4.2. Mơ hình thiết bị chống sét hạ áp
4.2.2.4. Đánh giá mơ hình thiết bị chống sét với xung dịng 8/20µs
Sơ đồ khối kiểm tra điện áp dư mơ hình thiết bị chống sét hạ áp dưới tác động của xung dịng sét 3kA 8/20µs trình bày ở Hình 4.14.
NCS: Lê Quang Trung 87
Thiết bị chống sét hạ áp được thử nghiệm với xung dịng 3kA 8/20µs ở nhiệt độ 280C (nhiệt độ môi trường nơi thử nghiệm thiết bị chống sét hạ áp) và nhiệt độ 1000C (nhiệt độ thử nghiệm khi gia nhiệt MOV với thiết bị gia nhiệt trong phịng thí nghiệm). Tiến hành mơ phỏng kiểm tra điện áp dư của mơ hình thiết bị chống sét so với điện áp dư của thiết bị chống sét được cung cấp từ catalogue nhà sản xuất, điện áp dư thử nghiệm tại phịng thí nghiệm C102 của Nhà trường trong điều kiện Việt Nam cịn thiếu về trang thiết bị máy móc để kiểm tra thiết bị chống sét, cụ thể như sau:
a. Kiểm tra điện áp dư của thiết bị chống sét MFV 20D511K của hảng Ceramic Technical. cooperation được thử nghiệm so với mơ hình
Hình 4.15: Thiết bị chống sét hạ áp MFV 20D511K
Bảng 4.4: Thông số kỹ thuật của thiết bị chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp MFV 20D511K. Điện áp làm việc AC max (V) Dòng điện xung 8/20μs max (kA) Sai số điện áp MOV (%)
Điện áp phóng điện max với dạng xung 8/20μs, xung sét thử nghiệm 3kA
280C 1000C
320 6.5 10 1190 1240
- Max. AC operating Voltage (V) : 320V - Max.impulse Current (kA) : 6.5kA - Tolerance of varistor voltage (%) : 10%
- Temperature of MOV : 280C (1000C)
NCS: Lê Quang Trung 88
Thực hiện mơ phỏng trên Matlab sử dụng xung dịng 8/20µs có biên độ 3kA cho kết quả đáp ứng của các thiết bị chống sét hạ áp MFV 20D511K như ở Hình 4.16.
Hình 4.16: Điện áp dư của thiết bị chống sét hạ áp MFV 20D511K khi phỏng ở 280C và 1000C.
- Thực hiện thử nghiệm với xung sét 3kA, dạng sóng 8/20µs vào thiết bị chống sét hạ MFV 20D511K tại 280C.
Hình 4.17: Thử nghiệm thiết bị chống sét hạ áp MFV 20D511K
Tại nhiệt độ phòng là 28oC điện áp dư qua thiết bị chống sét hạ áp MFV 20D511K như ở Hình 4.18.
NCS: Lê Quang Trung 89
Hình 4.18: Điện áp dư thử nghiệm qua thiết bị chống sét hạ áp MFV 20D511K ở 28oC.
Tại nhiệt độ 100oC điện áp dư qua thiết bị triệt xung hạ áp MFV 20D511K như ở Hình 4.19
Hình 4.19: Điện áp dư thử nghiệm qua thiết bị chống sét hạ áp MFV 20D511K ở 100oC.
NCS: Lê Quang Trung 90
Bảng 4.5: So sánh điện áp dư giữa thử nghiệm thực tế và mơ hình.
Giá trị điện áp dư MFV 20D511K
28oC 100oC
Theo thử nghiệm Vrtest (V) 1190 1240
Theo mơ hình Vrmod (V) 1103 1181
Sai số ∆V (%) 7 5
Từ kết quả thử nghiệm và mô phỏng thiết bị chống sét hạ áp ở Bảng 4.5, giá trị sai lệch điện áp dư ở 280C là 7%; ở 1000C là 5%. Mơ hình có sai số điện áp dư < 10% so với sai số điện áp dư cho phép được cung cấp từ catalogue của nhà sản xuất.
b. Tiến hành mô phỏng và thử nghiệm với các thiết bị chống sét hạ áp của hãng SIEMENS
Thơng số kỹ thuật của MOV S14K320 và S20K320 trình bày ở Bảng 4.6. Bảng 4.6: Thông số kỹ thuật thiết bị chống sét hạ áp của hãng SIEMENS.
Loại Điện áp làm việc AC max Dòng điện xung 8/20μs max (A) Sai số của điện áp MOV (%)
Điện áp phóng điện max với dạng xung 8/20μs, xung sét thử nghiệm
3kA
280C 1000C
S14K320 320 4500 10% 1250 1384
S20K320 320 8000 10% 1200 1208
Thơng số cần nhập vào mơ hình thiết bị chống sét hạ áp để mô phỏng đáp ứng thiết bị chống sét S14K320 là:
- Max. AC operating Voltage (V) : 320V - Max. Impulse Current (kA) : 4,5kA - Tolerance of varistor voltage (%) : 10%
- Temperature of MOV (C) : 280C (1000C)
NCS: Lê Quang Trung 91
Hình 4.20: Điện áp dư qua mơ hình thiết bị chống sét hạ áp S14K320 với xung 8/20µs – 3kA ở 280C và 1000C.
Thông số cần nhập vào mô thiết bị chống sét hạ áp để mô phỏng đáp ứng thiết bị chống sét S20K320 là:
- Max. AC operating Voltage (V) : 320V - Max. Impulse Current (kA) : 8kA - Tolerance of varistor voltage (%) : 10%
- Temperature of MOV (C) : 280C (1000C)
- Number of MOVs (N) : 1
Hình 4.21: Điện áp dư qua mơ hình thiết bị chống sét hạ áp S20K320 với xung 8/20µs – 3kA ở 28oC và 1000C.
NCS: Lê Quang Trung 92
So sánh kết quả mô phỏng với giá trị được cho trong catalogue, sai số mơ hình được tổng hợp trong Bảng 4.7.
Bảng 4.7: Kết quả so sánh khi mô phỏng và thử nghiệm thiết bị chống sét hạ áp của hãng SIEMENS ở 28oC và 1000C.
Điện áp dư trên MOV (crest)
S14K320 S20K320
280C 1000C 280C 1000C
Theo thử nghiệm Vrtest (V) 1250 1384 1200 1208
Theo mơ hình Vrmod (V) 1257 1370 1186 1209
Sai số ∆ (%) 0.6 1 1.2 0.08
∆ % = − × 100%
Kết quả mơ phỏng và thử nghiệm đối với 2 MOV trên, giá trị sai số điện áp dư giữa thử nghiệm và mơ phỏng có giá trị sai số lớn nhất là 1.2% và nhỏ nhất là 0.08%, trong khi sai số cho phép của nhà sản xuất là 10%.
c. Tiến hành mô phỏng thiết bị chống sét hạ áp B32K320 và B60K320 của hãng SIEMENS:
Các thơng số kỹ thuật trình bày ở Bảng 4.8 với xung dịng 8/20μs có biên độ 5kA ở nhiệt độ lần lượt là 28°C và 1000C.
Bảng 4.8: Thông số kỹ thuật thiết bị chống sét hạ áp của SIEMENS.
Loại Điện áp làm việc AC max (V) Dòng điện xung 8/20μs max (kA) Sai số điện áp MOV (%)
Điện áp phóng điện max với dạng xung 8/20μs, xung sét 5kA
280C 1000C
B32K320 320 25 10 1200 1248
B60K320 320 70 10 1050 1123
Thơng số cần nhập vào mơ hình thiết bị chống sét hạ áp để mô phỏng đáp ứng thiết bị chống sét B32K320 là:
- Max. AC operating Voltage (V) : 320V - Max. Impulse Current (kA) : 25kA - Tolerance of varistor voltage (%) : 10%
- Temperature of MOV : 280C (1000C)
NCS: Lê Quang Trung 93
Hình 4.22: Điện áp dư qua mơ hình thiết bị chống sét hạ áp B32K320 với xung 5kA 8/20µs ở 28oC và 1000C.
Thơng số cần nhập vào mơ hình thiết bị chống sét hạ áp để mô phỏng đáp ứng thiết bị chống sét B60K320 là:
- Max. AC operating Voltage (V) : 320V - Max.impulse Current (kA) : 70kA - Tolerance of varistor voltage (%) : 10%
- Temperature of MOV : 280C (1000C)
- Number of MOVs (N) : 1
Hình 4.23: Điện áp dư qua mơ hình thiết bị chống sét hạ áp B60K320 với xung 8/20µs-5kA ở 28oC và 1000C.
NCS: Lê Quang Trung 94
Qua mô phỏng, giá trị điện áp dư của mơ hình so sánh với giá trị điện áp dư từ catalogue của nhà sản xuất có giá trị sai số được trình bày ở Bảng 4.9.
Bảng 4.9: Kết quả so sánh khi mô phỏng thiết bị chống sét hạ áp SIEMENS ở 280C và 1000C
Điện áp dư trên MOV (crest) B32K320
B60K320
280C 1000C 280C 1000C
Theo catalogue Vrcat 1200 1248 1050 1123
Theo mơ hình Vrmod (V) 1198 1252 1052 1131
Sai số ∆ (%) 0.2 0.3 0.2 0.71
Kết quả mô phỏng, cho thấy sai số điện áp dư của nhà sản xuất và mơ phỏng có giá trị sai số lớn nhất là 0.71%, nhỏ nhất là 0.2, trong khi sai số cho phép của nhà sản xuất là 10%. Do đó, mơ hình MOV có độ tin cậy cao.
4.3. Kết luận
Xây dựng được mơ hình máy phát xung sét cho 4 dạng xung dịng sét khác có sai số đáp ứng sai số của xung sét chuẩn quy định (10%). Kết quả mô phỏng đối với các dạng xung dòng sét, giá trị sai số lớn nhất về giá trị dòng điện đỉnh là 0.03%, về thời gian đầu sóng là 0%, về thời gian đi sóng là 3.71%.
Xây dựng được mơ hình thiết bị chống sét trên đường nguồn hạ áp với các thông số đầu vào đặc trưng như: Điện áp làm việc cực đại, dòng xung cực đại, sai số điện áp ngưỡng, nhiệt độ mơi trường trong phần mềm Matlab có độ chính xác tương đối cao thông qua kết quả mô phỏng và thử nghiệm, cụ thể như sau:
- Sai số điện áp dư giữa mơ hình MOV (MFV 20D511K, S14K320, S20K320) thông qua mô phỏng và thử nghiệm tại phịng C102 Trường ĐHSPKT-Tp.HCM ở 1000C có giá trị sai số lớn nhất là 7%, ở 280C có giá trị sai số nhỏ nhất là 0.08%.
- Sai số giá trị điện áp dư của mơ hình MOV (B32K320, B60K320) thông qua mô phỏng và giá trị điện áp dư từ cataloge của nhà sản xuất có giá trị nhỏ nhất là 0.2% ở 280C và giá trị lớn nhất là 0.71% ở 1000C.
NCS: Lê Quang Trung 95
Chương 5
GIẢI PHÁP LỰA CHỌN THIẾT BỊ BẢO VỆ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN
CHO CƠNG TRÌNH MINH HỌA
5.1. Tổng quan
Tính tốn rủi ro thiệt hại do sét gây ra cho trạm viễn thơng mang tính minh họa với tháp anten liền kề và những thông số về hoạt động của sét, đặc điểm cơng trình và những biện pháp bảo vệ chống sét. Trong trường hợp này, chỉ xét đến giá trị
rủi ro thiệt hại về con người (R1) và giá trị rủi ro thiệt hại về dịch vụ (R2). Khi tính
tốn đánh giá rủi ro thiệt hại do sét gây ra, các giá trị này lớn hơn các giá trị rủi ro
RT1 và RT2 quy định theo tiêu chuẩn IEC 62305-2 [1] thì cần phải đề xuất phương án
bảo vệ chống sét phù hợp. Khi đã đề xuất phương án bảo vệ chống sét thì cần phải
thực hiện tính tốn lại thành phần rủi ro R1 và R2 cho đến khi giá trị thành phần rủi ro
R1 và R2 bằng hoặc thấp hơn giá trị rủi ro quy định theo tiêu chuẩn [1]. Tiến hành xây
dựng mơ hình mạng phân phối điện trên phần mềm Matlab, lựa chọn các thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền trên đường dây cấp nguồn, lựa chọn vị trí lắp đặt và tiến hành mơ phỏng kiểm tra khả năng đáp ứng của thiết bị bảo vệ. Từ kết quả mô phỏng, kiểm tra tiến hành lựa chọn thiết bị và vị trí lắp đặt thiết bị để giảm được thiệt hại rủi ro do sát gây ra cơng trình.
5.2. Quy trình tính tốn và lựa chọn thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn đường nguồn
5.2.1. Quy trình đánh giá rủi ro cho cơng trình minh họa
Quy trình tính tốn đánh giá rủi ro cho cơng trình minh họa gồm 11 bước và được trình bày ở Hình 5.1.
NCS: Lê Quang Trung 96 Chú thích: R1, R2 tương ứng là giá trị rủi ro thiệt hại về con người và giá trị rủi ro thiệt hại về dịch vụ; RT là giá trị rủi ro chấp nhận được; LPS (Lightning Protection System) hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp; SPM (Surge Protection Measures) biện pháp bảo vệ chống sét lan truyền.
Hình 5.1: Quy trình đánh giá rủi ro cho trạm viễn thơng. Quy trình đánh giá rủi ro cho trạm viễn thơng gồm 9 bước như sau:
Bước 1: Xác định những đặc điểm và thơng số cơng trình cần bảo vệ chống sét bao gồm: Kích thước nhà trạm; độ cao tháp anten liền kề; mức độ che chắn bởi những cơng trình khác lân cận; mật độ sét khu vực; biện pháp bảo vệ phòng cháy chữa cháy; số lượng, cách lắp đặt và chiều dài đường dây dịch vụ kết nối đến nhà trạm, các biện pháp bảo vệ chống sét hiện có,….
Bước 2: Xác định loại tổn thất thiệt hại do sét gây ra (con người, dịch vụ, di sản văn hóa hay kinh tế).
NCS: Lê Quang Trung 97
Bước 3: Xác định và tính tốn thành phần rủi ro cho mỗi loại tổn thất
Bước 4: Tính tổng giá trị rủi ro thành phần cho mỗi loại tổn thất và so với giá trị tổn thất cho phép theo tiêu chuẩn IEC 62305-2 [1]. Nếu giá trị tính tốn rủi ro cho mỗi loại tổn thất < giá trị rủi ro loại tổn thất cho phép thì cơng trình được bảo vệ, và ngược lại cần phải lắp đặt thiết bị bảo vệ chống sét.
Bước 5: Cơng trình cần phải lắp đặt hệ thống bảo vệ chống sét Bước 6: Xem xét việc lắp đặt LPS cho cơng trình:
Nếu cơng trình chưa lắp đặt LPS thì chuyển qua Bước 7.
Nếu cơng trình đã lắp đặt LPS thì chuyển qua Bước 8:
Bước 7: Lựa chọn LPS thích hợp lắp đặt. Sau đó, chuyển qua Bước 8.
Bước 8: Cơng trình đã được lắp đặt hệ thống chống sét lan truyền (SPM) thì chuyển sang bước 10; cơng trình chưa được lắp đặt hệ thống chống sét lan truyền (SPM) thì chuyển sang Bước 9
Bước 9: Lựa chọn SPM có cấp độ bảo vệ thích hợp để lắp đặt.
Bước 10: Lựa chọn bổ sung SPM có cấp độ bảo vệ thích hợp để lắp đặt.
Bước 11: Sau khi lắp đặt LPS có cấp độ bảo vệ thích hợp hoặc lắp đặt bổ sung LPS có cấp độ bảo vệ thích hợp; lắp đặt SPM có cấp độ bảo vệ thích hợp hoặc lắp đặt bổ sung SPM có cấp độ bảo vệ thích hợp thì quay trở lại Bước 4 tiến hành tính tốn lại giá trị rủi ro cho đến khi giá trị rủi ro tính tốn < giá trị rủi ro cho phép thì ngừng. Chuyển sang Mục 5.2.2 thực hiện quy trình lựa chọn và kiểm tra khả năng bảo vệ của thiết bị chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp.
5.2.2. Quy trình lựa chọn và kiểm tra khả năng bảo vệ của thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp. chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp.
Sau khi tính tốn đánh giá rủi ro thiệt hai do sét gây ra và xác định được cấp độ bảo vệ chống sét, tiến hành lựa chọn thiết bị bảo vệ chống sét và lựa chọn vị trí lắp đặt và kiểm tra khả năng bảo vệ của thiết bị chống sét gồm 6 bước và được thực hiện như Hình 5.2.
NCS: Lê Quang Trung 98 Chú thích: với UP là điện áp dư (điện áp bảo vệ) tại đầu cực các thiết bị; Un là điện áp danh định của hệ
thống.
Hình 5.2: Quy trình lựa chọn và kiểm tra khả năng bảo vệ của thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn.
Bước 1: Dựa trên sơ đồ nguyên lý cấp điện cho cơng trình, tiến hành xây dựng mơ hình mạng phân phối điện trên phần mềm mơ phỏng Matlab.
Bước 2: Lựa chọn thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền (các mơ hình thiết bị bảo vệ chống sét được xây dựng ở Chương 4) trên đường dây cấp nguồn phù hợp với tải cần bảo vệ.
Bước 3: Lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền trên đường dây cấp nguồn: Tại tủ phân phối chính, tủ phân phối phụ hay tại đầu cực thiết bị. Sử dụng
NCS: Lê Quang Trung 99
mơ hình hóa mơ phỏng ở Chương 4 để mô phỏng kiểm tra khả năng bảo vệ của thiết bị chống sét hạ áp.
Bước 4: Tiến hành mô phỏng kiểm tra khả năng đáp ứng của thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn bằng cách tạo ra xung sét lan truyền xuất hiện ở những vị trí khác nhau (theo ANSI/IEEE C62.41) trên đường nguồn theo vùng bảo vệ tương ứng, giá trị xung dòng sét phụ thuộc mật độ sét và vùng bảo vệ tương ứng như Hình 5.3, và khảo sát điện áp dư tại đầu cực thiết bị trong từng trường hợp.
Hình 5.3: Các dạng xung sét tiêu chuẩn. Bước 5: Kiểm tra điện áp bảo vệ của thiết bị chống sét UP
- Theo IEC 60614-1 đối với các thiết bị điện, điện áp 230V/400V: Up 1.5kV (5.1)
- Theo tiêu chuẩn AS/NZS 1768 đối với thiết bị điện tử: Up 1.5 Un (5.2) Un là điện áp danh định của thiết bị điện tử
NCS: Lê Quang Trung 100
Hình 5.4: Giá trị điện áp dư quá độ do sét đối với thiết bị điện tử.
Bước 6: Kết luận, cơng trình đã được bảo vệ hạn chế những rủi ro thiệt hại do sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp.
5.3. Tính tốn cho cơng trình minh họa 5.3.1. Đặc điểm cơng trình 5.3.1. Đặc điểm cơng trình