Nghiên cứu và xây dựng mô hình máy phát xung sét siêu chuẩn

khác và cần sử dụng để đánh giá hiệu quả bảo vệ thiết bị triệt xung quá áp trong quá trình thử nghiệm ứng với các xung tiêu chuẩn.. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI Nghiên cứu và xây dựng, mô phỏng,

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM

-

NGUYỄN THỊ HƯƠNG TRANG

NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÁY

PHÁT XUNG SÉT TIÊU CHUẨN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

Mã số ngành: 60520202

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM

-

NGUYỄN THỊ HƯƠNG TRANG

NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÁY

PHÁT XUNG SÉT TIÊU CHUẨN

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS TS QUYỀN HUY ÁNH

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 30 tháng 01 năm 2016

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)

TP HCM, ngày … tháng… năm 20 …

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYỄN THỊ HƯƠNG TRANG Giới tính: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh: 20/12/1982 Nơi sinh: BÌNH ĐỊNH

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1441830025

I- Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÁY PHÁT XUNG SÉT TIÊU CHUẨN

II- Nhiệm vụ và nội dung:

 Tìm hiểu các dạng xung sét tiêu chuẩn và các tiêu chuẩn liên quan

 Xây dựng mô hình toán và mô hình vật lý của các dạng xung sét trong môi trường Matlab Simulink

 Tìm hiểu cách sử dụng máy phát xung sét AXOS8

 So sánh sai số dạng xung sét mô phỏng với dạng xung sét máy phát xung

III- Ngày giao nhiệm vụ: 20/8/2015

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 12/3/2016

V- Cán bộ hướng dẫn: PGS TS QUYỀN HUY ÁNH

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này

đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc

Học viên thực hiện Luận văn

(Ký và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Thị Hương Trang

LỜI CÁM ƠN



Trước hết, em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất của em gửi đến thầy PGS TS Quyền Huy Ánh, Thầy đã tận tụy hướng dẫn em trong suốt quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Trường Đại học Công Nghệ TP.HCM

và Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã giảng dạy em trong suốt hai năm học vừa qua

Cuối c ng, tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả những người thân, bạn b , những người anh em, đồng nghiệ đã động viên, ủng hộ và tạo điều kiện cho tôi cả về vật chất và tinh thần trong suốt quá trình học tậ cũng như để hoàn thành luận văn thạc sĩ

Xin trân trọng cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, ngày 30 tháng 01 năm 2016

Nguyễn Thị Hương Trang

TÓM TẮT

Trong mạng điện, quá điện áp và quá trình quá độ do s t là nguyên nhân chủ yếu gây ra các sự cố làm hư hỏng lưới điện và các thiết bị điện Việc nghiên cứu thiết bị chống s t đóng vai tr rất quan trọng trong việc bảo vệ quá áp Tuy nhiên, Việt Nam việc nghiên cứu g p nhi u khó khăn do hạn chế v thiết bị thử nghiệm

Do đó, việc xây dựng mô hình và mô phỏng các máy phát xung khác nhau là cần thiết để h trợ việc nghiên cứu, đánh giá và lựa chọn các thiết bị bảo vệ quá áp sau này

Luận văn đi sâu vào việc xây dựng mô hình phát xung d ng 4/10µs, 8/20µs, 10/350µs và máy phát xung áp 1.2/50μs, 2/10μs, 9/720μs, 10/160μs, 10/560μs, 0.5/700μs và 10/700μs Mô hình các máy phát xung s t với các dạng xung d ng và

áp khác nhau được tạo trong môi trường Matlab với giao diện dễ sử dụng Độ chính xác của các dạng xung s t được kiểm tra theo các yêu cầu qui định trong các tiêu chuẩn IEC

Với đ tài: Nghiên cứu và y dựng m h nh máy phát ung t tiêu chuẩn Luận văn bao gồm các nội dung chính sau đây:

o Chương M đầu

o Chương 1: T ng quan

o Chương 2: Cơ s lý thuyết

o Chương 3: Mô hình các máy phát xung s t tiêu chuẩn

o Chương 4: Tìm hiểu hệ thống máy phát xung sét AXOS 8

This thesis research building models of impulse generators with various wave forms, such as: 4/10μs, 8/20μs, 10/350μs current wave forms and 1.2/50μs, 2/10μs, 9/720μs, 10/160μs, 10/560μs, 0.5/700μs and 10/700μs voltage wave forms These models being built in Matlab environment with easy user’s interface The accuracy of these models are checked according to the requirements specified in the IEC standard

The thesis “Research and modeling the standard lightning impulse generators” includes the following contents:

 Chapter Introduction

 Chapter 1: Overview

 Chapter 2: Theoretical Foundations

 Chapter 3: Models of the standard lightning impulse generators

 Chapter 4: Understanding lightning impulse generator system Axos 8

 Chapter 5: Comparison of the wave forms between the impulse generator models and the impulse generator system Axos 8

 Chapter 6: Conclusions and development of thesis

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CÁM ƠN ii

TÓM TẮT iii

ABSTRACT iv

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH ix

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

2.1.Xung điện áp không chu kỳ 5

2.1.1 Định nghĩa đối với thử nghiệm bằng xung điện áp không chu kỳ 5

2.1.1.1 Thời gian đầu sóng T1 5

2.1.1.2 Điểm gốc giả định O1 5

2.1.1.3 Thời gian toàn sóng T2 5

2.1.1.4 Dung sai 5

2.1.2 Các dạng xung điện áp chuẩn 6

2.1.3 Các tiêu chuẩn liên quan 8

2.1.3.1 Tiêu chuẩn ITU-T K.20 VÀ K.21 8

2.1.3.2 Tiêu chuẩn TIA-968-A, TIA-968-B 9

2.2 Xung d ng điện không chu kỳ 11

2.2.1 Định nghĩa đối với thử nghiệm bằng xung d ng điện không chu kỳ 11

2.2.1.1 Thời gian đầu sóng T1 11

2.2.1.2 Điểm gốc giả định O1 11

2.2.1.3 Thời gian toàn sóng T2 11

2.2.1.4 Dung sai 11

2.2.2 Các dạng xung d ng điện chuẩn 11

2.2.3 Các tiêu chuẩn liên quan 14

2.2.3.1 Tiêu chuẩn IEC 61643-1 14

2.2.3 Tiêu chuẩn ANSI/IEEE C62.41 21

2.3 Xung h n hợp dòng - áp (8/20 µs và 1,2/50 µs) 23

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH CÁC MÁY PHÁT XUNG XÉT TIÊU

CHUẨN 24

3.1 Công cụ MATLAB – SIMULINK 24

3.1.1 MATLAB 24

3.1.2 SIMULINK 24

3.1.2.1 Tín hiệu của SIMULINK 26

3.1.2.2 Mô hình SIMULINK 26

3.1.2.3 Mô phỏng mô hình SIMULINK 27

3.1.2.4 Hệ thống con trong mô hình SIMULINK (Subsystem) 28

3.1.2.5 Một số khối chức năng của Simulink và Toolbox SimPowerSystems 29

3.2 Mô hình toán của các dạng xung tiêu chuẩn 33

3.2.1 Phương trình toán của các dạng xung tiêu chuẩn 33

3.2.2 Xây dựng mô hình toán các dạng xung tiêu chuẩn 36

3.3 Mô hình vật lý của các dạng xung tiêu chuẩn 46

3.3.1 Mô hình máy phát xung dòng 46

3.3.2 Mô hình máy phát xung áp 50

3.3.3 Mô phỏng các dạng xung 54

CHƯƠNG 4 TÌM HIỂU HỆ THỐNG MÁY PHÁT XUNG SÉT AXOS 8 62

4.1 Thông số kỹ thuật của máy phát xung AXOS8 62

4.2 Vận hành chung 65

4.2.1 Các phím chức năng phía trước AXOS8 65

CHƯƠNG 5 SO SÁNH DẠNG XUNG TIÊU CHUẨN MÔ PHỎNG VÀ DẠNG XUNG CỦA MÁY PHÁT AXOS8 75

5.1 Xung phát ra từ thiết bị AXOS8 75

5.2 So sánh độ chính xác của dạng xung tiêu chuẩn mô phỏng và dạng xung của máy phát AXOS8 79

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN LUẬN VĂN 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Các thử nghiệm theo ITU-T K.20 .9

Bảng 2.2 Các thử nghiệm theo ITU-T K.21 .9

Bảng 2.3 Các dạng xung thử theo TIA-968-A, TIA-968-B 10

Bảng 2.4 Các thử nghiệm cấp 1, 2 và 3 16

Bảng 2.5 Giá trị tiêu chuẩn của dòng xung Iimp 16

Bảng 2.6 Các thông số minh họa cho thử nghiệm 17

Bảng 2.7 Dung sai của các thông số trong thử nghiệm xung kết hợp cấp 3 19

Bảng 2.8 Tóm tắt các tiêu chuẩn áp dụng và các dạng xung thử nghiệm b sung cho mục A, B, C (trường hợp 1) và các thông số cho trường hợp 2 22

Bảng 2.9 100 kHz Ring wave – Các giá trị dự kiến cho xung áp và dòng trong mục A và B 22

Bảng 2.10 Xung h n hợp – Các giá trị dự kiến cho xung áp và dòng trong mục A và B 22

Bảng 2.11 Các thử nghiệm SPD trong mục C 23

Bảng 3.1 Thông số các hệ số 35

Bảng 3.2 Sai số của các dạng sóng xung d ng điện 45

Bảng 3.3 Sai số của các dạng sóng xung điện áp 45

Bảng 3.4 T ng hợp thông số các phần tử trong mạch phát xung dòng 49

Bảng 3.5 T ng hợp thông số các phần tử trong mạch phát xung áp 51

Bảng 3.6 Sai số của dạng xung d ng điện 60

Bảng 3.7 Sai số của các dạng xung điện áp 60

Bảng 4.1 Thông số chung 62

Bảng 4.2 Thông số các dạng xung tiêu chuẩn không chu kỳ 62

Bảng 4.3 Thông số Ring Wave 63

Bảng 4.4 Thông số dạng xung viễn thông 63

Bảng 4.5 Thông số Brust 64

Bảng 4.6 Thông số giảm áp & ngắt áp 64

Bảng 4.7 Chức năng phía trước AXOS8 66

Bảng 4.8 Chức năng phía sau AXOS8 67

Bảng 4.9 Chức năng c ng AUX (vị trí 7) 68

Bảng 4.10 Chức năng của Setup 70

Bảng 4.11 Chức năng của Properties (Surge) 73

Bảng 4.12 Chức năng của Properties (Telecom Wave) 74

Bảng 5.1 Sai số của xung dòng 8/20 µs 1kA 76

Bảng 5.2 Sai số của xung áp 1,2/50 µs, 1kV 77

Bảng 5.3 Sai số của xung áp 10/700 µs (Telecom wave) 79

Bảng 5.4 So sánh độ chính xác của dạng xung tiêu chuẩn mô phỏng và dạng xung của máy phát AXOS8 79

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1: Dạng xung điện áp tiêu chuẩn 5

Hình 2.2: Sơ đồ mạch phát xung 10/700µs 8

Hình 2.3: Dạng xung d ng điện tiêu chuẩn 11

Hình 2.4: S t đánh vào đường dây trên không vị trí cách xa công trình 12

Hình 2.5: S t đánh gián tiếp cảm ứng vào công trình 13

Hình 2.6: S t đánh trực tiếp vào kim thu s t trên đỉnh công trình 14

Hình 2.7: Sét đánh trực tiếp vào đường dây trên không lân cận công trình 14

Hình 3.1 Cửa s thư viện SIMULINK 25

Hình 3.2 Cửa s mô hình Simulink 26

Hình 3.3 Hộp thoại Configuration Parameters 27

Hình 3.4 Hộp thoại Mask Editor 29

Hình 3.5 Hộp thoại Block Parameters của khối Series RLC Branch 32

Hình 3.6 Dạng xung gồm t ng 2 thành phần 33

Hình 3.7 Đường cong xác định tỉ số b/a 34

Hình 3.8 Đường cong xác định tỉ số at1 34

Hình 3.9 Đường cong xác định tỉ số I1/I 35

Hình 3.10 Mô hình toán của xung d ng điện 36

Hình 3.11 Mô hình toán của xung điện áp 36

Hình 3.12 Nguồn xung d ng điện tiêu chuẩn 37

Hình 3.13 Nguồn xung điện áp tiêu chuẩn 37

Hình 3.14 Khai báo thông số tại tab Parameters 37

Hình 3.15 Các lệnh truy xuất các thông số tại tab Initialization 38

Hình 3.16 Mô hình toán xung d ng điện và điện áp không chu kỳ 38

Hình 3.17 Sơ đồ mô phỏng nguồn xung dòng 39

Hình 3.18 Sơ đồ mô phỏng nguồn xung áp 39

Hình 3.19 Thông số mô hình nguồn xung d ng điện 39

Hình 3.20 Thông số mô hình nguồn xung điện áp 40

Hình 3.21 Xung d ng điện 5kA - 4/10µs 40

Hình 3.22 Xung d ng điện 20kA - 8/20 µs 41

Hình 3.23 Xung d ng điện 20kA -10/350 µs 41

Hình 3.24 Xung điện áp 6kV - 1,2/50 µs 42

Hình 3.25 Xung điện áp 5kV-2/10µs 42

Hình 3.26 Xung điện áp 1.5kV - 9/720µs 43

Hình 3.27 Xung điện áp 3kV-10/160 µs 43

Hình 3.28 Xung điện áp 800V-10/560µs 44

Hình 3.29 Xung điện áp 5kV - 10/700µs 44

Hình 3.30 Mô hình mạch phát xung dòng 46

Hình 3.31 Mạch phát xung dòng 4/10 µs 50

Hình 3.32 Mạch phát xung dòng 8/20 µs 50

Hình 3.33 Mô hình máy phát xung dòng 4/10 µs và 8/20 µs 50

Hình 3.34 Mô hình mạch phát xung áp 51

Hình 3.35 Mạch phát xung áp 1,2/50µs 51

Hình 3.36 Mạch phát xung áp 0,5/700µs 52

Hình 3.37 Mạch phát xung áp 10/700µs 52

Hình 3.218 Mạch phát xung áp 9/720µs 52

Hình 3.39 Mạch phát xung áp 2/10µs 53

Hình 3.40 Mạch phát xung áp 10/560µs 53

Hình 3.41 Mạch phát xung áp 10/160µs 53

Hình 3.42 Mô hình máy phát xung điện áp 54

Hình 3.43 Sơ đồ mô phỏng mô hình xung d ng điện 8/20µs 54

Hình 3.44 Sơ đồ mô phỏng mô hình xung điện áp 54

Hình 3.45 Hộp thoại thông số của xung dòng và xung áp 55

Hình 3.46 Xung d ng điện 4/10µs – 5kA 55

Hình 3.47 Xung d ng điện 20kA -8/20µs 56

Hình 3.48 Xung điện áp 6kV-1,2/50µs 56

Hình 3.49 Xung điện áp 5kV -2/10µs 57

Hình 3.50 Xung điện áp 1.5kV-9/720µs 57

Hình 3.51 Xung điện áp 3kV-10/160µs 58

Hình 3.52 Xung điện áp 800V-10/560µs 58

Hình 3.53 Xung điện áp 5kV-0,5/700µs 59

Hình 3.54 Xung điện áp 5kV–10/700µs 59

Hình 4.1: Giao diện phía trước AXOS8

65

Hình 4.2 Giao diện phía sau AXOS8 67

Hình 4.3 Giao diện menu chính của thiết bị AXOS8 69

Hình 4.4 Menu Setup 70

Hình 4.5 Menu Surge 71

Hình 4.6 Menu Transition 72

Hình 4.7: Menu Properties (Surge) 72

Hình 4.8 Bộ Telecom Wave (TW) 8 73

Hình 4.9 Menu Telecom Wave 74

Hình 4.10 Menu Properties (Telecom Wave) 74

Hình 5.1 Dạng xung dòng 8/20 µs - 1kA 75

Hình 5.2 Dạng xung áp 1,2/50 µs 1kV (phóng to đầu sóng) 76

Hình 5.3.Dạng xung áp h mạch 1,2/50 µs 1kV (toàn sóng) 77

Hình 5.4 Dạng xung áp 10/700 µs 1kV (phóng to đầu sóng) 78

Hình 5.5 Dạng xung áp 10/700 µs 1kV (toàn sóng) 78

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Nhi u nghiên cứu đã được thực hiện để xác định nguyên nhân của xung quá áp trong mạng phân phối và mạng tín hiệu, và kết quả có thể cho là do một trong những nguyên nhân sau:

 S t đánh trực tiếp vào đường cấp nguồn đường tín hiệu

 Sét cảm ứng trên đường cấp nguồn đường tín hiệu

 Đóng, cắt tải tromg mạng phân phối

 Sự lan truy n xung thông qua các máy biến áp

 Sự thay đ i tải trong hệ thống gần k

 Sự dao động và các xung công suất

Mạng phân điện và mạng tín hiệu gồm một mạng lớn các đường dây kết nối với nhau và thường bị nhiễu b i các quá độ bắt nguồn từ một trong các lý do nêu trên, nhưng chủ yếu là do sét

Quá độ do s t có thể tạo ra quá áp rất cao trong hệ thống Các tia s t này thường đánh vào các dây truy n tải sơ cấp Nhưng có thể truy n qua các dây thứ cấp thông qua các điện cảm hay tụ điện mắc trong mạch Đôi khi các tia s t đánh trực tiếp vào

hệ thống bảo vệ chống s t hay các cấu trúc kim loại của các t a nhà cũng gây nên hiện tượng quá áp trên hệ thống điện trong t a nhà do việc lan truy n của xung s t Thậm chí khi tia s t không đánh trúng đường dây cũng có thể cảm ứng một điện áp đáng kể trên đường dây sơ cấp, các chống s t van hoạt động và sinh ra quá độ Quá độ do đóng, cắt điện thì ít nguy hiểm hơn nhưng xảy ra thường xuyên hơn Việc sử dụng các thyristor trong mạch đóng cắt hay đi u khiển công suất cũng có thể tạo ra quá độ như vậy

T chức IEC, IEEE và ANSI đã thiết lập một tài liệu cung cấp các nguyên tắc chủ yếu v các dạng xung d ng và xung áp có thể bắt g p trong hệ thống điện xoay chi u

CCITT, TIA và ITU đã thiết lập các tải liệu liên quan đến dạng xung d ng và xung áp thường g p trong mạng Viễn thông

Các dạng xung d ng và xung áp tiêu chuẩn được qui định theo các t chức nêu trên cần được tuân thủ trong quá trình đánh giá quá áp do s t và các nguyên nhân

khác và cần sử dụng để đánh giá hiệu quả bảo vệ thiết bị triệt xung quá áp trong quá trình thử nghiệm ứng với các xung tiêu chuẩn

Tuy nhiên, việc đầu tư các ph ng thí nghiệm với đầy đủ trang thiết bị theo yêu cầu của các tiêu chuẩn liên quan là đi u khó khăn v vốn và chuyên gia lãnh vực Ngày nay, kỹ thuật mô hình hóa và mô phỏng có thể trợ giúp thực hiện nghiên cứu thông qua việc xây dựng mô hình và mô phỏng với độ chính xác chấp nhận được với chi phí thấp và tiết kiệm thời gian

Liên quan đến việc nghiên cứu quá độ do s t, gần đây đã có một số đ tài được thực hiện như sau:

 Nghiên cứu và lập mô hình cải tiến thiết bị triệt xung hạ áp, Lê Quang Trung, LV ThS 2010, ĐHSPKT Tp HCM

 Các giải pháp nâng cao hiệu quả bảo vệ chống s t trong mạng hạ áp, Nguyễn Văn Lâm, LVThS 2011, ĐHBK Tp HCM

 Mô hình biến tr oxit kẽm cho các nghiên cứu v sự phối hợp cách điện, Nguyễn Thị Lệ Hải, LV ThS 2013, ĐHSPKT Tp HCM

 Nghiên cứu giải pháp chống s t trong mạng viễn thông, Bùi Kim Cường, LV ThS 2013, ĐHSPKT Tp HCM

 Nghiên cứu giải pháp chống s t cho thiết bị điện và điện tử bên trong t a nhà, Đ ng Thị Hà Thanh, LV ThS 2014, ĐHSPKT Tp HCM

 Mô hình hóa và mô phỏng thiết bị chống s t lan truy n trên mạng truy n thông, Phạm Thị Hằng, LV ThS 2014, ĐHSPKT Tp HCM

 Bảo vệ chống xung quá độ trong mạng hạ áp, Dương Anh Hào, LV ThS

2014, ĐHSPKT Tp HCM

Các luận văn nêu trên tập trung xây dựng mô hình các thiết bị chống lan truy n trên đường nguồn hạ áp và trên đường tín hiệu, đồng thời đ xuất các giải pháp chống s t lan truy n phù hợp

Tuy nhiên, c n thiếu rất nhi u dạng xung áp và xung d ng khác, đơn cử như mô hình phát xung d ng 4/10µs, 8/20µs, 10/350µs và máy phát xung áp 1.2/50μs, 2/10μs, 9/720μs, 10/160μs, 10/560μs, 0.5/700μs và 10/700μs

Chính vậy mà việc xây dựng thư viện b xung tương đối đầy đủ các loại máy phát xung áp và xung d ng tiêu chuẩn trong môi trường Matlab với độ chính xác chấp

nhận được là rất cần thiết để phục vụ các bài toán nghiên cứu quá áp và bảo vệ quá

áp trong mạng phân phối điện và mạng tín hiệu sau này

II MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

Nghiên cứu và xây dựng, mô phỏng, thực nghiệm mô hình máy phát xung áp và xung dòng tiêu chuẩn trong môi trường Matlab

III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu là các loại máy phát xung áp và xung d ng tiêu chuẩn được sử dụng trong bài toán quá điện áp do s t lan truy n trên đường nguồn, đường tín hiệu và các quá áp khác do đóng cắt đường dây, tải,…

Các vấn đ nghiên cứu cụ thể trong luận văn bao gồm:

 Nghiên cứu các dạng xung áp và xung d ng được đ cập trong các tiêu chuẩn liên quan

 Xây dựng mô hình toán và mô hình vật lý các máy phát xung áp và xung

d ng tiêu chuẩn

 Nghiên cứu và sử dụng hệ thống máy phát xung AXOS8 tại ph ng thí nghiệm Hệ thống điện và Năng lượng tái tạo tại ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM

 Đánh giá độ chính xác của các mô hình máy phát xung áp và xung d ng tiêu chuẩn được xây dựng

IV PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp nghiên cứu được áp dụng để thực hiện luận văn này là phân tích lý thuyết, mô phỏng trên máy tính và thực nghiệm

 Ph n tích lý thuyết: Là nghiên cứu các cơ s lý thuyết, các tiêu chuẩn liên

quan đến mô hình máy phát xung d ng và xung áp tiêu chuẩn

 M phỏng trên máy tính: Sau khi đã xây dựng xong các mô hình xung

d ng và xung áp dưới dạng mô tả toán (các phần tử và hàm toán) hay mô hình vật lý (mạch RLC) trong môi trường Matlab, tiến hành mô phỏng để đánh giá độ chính xác của các mô hình xung d ng và xung áp s t được xây dựng

 Thực nghiệm: So sánh một số dạng xung mô phỏng và dạng xung phát b i

hệ thống máy phát xung AXOS8

tại ph ng thí nghiệm để kiểm chứng độ chính xác của các mô hình toán học và mô hình vật lý được xây dựng

IV Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU

1 Ý nghĩa khoa học

Luận văn nghiên cứu và xây dựng các máy phát xung dòng và xung áp tiêu chuẩn một cách đầy đủ và b xung vào thư viện Simulink của phần m m Matlab Đây là hướng nghiên cứu mới ít được quan tâm tại Việt Nam Các kết quả nghiên cứu mang tính khoa học và đóng góp một phần không nhỏ trong chu i bài toán nghiên cứu quá áp do xung áp và xung dòng trong mạng phân phối và mạng viễn thông, trên cơ s đó đ ra giải pháp bảo vệ hiệu quả và lựa chọn thiết bị triệt xung phù hợp

2 Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp mô hình các máy phát xung d ng và xung áp s t hữu ích cho các nhà nghiên cứu, các giảng viên, sinh viên các trường đại học trong việc nghiên cứu các đáp ứng của thiết bị chống quá áp dưới tác động của xung áp và xung d ng trong đi u kiện thiếu ph ng thí nghiệm hiện nay

Luận văn cũng là tài liệu tham khảo hữu ích cho các sinh viên Ngành Công nghệ

Kỹ thuật điện-Điện tử và học viên cao học Ngành Kỹ thuật điện

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Xung điện áp không chu kỳ

2.1.1 Định nghĩa đối với thử nghiệm bằng ung điện áp không chu kỳ

2.1.1.1 Thời gian đầu óng T 1

Thời gian đầu sóng T1 của một xung điện áp là một tham số giả định được xác định bằng 1,67 lần khoảng thời gian T giữa các thời điểm xung là 30 và 90 của giá trị đỉnh

(2.1)

2.1.1.2 Điểm gốc giả định O 1

Điểm gốc giả định O1 là giao điểm của đường thẳng được vẽ qua các điểm chuẩn 30 và 90 trên đầu sóng với trục thời gian

2.1.1.3 Thời gian toàn óng T 2

Thời gian toàn sóng T2 của một xung điện áp là một tham số giả định được xác định bằng khoảng thời gian giữa điểm gốc giả định O1 và thời điểm khi điện áp

đã giảm tới nữa giá trị đỉnh

2.1.1.4 Dung sai

Giá trị đỉnh: ± 3%

Thời gian đầu sóng T1: ± 30%

Thời gian toàn sóng T2: ± 20%

Hình 2.1: Dạng xung điện áp tiêu chuẩn

2.1.2 Các dạng ung điện áp chuẩn

Là các xung điện áp được tiêu chuẩn hóa tr thành các xung tiêu chuẩn và thường được mô tả dưới dạng α/β µs trong đó α là thời gian đầu sóng T1(µs) c n β

là thời gian toàn sóng T2 (µs):

 Đối với xung 0,5/700µs thì T1 = 0,5µs và T2 = 700µs

 Đối với xung 1,2/50µs thì T1 = 1,2µs và T2 = 50µs

 Đối với xung 2/10µs thì T1 = 2µs và T2 = 10µs

 Đối với xung 9/720µs thì T1 = 9µs và T2 = 720µs

 Đối với xung 10/160µs thì T1 = 10µs và T2 = 160µs

 Đối với xung 10/560µs thì T1 = 10µs và T2 = 560µs

 Đối với xung 10/700µs thì T1 = 10µs và T2 = 700µs

 Dạng ung µs

Xung 0.5/700µs là dạng xung đóng cắt dùng để thử nghiệm khuếch đại tín hiệu trên các trạm và đường dây điện thoại, điện tín Xung này được qui định theo tiêu chuẩn CNET FRANCE và ITU-T

 Dạng ung 1,2 µs

Quá áp được tạo ra do s t đánh được đ c trưng b i một xung điện áp 1,2/50µs Đây là loại xung điện áp được sử dụng để thử nghiệm khả năng chịu đựng của các

thiết bị như động cơ điện, máy biến áp …đối với quá điện áp khí quyển

Xung 1,2/50µs được quy định trong tiêu chuẩn IEC 60-2, ANSI/IEEE Std

4-1978 và ANSI C62.1-1984 Thời gian đầu sóng được xác định bằng 1.67 lần khoảng thời gian giữa các thời điểm xung là 30 và 90 của giá trị đỉnh Các tiêu chuẩn qui định dung sai của thời gian đầu sóng là 30 và dung sai của thời gian toàn sóng là 20

Xung điện áp 1,2/50µs được xác định theo công thức:

(2.2)

Trong đó: = 0,4074µs; = 68,22µs;

A = 1,037; t là thời gian (t ≥ 0);

V p là giá trị đỉnh của V(t)

Xung điện áp 10/160µs longitudial có thời gian đầu sóng là 10µs và thời gian toàn sóng là 160µs Thuật ngữ “longitudinal” chỉ ra rằng xung điện áp được áp dụng giữa đất và tất cả các dây không nối đất, được gọi là chế độ cách chung trong điện

tử Điện áp đỉnh là 1.5kV và d ng điện đỉnh nhỏ nhất phải là 200A Cả hai dạng xung 10/160µs và 10/560µs được quy định trong tiêu chuẩn TIA-968-A

Dạng xung điện áp 9/720µs được sử dụng dụng cho cả hai dạng xung metallic và xung longitudinal Được quy định trong tiêu chuẩn TIA-968-B

hợp lý

Hình 2.2: Sơ đồ mạch phát xung 10/700µs

Xung điện áp 10/700µs được xác định b i công thức :

(2.3)Trong đó: = 4,919µs; = 827,6µs;

A = 1,163; t là thời gian (t ≥ 0);

V p là giá trị đỉnh của V(t)

2.1.3 Các tiêu chuẩn liên quan

2.1.3.1 Tiêu chuẩn ITU-T K.20 VÀ K.21

Các tiêu chuẩn của hiệp hội viễn thông quốc tế ITU (International Telecommunication Union) được sử dụng Châu Âu và vùng Viễn Đông và ITU-T

là nhánh các tiêu chuẩn v viễn thông Các tiêu chuẩn kiểm tra gồm có:

 Các xung s t do s t đánh vào ho c gần đường cáp và thiết bị

 Cảm ứng trong thời gian ngắn của điện áp từ đường dây AC

 Tiếp xúc trực tiếp của đường dây AC và đường dây viễn thông

Có 2 tiêu chuẩn ITU-T được áp dụng cho hầu hết các thiết bị viễn th ng là:

 ITU-T K.20 là tiêu chuẩn áp dụng cho các thiết bị nối với t ng đài

 ITU-T K.21 bao gồm các yêu cầu cho thiết bị viễn thông được lắp đ t phía khách hàng

Các tiêu chí của tiêu chuẩn ITU-T:

 Tiêu chí A (Criterion A) yêu cầu rằng thiết bị sẽ chịu kiểm tra mà không bị

hư hỏng và có thể hoạt động tốt sau khi kiểm tra Không yêu cầu hoạt động đúng khi đang kiểm tra

 Tiêu chí B (Criterion B) yêu cầu rằng không xảy ra cháy khi kiểm tra và không gây hư hỏng bất cứ phần nào của thiết bị

Bảng 2.1 Các thử nghiệm theo ITU-T K.20

Xung áp (10 x 700µs ) Xung dòng

(5 x 310µs) (A)

L p* Bảo vệ sơ

cấp

Theo tiêu chí

Một c ng (port)

Thử 1 và 2 dây

Nhi u c ng Thử 1 và 2 dây

* giữa các lần l p nghỉ 1 phút, ** không thực hiện nếu có bảo vệ sơ cấp

Bảng 2.2 Các thử nghiệm theo ITU-T K.21

Xung áp (10 x 700µs ) (kV)

Xung dòng (5 x 310µs) (A)

L p* Bảo vệ sơ

cấp

Chấp nhận tiêu chí

Một c ng (port)

Một c ng (port) Thử trên 2

dây

Thử trên 1 dây

*** không áp dụng nếu có bảo vệ sơ cấp

2.1.3.2 Tiêu chuẩn TIA-968-A, TIA-968-B

Tiêu chuẩn TIA-968-A (dạng A), TIA-968-B (dạng B sử dụng cho tất cả thiết bị đấu nối vào mạng điện thoại công cộng PSTN (Public Switched Telephone Network) Mục đích của TIA-968-A, TIA-968-B là cung cấp các tiêu chuẩn đồng nhất để bảo vệ mạng điện thoại từ bất cứ các hư hỏng hay nhiễu gây ra do kết nối của các thiết bị (terminal equipment) Tiêu chuẩn này cũng bao gồm các tác động của môi trường như dao động, nhiệt độ, độ ẩm, điện áp rơi, điện áp và d ng điện nguy hiểm cũng như các kiểm tra cho tín hiệu

 Các kiểm tra quá áp

Tiêu chuẩn này yêu cầu thiết bị phải thực hiện kiểm tra quá áp gồm xung áp trên một dây (metallic) dạng A và B, và xung áp trên 2 dây (longitudinal) dạng A và B

Đối với xung thử loại A thì thiết bị EUT có thể hoạt động hay ngừng hoạt động Đối với xung thử dạng B thì mạch bảo vệ thiết bị không được ph p hư hỏng EUT phải được thiết kế để chịu đựng được các xung loại B và tiếp tục hoạt động tốt tất cả các trạng thái làm việc

 Xung áp giữa 2 dây Tip và Ring (Metallic)

Các xung áp trên giữa 2 dây Tip và Ring dạng A và B được đ t lên cả 2 cực tính dương và âm trên 2 dây Tip và Ring trong tất cả các trạng thái hoạt động (đang chờ máy, hết chờ máy, chuông đang kêu …) Xung dạng A là 800V, 100A xung đỉnh, trong khi đó xung dạng B là 1000V, 25A xung đỉnh Bảng 2.11 liệt kê các dạng xung này:

Bảng 2.3 Các dạng xung thử theo TIA-968-A, TIA-968-B

Dạng kiểm tra Điện áp

đỉnh (VPK)

Dạng sóng xung áp (ms)

D ng đỉnh (A)

Dạng sóng xung dòng (ms)

Số lần

l p Metallic

 Xung áp trên 2 dây Tip, Ring với đất (longitudinal)

Các xung áp trên 2 dây loại A và B được đ t lên cả 2 cực tính dương và âm trong tất cả các trạng thái hoạt động Xung dạng A là 1500V, 200A xung đỉnh đ t lên EUT trên cả 2 dây Tip và Ring Dạng xung loại B là một xung 1500V, 37.5A xung đỉnh được đ t lên dây Tip với đất và dây Ring với đất Các xung thử loại B chỉ bảo đảm mức bảo vệ tối thiểu, để thiết bị hoạt động tin cậy trong một thời gian dài thì cần thử xung dạng A

2.2 Xung dòng điện không chu kỳ

2.2.1 Định nghĩa đối với thử nghiệm bằng ung dòng điện không chu kỳ

2.2.1.1 Thời gian đầu sóng T 1

Thời gian đầu sóng T1 của xung d ng điện là một tham số giả định được xác định bằng 1,25 lần khoảng thời gian T giữa các thời điểm khi xung là 10% và 90% giá trị đỉnh

(2.4)

2.2.1.2 Điểm gốc giả định O 1

Điểm gốc giả định O1 là giao điểm của đường thẳng được vẽ qua các điểm chuẩn

và trên đầu sóng với trục thời gian

2.2.1.3 Thời gian toàn sóng T 2

Thời gian toàn sóng T2 của xung d ng điện là một tham số giả định được xác định bằng khoảng thời gian giữa điểm gốc giả định O1 và thời điểm khi d ng điện

đã giảm nữa giá trị đỉnh

2.2.1.4 Dung sai

Giá trị đỉnh: ± 10%

Thời gian đầu sóng T1: ± 10%

Thời gian toàn sóng T2: ± 10%

Hình 2.3: Dạng xung dòng điện tiêu chuẩn

2.2.2 Các dạng ung dòng điện chuẩn

Là các xung d ng điện được tiêu chuẩn hóa tr thành các xung tiêu chuẩn và thường được mô tả dưới dạng α/β µs trong đó α là thời gian đầu sóng T1 (µs) c n β

là thời gian toàn sóng T2 (µs) :

 Đối với xung 4/10µs thì T1 = 4µs và T2 = 10µs

 Đối với xung 8/20 µs thì T1 = 8µs và T2 = 20µs

 Đối với xung 10/350µs thì T1 = 10µs và T2 = 350µs

 Dạng xung 4/10µs

Dạng xung 4/10µs là xung d ng cường độ lớn, rất hiếm xuất hiện và chỉ xuất hiện đi u kiện đ c biệt như trong sấm chớp mùa đông, vùng ven bờ có nhi u đồi núi D ng chớp xuất hiện với biên độ sấm s t có thể k o dài vài 100µs với biên độ cao 100kA, điện áp  23kV Được quy định trong tiêu chuẩn IEC 60060-1

Thiết bị chống s t được sử dụng chủ yếu để bảo vệ biến áp phân phối, nối cáp và thiết bị điện khỏi bị hư hỏng b i xung s t điện áp và hoạt động trên- điện áp Varistor được sử dụng trong chống s t là đối tượng của một loạt các vật lý và điện

tử kiểm tra để đảm bảo khả năng bảo vệ và cao cấp nhà xác minh các tính chất cách điện Chống s t đã được thiết kế và loại thử nghiệm theo IEC60099- 4:2004 tiêu chuẩn

 Dạng ung 8 2 µs

Dạng xung 8/20µs thường là xung s t cảm ứng do s t đánh vào đường dây trên không cách công trình một khoảng cách xa ho c do s t đánh vào một vật gần đường dây trên không ho c do sự gia tăng điện thế đất do s t đánh vào vị trí gần công trình

Hình 2.4: Sét đánh vào đường dây trên không ở vị trí cách xa công trình

Hình 2.5: Sét đánh gián tiếp cảm ứng vào công trình

Theo tiêu chuẩn IEC 60-2, ANSI/IEEE Std 4-1978 và ANSI C62.1-1984, xung

d ng điện 8/20µs được xác định theo công thức gần đúng:

Hình 2.6: Sét đánh trực tiếp vào kim thu sét trên đỉnh công trình

Hình 2.7: Sét đánh trực tiế vào đường dây trên không lân cận công trình

Xung d ng điện 10/350 µs được xác định theo công thức :

(2.6)

Trong đó: = 1.075; = 19µs; = 485µs ;

I p là giá trị đỉnh của xung d ng điện (A); t là thời gian (s)

2.2.3 Các tiêu chuẩn liên quan

2.2.3.1 Tiêu chuẩn IEC 61643-1

Đây là tiêu chuẩn thiết bị chống s t sử dụng trên mạng điện hạ áp – các yêu cầu

và phương pháp thử nghiệm

 Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này áp dụng cho thiết bị chống s t chống lại các ảnh hư ng trực tiếp

và gián tiếp của s t ho c các đột biến điện áp khác Các thiết bị này được sử dụng

để được nối vào nguồn AC 50/60Hz có điện áp đến 1000 V hiệu dụng ho c DC có điện áp 1500Vdc

 Một số định nghĩa ử dụng cho IEC 61643

 Surge Protective Device (SPD): Thiết bị chống s t có tính năng giới hạn quá

áp lan truy n (transient ) và chuyển hướng (divert) xung d ng điện, nó chứa ít nhất một phần tử phi tuyến

 D ng phóng danh định (nominal discharge current) In: Phần xung d ng chạy qua thiết bi chống s t có dạng xung d ng 8/20µs, dạng xung này để phân loại thiết

bị chống s t cấp 2, đồng thời là đi u kiện tiên quyết của các thử nghiệm thiết bị cấp

1 và cấp 2

 Dòng xung (impulse current) Iimp: Được định nghĩa b i 3 thông số: d ng cực đại, điện tích và năng lượng của xung Tham số Iimp được dùng để phân loại cho các thử nghiệm thiết bị chống s t cấp 1

 D ng phóng cực đại Imax cho các thử nghiệm thiết bị chống s t cấp 2 (maximum discharge current Imax for class II test): Phần xung d ng chạy qua thiết bi chống s t có dạng xung d ng 8/20µs và được phóng đại theo kết quả thử nghiệm thiết bị chống s t cấp 2 làm việc trong thử nghiệm – Imax lớn hơn rất nhi u In

 Điện áp làm việc liên tục lớn nhất (maximum continuous operating voltage)

Uc: Là điện áp r.m.s ho c điện áp DC lớn nhất đ t lên thiết bị chống s t chế độ bảo vệ

 Mức điện áp bảo vệ (voltage protection level) Up: Tham số thể hiện đ c tính khả năng làm việc của thiết bị chống s t đối với điện áp giới hạn đ t lên cực của thiết bị được lựa chọn từ danh sách các giá trị tham số yêu cầu Tham số này phải lớn hơn giá trị điện áp giới hạn điện áp đi u h a (d ng sin 50 Hz)

 Phân loại thử nghiệm xung

 Các thử nghiệm cấp 1: Thử nghiệm được thực hiện với các dạng xung d ng phóng bình thường In, xung áp 1,2/50µs và d ng xung cực đại Iimp theo định nghĩa

v tham số cho các thử nghiệm thiết bị cấp 1

 Các thử nghiệm cấp 2: Thử nghiệm được thực hiện với các dạng xung d ng phóng bình thường In, xung áp 1,2/50µs và d ng xung cực đại Imax theo định nghĩa

v tham số thử nghiệm cho thiết bị cấp 2

 Các thử nghiệm cấp 3: Thực hiện với dạng xung kết hợp – combination wave (1,2/50µs và 8/20µs) theo định nghĩa xung kết hợp

 Ph n loại thiết bị chống t theo các thử nghiệm SPD cấp 1, 2 và 3

Thông số yêu cầu cho thử nghiệm cấp 1, cấp 2 và cấp 3 được mô tả theo Bảng 2.1

 Các tham ố thử nghiệm tiêu chuẩn

 Giá trị tiêu chuẩn của d ng xung đối với thử nghiệm cấp 1 Iimp

Bảng 2.5 Giá trị tiêu chuẩn của dòng xung I imp

 Giá trị tiêu chuẩn của d ng phóng danh định đối với thử nghiệm cấp II In

 Giá trị tiêu chuẩn của điện áp ( RMS ho c DC) làm việc liên tục lớn nhất Uc 52; 63; 75; 95; 110; 130; 150; 175; 220; 230; 240; 250; 260; 275; 280; 320; 420; 440; 460; 510; 530; 600; 630; 690; 800; 900; 1000 và 1500V

 Thử nghiệm dòng xung cấp 1 (*)

D ng xung thử nghiệm Iimp được xác định b i các thông số: Cường độ d ng xung cực đại Ipeak , điện tích xung Q và năng lượng xung W/R D ng xung đơn cực đạt đỉnh trong thời gian 50µs, thời gian phóng điện tích Q là 10ms và thời gian năng lượng xung chuyển v 0 là 10ms

Công thức liên hệ giữa đỉnh d ng xung với Q và W/R như sau:

Q = Ipeak x a trong đó a = 5.10-4s W/R = Ipeak x b trong đó b = 2,5.10-4s

Bảng 2.6 Các thông số minh họa cho thử nghiệm

Ipeak(kA)

Trong thời gian 50µs

Q(As) Trong thời gian 10ms

W/R(kJ/R) Trong thời gian 10ms

Các tham số biên độ đỉnh d ng xung Ipeak , điện tích Q và năng lượng xung W/R

có thể cho ph p dao động trong khoảng:

Thời gian đầu sóng : ± 10%

Thời gian toàn sóng: ± 10%

Với xung thử nghiệm có cường độ vượt quá mức cho ph p ho c dao động miễn

là mức dao động không vượt quá 5% giá trị đỉnh xung, các xung phân cực ngược (âm) khi d ng đã giảm v đến giá trị bằng 0 thì mức đỉnh xung phân cực âm không vượt quá 20% giá trị đỉnh Trong trường hợp thiết bị thử nghiệm có 2 c ng (2

ports), mức dao động cho ph p không vượt quá 5% vì vậy không ảnh hư ng đến mức điện áp giới hạn, thiết bị đo d ng chạy qua thiết bị chống s t phải có mức chính xác 3%

 Thử nghiệm ung điện áp cấp 1 và 2

Dạng xung áp tiêu chuẩn để thử nghiệm có dạng 1,2/50µs với mức dao động v dạng xung áp theo đi u kiện như sau:

Đỉnh xung: ± 3%

Thời gian đầu sóng: ± 30%

Thời gian toàn sóng: ± 20%

 Thử nghiệm ung kết hợp cấp 3 (***)

Xung tiêu chuẩn dạng kết hợp từ máy phát xung cho thử nghiệm thiết bị chống

s t cấp 3 có đ c tính dạng điện áp ra máy phát xung thử nghiệm kiểu h mạch và dạng d ng ngắn mạch, điện áp của xung kiểu h mạch từ máy phát xung có dạng thời gian đầu sóng 1,2µs và thời gian toàn sóng là 50µs và d ng ngắn mạch có dạng xung với thời gian đầu sóng 8µs và thời gian toàn sóng là 20µs

Các giá trị sau đây được đo trên máy phát xung không có phần lọc xung (back filter)

Dung sai của điện áp h mạch Uoc được cho như sau:

Giá trị đỉnh : ±3%

Thời gian đầu sóng: ±30%

Thời gian toàn sóng: ±20%

Dung sai của d ng điện ngắn mạch Isc được cho như sau:

Giá trị đỉnh : ±10%

Thời gian đầu sóng: ±10%

Thời gian toàn sóng: ±10%

Tr kháng trong máy phát xung thử nghiệm được danh định là 2 Ω Theo định nghĩa thì tr kháng là tỷ lệ giữa giá trị đỉnh của điện áp h mạch Uoc với giá trị đỉnh

d ng xung ngắn mạch Isc

Các thông số thử nghiệm cực đại không được vượt quá 10kV đối với Uoc khi h mạch và 5kA khi ngắn mạch Isc Tất cả các tham số xung thử nghiệm vượt quá mức này chỉ được thực hiện với thiết bị chống s t cấp 2

Bảng 2.7 Dung sai của các thông số trong thử nghiệm xung kết hợp cấp 3

Điện áp h mạch Uoc D ng ngắn mạch Isc

Chú ý: bảng này đã x t đến ảnh hư ng của bộ lọc (back filter)

 Quy tr nh đo thử nghiệm điện áp dư với xung dòng 8/20µs

 Xung dòng thử nghiệm với dạng xung 8/20µs với các đỉnh xung bằng 0,1; 0,2; 0,5; 1 lần mức đỉnh xung In, nếu thiết bị được thử nghiệm là module kiểu giới hạn điện áp thì chỉ cần thử nghiệm với xung có cường độ cực đại In Chú ý với thử nghiệm thiết bị có module kiểu chuyển mạch theo điện áp thì xung thử nghiệm phải

có tốc độ thay đ i điện áp từ 10kV/µs tr xuống

 Một chu i xung phân cực dương và một chu i xung phân cực âm được đ t lên thiết bị thử nghiệm

 Cuối cùng, ít nhất một xung có mức tương ứng với Imax với đỉnh lớn hơn In

đ t lên thiết bị thử nghiệm (một xung dương) cho kết quả điện áp dư lớn hơn các kết quả thử nghiệm thu được trước đó

 Trong khoảng thời gian nghỉ giữa các thí nghiệm phải đủ dài để tr v nhiệt

độ môi trường

 Thiết bị ghi, đo d ng và điện áp cho m i lần phóng xung thử nghiệm, giá trị (tuyệt đối) đỉnh xung phải được ghi lại m i lần thiết bị xả xung tương ứng với giá trị điện áp nạp dư theo đồ thị tương quan, một đường cong gần chính xác nhất nối các điểm được vẽ ra Các điểm nối phải đủ lớn để đường đồ thị đảm bảo không cần phải có hệ số hiệu chỉnh đường đồ thị đến giá trị Imax

ho c Ipeak

 Điện áp dư được dùng để xác định mức điện áp giới hạn bảo vệ lớn nhất theo

đồ thị tương ứng với dải d ng xung thử nghiệm cho:

 Thiết bị chống s t cấp 1: Đến Ipeak ho c với In nhằm xác định bất kỳ giá trị điện áp giới hạn lớn hơn

 Thiết bị chống s t cấp 2: Đến In

 Quy trình thử nghiệm ác định thời gian trước khi đạt đến ngưỡng phóng điện

Xung điện áp dạng 1,2/50µs với mức điện áp xung từ máy phát lớn nhất tại 6kV được sử dụng:

 10 xung áp với 5 xung dương và 5 xung âm đ t lên thiết bị mẫu

 Khoảng thời gian giữa hai lần thử đủ lớn để đảm bảo nhiệt độ của mẫu thử giảm v nhiệt độ của môi trường

 Nếu không có hiện tượng phóng điện xảy ra trên mẫu thử thì hai bước trên được l p lại với mức điện áp lớn nhất 10kV

 Điện áp tại thiết bị thử được đo và ghi lại bằng thiết bị hiện song

 Mức ngưỡng điện áp phóng đo được là giá trị điện áp phóng lớn nhất được ghi lại trong quá trình thử nghiệm

 Quy tr nh thử nghiệm ác định mức điện áp giới hạn với ung kết hợp

Để thực hiện thử nghiệm này, sử dụng xung kết hợp:

 D ng xung thử nghiệm dạng kết hợp đ t lên thiết bị chống s t chịu mức xung cao, với điện áp mạch chính tại Uc

 Chỉ áp dụng cho thiết bị chống s t nguồn điện AC (dạng sin), xung dương được đ t góc 90º ± 10º và góc 270º ± 10º so với đường điện áp AC

 Đối với thiết bị chống s t nguồn DC cả 2 xung trên đ t lên thiết bị mẫu thử nghiệm tại mức điện áp nguồn DC: Uc

 Khoảng thời gian giữa các lần thử nghiệm lên thiết bị mẫu phải đủ dài để đảm bảo nhiệt độ thiết bị mẫu tr v nhiệt độ môi trường

 Điện áp của máy phát xung kết hợp được đ t như mức điện áp h mạch Uocvới các mức 0,1; 0,2; 0,5 và 1 lần Uoc theo tuyên bố của nhà sản xuất đối với thiết bị chống s t, nếu là thiết bị chống s t kiểu giới hạn điện áp thì chỉ cần thử nghiệm với một mức điện áp Uoc

 Máy phát xung đ t chế độ phát 4 xung liên tiếp đ t lên thiết bị mẫu tương ứng với 2 xung dương và 2 xung âm

 Một thiết bị hiện sóng ghi lại d ng phát ra từ máy phát xung đến thiết bị mẫu thử nghiệm và đo điện áp đầu ra của thiết bi chống s t cho m i xung tác động lên thiết bị

 Mức điện áp đo được lớn nhất trong chu i thử nghiệm được xác định là mức điện áp giới hạn

2.2.3 Tiêu chuẩn ANSI IEEE C62.41

Tiêu chuẩn hướng dẫn lựa chọn các ph p thử điện áp và d ng điện để đánh giá khả năng chịu đựng xung của các hệ thống và thiết bị nối với nguồn điện cung cấp các lĩnh vực dân dụng, thương mại và công nghiệp nhẹ Trong một công trình, thường có 3 khu vực tuỳ theo vị trí tương đối của nó với phía đường điện đi vào công trình Với m i khu vực, sẽ có các dạng sóng điện áp và d ng điện đ c trưng ANSI/IEEE C62.41 định nghĩa 3 khu vực bảo vệ dựa trên các vị trí như sau:

 Mức C: là vị trí của bên ngoài và đường nguồn hạ áp cấp điện cho công trình

 Mức B: là vị trí của đường cung cấp chính và mạch điện nhánh ngắn

 Mức A: là vị trí lối ra và mạch điện nhánh dài, dài hơn 10m so với mục B

ho c dài hơn 20m so với mục C

Tiêu chuẩn này đưa ra năm dạng xung khác nhau Trong đó, có 2 dạng xung tiêu chuẩn và 3 dạng xung b sung (3 dạng b xung được sử dụng trong trường hợp đ c biệt) Hai dạng xung được xác định là đại diện tiêu chuẩn đó là xung h n hợp (1,2/50µs – 8/20µs) và 100kHz Ring wave Hai dạng xung b sung cho trường hợp

I đó EFT Burst và 10/1000µs Long wave C n đối với trường hợp II (xung s t đánh trực tiếp), một thử nghiệm đ c biệt, được định nghĩa thử nghiệm cấp I trong tiêu chuẩn IEC 61643-1

IEEE định nghĩa có ba mức lộ thiên cho tỷ lệ xuất hiện của các xung quá độ Ba mức lộ thiên bao gồm:

 Vùng lộ thiên thấp (Low exposure): vùng có rất ít xung s t hoạt động và số lần đóng cắt tải ít

 Vùng lộ thiên trung bình (Medium exposure): vùng xung s t hoạt động cao hơn và quá độ đóng cắt xảy ra thường xuyên hơn

 Vùng lộ thiên cao (High exposure): rất hiếm khi xảy ra và mức độ lớn hơn so với các vùng xuất hiện thấp và trung bình

Bảng 2.8 Tóm tắt các tiêu chuẩn áp dụng và các dạng xung thử nghiệm bổ sung cho mục A, B, C (trường hợp 1) và các thông số cho trường hợp 2

Trường hợp 1 Xung tác động đến cấu trúc bên ngoài

Trường hợp 2 Tia s t trực tiếp Loại

100kHz

Ring

wave

Xung kết hợp

Xung

d ng/áp riêng biệt

EFT Burst 5/50ns

10/1000µ

s Long wave

Cảm ứng

Trực tiếp

chuẩn Tiêu chuẩn - B sung B sung

B Ring Wave

Đánh giá từng trường hợp

chuẩn Tiêu chuẩn - B sung B sung

C Low Tùy chọn Tiêu chuẩn - Tùy

ANSI C62.41-1980 gợi ý mức độ đại diện cho quá áp tối đa trên mạch cung cấp chính và mạch nhánh ngắn bên trong một cấu trúc được đưa ra b i sự kết hợp của một xung 1,2/50µs có điện áp đỉnh h mạch 6kV và một xung 8/20µs có d ng điện đỉnh ngắn mạch 3kA

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH CÁC MÁY PHÁT XUNG

XÉT TIÊU CHUẨN

3.1 Công cụ MATLAB – SIMULINK

3.1.1 MATLAB

MATLAB là từ viết tắt của “Matrix Laboratory”, là một ngôn ngữ cấp cao và

là môi trường tương tác cho toán số, đồ họa và lập trình MATLAB cho ph p phân tích dữ liệu, phát triển các thuật toán, tạo ra các mô hình và ứng dụng Các ngôn ngữ, công cụ và hàm toán học dựng sẵn trong MATLAB cho ph p khám phá nhi u cách tiếp cận và đạt được một giải pháp nhanh hơn so với các bảng tính ho c các ngôn ngữ lập trình truy n thống, chẳng hạn như C / C ++ ho c Java Ngoài ra, MATLAB c n có thêm các bộ công cụ (Toolbox) với phạm vi chức năng chuyên dùng Ngày nay, có thể sử dụng MATLAB cho một loạt các ứng dụng, bao gồm cả

xử lý tín hiệu và thông tin liên lạc, xử lý ảnh và video, đi u khiển hệ thống, thử nghiệm và đo lường…

Ưu điểm của Matlab là mã nguồn m , các hàm và Toolbox không ngừng phát triển b sung theo sự phát triển của khoa hoc kỹ thuật, và là công cụ trợ giúp phong phú và trực tiếp Do đó, người sử dụng dễ dàng tra cứu bất kỳ vấn đ nào đang quan tâm

3.1.2 SIMULINK

SIMULINK là phần m rộng của MATLAB SIMULINK là công cụ để mô phỏng và phân tích hệ thống động liên tục, rời rạc, tuyến tính và phi tuyến thông qua giao diện GUI dưới dạng sơ đồ khối Giao diện đồ họa trên màn hình của SIMULINK cho ph p thể hiện hệ thống dưới dạng tín hiệu với các khối chức năng quen thuộc SIMULINK cung cấp cho người sử dụng một thư viện rất phong phú,

có sẵn với số lượng lớn các khối chức năng cho các loại hệ thống khác nhau Hơn thế nữa, người sử dụng có thể tạo nên các khối riêng của mình

Để làm việc với SIMULINK, trước hết kh i động MATLAB, sau đó gọi lệnh

Simulink trên Command Window, kết quả thu được trình bày Hình 3.1

Hình 3.1 Cửa sổ thư viện SIMULINK

SIMULINK gồm nhi u khối thư viện, m i khối thư viện chứa nhi u thư viện con, m i thư viện con có một chức năng riêng

Thư viện con có các khối chức năng Tất cả các khối chức năng đ u được xây dựng theo mẫu giống nhau M i khối có một hay nhi u đầu vào/ra (trừ các khối đ c biệt), tên của khối thể hiện đ c điểm của khối Người sử dụng có thể tùy ý thay đ i tên của khối Tuy nhiên, m i tên chỉ sử dụng duy nhất một lần trong phạm vi cửa s

mô hình mô phỏng Khi click-double chuột trái vào khối thì hộp thoại Block Parameters sẽ hiện ra và có thể nhập thủ công các tham số đ c trưng của khối SIMULINK phân biệt (không phụ thuộc vào thư viện con) hai loại khối chức

năng: khối thực (not virtual) và khối ảo (virtual) Các khối thực đóng vai tr quyết

định khi chạy mô phỏng Simulink Việc thêm bớt khối thực sẽ thay đ i đ c tính của

hệ thống đang mô phỏng Có thể nêu nhi u ví dụ v khối thực như: khối tích phân

Integrator hay khối hàm truy n đạt Transfer Fcn của thư viện con Continuous; khối Sum hay khối Product của thư viện con Math Operations Ngược lại, các khối ảo

không có khả năng thay đ i đ c tính của hệ thống, chúng chỉ có nhiệm vụ thay đ i

diện mạo đồ họa của mô hình SIMULINK Đó chính là các khối như Mux, Demux của thư viện con Signal Routing hay Enable thuộc thư viện con Ports &