Loại Umax( ) Rmax(kA) p( ) ứng với xung 3kA 8/20s
ình 5.43Kết quả mơ phỏng đáp ứng của thiết bị U 30- PS.
So sánh kết quả mô phỏng với giá trị được cho trong catalogue, sai số mơ hình được tổng hợp trong ảng 5.13.
Bảng 5.13 So sánh điện áp bảo vệ với các thiết bị U 30- PS của Hãng Erico
hận xét:
Phân tích kết quả mơ phỏng đáp ứng của mơ hình U 30- PS, nhận thấy mơ hình U 30- PS đề nghị đã đạt mức chính xác khá cao. Sai số điện áp bảo vệ trên mơ hình U 30- PS so với dữ liệu được cho bởi nhà sản xuất có giá trị sai số thấp là 4,7%).
Loại U U 30- PS
heo catalogue p( ) 85
heo mô phỏng p( ) 80,97
5.5. iải pháp bảo vệ chống sét lan truyền trên đường tín hiệu cơng nghiệp
Hình 5.44 trình bày giải pháp tổng thể chống sét lan truyền trên đường tín hiệu cơng nghiệp. ể đảm bảo hiệu quả bảo vệ cần xem xét hai vấn đề: xác định vị trí lắp đặt và lựa chọn thông số thiết bị chống sét lan truyền trên đường tín hiệu một cách hợp lý. CENTRAL Low Voltage (DC or AC) Secondary Power Supply to remote location Power
Distribution Transient Transient
Mains Power Control / Data Signal to remote location Primary
Power Transient Transient Sens Control / Data Signal to Local Location Load Cell Protect ors Sens LOAD CELL Secondar y Power Transient LC LC Low Voltage (DC or AC) Secondary Power Supply to Local Location PROGRA M LOGIC CONTROL LER Mode Weighbri Loc al Sens or
MODE Transient Line Surge Protec
tor Other
LS LS
PROCESS Line Surge
Transient •Grounding connections are
ình 5.44 rình bày giải pháp tổng thể chống sét lan truyền trên đường tín hiệu cơng nghiệp.
5.5.1. Vị trí lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền
ፆác thiết bị truyền thơng thường có nguy cơ bị hư hỏng do xung cảm ứng trên đường tín hiệu kết nối các thiết bị này. iệc sử dụng các hàng rào chống sét lan truyền lắp đặt ở cả hai đầu đường dây là phương pháp giảm nguy cơ này với chi phí hợp lý. Nguy cơ cao nhất hiện diện trên đường liên lạc và đường tín hiệu vào/ra tồ
5.5.2. họn thiết bị cho một vị trí chỉ định
Năm thông số của thiết bị chống sét lan truyền trên đường tín hiệu cơng nghiệp phải được xem xét để đảm bảo hiệu quả bảo vệ và không ảnh hưởng xấu đến hoạt động của mạch.
hiết bị chống sét lan truyền được thiết kế để kẹp xung quá điện áp xuống mức an toàn cho thiết bị và khơng ảnh hưởng đến điện áp tín hiệu thơng thường. iện áp kẹp của thiết bị chống sét lan truyền được chọn phù hợp với điện áp làm việc cực đại của mạch;
hiết bị chống sét lan truyền phải chịu được dòng điện làm việc cực đại;
ăng thông thiết bị chống sét lan truyền phải đủ để hệ thống hoạt động thông suốt mà khơng gây suy giảm tín hiệu, tức là phải đảm bảo suy hao của thiết bị chống sét lan truyền ở tần số hoạt động danh định của hệ thống không được vượt quá giới hạn nhất định;
ፆác đầu kết nối, phương pháp lắp đặt, số đường bảo vệ và các đặc điểm vật lý khác phải được đánh giá xem xét;
Mức bảo vệ quá áp của thiết bị chống sét lan truyền phải tương ứng với vị trí lắp đặt. ối với các mạch bên trong tòa nhà, mức bảo vệ tối thiểu là 0,25kA. ới mạch kết nối với các đường dây vào/ra bên ngồi tịa nhà thì mức bảo vệ đề nghị là 10-20kA.
Ơ 6
Ế Lㄠ VÀ Ớ RÊ Ứㄠ Á RRỂ
ề tài “Mơ hình hóa và mơ phỏng thiết bị chống sét lan truyền trên đường tín hiệu cơng nghiệp” đã hồn thành đúng tiến độ và đạt được kết quả theo yêu cầu nhiệm vụ đặt ra cho đề tài, cụ thể:
Khảo sát đặc điểm các loại đường truyền tín hiệu cơng nghiệp và tiêu chuẩn chống sét công nghiệp.
Lập thư viện mơ hình các máy phát xung áp sét chuẩn 1.2/50s, 10/700s, máy phát xung dịng chuẩn 8/20s trong mơi trường Matlab.
Xây dựng mơ hình , Mm , Zener iode có mức tương đồng cao so với nguyên mẫu, thể hiện ở độ chính xác của điện áp bảo vệ của mơ hình và số liệu cung cấp bởi nhà sản xuất khi thử nghiệm với các xung sét chuẩn (<0,62% đối với , <3,3% đối với Mm , <7,5% đối với Zener iode).
Xây dựng mơ hình họ sản phẩm thiết bị chống sét lan truyền trên đường tín hiệu cơng nghiệp Hãng Erico có độ chính xác cao so với ngun mẫu. Sai số điện áp bảo vệ cao nhất là 4,7% và thấp nhất là 1.5%:
ፆác mơ hình máy phát xung áp sét và xung dòng sét, cũng như mơ hình các phần tử bảo vệ chống sét lan truyền trên đường tín hiệu cơng nghiệp được xây dựng nêu trên có thể bổ xung vào thư viện của phần mềm Matlab, tạo điều kiện thuận lợi cho các nghiên cứu về bảo vệ quá điện áp do sét cho các thiết bị công nghiệp.
ướng nghiên cứu phát triển của đề tài
ÀR LRỆㄠ Am ẢO
[1] P S. S. Quyền Huy onh – iáo trình an tồn điện – Xuất bản quốc gia P. Hồ ፆhí Minh.
[2] P S. S. Quyền Huy onh – Phân tích cơng nghệ Mm và SA trong bảo vệ chống sét lan truyền – ạp ፆhí ưu chính iễn hơng.
[3] ài liệu Surge Protection_Erico_2012
[4] P S. S. Quyền Huy onh – ፆhỉ tiêu đánh giá thiết bị chống xung quá áp – ập san Sư Phạm Kỹ huật số 11.
[5] P S. S. Quyền Huy onh – ảo vệ chống sét lan truyền trên đường cấp nguồn và tín hiệu – ạp ፆhí Khoa Học ፆơng Nghệ.
[6] P S. S. Quyền Huy onh, Lê ũ minh Quang - Nghiên cứu mơ hình van chống sét van dạng oxít kim loại - ạp chí phát triển khoa học công nghệ.
HQ pHፆM, tập 8, số 09, trang 77-82(2005)
[7] Sevent onisch, Wilfied Kalkner:” Measurement and Simulation of the behavior of a Short Spark gap used as ES Protection evice”, echnical University of eclin
[8] echnical paper 'Safe ፆoordination between power and communication surge protection' by Alain Rousseau and Alistair Hunt [9] echnical Paper 'Principles mf Lightning Protection For
elecommunications Facilities' by A.J. Surtees (http://www.powerquality.com/art0047/art1.html)
O R Dㄠ RRAL R AL RA
Quyền Huy onh(1a), õ Minh uấn(2b) (1) rường ại Học Sư Phạm Kỹ huật p.Hồ ፆhí Minh (2)Học iên ፆao Học rường ại Học Sư Phạm Kỹ huật p.Hồ ፆhí Minh (a)anhqh@hcmedu.ute.vn,(b)minhtuandkkg@gmail.com
Ĩm Ắ
ài báo xây dựng Mơ hình hóa và mơ phỏng thiết bị chống sét lan truyền trên đường tín hiệu cơng nghiệp. Xây dựng mơ hình , Mm , Zener iode có mức tương đồng cao so với nguyên mẫu, thể hiện ở độ chính xác của điện áp bảo vệ của mơ hình và số liệu cung cấp bởi nhà sản xuất khi thử nghiệm với các xung sét chuẩn (<0,62% đối với , <3,3% đối với Mm , <7,5% đối với Zener iode). Xây dựng mơ hình họ sản phẩm thiết bị chống sét lan truyền trên đường tín hiệu cơng nghiệp Hãng Erico có độ chính xác cao so với ngun mẫu. Sai số điện áp bảo vệ cao nhất là 3,4% và thấp nhất là 1,5%. Kết quả bài báo có thể bổ xung vào thư viện của phần mềm Matlab, tạo điều kiện thuận lợi cho các nghiên cứu về bảo vệ quá điện áp do sét cho các thiết bị cơng nghiệp.
ừ khóa: hiết bị bảo vệ, ảo vệ quá áp, hiết bị chống sét lan truyền.
1. RỚR RỆㄠ
Quá điện áp và quá trình quá độ do sét là nguyên nhân chủ yếu gây ra các sự cố làm ngưng dịch vụ và làm hư hỏng các thiết bị lắp đặt trên đường tín hiệu cơng nghiệp. Nên việc đề ra các giải pháp chống sét, lựa chọn, phối hợp các thiết bị bảo vệ phù hợp và nghiên cứu chế tạo thiết bị chống sét đóng vai trị rất quan trọng trong việc hạn chế những rủi ro thiệt hại do sét gây ra [1]-[9].
ፆần bảo vệ thiết bị khỏi các tác hại quá điện áp do sét, việc nghiên cứu về mơ hình máy phát xung sét, các dạng xung sét, thiết bị chống sét lan truyền trên đường tín hiệu cơng nghiệp [2], đồng thời xem xét việc phối hợp các phần tử bảo vệ này để có hiệu quả bảo vệ cao nhất trong từng trường hợp[1]. o đó giảm được sự hư hỏng các trang thiết bị, giảm tổn thất trong kinh tế.
và xuất hiện dòng chạy qua các điện cực dẫn dịng điện sét xuống đất. có thời gian đáp ứng khá chậm nhưng có thể giải thốt một năng lượng xung khá lớn.
ình 2.1Mơ hình và biểu tượng ống khí
2.2 RỚR RỆㄠ BRẾ RỞ OXRDE Rm LO R mOV
Mm được cấu tạo từ các vật liệu giống như gốm, thường được chế tạo dưới dạng đĩa với đường kính phổ biến là 7mm, 14mm và 20mm. ề mặt được phủ một lớp kim loại dẫn điện cao.
Mm có đặc tính tương tự như một tiếp giáp p-n, có điện áp đánh thủng vào khoảng
nối P-N tạo ra tổng trở thấp. ፆác S iode có các vùng mối nối Silicon P-N được thiết kế lớn. Hiện được sản xuất với mức điện áp từ 5 đến 250 .
ình 2.3 Mơ hình và biểu tượng của Zenner iode S
2.4 hiết bị chống sét trên đường tín hiệu cơng nghiệp ㄠ B ingle air (ㄠ B- )
hiết bị chống sét trên đường trên đường tín hiệu cơng nghiệp loại U được thiết kế để bảo vệ thiết bị tránh hư hỏng do sét cảm ứng lan truyền trên đường tín hiệu công nghiệp của cặp dây cân bằng. ፆác thiết bị này rất thích hợp để bảo vệ cho các thiết bị cơng nghiệp như: Hệ thống PLፆ, hệ thống SፆA A, hệ thống báo cháy, hệ thống an ninh an toàn, hệ thống chỉ thị công nghiệp và các thiết bị điều khiển [6].
hiết bị U - SP là thiết bị chống sét lan truyền trên đường tín hiệu cơng nghiệp, có chức năng bảo vệ một cặp dây cân bằng. ây là thiết bị bảo vệ chống sét lai đa tầng, có hiệu quả bảo vệ tốt nhất cho các thiết bị điện tử nhạy cảm, trong khi vẫn đảm bảo suy hao xen vào ở mức thấp nhất.
ình 2.4ፆấu tạo thiết bị U - SP
iện trở oxyt kim loại Mm , được thiết lập ở tầng bảo vệ thứ hai, có khả năng tản sét lên đến 10kA, tiếp tục tản năng lượng sét dư thừa qua khỏi tầng bảo vệ đầu tiên xuống đất.
ầng bảo vệ thứ ba bao gồm: iode nhằm giảm điện dung tiếp giáp giữa hai điện cực của iode Zener. iode Zener có chức năng giữ điện ngõ ra ở mức độ an toàn cho các thiết bị điện tử cần được bảo vệ.
3. Ế QㄠẢ mÔ Ỏ VÀ O Á
3.1 mƠ Ỏ D
ể kiểm tra độ chính xác của mơ hình ống phóng khí đề xuất, tiến hành thử nghiệm với xung chuẩn 5k 10/700s và so sánh kết quả mô phỏng điện áp dư thử nghiệm và giá trị điện áp dư cung cấp bởi nhà sản xuất.
Hình 3.1 trình bày sơ đồ mơ phỏng điện áp dư ống phóng điện khí 21-A 230X (Un=230 , Rmax=20kA 8/20 s) của hãng Siemens và Hình 3.2 trình bày dạng sóng điện áp dư ở ngõ ra của ống phóng điện khí 21-A 230X khi xung sét ngõ vào là 5k 10/700s.
ình 3.1Sơ đồ mơ phỏng điện áp dư của ống phóng điện khí 21-A230X của Siemens, ứng với điện xung 5k 10/700s
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 x 10-5 0 50 100 150 200 250 300 350 X: 1.5e-07 Y: 328.2 t(us) Vr (v ol ts) GDT Typical let-through voltage
thông qua mô phỏng và giá trị điện áp dư cung cấp bởi nhà sản xuất.
Bảng 3.1 iện áp dư của
Nhận xét:
iá trị đỉnh điện áp dư của mơ hình 21-A230X có sai số rất nhỏ so với giá trị điện áp dư của thiết bị 21-A230X vào khoảng 0,62%.
o mơ hình 21-A230X khơng phản ảnh đầy đủ q trình phóng điện trong chất khí nên dạng sóng dư trong hai trường hợp có sai biệt trong khoảng thời gian đầu sóng.
3.2 mƠ Ỏ mOV
Sử dụng mơ hình xung dịng 8/20s kiểm tra đáp ứng của mơ hình Mm hạ thế vừa xây dựng như sơ đồ Hình 3.3.
ình 3.3Sơ đồ mơ phỏng đáp ứng của Mm hạ thế.
Mơ hình hóa và mơ phỏng Mm hạ
thế S20K25c ủa Hãng
Siemens 14E25P của Hãng
Littelfuse với thông số cho trong ảng 3.2.
Bảng 3.2 hơng số kỹ thuật Mm hạ thế
Hình 3.4. hơng số cần nhập vào mơ hình là: Max. Aፆ operating oltage ( ) :25 Max. impulse ፆurrent (kA) : 2kA
olerance of varistor voltage (%) :10%
ình 3.4 iện áp dư và dịng điện qua mơ hình S20K25 ứng với xung 0.5kA 8/20µs.
Khi thử nghiệm đáp ứng của Mm hạ thế loại 14E25P với các xung dòng 8/20s có biên độ 0.5kA đáp ứng của mơ hình Mm được trình bày trong Hình 3.5.
hơng số cần nhập vào mơ hình là: Max. Aፆ operating oltage ( ) : 25 Max. impulse ፆurrent (kA) : 2kA
olerance of varistor voltage (%) :10%
ình 3.5 iện áp dư và dịng điện qua mơ hình Mm khi mơ phỏng Mm 14E25P với xung 0.5kA 8/20µs.
So sánh kết quả mô phỏng với giá trị được cho trong catalogue, sai số mơ hình được tổng hợp trong ảng 3.3.
Bảng 3.3 Kết quả so sánh khi mơ phỏng
Xung thử 21-
A230X mƠÌ (%)ai số
5k
mơ hình Mm hạ thế đề xuất đạt mức chính xác khá cao. sai số điện áp bảo vệ trên mơ hình Mm so với dữ liệu được cung cấp bởi nhà sản xuất có giá trị sai số tối đa là 3.3%, giá trị thấp nhất là 2,4%). Ngồi ra, thơng số đầu vào của mơ hình khá đơn giản, hồn tồn tìm được từ các dữ liệu cung cấp bởi nhà sản xuất.
3.3 mÔ Ỏ Zener Diode V
Sử dụng mơ hình xung áp 5k 10/700s kiểm tra đáp ứng của mơ hình
S Zener iode vừa xây dựng như sơ đồ Hình 3.6.
ình 3.6Sơ đồ mơ phỏng đáp ứng của S Zener iode.
Mơ hình hóa và mơ phỏng S Zener iode P4KE 15A của hãng ishay với thông số cho trong ảng 3.4.
Bảng 3.4 hông số kỹ thuật S Zener iode của Hãng ishay.
iến hành thử nghiệm đáp ứng của S Zener iode ứng với xung 5k 10/700s được trình bày ở Hình 3.7.
hận xét:
Sai số điện áp bảo vệ trên mơ hình S Zener iode so với dữ liệu được cho bởi nhà sản xuất có giá trị sai số là 5%.
3.4. mơ hình thiết bị ㄠ B-
iến hành mô phỏng đáp ứng của thiết bị chống sét lan truyền trên đường tín hiệu cơng nghiệp U -SP Hình 3.8 [6].
ình 3.8 Sơ đồ mạch mơ phỏng đáp ứng của thiết bị U .
Mơ hình hóa và mơ phỏng U 15-SP, U 30-SP của Hãng Erico với thông số cho trong ảng 3.6.
Bảng 3.6 hông số kỹ thuật của thiết bị U -SP Loại U( )max ổng trở động (Ω) ổng trở đầu gối (Ω) Rmax (k) Ur, 5k 10/700 s P4KE 15A 15 10 100 5 21,2
heo catalogue ( )_ rcat 21,2 heo mơ hình ( )_ rmod 20.14
Sai số (%)_V 5
Loại Umax( ) (kA)Rmax xung 3kA 8/20sp( ) ứng với U 15
-SP 15 20 25
U 30
ình 3.10Kết quả mơ phỏng đáp ứng của thiết bị U -30SP.
Bảng 3.7So sánh điện áp bảo vệ với các thiết bị U -SP của Hãng Erico.
hận xét:
Phân tích kết quả mơ phỏng đáp ứng của mơ hình U , nhận thấy mơ hình U đề nghị đã đạt mức chính xác khá cao. Sai số điện áp bảo vệ trên mơ hình U so với dữ liệu được cho bởi nhà sản xuất có giá trị sai số tối đa là 3,4%, giá trị thấp nhất là 1,5%.
3.5 iải pháp bảo vệ chống sét lan truyền trên đường tín hiệu cơng nghiệp
Hình 3.11 trình bày giải pháp tổng thể chống sét lan truyền trên đường tín hiệu cơng nghiệp. ể đảm bảo hiệu quả bảo vệ cần xem xét hai vấn đề: xác định vị trí lắp đặt và lựa chọn thông số thiết bị chống sét