Loại TVS Zener Diode BZY91C68 BZY91C39
Theo catalogue (V)_Vrcat 64 37
Theo mơ hình (V)_Vrmod 63 36
Sai số (%)_ V 1,56 2,70
Nhận xét:
Qua các kết quả tổng hợp được từ việc mơ phỏng đáp ứng của mơ hình TVS Zener Diode của các nhà sản xuất khác nhau, nhận thấy mơ hình TVS Zener Diode đề nghị đã đạt mức chính xác khá cao (sai số điện áp dư trên mơ hình TVS Zener Diode so với dữ liệu được cho bởi nhà sản xuất có giá trị tối đa là 3,68%, giá trị thấp nhất là 1,56%).
5.3. Mơ hình thiết bị chống sét lan truyền trên đường thoại (UTB, SLP)
HVTH: Nguyễn Văn Quang 49
Hình 5.28. Dạng sóng điện áp dư của UTB -TA 3kA 8/20us
Bảng 5.6. Kết quả so sánh điện áp dư của mơ hình thiết bị chống sét UTB -TA
ứng với xung dòng 3kA 8/20us.
Xung thử UTB -TA MƠ HÌNH Sai số(%)
3kA 8/20us 480V 446.5 6.98
Nhận xét:
- Giá trị đỉnh điện áp dư của mơ hình có sai số trong phạm vi cho phép so với giá trị điện áp dư của thiết bị UTB -TA cung cấp bởi nhà sản xuất là 6.98%.
HVTH: Nguyễn Văn Quang 50
Hình 5.30. Dạng sóng điện áp dư của UTB -SA 3kA 8/20us
Bảng 5.7. Kết quả so sánh điện áp dư của mơ hình thiết bị chống sét UTB -SA ứng
với xung dòng 3kA 8/20us.
Xung thử UTB -SA MƠ HÌNH Sai số(%)
3kA 8/20us 340V 324 4.7
Nhận xét:
- Giá trị đỉnh điện áp dư của mơ hình có sai số trong phạm vi cho phép so với giá trị điện áp dư của thiết bị UTB -SA cung cấp bởi nhà sản xuất là 4.7%.
HVTH: Nguyễn Văn Quang 51
Bảng 5.8. Kết quả so sánh điện áp dư của mơ hình thiết bị chống sét SLP1RJ11ứng với xung dòng 0.5kA 8/20us.
Xung thử SLP1RJ11 MƠ HÌNH Sai số(%)
0.5kA 8/20us 255V 264.5 3.7
Nhận xét:
- Giá trị đỉnh điện áp dư của mơ hình thiết bị chống sét SLP1RJ11 có sai số trong phạm vi cho phép so với giá trị điện áp dư của thiết bị SLP1RJ11 cung cấp bởi nhà sản xuất là 3.7%.
Hình 5.32. Dạng sóng điện áp dư của SLP1RJ11A 0.5kA 8/20us
Bảng 5.9. Kết quả so sánh điện áp dư của mơ hình thiết bị chống sét SLP1RJ11A ứng với xung dòng 0.5kA 8/20us.
Xung thử SLP1RJ11A MƠ HÌNH Sai số(%)
0.5kA 8/20us 43V 41.39 3.74
Nhận xét:
- Giá trị đỉnh điện áp dư của mơ hình có sai số trong phạm vi cho phép so với giá trị điện áp dư của thiết bị SLP1RJ11A cung cấp bởi nhà sản xuất là 3.74%.
HVTH: Nguyễn Văn Quang 52
Hình 5.33. trình bày giải pháp tổng thể chống sét lan truyền trên đường thoại. Để đảm bảo hiệu quả bảo vệ cần xem xét hai vấn đề: xác định vị trí lắp đặt và lựa chọn thơng số thiết bị chống sét lan truyền trên đường thoại một cách hợp lý.
1: Thiết bị chống sét trên đường thoại SLP1RJ11A, 2: Thiết bị chống sét trên đường nguồn + đường tín hiệu thoại SLP1RJ11, 3: Thiết bị chống sét trên đường nguồn + đường mạng máy tính (LAN RJ 45), 4: Thiết bị chống sét trên đường nguồn + đường ADSL (UTB – SA), 5: Thiết bị chống sét trên đường ISDN (UTB – TA), 6: Thiết bị chống sét trên đường nguồn (TDF 3A240V)
Hình 5.33. Giải pháp chống sét tổng thể cho các đường thoại 5.4.1 Vị trí lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền. 5.4.1 Vị trí lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền.
Các thiết bị truyền thơng thường có nguy cơ bị hư hỏng do xung cảm ứng trên đường thoại kết nối các thiết bị này. Việc 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 nhà. Trong những trường hợp này, thiết bị chống sét lan truyền trên đường thoại nên được lắp ở điểm đi vào tòa nhà hoặc ở đầu thiết bị. Dây dẫn trong tòa nhà dài quá 10 - 15m cũng nên được bảo vệ. Việc sử dụng dây xoắn bọc giáp chỉ bảo vệ một mức độ nào đó, khơng nên xem đây là sự bảo vệ đầy đủ cho các thiết bị giao tiếp điện tử nhạy cảm hiện đại ngày nay.
HVTH: Nguyễn Văn Quang 53
Năm thông số của thiết bị chống sét lan truyền trên đường thoại phải được xem xét để đảm bảo hiệu quả bảo vệ và không ảnh hưởng xấu đến hoạt động của mạch.
Thiết bị chống sét lan truyền trên đường thoại được thiết kế để kẹp xung quá điện áp xuống mức an toàn cho thiết bị và không ảnh hưởng đến điện áp tín hiệu thơng thường. Điện áp kẹp của thiết bị chống sét lan truyền trên đường thoại được chọn phù hợp với điện áp làm việc cực đại của mạch;
Thiết bị chống sét lan truyền trên đường thoại phải chịu được dòng điện làm việc cực đại;
Băng thông thiết bị chống sét lan truyền trên đường thoại phải đủ để hệ thống hoạt động thông suốt mà không 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.
Các 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. Đối với các mạch bên trong tòa nhà, mức bảo vệ tối thiểu là 0,25kA. Với mạch kết nối với các đường dây vào/ra bên ngồi tịa nhà thì mức bảo vệ đề nghị là 10-20kA.
HVTH: Nguyễn Văn Quang 54
Chương 6 KẾT LUẬN
Đề tài “Mơ hình hóa và mơ phỏng thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền trên đường điện thoại” đã hoàn thành đúng tiến độ và đạt được kết quả theo yêu
cầu nhiệm vụ đặt ra cho đề tài, cụ thể:
Khảo sát các tiêu chuẩn hiện hành áp dụng cho đường dây điện thoại. Lập thư viện mơ hình các máy phát xung áp sét chuẩn 1.2/50us,10/700us, và máy phát xung dòng chuẩn 8/20us trong môi trường Matlab.
Xây dựng mơ hình GDT, TVS Zener Diode, UTB, SLP có mức tương đồng cao so với nguyên mẫu, thể hiện ở độ chính xác điện áp dư của mơ hình và số liệu cung cấp bởi nhà sản xuất khi thử nghiệm với các xung sét chuẩn (<1% đối với GDT, <3,68% đối với TVS Zener Diode, ˂ 6,98% đối với UTB, ˂ 3,74% đối với SLP1RJ).
Khảo sát hiệu quả bảo vệ với cấu hình bảo vệ (GDT, GDT +TVS Zener Diode, UTB-TA, UTB-SA, SLP1RJ11, SLP1RJ11A). Kết quả mô phỏng cho thấy từ việc mô phỏng đáp ứng của các mơ hình đề nghị đã đạt mức chính xác khá cao (sai số điện áp dư trên các mơ hình so với dữ liệu được cho bởi nhà sản xuất có giá trị tối đa là 6,98%, giá trị thấp nhất là 0,55%). Các mơ hình máy phát xung áp sét và xung dịng sét, cũng như mơ hình các phần tử bảo vệ trên mạng điện thoại được xây dựng sẽ là cơng cụ hữu ích (bổ xung trong thư viện của phần mềm Matlab) cho các cơ sở đào tạo và các cá nhân quan tâm nghiên cứu thiết bị và phương án bảo vệ chống sét lan truyền trên đường dây thoại.
Hướng nghiên cứu phát triển của đề tài
Xây dựng mơ hình GDT có xét đến hiện tượng phóng điện hồ quang của khí trong GDT.
Xây dựng mơ hình của các thiết bị bảo vệ khác như điện trở nhiệt PTC, TSPD,…trong môi trường Malab
Khảo sát ảnh hưởng của điện dung của bản thân các phần tử mơ phỏng khi có đáp ứng xung quá độ.
HVTH: Nguyễn Văn Quang 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT
[1] PGS.TS Quyền Huy Ánh – Bảo vệ chống sét lan truyền trên đường cấp nguồn và tín hiệu – Tạp Chí Khoa Học Cơng Nghệ.
[2] Đỗ Bình Dương:” Luận văn cao học”, 2005
[3] PGS.TS Quyền Huy Ánh – Giáo trình an tồn điện Trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.
TIẾNG NƯỚC NGOÀI
[4] Ericco “Coordinated Facility Protection Selecting Surge Protection”, 2012
[5] Surge Arresters and Switching Spark Gaps Überspannungsableiter und
Schaltfunkenstrecken (EPCOS Product Profle 2017)
[6] Transient Voltage Suppressors (TVS Diode) Applications Overview, 2015 [7] Lightning Protection Guide (3rd updated edition as of December 2015)
1
CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG ĐIỆN THOẠI
Quyền Huy Ánh(1,a), Nguyễn Văn Quang(2,b)
1Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh
2Học viên cao học Trường ĐHSPKT TP.HCM
(a)anhspkt@yahoo.com, (b)vanquangkg@gmail.com
TÓM TẮT
Bài báo này đi sâu vào nghiên cứu và lập mơ hình các máy phát xung áp sét dạng sóng 1.2/50us, 10/700us, và xung dịng sét dạng sóng 8/20us phù hợp với các tiêu chuẩn viễn thơng; mơ hình các phần tử bảo vệ được sử dụng trong thiết bị chống sét lan truyền trên đường điện thoại như: GDT, TVS Zener Diode. Bài báo cũng đã so sánh và có các nhận xét cụ thể về hiệu quả bảo vệ chống sét của từng mơ hình so với ngun mẫu. Mơ hình xung sét được xây dựng trong mơi trường Matlab, trong điều kiện không thể đo thử thực tế.
Từ khố: Mơ phỏng thiết bị, kết quả mơ phỏng, giải pháp bảo vệ. ABSTRACT
This paper going into the study and modeling of the pulse generator voltage waveform clay 1.2 / 50us, 10 / 700us, and the lightning impulse waveform 8 / 20us accordance with telecommunications standards; model protection elements used in lightning protection devices spread over the phone line like: GDT, TVS Zener Diode. The article also compares and specific comments on the effectiveness of individual lightning protection in the original model. Surge model built in Matlab environment, in conditions not practical test.
Keywords: Simulation equipment, the simulation results, protection solutions.
1. GIỚI THIỆU
Sét lan truyền trên đường dây viễn thơng nói chung và đường dây điện thoại nói riêng gây ra q áp khí quyển [1, 2] có thể lớn hơn điện áp thí nghiệm xung kích và cách điện của thiết bị, dẫn đến chọc thủng cách điện, phá huỷ thiết bị và gây ra sự cố cắt mạch điện, nhất là đường dây điện thoại có dịng điện và điện áp thấp nên rất nhạy cảm với xung q áp. Chính vì vậy, để lựa chọn thiết bị bảo vệ một cách hiệu quả là cực kỳ quan trọng trong
mạng điện thoại. Các nghiên cứu xây dựng mơ hình chống sét trên đường thoại có mức tương đồng cao so với nguyên mẫu [3,4], cũng như xác định vị trí lắp đặt các thiết bị này để đạt hiệu quả bảo vệ cao nhất đã được nghiên cứu.
2. MÔ PHỎNG CÁC DẠNG XUNG SÉT CHUẨN
2.1. Máy phát xung dịng 8/20us và dạng sóng mơ phỏng
2
Hình 1:Sơ đồ máy phát xung dịng
8/20us
Hình 2: Giao diện máy phát xung
dịng 3kA 8/20us
Hình 3: Dạng sóng mơ phỏng 2.2. Máy phát xung áp 1.2/50us và dạng sóng mơ phỏng
Hình 4: Sơ đồ máy phát xung áp
5kV 1.2/50us
Hình 5: Giao diện máy phát xung áp 5kV
1.2/50us
Hình 6 : Dạng sóng mơ phỏng 2.3. Máy phát xung áp 10/700us và dạng sóng mơ phỏng
Hình 7: Sơ đồ máy phát xung áp 5kA
10/700us
3
Hình 9: Dạng sóng mơ phỏng 2.4. Kết quả mô phỏng GDT
Tiến hành thử nghiệm với xung chuẩn 5kV 10/700us
Hình 10: Dạng sóng điện áp dư của thiết bị
SLP110K1F
Hình 11: Dạng sóng điện áp dư của ống
phóng khí 330V
Bảng 1: Kết quả so sánh khi mô phỏng
GDT 330V Xung thử SLP10K1F MƠ HÌNH Sai số(%) 5kV 10/700us 330V 328,2 0.55 Nhận xét:
Giá trị đỉnh điện áp dư qua mơ
hình GDT có sai số rất nhỏ so với giá trị điện áp dư của thiết bị SLP10K1-F, vào khoảng 0,55%.
Do mơ hình GDT khơng phản
ảnh đầy đủ q trình phóng điện trong chất khí nên dạng sóng dư trong hai trường hợp có sai biệt trong thời gian đầu sóng.
a. Kiểm tra độ chính xác của mơ hình TVS Zener Diode
Hình 12: Sơ đồ mô phỏng đáp ứng của
TVS Zener Diode
Bảng 2: Kết quả so sánh khi mô TVS
Zener Diode của Hãng Vishay Loại TVS Zener Diode P4KE30 P4KE20 Theo catalogue (V)_Vrcat 41,4 27,7 Theo mơ hình (V)_Vrmod 40,38 26,68 Sai số (%)_ V 2,46 3,68
Bảng 3: Kết quả so sánh khi mô TVS
Zener Diode của Hãng Crydom Loại TVS Zener Diode BZY91C68 BZY91C3 9 Theo catalogue (V)_Vrcat 64 37 Theo mơ hình (V)_Vrmod 63 36 Sai số (%)_ V 1,56 2,70 b. Dạng sóng mơ phỏng
Hình 13: Điện áp ổn áp của P4KE30 với
4
Hình 14: Điện áp ổn áp của P4KE20 với
xung áp 5kV 10/700us
Hình 15: Điện áp ổn áp của BZY91C68với
xung áp 5kV 10/700us
Hình 16: Điện áp ổn áp của BZY91C39 với
xung áp 5kV 10/700us
Nhận xét:
Qua các kết quả tổng hợp được từ việc mô phỏng đáp ứng của mơ hình TVS Zener Diode của các nhà sản xuất khác nhau, nhận thấy mơ hình TVS Zener Diode đề nghị đã đạt mức chính xác khá cao (sai số điện áp dư trên mơ hình TVS Zener Diode so với dữ liệu được cho bởi nhà sản xuất có giá trị tối đa là 3,68%, giá trị thấp nhất là 1,56%).
2.5. Mơ hình UTB-TA
Hình 17: Sơ đồ mơ phỏng đáp ứng của
UTB TA 3kA 8/20us
Bảng 4: Kết quả so sánh điện áp dư của mơ
hình thiết bị chống sét UTB -TA ứng với xung dịng 3kA 8/20us.
Xung thử UTB - TA MƠ HÌNH Sai số(%) 3kA 8/20us 480V 446.5 6.98
Hình 18: Dạng sóng điện áp dư của
UTB -TA 3kA 8/20us
Nhận xét:
Giá trị đỉnh điện áp dư của mơ hình có sai số trong phạm vi cho phép so với giá trị điện áp dư của thiết bị UTB -TA cung cấp bởi nhà sản xuất là 6.98%.
2.6. Mơ hình UTB-SA
Hình 19: Sơ đồ mơ phỏng đáp ứng của
5
Bảng 5: Kết quả so sánh điện áp dư của mơ
hình thiết bị chống sét UTB -SA ứng với xung dòng 3kA 8/20us.
Xung thử UTB - SA MƠ HÌNH Sai số(%) 3kA 8/20us 340V 324 4.7 Nhận xét:
Giá trị đỉnh điện áp dư của mơ hình có sai số trong phạm vi cho phép so với giá trị điện áp dư của thiết bị UTB -SA cung cấp bởi nhà sản xuất là 4.7%.
Bảng 6. Kết quả so sánh điện áp dư của mơ
hình thiết bị chống sét SLP1RJ11ứng với xung dịng 0.5kA 8/20us.
Xung thử SLP1RJ11 MƠ HÌNH Sai số(%) 0.5kA 8/20us 255V 264.5 3.7
Hình 21: Dạng sóng điện áp dư của
SLP1RJ11 0.5KA 8/20us
Nhận xét:
Giá trị đỉnh điện áp dư của mơ hình thiết bị chống sét SLP1RJ11 có sai số trong phạm vi cho phép so với giá trị điện áp dư
của thiết bị SLP1RJ11 cung cấp bởi nhà sản xuất là 3.7%.
Bảng 7: Kết quả so sánh điện áp dư của mơ
hình với thiết bị chống sét SLP1RJ11A ứng với xung dòng 0.5kA 8/20us.
Xung thử SLP1RJ11A MƠ HÌNH Sai số(%) 43V 41.39 3.74
Hình 22: Dạng sóng điện áp dư của
SLP1RJ11A 0.5kA 8/20us
Nhận xét:
Giá trị đỉnh điện áp dư của mơ hình có sai số trong phạm vi cho phép so với giá trị điện áp dư của thiết bị SLP1RJ11A cung cấp bởi nhà sản xuất là 3.74%.
3. GIẢI PHÁP BẢO VỆ CHỐNG SÉT TRÊN ĐƯỜNG THOẠI [5].
Hình 37 trình bày giải pháp tổng thể chống sét lan truyền trên đường thoại.
Để 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 thoại một cách hợp lý.
Hình 23: Giải pháp chống sét tổng thể cho
các đường thoại
Hình 20: Dạng sóng điện áp dư của UTB -SA
6
3.1. Vị trí lắp đặt
Các thiết bị truyền thơng thường có nguy cơ bị hư hỏng do xung cảm ứng trên đường thoại kết nối các thiết bị này. Việc 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.