Nghiên cứu và lập mô hình mô phỏng thiết bị chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp

NGUYỄN HOÀNG MINH NGHIÊN CỨU VÀ LẬP MÔ HÌNH MÔ PHỎNG THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN... Lập mô hình, mô phỏng và rút ra các yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ chống sét lan tru

NGUYỄN HOÀNG MINH

NGHIÊN CỨU VÀ LẬP MÔ HÌNH

MÔ PHỎNG THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN

NGUYỄN HOÀNG MINH

NGHIÊN CỨU VÀ LẬP MÔ HÌNH

HUTECH

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

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP HCM ngày tháng năm

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) 1

2

3

4

5

Xác nh Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Khoa quản lý chuyên ngành

Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện MSHV: 1081031015 I- TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU VÀ LẬP MÔ HÌNH MÔ PHỎNG THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Tổng quan về chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp

2 Nghiên cứu mô hình nguồn phát xung sét tiêu chuẩn

3 Nghiên cứu mô hình biến trở Oxide kim loại MOV

4 Nghiên cứu mô hình khe phóng điện không khí Spark Gap

5 Nghiên cứu mô hình khe phóng điện tự kích Trigger Spark Gap

6 Lập mô hình, mô phỏng và rút ra các yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15/09/2011

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/03/2012

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)

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

Nguyễn Hoàng Minh

Qua đây tôi cũng xin chân thành cảm ơn toàn Ban Giám hiệu Trường Trung cấp nghề Thủ Đức đã quan tâm, động viên, tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể quí Thầy Cô khoa Điện Trường Trung cấp nghề Thủ Đức động viên, hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn Xin gởi lời cảm ơn đến toàn thể các bạn học viên lớp Cao học10SMĐ Trường Đại Học Kỹ thuật Công nghệ Tp.HCM khóa 2010-2012 đã động viên, khích lệ giúp

đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn

Xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn bên tôi, động viên giúp đỡ tôi

Xin chân thành cảm ơn!

Học viên thực hiện

Nguyễn Hoàng Minh

-Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 22/29 Kp2, Đường Bình Chiểu, P.Bình Chiểu, Q.Thủ Đức, Tp.Hồ Chí Minh

-Điện thoại cơ quan: 08.38966888 Điện thoại nhà riêng: 08.38970957

II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

1.Trung học chuyên nghiệp:

-Hệ đào tạo:………Thời gian từ…/…….đến……./……… -Nơi học(trường, thành phố):……… -Ngành học:………

2.Đại học:

-Hệ đào tạo: Tập trung chính quy…Thời gian từ 09/1996 đến 04/2001

-Nơi học (trường, thành phố): Đại học Kỹ thuật Công nghệ Tp.HCM,

Thành phố Hồ Chí Minh

-Ngành học: Điện công nghiệp

-Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Mạch điện, Cung cấp điện, Lý thuyết điện tử

-Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 03/2001, Trường Đại học

-Ngày & nơi bảo vệ :

5.Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Anh ngữ, trình độ B

6 Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật được chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: Kỹ sư Điện công nghiệp,

Trường ĐH Kỹ thuật Công nghệ Tp.HCM

III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC:

Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm

2002-2003 Trung tâm dạy nghề Q.Thủ

Đức Giáo viên

2003-2004 Trường Kỹ thuật công

nghiệp Thủ Đức Giáo viên

2005-2012 Trường Trung cấp nghề

Thủ Đức Giáo viên

IV CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ:

XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC Ngày 15 tháng 03 năm 2012

HOẶC ĐỊA PHƯƠNG Người khai ký tên

Nguyễn Hoàng Minh

Hiện nay, trên thị trường có n hiều loại thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn (TBBV) của các hãng sản xuất khác nhau với các công nghệ đa dạng Việc lựa chọn TBBV có hiệu quả bảo vệ cao ở mức ít tốn kém nhất, thường gặp nhiều khó khăn vì các nhà sản xuất thường cung cấp các thông tin liên quan đến

ưu điểm về sản phẩm mà không đề cập đến các nhược điểm Vì vậy, cần nhận biết

và đánh giá các tính năng kỹ thuật quan trọng nhất và loại bỏ các thông tin không quan trọng, thậm chí có thể gây lầm lẫn trong việc ra quyết định lựa chọn TBBV là yêu cầu bức thiết Các thông số kỹ thuật được xem xét để đánh giá thiết bị bảo vệ bao gồm: mức chịu quá áp lâu dài, điện áp thông qua, giá trị xung, tuổi thọ, tốc độ đáp ứng, khả năng tản năng lượng sét, công nghệ Trong các thông số trên, thông số điện áp thông qua là quan

trọng nhất

Luận văn này dựa vào thông số điện áp thông qua nhằm đánh giá, so sánh khả năng bảo vệ của TBBV Từ đó rút ra các yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp nhằm tối ưu hóa các tính năng bảo vệ và nâng cao

độ tin cậy trong quá trình vận hành Các yếu tố ảnh hưởng này bao gồm: công nghệ chống sét, sự lựa chọn phối hợp bảo vệ của các TBBV và đánh giá hiệu quả bảo vệ của các thiết bị lọc sét

Luận văn bao gồm các nội dung chính sau đây:

1 Tổng quan về bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp

2 Nghiên cứu mô hình nguồn phát xung sét tiêu chuẩn

3 Nghiên cứu mô hình biến trở Oxide kim loại MOV

4 Nghiên cứu mô hình khe hở phóng điện không khí SG và mô hình khe

hở phóng điện tự kích TSG

5 Các yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ ap

6.Kết luận

Currently, the marker has many types of lightning protection equipment (LPE) spread over power lines, protective devices of different manufacturers with various technologies The highly effective selection of LPE at the least cost is usually difficult because manufacturers often provide information which related to product advantages without the disadvantages mentioned So it is necessary to recognize and evaluate the most, important technologies features and remove the most important information and maybe even misleading in the selection decision is urgent need The specifications parameters are reviewed to assess protection equipment including long-term rate under surge, voltage, pulse value, longevity, speed of response, ability to dissipate the lightning energy, technology In the above parameters, passed voltage parameters is the most important

This paper is based on the passed voltage parameters in order to evaluate, compare to the ability protection of LPE From that draws elements affect lightning protection on low voltage source to optimize the security features and enhanced reliability during operation These factors include: lightning protection technology, the choice of the protection coordination and the evaluation of assest protective effect of the clay filter

Thesis includes the following main contents:

1 Overview of lightning protection spread over low voltage source

2 Research the standard lightning impulse source model

3 Research rheostat model MOV (Metal Oxide Varistor)

4 Research the discharge air gap SG (Spark Gap) model and the discharge gap model it self click TSG (Trigger Spark Gap)

5 Research the elements affect to the lightning protection spread over low voltage source

6 Conclusion

TÓM TẮT ĐỀ TÀI Trang i

ABSTRACT Trang ii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Trang vii

DANH MỤC CÁC BẢNG Trang viii

DANH MỤC CÁC HÌNH Trang ix

CHƯƠNG: MỞ ĐẦU Trang 1

1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trang 1

2 MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN Trang 2

3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU Trang 3

4 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH Trang 3

5 ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN VĂN Trang 3

6 GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN Trang 4

7 BỐ CỤC LUẬN VĂN Trang 4

CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN

TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP Trang 5

1.1 GIỚI THIỆU Trang 5

1.2 TẦN SUẤT XUẤT HIỆN SÉT Trang 6

1.3 DẠNG XUNG SÉT Trang 7

1.3.1.Dạng sóng 10/35µs Trang 7

1.3.2.Dạng sóng 8/20µs Trang 8

1.4 BIÊN ĐỘ XUNG SÉT Trang 9

1.5 CÔNG NGHỆ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN

ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP Trang 10

1.5.1 Khe phóng điện (Spark Gap) Trang 10

1.5.2 MOV (Metal Oxide Varistor) Trang 13

1.5.3 SAD (Silicon Avalanche Diode) Trang 13

1.5.4 TDS (Transient Discriminating Suppressor) Trang 14

1.6 CÁC THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG

CẤP NGUỒN HẠ ÁP Trang 15

1.6.2 Thiết bị lọc sét Trang 16 1.7 CÁC TIÊU CHUẨN TRONG BẢO VỆ QUÁ ÁP Trang 17 1.7.1 Bảo vệ quá áp theo ANSI/IEEE Trang 17 1.7.2 Bảo vệ quá áp theo IEC Trang 17 1.7.3 Hệ thống bảo vệ chống sét hạ áp Trang 19 CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH NGUỒN PHÁT XUNG SÉT Trang 22 2.1 GIỚI THIỆU Trang 22 2.2 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MATLAB Trang 23 2.2.1 Định nghĩa Trang 23 2.2.2 Cài đặt Matlab Trang 24

2.2.2.1 Yêu cầu của phần mềm Trang 24 2.2.2.2 Các bước cài đặt Trang 24 2.2.2.3 Khởi động chương trình Matlab Trang 24

2.2.3 Các khối sử dụng trong mô hình Trang 27 2.2.4 Giới thiệu công cụ Curve Fitting Toolbox Trang 29 2.3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGUỒN PHÁT XUNG SÉT Trang 34 2.3.1Các dạng xung không chu kỳ chuẩn Trang 34 2.3.2 Xây dựng mối liên hệ giữa các thông số trong mô hình Trang 36

2.3.2.1Giữa tỉ số t2/t1 và b/a Trang 37 2.3.2.2 Giữa tỉ số b/a và at1 Trang 40 2.3.2.3.Giữa tỉ số I1/I và b/a Trang 42

2.3.3 Xây dựng mô hình nguồn phát xung Trang 42

2.3.3.1.Xây dựng sơ đồ khối Trang 42 2.3.3.2 Thực hiện mô phỏng Trang 44

2.4 KẾT LUẬN Trang 47 CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH BIẾN TRỞ OXIDE KIM LOẠI Trang 48 3.1 GIỚI THIỆU Trang 48 3.2 MÔ HÌNH ĐIỆN TRỞ PHI TUYẾN Trang 48

3.2.2 Cấu trúc mô hình Trang 49 3.3 MÔ HÌNH MOV CỦA MATLAB Trang 50 3.3.1 Mô hình Trang 50

3.3.2 Nguyên lý làm việc của mô hình Trang52

3.4 MÔ HÌNH MOV HẠ THẾ Trang 53 3.4.1Cấu trúc cơ bản của mô hình MOV hạ thế Trang 53 3.4.2 Mô hình điện trở phi tuyến trên Matlab Trang 55 3.4.3 Mô hình MOV hạ thế trên Matlab Trang 56 3.4.4 Kiểm tra đáp ứng mô hình MOV với mô hình xung

dòng 8/20µs Trang 59 3.5 KẾT LUẬN Trang 65 CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH KHE HỞ PHÓNG ĐIỆN

KHÔNG KHÍ Trang 66 4.1 MÔ HÌNH KHE HỞ PHÓNG ĐIỆN

KHÔNG KHÍ SPARK GAP Trang 66 4.1.1.Mô hình Spark Gap đơn giản Trang 66 4.1.2 Xây dựng sơ đồ khối mô hình Spark Gap Trang 68 4.1.3 Mô phỏng mô hình Spark Gap Trang 71 4.2 MÔ HÌNH KHE HỞ PHÓNG ĐIỆN TỰ KÍCH TRIGGERED SPARK GAP Trang 78 4.2.1 Mô hình Triggered Spark Gap Trang 78 4.2.2 Mô phỏng mô hình Triggered Spark Gap Trang 79 CHƯƠNG 5: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BẢO VỆ CHỐNG

SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP Trang 84 5.1 GIỚI THIỆU Trang 84 5.2 CÔNG NGHỆ CHỐNG SÉT Trang 85 5.2.1 TBBV sử dụng công nghệ SG Trang 86 5.2.2 TBBV sử dụng công nghệ TSG Trang 90

5.2.4 So sánh hiệu quả bảo vệ của công nghệ SG, TSG, MOV Trang 93 5.3 PHỐI HỢP BẢO VỆ QUÁ ÁP Trang 96 5.3.1.Phối hợp bảo vệ quá áp hai tầng Trang 96

5.3.1.1 Trường hợp 1 (TBBV tầng 1 sử dụng TSG,

tầng 2 sử dụng MOV) Trang 97 5.3.1.2 Trường hợp 2 (TBBV tầng 1 sử dụng MOV,

tầng 2 sử dụng MOV2) Trang 99 5.3.1.3 Trường hợp 3 (TBBV tầng 1 sử dụng SG,

tầng 2 sử dụng MOV) Trang 102 5.3.1.4 So sánh hiệu quả bảo vệ của 3 trường hợp phối hợp bảo vệ hai tầng Trang 103

5.3.2 Phối hợp bảo vệ quá áp 3 tầng Trang 105 5.3.3 So sánh hiệu quả bảo vệ của hai trường hợp phối hợp bảo vệ

hai tầng và ba tầng Trang 108 5.4 ẢNH HƯỞNG CỦA THIẾT BỊ LỌC SÉT Trang 109 5.4.1 Trường hợp 1 (bảo vệ một tầng + thiết bị lọc sét) Trang 109 5.4.2 Trường hợp 2 (phối hợp bảo vệ hai tầng +

thiết bị lọc sét) Trang112 5.5.NHẬN XÉT Trang 114 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN Trang 115 6.1 KẾT LUẬN Trang 115 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Trang 117 Tài liệu tham khảo Trang 118 Phụ lục

ANSI: American National Standards Institute: Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ

CM : Common Mode : Trạng thái phổ biến

DM : Differential Mode : Trạng thái khác biệt

GDT : Gas Discharge Tube : Ống phóng khí

IEC : International Electrotechnical Commission: Hội đồng kỹ thuật quốc tế

IEEE : Institute of Electrical and Electronics Engineers: Học viện kỹ sư điện – điện

tử

MOV : Metal Oxide Varistor : Biến trở Oxide kim loại

PE : Protect Earth : Bảo vệ nối đất

PEN : Protect Earth Neutral : Bảo vệ trung tính + bảo vệ nối đất nối chung

SPD : Surge Protection Device : Thiết bị bảo vệ quá áp

SG: Spark Gap (khe phóng điện)

TSG: Trigger Spark Gap (khe hở phóng điện tự kích)

MOV: Metal Oxide Varistor (biến trở oxide kim loại)

SAD: Sillicon Avalanche Diode

TDS: Transient Discriminating Suppressor

Iref : Dòng điện quy chuẩn trên một đĩa MOV

Bảng 1.1.Trạng thái bảo vệ quá áp đối với lưới điện hạ áp Trang 21 Bảng 3.1.Thông số kỹ thuật MOV hạ thế của hãng siemens Trang 60 Bảng 3.2 Kết quả so sánh khi mô phỏng MOV hạ thế của hãng Siemens Trang 61 Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật MOV hạ thế của hãng AVX Trang 62 Bảng 3.4 Kết quả so sánh khi mô phỏng MOV hạ thế của hãng AVX Trang 64 Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật MOV hạ thế của hãng Littefuse Trang 64 Bảng 3.6 Kết quả so sánh khi mô phỏng MOV hạ thế của hãng Littelfuse Trang 66 Bảng 5.1 So sánh điện áp thông qua trong ba trường hợp SG, TSG, MOV Trang 96 Bảng 5.2 So sánh điện áp thông qua trong ba trường hợp phối hợp

bảo vệ hai tầng Trang 105 Bảng 5.3 So sánh điện áp thông qua trong 2 trường hơp TSG1-MOV2 và

TSG1-MOV2-MOV3 Trang 109 Bảng 5.4 So sánh điện áp thông qua trong ba trường hợp phối hợp

bảo vệ một tầng + bộ lọc sét Trang 112 Bảng 5.5.So sánh điện áp thông qua trong ba trường hợp phối hợp

bảo vệ hai tầng có bộ lọc sét Trang 115

Hình 1.1 Dạng sóng xung quá áp trên đường nguồn hạ áp

(với thời gian ngắn là 1ms) Trang 6

Hình 1.2 Quan hệ tần suất xuất hiện sét theo biên độ Trang 6

Hình 1.3 Sét đánh trực tiếp vào kim thu sét trên đỉnh công trình Trang 7 Hình 1.4 Sét đánh trực tiếp vào đường dây trên không lân cận công trình Trang 7

Hình 1.5 Dạng sóng 10/350µs Trang 8

Hình 1.6 Sét đánh vào đường dây trên không ở vị trí cách xa công trình Trang 8

Hình 1.7 Sét đánh gián tiếp cảm ứng vào công trình Trang 9

Hình 1.8 Dạng sóng 8/20µs Trang 9

Hình 1.9 Lựa chọn SPD theo mức độ lộ thiên của công trình Trang 10

Hình 1.10 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TSG Trang 12

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý của thiết bị Trang 15

Hình 1.12 Tủ phân phối chính với thiết bị chống sét trên đường truyền Trang 15

Hình 1.13 Một số thiết bị chống sét lan truyền trên đường nguồn

và đường tín hiệu Trang 16

Hình 1.14 Các cấp độ bảo vệ quá áp dựa vào khả năng chịu quá áp

của thiết bị Trang 18

Hình 1.15a Cách lắp đặt thiết bị bảo vệ quá áp hạ thế

(loại đơn cực và đa cực) dùng cho mạng điện 1 pha Trang 20

Hình 1.15b Cách lắp đặt thiết bị bảo vệ quá áp hạ thế

(loại đơn cực và đa cực) dùng cho mạng điện 3 pha Trang 20

Hình 2.1 Thanh “Start bar” của chương trình Matlab và

các công cụ thuộc thư viện “Simulink” Trang 25

Hình 2.2 Thư viện Simulik trong chương trình Matlab Trang 26

Hình 2.3 (a) Thao tác mở cửa sổ làm việc Trang 27

Hình 2.3 (b) Cửa sổ làm việc Trang 27

Hình 2.4 Giao diện tạo Curve Fitting Toolbox Trang 29

Hình 2.5 Cửa sổ Workspace Trang 30

Hình 2.6 Cửa sổ Data Trang 31

Hình 2.8 Đồ thị y= F(x) Trang 33 Hình 2.9 Cửa sổ Analysis Trang 33 Hình 2.10 Dạng sóng xung không chu kỳ chuẩn Trang 34 Hình 2.11 Dạng sóng xung gồm tổng của hai thành phần Trang 35 Hình 2.12 Đường cong xác định tỉ số b/a Trang 35 Hình 2.13 Đường cong xác định tỉ số at1 Trang 36 Hình 2.14 Đường cong xác định tỉ số I1/I Trang 36 Hình 2.15 Nhập dữ liệu t2/t1 và b/a Trang 37 Hình 2.16 Kết quả phân tích ở cửa sổ Analysis Trang 40 Hình 2.17 Nhập dữ liệu b/a (X_at1) và at1 Trang 41 Hình 2.18 Sơ đồ khối tạo nguồn phát xung Trang 43 Hình 2.19 Biểu tượng của mô hình nguồn phát xung Trang 43 Hình 2.20 Khai báo các thông số yêu cầu Trang 44 Hình 2.21 Sơ đồ mô phỏng nguồn xung dòng Trang 44 Hình 2.22 Các thông số nguồn xung dòng Trang 45 Hình 2.23 dạng sóng nguồn xung dòng 8/20µs biên độ 20kA Trang 45 Hình 2.24 Dạng sóng nguồn xung dòng 8/20µs biên độ 3kA Trang 46 Hình 2.25 Sơ đồ mô phỏng nguồn xung áp Trang 46 Hình 2.26 Dạng sóng nguôn xung áp 1,2/50 µs biên độ 5kV Trang 47 Hình 2.27 Dạng sóng nguồn áp 10/700 µs biên độ 5kV Trang 47 Hình 3.1 Mô hình điện trở phi tuyến Trang 49 Hình 3.2 Biểu tượng mô hình MOV trong chương trình Matlab Trang 50 Hình 3.3 Quan hệ dòng điện và điện áp của mô hình MOV Trang 51 Hình 3.4 Hộp thoại của mô hình MOV trong Matlab Trang 51 Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý của mô hình Trang 52 Hình 3.6 Sơ đồ mạch tương đương của mô hình MOV đề nghị Trang 53

Hình 3.7 Đặc tinh V-I của MOV co sai số TOL 10% Trang 54

Hình 3.8 sơ đồ mô hình điện trở phi tuyến V=f(I) của MOV Trang 55

Hình 3.10 Biểu tượng mô hình MOV hạ thế Trang 57 Hình 3.11 Hộp thoại khai báo biến của Parameters của mô hình

MOV hạ thế Trang 57 Hình 3.12 Hộp thoại Initialization của mô hình MOV hạ thế Trang 58 Hình 3.13 Hộp thoại thông số của mô hình MOV hạ thế Trang 59 Hình 3.14 Sơ đồ mô phỏng đáp ứng của MOV hạ thế Trang 59 Hình 3.15 Điện áp dư và dòng điện qua mô hình MOV khi

mô phỏng MOV B40K275 với xung dòng 8/20µs 5Ka Trang 60 Hình 3.16.Điện áp dư và dòng điện qua mô hình MOV khi

mô phỏng MOV B40K275 với xung dòng 8/20µs 10kA Trang 61 Hình 3.17.Điện áp dư và dòng điện qua mô hình MOV khi

mô phỏng MOV VE17M02750K với xung 8/20µs 2kA Trang 63 Hình 3.18 Điện áp dư và dòng điện qua mô hình MOV khi

mô phỏng MOV VE17M02750K với xung 8/20µs 3kA Trang 63 Hình 3.19 Điện áp dư và dòng điện qua mô hình MOV khi

mô phỏng V275LA40A với xung 8/20µs 3kA Trang 65 Hình 3.20 Điện áp dư và dòng điện qua mô hình MOV khi

mô phỏng V275LA40A với xung 8/20µs 5kA Trang 65 Hình 4.1 Mô hình khe hở không khí đề nghị Trang 68 Hình 4.2 Sơ đồ khối điều khiển SC Trang 69 Hình 4.3 Khai báo các thông số trong Breaker Trang 70 Hình 4.4 Sơ đồ mô phỏng phóng điện khe hở không khí trong MatLab Trang 71 Hình 4.5 Các thông số cần khai báo cho mô hình Spark Gap Trang 71 Hình 4.6 Tạo biểu tượng cho mô hình trong MATLAB Trang 72 Hình 4.7 Biểu tượng mô hình khe hở phóng điện không khí Spark Gap Trang 72 Hình 4.8 Sơ đồ mạch mô phỏng Spark Gap với nguồn xung áp Trang 73 Hình 4.9.Khai báo các thông số của mô hình nguồn xung áp Trang 74 Hình 4.10 Khai báo các thông số của mô hình Spark Gap Trang 74

1.2/50µs 5kV Trang 75 Hình 4.12 Đáp ứng của Spark Gap có Vbreaker = 3kV với xung áp

10/700µs10kV Trang 76 Hình 4.13 Sơ đồ mạch mô phỏng Spark Gap với nguồn xung dòng Trang 76 Hình 4.14 Dạng sóng xung dòng 8/20µs 5kA Trang 77 Hình 4.15 Đáp ứng của SG Trang 77 Hình 4.16 Dạng sóng xung dòng 10/350µs 5kA Trang 78 Hình 4.17 Đáp ứng của SG Trang 78 Hình 4.18 Sơ đồ cấu tạo Triggered Spark Gap với điện trở phi tuyến Trang 79 Hình 4.19 Sơ đồ khối điều khiển Trang 80 Hình 4.20 Sơ đồ cấu tạo của khối điện trở phi tuyến Trang 80 Hình 4.21 Sơ đồ mạch mô phỏng đáp ứng của chống sét TSG Trang 80 Hình 4.22 Khai báo thông số cho TSG Trang 81 Hình 4.23 Đáp ứng của mô hình TSG với xung dòng 8/20µs 3kA Trang 81 Hình 4.24 Đáp ứng của mô hình TSG với xung dòng 8/20µs 5kA Trang 82 Hình 4.25 Đáp ứng của mô hình TSG với biên độ xung 20kA Trang 82 Hình 4.26 đáp ứng của mô hình TSG với xung dòng 10/3350µs 3kA Trang 83 Hình 4.27 Đáp ứng của mô hình TSG với xung 10/350µs 10kA Trang 83 Hình 5.1 Các dạng xung sét tiêu chuẩn theo tiêu chuẩn IEEE 587 Trang 86 Hình 5.2 Mô hình thử nghiệm sử dụng công nghệ SG Trang 87 Hình 5.3 Các thông số của nguồn xung động Trang 87 Hình 5.4 Các thông số của SG Trang 88 Hình 5.5 Các thông số của tải tiêu thụ Trang 88 Hình 5.6 Các thông số dây dẫn Trang 89 Hình 5.7 Dạng sóng xung dòng tiêu chuẩn 20kA 8/20µs Trang 89 Hình 5.8 Điện áp thông qua tải trường hợp sử dụng SG,

xung dòng 20kA 8/20µs Trang 90Hình 5.9 Dạng xung dòng tiêu chuẩn 3kA 8/20µs Trang 90

xung dòng 3kA 8/20µs Trang 91 Hình 5.11 Mô hình thử nghiệm sử dụng công nghệ TSG Trang 91 Hình 5.12 Các thông số của TSG Trang 91Hình 5.13 Điện áp thông qua tải trường hợp sử dụng TSG,

xung dòng 20kA 8/20µs Trang 92 Hình 5.14 Điện áp thông qua tải trường hợp sử dụng TSG,

xung dòng 3kA 8/20µs Trang 92 Hình 5.15 Mô hình thử nghiệm sử dụng công nghệ MOV Trang 93 Hình 5.16 Các thông số của MOV Trang 93 Hình 5.17 Điện áp thông qua tải trường hợp sử dụng MOV,

xung dòng 20kA 8/20µs Trang 94 Hình 5.18 Điện áp thông qua tải trường hợp sử dụng MOV,

xung dòng 3kA 8/20µs Trang 94 Hình 5.19 Điện áp thông qua tải trường hợp xung dòng 20kA 8/20µs Trang 95 Hình 5.20 Điện áp thông qua tải trường hợp xung dòng 3kA 8/20µs Trang 95 Hình 5.21 Đường bao đặc tính điện áp đối với thiết bị điện tử nhạy cảm Trang 97 Hình 5.22 Mô hình thử nghiệm phân phối bảo vệ 2 tầng (TSG1 – MOV2) Trang 98 Hình 5.23 Các thông số của TSG1 Trang 98 Hình 5.24 Các thông số của MOV2 Trang 99 Hình 5.25 Điện áp thông qua tải trường hợp phối hợp bảo vệ

hai tầng TSG1-MOV2 Xung dòng 20kA 8/20µs Trang 99 Hình 5.26 Điện áp thông qua tải trường hợp phối hợp bảo vệ

hai tầng TSG1-MOV2, xung dòng 3kA 8/20µs Trang 100 Hình 5.27 Mô hình thử nghiệm phối hợp bảo vệ hai tầng (MOV1-MOV2).Trang 100 Hình 5.28 Các thông số của MOV1 Trang 101 Hình 5.29 Các thông số của MOV2 Trang 101 Hình 5.30 Điện áp thông qua tải trường hợp phối hợp bảo vệ

hai tầng MOV2-MOV2 xung dòng 20kA 8/20µs Trang 102

(TSG1-MOV2-MOV3) Trang 106

Hình 5.38 Các thông số của TSG1 Trang 107

Hình 5.39 Các thông số của MOV2 Trang 107 Hình 5.40 Các thông số của MOV3 Trang 107 Hình 5.41 Điện áp thông qua tải trường hợp phối hợp bảo vệ

ba tầng TSG1-MOV2-MOV3 xung dòng 20kA 8/20µs Trang 108 Hình 5.42 Điện áp thông qua tải trường hợp phối hợp bảo vệ

ba tầng TSG1-MOV2-MOV3, xung dòng 3kA 8/20µs Trang 108 Hình 5.43 Mô hình phối hợp bảo vệ tầng một + bộ lọc sét Trang 111 Hình 5.44 Điện áp thông qua tải trong trường hợp sử dụng bộ lọc sét L = 30µH,

rL = 1.7m Ω, C = 50µF với xung dòng 20kA 8/20µs Trang 111 Hình 5.45 Điện áp thông qua tải trong trường hợp sử dụng bộ lọc sét L = 150µH,

rL = 17m Ω, C = 50µF với xung dòng 20kA 8/20µs Trang 112 Hình 5.46 Mô hình phối hợp bảo vệ hai tầng + bộ lọc sét Trang 113 Hình 5.47 Điện áp thông qua tải trong trường hợp sử dụng bộ lọc sét L = 30µH,

rL = 1.7m Ω, C = 50µF với xung dòng 20kA 8/20µs Trang 114 Hình 5.48 Điện áp thông qua tải trong trường hợp sử dụng bộ lọc sét L = 30µH,

rL = 1.7m Ω, C = 50µF với xung dòng 20kA 8/20µs Trang 114

C Tiết diện cáp max 50mm2Tiếp điểm báo khoảng cách Khe hở 500mA Tiết diện max dây báo lỗi 25mm2

Chi tiết kỹ thuật thiết bị chống Sét của INDELEC

Điện áp max cho phép U c 280V/50Hz Dòng phóng điện bình thường (sóng 8/20μs) 15KA Dòng phóng điện max (sóng 8/20μs) 40KA Dòng xung max (sóng 4/10μs ) 65KA Mức điện áp Up 1,5KV

Thời gian đáp ứng <25ns Dùng ngắt mạch cho phép 25KA/50 HzKhoảng nhiệt độ -400C  80 0

C Tiết diện cáp max 35mm2

2 Primary Peak Surge Current (8/20 μs) Dòng xung đỉnh sơ cấp (8/20 μs) 80kA/100kA/120kA/160kA/240kA

3 Maximum Operating Voltage Điện áp làm việc cực đại 275V-277rms/AC (L-N)

4 Maximum Peak Load Current Dòng lọc cực đại

Operating Indication & Superviser

10 Safety enclose rating

Tiêu chuẩn vỏ bảo vệ NEMA 1

11 Design Standard

Tiêu chuẩn chế tạo

ANSI/IEEE C62.41 & C62.45 CAT B,

CAT C IEC 61643-1

UL 1449 2nd Edition

Một số dạng thiết bị chống sét lan truyền

1 Surge Protector DS105E (CITEL): DS105E có cơ cấu ngắt nhiệt ở 3 mức, bảo vệ cho mạng điện áp thấp, đặc biệt cho những khu vực nguy

hiểm do sét lan truyền gây ra quá áp, hoặc ngay cả đánh trực tiếp

Bảo vệ cho mạng 1 pha (2 x DS105E) Bảo vệ cho mạng 3 pha (4

hoặc 3 x DS105E)

DS105E chịu được dòng sét 140KA, cho xung

8/20µs và 15 KA, cho xung 10/350µs, ngắt bên trong, có bộ hiển thị

Imax = 40kA Mỗi module cắm cho mỗi pha

3 Surge Protector ICS480E (CITEL): Lắp đặt trên hệ

thống đường truyền cable IBM, đặc biệt những cáp loại một ở

lối vào tòa nhà

4 Thiết bị chống sét trên đường cáp đồng trục: Thiết bị CSP (Coxial Surge Protector)

 Khả năng tản xung sét 20kA 8/20μs

 Dãy tần hoạt động: đến 3GHz

 Tổng trở đặc tính: 50 Ohms

 Suy hao xen vào và suy hao phản hồi thấp

 Kiểu đấu nối NMF, BNC, NB

5 Thiết bị chống sét trên đường tín hiệu công nghiệp:

Thiết bị UTB (Universal Transient Barrier)

 Khả năng tản xung sét: 20kA 8/20μs

 Bảo vệ một đôi dây

 Bảo vệ đa chế độ

 Tần số truyền: 0,5÷15MHz

 Dòng tải cực đại đến 1.5A

 UTB-SA và UTB TA bảo vệ đường điện thoại và đường modem

 Đấu nối kiểu vặn ốc

6 Thiết bị chống sét trên đường truyền tốc độ cao: Thiết bị HSP (High Speed Protector)

 Khả năng tản xung sét: 20kA 8/20µ s

 Bảo vệ 10 đôi dây

 Bảo vệ đa chế độ

 Khả năng tản xung sét đến 20kA 8/20μs

 Tần số truyền đến 100Mb/s

 Suy hao xen vào thấp:<0.2dB

 LAN RJ45 1 và LAN RJ45 24 bảo vệ mạng máy tính

HUTECH

HUTECH

HUTECH

HUTECH

HUTECH

HUTECH

HUTECH

HUTECH

HUTECH

HUTECH

HUTECH

4 Thiết bị bảo vệ quá áp của nhà sản xuất ABB

Part Numbers List of SPD’s

PROTECTION ON LOW VOLTAGE SYSTEMS

Nguyễn Hoàng Minh; Quyền Huy Ánh*

Khoa điện – điện tử, Trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ Tp.HCM, Việt nam

* Khoa Điện-Điện Tử, Trường ĐH sư phạm kỹ thuật Tp.HCM

TÓM TẮT

Bài báo này dựa trên mô hình nguồn phát xung xét [6], mô hình biến trở oxide kim loại (MOV) [3], [6], mô hình khe hở phóng điện không khí (SG) [1], [2], mô hình khe hở phóng điện tự kích (TSG) [2], [5] và thông số điện áp thông qua để mô phỏng, so sánh, đánh giá và rút ra các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu bảo vệ chống sét trên đường nguồn hạ áp Kết quả mô phỏng thu được nhằm tối ưu hóa các tính năng bảo vệ của các thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền (TBBV) và nâng cao độ tin cậy trong quá trình vận hành

ABSTRACT

This paper bases on the lightning generator [6], source model the metal oxide varistor model (MOV) [3], [6], t h e spark air gap (SG) [1], [2], the triggered spark gap model (TSG) [2], [5] and parameter of passed voltage to simulate, evaluate and take out the elements wich affect to performance of lightning protection the on low voltage systems These simulating are to maximize protection features of the preading over protection devices (SPDs), and improve reliability o f operation.

I GIỚI THIỆU

Hiện nay, trên thị trường có nhiều TBBV

của các hãng sản xuất khác nhau với các

công nghệ đa dạng Việc lựa chọn TBBV có

hiệu quả bảo vệ cao ở mức ít tốn kém nhất,

thường gặp nhiều khó khăn vì các nhà sản

xuất thường cung cấp các thông tin liên quan

đến ưu điểm về sản phẩm mà không đề cập đến

các nhược điểm Vì vậy cần nhận biết và đánh

giá các tính năng kỹ thuật quan trọng nhất và

loại bỏ các thông tin không quan trọng, thậm

chí có thể gây lầm lẫn trong việc ra quyết

định lựa chọn TBBV là yêu cầu bức thiết

Các thông số kỹ thuật được xem xét để đánh

giá TBBV bao gồm: mức chịu quá áp lâu dài,

điện áp thông qua, giá trị xung, tuổi thọ, tốc độ

đáp ứng, khả năng tản năng lượng sét, công

nghệ Trong các thông số trên, thông số điện

áp thông qua là quan trọng nhất Bài báo này dựa vào thông số điện áp thông qua nhằm đánh giá, so sánh khả năng bảo vệ của các TBBV

II N Ộ I D U N G

1 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BẢO VỆ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP

1.1 Công nghệ chế tạo TBBV

Mô hình thử nghiệm được sử dụng trong bài báo là một tòa nhà cao tầng TBBV được đặt tại tủ phân phối chính ngay tại ngõ vào tòa nhà (Cat C) lần lượt sử dụng các công nghệ SG, TSG và MOV Vị trí tủ phân phối chính cách tải tiêu thụ 10m