vào khả năng xử lí năng lượng và cĩ các loại đĩa khác nhau (năng lượng tiêu tán I2.R).
Hình 4.3 :Đặc tính V-A của điện trở gốm phi tuyến ZnO.
Trong đĩ:
A : Phần tuyến tính thấp ( tuân theo định luật Ohm)
O : Điểm làm việc của thiết bị cắt sét ở điện áp định mức. B : Điểm bắt đầu dẫn điện (điểm đánh thủng).
C : Phần (vùng khơng tuyến tính). D : Phần tuyến tính.
Trục dịng điện được tính theo thang Logarithmis (dịng tăng 107 lần khi điện áp qua 2 điểm).
Thiết bị cắt sét được thiết kế sao cho với một điện áp làm việc được cung cấp đặt xung quanh điểm O. Điều này đưa đến một dịng cản liên tục khoảng vài A chạy qua phần điện trở
D A mA KA LogI U A O B C
SVTH:Đạo Thiên Vũ Trang 70
phi tuyến. Dưới điều kiện quá áp, điểm làm việc dịch chuyển nhanh đến điểm lân cận B trong thời gian quá áp. Kết quả một dịng cản khoảng vài mA chạy qua phần tử phi tuyến. Ngay khi hiện tượng quá áp biến mất thì điểm làm việc dịch chuyển về O.
Khi cĩ hiện tượng quá độ do sét hay quá điện áp nội bộ, điểm làm việc sẽ di chuyển đến phần C, với quá độ khoảng vài s nĩ sẽ tháo dịng độ chừng 5 đến 10kA. Với dịng sét lớn cĩ biên độ từ 40 đến 100kA điểm làm việc sẽ dịch chuyển về đến điểm D. Tuy nhiên khi quá độ chấm dứt thì vài ms sau điểm làm việc sẽ trở về O.
Điểm B gọi là điểm điện áp định mức của thiết bị cắt sét.
Thiết bị cắt sét cĩ thể ở điểm O trong suốt thời gian làm việc bình thường. Khi cĩ ngắn mạch thì nĩ dịch chuyển đến điểm B.
Tính năng của thiết bị cắt sét Movtec điển hình MT/ MPM . - Kết cấu gọn, giảm thấp tối đa hiện tượng tự cảm, chống chấn động. - Cắt sét trên hệ thống 3 pha hay một pha.
- Bảo vệ tất cả các thiết bị trong mạch kể cả các thiết bị chiếu sáng, máy lạnh, các dụng cụ điện gia dụng cũng như các thiết bị cần bảo vệ.
- Tuổi thọ thiết bị cĩ thể đạt tới 10 năm với khoảng 10 xung sét cĩ cường độ 25kA mỗi năm, cĩ đèn Led 5 đoạn báo khả năng làm việc của thiết bị và cơng tắc báo động.
- Thiết bị cắt sét của Critec cĩ khả năng cắt sét đến 135kA, bảo vệ pha – trung tính (L – N), pha – đất (L – E) và trung tính – đất (N – E). Bao gồm loại 1 pha và 3 pha.
- Thiết bị cắt sét thường được lựa chọn theo giá trị cực đại xung sét mà nĩ sẽ chia dịng. Để đảm bảo tuổi thọ lâu dài của thiết bị cắt sét thường dùng thiết bị chia dịng chịu được dịng ngắn mạch cơng suất lớn.
Thơng số kỹ thuật của các thiết bị chống sét MT/MPM . 1. Năng lượng xung cực đại: 5175J
2. Dịng xung cực đại với dạng sĩng (8/20s): 135kA
3. Thời gian áp dụng: <1 nano giây
4. Cấu hình bảo vệ: L-E,N-E,N-L
5. Điện áp vận hành định mức: 220V-240V
6. Số pha: 1 pha, 3 pha
7. Trạng thái hiển thị: Chỉ thị bằng đèn 5LED phân đoạn 8. Khả năng cắt nhiều xung sét : Cĩ
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : Quyền Huy Aùnh
SVTH:Đạo Thiên Vũ Trang 71
Định mức xung (tuổi thọ của MOV) .
Hình 4.4: Tuổi thọ MOV
Một yếu tố quan trọng để lựa chọn bảo vệ là tuổi thọ. Các MOV cĩ đặc tính hấp thu năng lượng hữu hạn.
Các thiết bị bảo vệ thường được định mức với sự hấp thu năng lượng tối đa cho một xung. Tuy nhiên theo hình trên thì một số năng lượng lớn các xung nhỏ hơn cũng cĩ thể gây ra hỏng hĩc MOV. Hình 4.4 cũng cho thấy việc tăng định mức một xung đơn của thiết kế bị bảo vệ sẽ tăng đáng kể tuổi thọ cho các xung nhỏ hơn.
b) Thiết bị lọc sét . Nhiệm vụ :
Mục đích của bộ lọc SRF là để lọc và chống những quá độ do cảm ứng sét nhằm giảm sự phá hoại các trang thiết bị điện – điện tử, giảm tổn thất trong vận hành và kinh tế. Hoạt động của thiết bị lọc sét là để cho ra mức điện áp thích hợp với hầu hết các thiết bị, giảm điện áp dư sau khi đã qua thiết bị cắt sét, đảm bảo biên độ điện áp giáng lên thiết bị luơn nằm trong phạm vi cho phép ( 230V) và giảm khoảng 1000 lần giá trị tốc độ tăng dịng và áp sét đi vào thiết bị. Thiết bị lọc cịn hịêu chỉnh tốc độ biến thiên dịng địên và biến thiên điện áp của các dạng sĩng quá điện áp ở mức chấp nhận được.
Các bộ rẽ hướng xung MOV chỉ đưa ra mức bảo vệ nào đĩ chứ khơng làm giảm bớt mức tăng áp (dv/dt) và độ biến thiên dịng (di/dt).
Các xung cĩ di/dt cao cĩ khả năng cảm ứng từ vào các mạch mức thấp và các xung cĩ dv/dt cao cĩ xu hướng ảnh hưởng qua điện dung ghép vào các mạch đĩ. Điều này cĩ thể gây hỏng hĩc các thiết bị hay sai lệch dữ liệu.
Các giá trị điển hình từ các xung sét cĩ thể tạo ra:
GLT (Global Lightning Technologies) đưa ra một loạt các thiết kế thích hợp bộ lọc thơng thấp cho phép kết hợp với các bộ chuyển hướng song song sơ cấp vừa làm giảm đỉnh điện áp tàn dư vừa làm giảm độ tăng áp (dv/dt) và dịng di/dt để nối với thiết bị cần bảo vệ.
120 MOVTEC 60mm MOV 40mm MOV 1 10 100 1000 10000 số lần xung 100KA 30KA 10KA 3KA 1KA
SVTH:Đạo Thiên Vũ Trang 72 Cấu tạo: Dạng bộ lọc quá độ(hình 4-5) :Thực chất cĩ 3 bộ lọc thơng thấp, đĩ là: - Bộ lọc C-L-C (bộ lọc hình) - Bộ lọc L-C đơn giản (bộ lọc hình ) - Bộ lọc L-C-L (bộ lọc hình T )
Dạng bộ lọc L-C đơn giản được xem là phù hợp với việc lọc xung quá độ vì các lý do sau: - Bộ lọc hình cho chất lượng cao , nhưng cĩ nguy cơ phá hủy tụ vào dưới các điều kiện quá độ. Sự mất tin cậy này của bộ lọc hình đã làm giảm các tính năng kỹ thuật .
Ngõvào thiết bị Ngõ vào thiết bị
a) Bộ lộc b) Bộ lọc Ngõ vào thiết bị L L C c) Bộ lọc T Hình 4.5: Các bộ lọc thơng thấp
- Bộ lọc hình được chọn lựa thích hợp vì điện cảm nối tiếp tối đa cĩ thể kết hợp với các tụ
song song mức trung bình để tạo ra một bộ lọc thộng thấp tin cậy chất lượng cao.
- Bộ lọc hình T vốn là 2 chiều và kết quả là sẽ cĩ tác dụng phản xạ các quá độ quá tải trở về các tải nhạy cảm hơn là hấp thụ và làm suy giảm chúng như bộ lọc L– C đã là
Thơng số chính của thiết bị lọc sét .
Thiết bị lọc sét được thiết kế thỏa các tiêu chuẩn AS1768 – 1991 Cat A,B&C. Tuổi thọ kéo dài 10 năm nếu thiết bị cắt 10 xung sét 25KA trong một năm. Thiết bị lọc sét đến 135kA, cấu hình một pha và ba pha, bao gồm SRF kiểu G cĩ dịng tải định mức từ 32A đến 125A và SEF kiểu H cĩ dịng tải định mức từ 200A – 1639A. SEF kiểu G-S được trang bị thiết bị bảo vệ quá áp giữa trung tính và đất, cĩ khả năng chiệu được dịng sét 60KA (10/350s). SRF kiểu G-S được thíêt kế đặc biệt cho các hệ thống phân phối kiểu trung tính nối đất khơng lặp lại TN-C, TN-S và TT. Thiết bị này sản xuất với giá trị điện áp kẹp danh định 320V để nâng cao hệ thống điện cĩ chất lượng điện áp xấu, 275V và một giá trị khác cho các hệ thống điện cĩ chất lượng điện áp tốt hay cĩ yêu cầu riêng .
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : Quyền Huy Aùnh
SVTH:Đạo Thiên Vũ Trang 73
SRF kiểu G-D được trang bị thiết bị bảo vệ quá áp MOV giữa trung tính và đất, cĩ khả năng chịu được dịng sét 40KA . Thiết bị này được thiết kế cho hệ thống điện trung tính nối đất lặp lại TN-C-S VÀ được lắp đặt trong vịng 20m kể từ điểm nối đất trung tính lặp lại. Trường hợp thiết bị SRF kiểu G-D lắp đặt xa hơn 20m tính từ điểm trung tính nối đất lặp lại thì trong trường hợp này nên sử dụng SRF kiểu G-S.
SRF là thiết bị bảo vệ quá độ sơ cấp và thứ cấp hiệu quả cao. Chúng được lắp đặt trước các thiết bị điện – điện tử nhạy cảm, đắt tiền .
Tính năng của bộ lọc .
- Cực tiểu hĩa sự phá hoại và tổn thất vận hành của các hệ thống nối kết chính. - Giảm áp điện áp (240V so với 600V).
- Lọc sét trên hệ thống 3 pha hay 1 pha.
- Chống lại hiện tượng nhiễu xung xảy ra trong một lần sét đánh (tính năng kỹ thuật cao với các đa xung tự nhiên).
- Cĩ thể đạt được sự giảm thiểu 1.000 lần giá trị dV/dt, dI/dt của dịng sét lan truyền. - Giảm các xung sét nhờ trở kháng nối kết lớn.
- Được báo động bằng cơng tắc vi mạch.
- Cĩ đèn báo tình trạng làm việc và khả năng cịn lại của thiết bị chống sét - Tuổi tho .
Một trong những lý do quan trọng nhất cho việc chọn lựa một định mức xung cao là đạt được tuổi thọ sản phẩm kéo dài, cũng như các định mức chống lại các sự cố xung sét điển hình.
SVTH:Đạo Thiên Vũ Trang 74
Chẳng hạn, một Proline SRF kết hợp với một thiết bị Movtec với định mức 135kA phĩng đơnsẽ chuyển hướng khoảng 1.000 xung ANSI C 62.41 loại C (10kA 8/20s) và ø khoảng tuổi thọ mong đợi là hơn 10 năm nếu nĩ chịu 10 xung 25kA 8/20s mỗi năm
Hình 4-7:Mơ tả thí nghiệm xung được xác định bởi ANSI 62-41 khi dùng thiết bị cắt sét TDS - MT và thiết bị lọc sét TDS - SRF
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : Quyền Huy Aùnh
SVTH:Đạo Thiên Vũ Trang 75
Tất cả các thiết bị nên hợp nhất các nối đất của chúng lại và tạo ra một mặt đất đẳng thế, loại bỏ những mạch vịng đất. Với những nơi mà việc nối liền các tiếp đất này khĩ khăn (hoặc do thực tế, hoặc do lý do về qui trình). Tec hoạt động hở mạch khi hoạt động bình thường nhưng dưới những điều kiện xung nĩ sẽ tác động để kẹp áp hiệu quả từng điểm nối đất với nhau.
* Thơng số kỹ thuật:
1. Dịng tải 16-1630A
2. Năng lượng xung cực đại 5175 3. Dịng xung cực đại với dạng sĩng 8/20s 135kA 4. Thời gian đáp ứng <1 nano giây
5. Cấu hình bảo vệ L-N, L-E, N-E
6. Điện áp vận hành định mức 220V-240V 7. Trạng thái chỉ thị Đèn LED
8. Số pha 1 pha, 3 pha 2.Các sơ đồ bố trí lắp đặt: Hình 4.8: Sơ đồ bố trí lắp đặt SRF PHỤ TẢI I O N U T P (SRF) U P T U T CẦU DAO CHÍNH ĐO LƯỜNG 1 2 3 N M.E.N
SVTH:Đạo Thiên Vũ Trang 76 Hình 4.9: Sơ đồ nối điện của MPM-3pha
Hình 4.11: Sơ đồ bố trí lắp đặt MPM Hình 4.10: Sơ đồ bố trí lắp đặt MPM PHỤ TẢI MP M CẦU DAO CHÍNH ĐO LƯỜNG G MM M.E.N LINE L1 L2 L3 N E I N P U T O U T P U T L1 L2 L3 E N MPM
Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : Quyền Huy Aùnh
SVTH:Đạo Thiên Vũ Trang 77
Hình 4.11: Sơ đồ bảo vệ chống sét trên đường dữ liệu.
III. THIẾT BỊ CHỐNG SÉT THEO CƠNG NGHỆ TDS (TRANSIENT DISCRIMINATING SUPRESSORS) . SUPRESSORS) .
1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động .
Hình 4-13
Khi xung sét cảm ứng vào, Diode Silicon giới hạn điện áp cho đến khi cơng tắc tác động nhanh tác động, năng lượng được chia từ các thiết bị Diode Silicon này sang các dãy MOV.
Thời gian Silicon tác động từ 0 – 10 ns.
Thời gian cơng tắc tác động (dãy MOV hoạt động) là 10 – 1000ns.
Cơng tắc tác động nhanh này thực chất là cấu tạo của một điện trở mắc song song với một Gas tube nĩ phát hiện quá độ, dựa trên tần số dạng sĩng và đảm bảo cơng tắc tác động nhanh chỉ tác động khi cĩ hiện tượng quá độ. Nhưng khơng tác động khi xuất hiện quá áp lâu dài.
Các phần tử MOV chỉ được đưa vào mạch khi xung sét xuất hiện. MOV khơng được đưa vào mạch khi xuất hiện quá áp.
SVTH:Đạo Thiên Vũ Trang 78
2. Thơng số chính của TDS . a) Tính năng .
- Thoả các yêu cầu của UL1449 Edition 2 của tổ chức UL. - Thơng minh phân biệt sét và các quá áp khác.
- Khơng sử dụng cầu chì hay cơng tắt nhiệt để cơ lập thiết bị xảy ra quá áp tạm thời. - Tốc độ đáp ứng nhanh (<1ns).
- Cung cấp bảo vệ hiệu quả ngay ở các nơi cĩ chất lượng điều áp thấp. - Thiết kế chắc chắn đảm bảo tuổi thọ cao trong điều kiện vận hành thực tế. - Điện áp thơng qua thấp.
- Khả năng chịu quá áp cao, khả năng chịu xung sét cao. - Tuổi thọ cao.
- Giá thành thấp.
- Kết hợp các cơng nghệ MOV, SAD và GAS Arrestor.