Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Bảo vệ chồng sét lan truyền trong mạng hạ áp

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:165

Thêm vào BST

Báo xấu

32
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung nghiên cứu của luận văn là giới thiệu tổng quan về chống sét lan truyền. Tìm hiểu công nghệ chống sét lan truyền hiện đại. Mô hình và mô phỏng thiết bị chống sét lan truyền trong mạng hạ áp. Mô hình máy phát xung sét chuẩn. Đánh giá các giải pháp chống sét lan truyền trong mạng hạ áp.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Bảo vệ chồng sét lan truyền trong mạng hạ áp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM ----------------------------- TRẦN HOÀNG VŨ BẢO VỆ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRONG MẠNG HẠ ÁP LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã ngành: 60520202 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM ----------------------------- TRẦN HOÀNG VŨ BẢO VỆ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRONG MẠNG HẠ ÁP LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS QUYỀN HUY ÁNH TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2014
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : ………………………………………. (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 … 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) STT Họ & Tên Chức danh Hội đồng 1 TS. Võ Ngọc Điều Chủ tịch 2 TS. Nguyễn Hùng Phản biện 1 3 PGS.TS. Lê Kim Hùng Phản biện 2 4 TS. Trương Việt Anh Ủy viên 5 TS. Huỳnh Quang Minh Ủy viên, Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc. -------------------------- TP.HCM, ngày ….. tháng ….. năm ……. NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN HOÀNG VŨ Giới tính: Nam Ngày, tháng năm sinh: 09/07/1984 Nơi Sinh: Long An Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện MSHV: 1241830044 I- TÊN ĐỀ TÀI: BẢO VỆ CHỒNG SÉT LAN TRUYỀN TRONG MẠNG HẠ ÁP II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1. Giới thiệu tổng quan về chống sét lan truyền 2. Tìm hiểu công nghệ chống sét lan truyền hiện đại 3. Mô hình và mô phỏng thiết bị chống sét lan truyền trong mạng hạ áp 4. Mô hình máy phát xung sét chuẩn 5. Đánh giá các giải pháp chống sét lan truyền trong mạng hạ áp III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 12/06/2013 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 25/12/2013 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)
i 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 chƣa từng đƣợc 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 đƣợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã đƣợc chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn
ii LỜI CẢM ƠN Nhân dịp hoàn thành luận văn tốt nghiệp, đầu tiên cho phép tôi bày tỏ lòng biết ơn đến Ban Giám Hiệu & Quí Thầy Cô Trƣờng Đại Học Công Nghệ TP.HCM, Phòng Sau Đại Học Trƣờng Đại Học Công Nghệ TP.HCM, giúp đỡ và hƣớng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Nhân dịp hoàn thành luận văn tốt nghiệp, cho phép tôi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS TS. Quyền Huy Ánh đã tận tình giúp đỡ và hƣớng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Xin gởi lời cảm ơn đến toàn thể các bạn học viên lớp Cao học 12SMĐ Trƣờng Đại Học Công nghệ Tp.HCM khóa 2012-2013 đã động viên, khích lệ giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Xin cảm ơn Thầy Cô - Gia Đình, Bạn Bè đã luôn bên tôi, động viên giúp đỡ tôi. Xin chân thành cảm ơn! Học viên thực hiện Luận văn
iii TÓM TẮT ĐỀ TÀI Hiện nay, trên thị trƣờng có nhiều loại thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền trên đƣờng 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, thƣờng gặp nhiều khó khăn vì các nhà sản xuất thƣờng cung cấp các thông tin liên quan đến ƣu điểm về sản phẩm mà không đề cập đến các nhƣợc 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 đƣợc 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 lƣợng sét, công nghệ. Trong các thông số trên, thông số điện áp thông qua là quan trọng nhất. Đề tài này nghiên cứu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến trở oxide kim loại (MOV) trong bảo vệ chống sét lan truyền trên đƣờng nguồn hạ áp. Xây dựng và mô phỏng mô hình MOV hạ thế trong môi trƣờng Matlab, kiểm tra đáp ứng mô hình MOV với xung dòng chuẩn, xác định năng lƣợng hấp thụ của MOV, xác định công thức tiêu tán trung bình của MOV và xác định số xung sét lặp lại mà MOV có thể chịu đƣợc bằng phƣơng pháp qui xung sét chuẩn (8/20µs) ra xung vuông. Các thông số cần nhập vào của mô hình MOV đơn giản, hoàn toàn đƣợc cung cấp bởi nhà sản xuất. Hơn nữa, ngƣời sử dụng còn có khả năng cập nhật thêm cho mô hình khi cần thiết. Ngoài ra, luận văn cũng đề cập đến các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu quả bảo vệ chống sét lan truyền trên đƣờng nguồn hạ áp nhằm tối ƣu hóa các tính năng bảo vệ và nâng cao độ tin cậy trong quá trình vận hành. Các yếu tố ảnh hƣởng 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. Giới thiệu tổng quan về chống sét lan truyền. 2. Tìm hiểu công nghệ chống sét lan truyền hiện đại. 3. Mô hình và mô phỏng thiết bị chống sét lan truyền trong mạng hạ áp. 4. Mô hình máy phát xung sét chuẩn. 5. Đánh giá các giải pháp chống sét lan truyền trong mạng hạ áp. 6. Kết luận.
iv ABSTRACT Currently on the market there are many types of devices Surge protection on power lines ( TBBV ) by different manufacturers with diverse technologies . The selection TBBV high effective protection at the least expensive , often difficult because manufacturers often provide information related to product advantages without the disadvantages mentioned . Therefore , it is necessary to identify and evaluate the key technical features and remove the unimportant information , and even can cause confusion in the selection decision is TBBV urgent requirement . The specifications are reviewed to assess the protective device includes : a long-term bear the pressure , through voltage , pulse value , longevity, speed of response , the lightning energy dissipation capability , the technology . In the above parameters , voltage parameters passed is most important . This topic studied composition and operation principle of metal oxide varistor (MOV) for Surge protection on low voltage power line. Construction and simulation models MOV voltage in Matlab environment, meet the test pulse flow model with standard MOV, determine the energy absorbed by MOV, determine average formulas dissipation of MOV and determine the MOV lightning pulse repetition that can withstand lightning impulse provided by the standard method (8/20μs) square pulses. The parameters of the model enter into MOV simple, entirely provided by the manufacturer. Furthermore, users can also add the ability to update the model as needed. In addition, the thesis also mentions the factors affecting effective lightning protection on low voltage power line in order to optimize the security features and enhanced reliability during operation. Factors affecting this include lightning protection technology, the choice of the protection coordination and assessment TBBV protective effect of the clay filter device. Thesis includes the following main contents: 1. Overview of Surge Protection. 2. Learn Surge Protection technology modern. 3. Model and Simulation Surge Protection devices in low voltage networks. 4. Model standard lightning impulse generator. 5. Evaluate solutions Surge in low voltage networks. 6. Conclusion.
v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ . i LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. ii TÓM TẮT ĐỀ TÀI ..................................................................................................... . iii ABSTRACT ............................................................................................................... . iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................................... . ix DANH MỤC CÁC BẢNG .......................................................................................... . x DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................... xii CHƯƠNG MỞ ĐẦU I. GIỚI THIỆU........................................................................................................... . 01 1. Đặt vấn đề .................................................................................................... . 01 2. Nguyên nhân hình thành sét .......................................................................... . 02 3. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................ . 04 II. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Mục tiêu của đề tài ........................................................................................ . 05 2. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... . 06 3. Điểm mới của luận văn.................................................................................. . 06 4. Phƣơng pháp luận và phƣơng pháp nghiên cứu ............................................ . 06 4.1. Phƣơng pháp luận .................................................................................... . 06 4.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................... . 07 5. Nội dung luận văn ......................................................................................... . 07 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP & PHẦN MỀM MATLAB 1.1 GIỚI THIỆU ................................................................................................ . 08 1.2 TẦN SUẤT XUẤT HIỆN SÉT ................................................................... . 10 1.3 DẠNG XUNG SÉT ..................................................................................... . 10 1.3.1 Dạng sóng 10/35µs ............................................................................... . 10 1.3.2 Dạng sóng 8/20µs ................................................................................. . 11 1.4 BIÊN ĐỘ XUNG SÉT 1.4.1 Hiện tƣợng quá độ................................................................................. . 12 1.4.2 Tỷ lệ xuất hiện của hiện tƣợng quá độ .................................................. . 13
vi 1.4.3 Hiện tƣợng quá độ tiêu biểu.................................................................. . 15 1.4.4 Bảo vệ quá độ ....................................................................................... . 16 1.5 Các thiết bị bảo vệ quá áp ............................................................................. . 16 1.5.1. Bộ lọc .................................................................................................... . 16 1.5.2. Máy biến áp cách ly .............................................................................. . 17 1.5.3. Khe hở phóng điện................................................................................ . 17 1.5.4. Diod thác Silic ...................................................................................... . 19 1.5.5. Biến trở oxid kim loại (MOV) .............................................................. . 19 1.6 CÁC THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƢỜNG CẤP NGUỒN HẠ ÁP 1.6.1 Thiết bị cắt sét ....................................................................................... . 21 1.6.2 Thiết bị lọc sét ...................................................................................... . 22 1.7. CÁC TIÊU CHUẨN TRONG BẢO VỆ QUÁ ÁP 1.7.1 Bảo vệ quá áp theo ANSI/IEEE .......................................................... . 22 1.7.2 Bảo vệ quá áp theo IEC ....................................................................... . 23 1.7.3 Hệ thống bảo vệ chống sét hạ áp ......................................................... . 23 1.7.4 Chống sét lan truyền ............................................................................ . 25 a) Chống sét lan truyền cho trạm biến áp ³ 1000v (1kv) b) Chống sét lan truyền cho lƣới điện hạ thế 3 pha 220/380v – 50/60hz 1.8. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MATLAB 1.8.1. Khởi động chƣơng trình Matlab .......................................................... . 29 1.8.2. Các khối sử dụng trong mô hình ......................................................... . 30 1.8.3. Giới thiệu công cụ Curve Fitting Toolbox .......................................... . 32 CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN HIỆN ĐẠI 2.1 GIỚI THIỆU................................................................................................ . 36 2.2 CÔNG NGHỆ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƢỜNG NGUỒN HẠ ÁP 2.2.1 Khe phóng điện (Spark Gap) .............................................................. . 37 2.2.2. MOV (Metal Oxide Varistor) ............................................................ . 39 2.2.3. SAD (Silicon Avalanche Diode) ...................................................... . 39 2.2.4. TDS (Transient Discriminating Suppressor) ..................................... . 40 2.2.5 Hệ thống phân tán năng lƣợng sét (DAS).......................................... . 41 2.3. CÁC MÔ HÌNH CÔNG NGHỆ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN HIỆN ĐẠI
vii 2.3.1. Mô hình MOV của MatLab ............................................................... . 43 2.3.2. Xây dựng mô hình MOV hạ thế ........................................................ . 45 2.3.3. Xây dựng sơ đồ khối mô hình Spark Gap ......................................... . 58 2.3.4. Mô hình Triggered Spark Gap ........................................................... . 63 CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH VÀ MÔ PHỎNG THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRONG MẠNG HẠ ÁP 3.1. Giới thiệu. ................................................................................................... . 67 3.2. Tổng quan về các MOV hạ thế đang sử dụng để chế tạo thiết bị chống sét trên đƣờng nguồn hạ áp. .................................................................................... . 68 3.3. Các chỉ tiêu chính đánh giá thiết bị chống sét lan truyền. .......................... . 68 3.4. MOV đơn khối. .......................................................................................... . 69 3.4.1. Phƣơng pháp bình phƣơng nhỏ nhất..................................................... . 69 a) Dạng hàm bậc nhất. ................................................................................ . 69 b) Dạng hàm bậc hai. .................................................................................. . 70 3.4.2. Mô phỏng và đo lƣờng điện áp dƣ (Vr) MOV đơn khối. ..................... . 71 3.5. MOV đa khối .............................................................................................. . 82 3.5.1. Hệ số dự trữ. ........................................................................................ . 82 3.5.2. Mô phỏng và đo lƣờng điện áp ngƣỡng của MOV đa khối. ............... . 92 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGUỒN PHÁT XUNG 4.1 Giới thiệu. ................................................................................................. . 99 4.2 Các dạng xung không chu kỳ chuẩn và phƣơng trình toán của mô hình ..................................................................................................... . 99 4.3 Xây dựng mô hình nguồn phát xung. ...................................................... . 103 4.4 Kết luận. ................................................................................................. . 107 CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRONG MẠNG HẠ ÁP 5. 1. Giới thiệu ................................................................................................. . 108 5.2. Đánh giá ƣu và nhƣợc điểm của MOV đơn và đa khối chống sét lan truyền trên đƣờng nguồn hạ áp ............................................................................. . 111 5.3. Ảnh hƣởng của thiết bị lọc sét .................................................................. . 112 5.3.1. Trƣờng hợp 1 (bảo vệ một tầng + thiết bị lọc sét) ........................ . 112 5.3.2. Trƣờng hợp 2 (phối hợp bảo vệ hai tầng + thiết bị lọc sét) .......... . 115 5.3.3. So sánh hiệu quả bảo vệ của công nghệ SG, TSG, MOV............. . 117 5.3.4 So sánh hiệu quả bảo vệ của 3 trƣờng hợp phối hợp bảo vệ 2 tầng
viii TSG1-MOV, MOV1-MOV2 và SG1-MOV2 ......................................... . 119 5.3.5. Phối hợp bảo vệ quá áp 3 tầng ...................................................... . 121 5.3.6. So sánh hiệu quả bảo vệ của 2 trƣờng hợp phối hợp bảo vệ hai tầng và ba tầng ................................................................................................ . 123 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN LUẬN VĂN .................. . 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... . 128 PHỤ LỤC
ix DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 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 sƣ 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 TBBV: Thiết bị bảo vệ TGS : Trigger Spark Gap: Khe hở phóng điện TN: Hệ thống nối đất TN TNC: Hệ thống nối đất TNC TNS: Hệ thống nối đất TNS TT: Hệ thống nối đất TT 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
x DANH MỤC CÁC BẢNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP & PHẦN MỀM MATLAB Bảng 1.1: Điện áp và dòng điện của quá độ điển hình trong nhà. Bảng 1.2. Trạng thái bảo vệ quá áp đối với lƣới điện hạ áp CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN HIỆN ĐẠI Bảng 2.1: Bảng thông số cho trong catalogue của 5 loại MOV hạ thế của Siemens. Bảng 2.2: Bảng tổng hợp kết quả điện áp dƣ trên mô hình MOV hạ thế khi mô phỏng MOV hạ thế Siemens với xung dòng 8/20s. Bảng 2.3: Bảng thông số cho trong catalogue của 2 loại MOV hạ thế của AVX Bảng 2.4: Bảng tổng hợp kết quả điện áp dƣ trên mô hình MOV hạ thế khi mô phỏng MOV hạ thế của hãng AVX với xung dòng 8/20s. Bảng 2.5: Bảng thông số cho trong catalogue của MOV hạ thế của hãng Littelfuse. Bảng 2.6: Bảng tổng hợp kết quả điện áp dƣ trên mô hình MOV hạ thế khi mô phỏng MOV hạ thế của hãng Littelfuse với xung dòng 8/20s. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH VÀ MÔ PHỎNG THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRONG MẠNG HẠ ÁP Bảng 3.1. Xung sét cực đại theo vùng bảo vệ và mật độ sét Bảng 3.2: Bảng tổng hợp kết quả điện áp dƣ trên mô hình MOV hạ thế đơn khối khi mô phỏng với dòng xung 8/20s với biên độ và điện áp ngƣỡng khác nhau. Bảng 3.3: Bảng tổng hợp phƣơng trình liên hệ giữa điện áp dƣ (Vr) và điện áp ngƣỡng (Vn) của MOV đơn khối. Bảng 3.4: Bảng tổng hợp thông số điện áp dƣ và đặc tuyến vừa xây dựng so với catalog của nhà sản xuất và sai số. Bảng 3.5: Bảng tổng kết hệ số dự trữ của MOV-8KA mắc song song Bảng 3.6: Bảng tổng hợp thông số điện áp dƣ khi tiến hành mô phỏng MOV đa khối trên Matlab. Bảng 3.7: Bảng tổng hợp phƣơng trình liên hệ của điện áp dƣ theo điện áp ngƣỡng và dòng xung sét của MOV đa khối. CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGUỒN PHÁT XUNG Bảng 4.1: xung dòng và xung áp chuẩn
xi CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRONG MẠNG HẠ ÁP Bảng 5.1. So sánh điện áp thông qua trong ba trƣờng hợp phối hợp bảo vệ một tầng + bộ lọc sét Bảng 5.2.So sánh điện áp thông qua trong ba trƣờng hợp phối hợp bảo vệ 2 tầng có bộ lọc sét Bảng 5.3. So sánh điện áp thông qua trong ba trƣờng hợp SG, TSG, MOV Bảng 5.4. So sánh điện áp thông qua trong ba trƣờng hợp phối hợp bảo vệ 2 tầng Bảng 5.5. Bảng so sánh điện áp thông qua trong 2 trƣờng TSG1-MOV TSG1-MOV2 MOV3
xii DANH MỤC CÁC HÌNH CHƯƠNG MỞ ĐẦU Hình Cơ bản nguyên nhân hình thành sét CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP & PHẦN MỀM MATLAB Hình 1.1 Dạng sóng xung quá áp trên đƣờng nguồn hạ áp (với thời gian ngắn là 1ms) Hình 1.2 Quan hệ tần suất xuất hiện sét theo biên độ Hình 1.3. Sét đánh trực tiếp vào kim thu trên sét trên đỉnh công trình Hình 1.4. Sét đánh trực tiếp vào đƣờng dây không lân cận công trình Hình 1.5. Dạng sóng 10/350µs Hình 1.6. Sét đánh vào đƣờng dây trên không ở vị trí cách xa công trình Hình 1.7. Sét đánh gián tiếp cảm ứng vào công trình Hình 1.8. Dạng sóng 8/20µs Hình 1.9. Lựa chọn SPD theo mức độ lộ thiên của công trình Hình 1.10: Tỷ lệ xuất hiện của xung theo biên độ điện áp tại các khu vực không đƣợc bảo vệ. Hình 1.11a: Dạng sóng 0.5  s-100kHz (áp mạch hở) Hình 1.11b: Dạng sóng gián tiếp (phía ngoài) Hình 1.12. Tủ phân phối chính với thiết bị chống sét trên đƣờng truyền Hình 1.13. Một số thiết bị chống sét lan truyền trên đƣờng nguồn và đƣờng tín hiệu Hình 1.14. Các cấp độ bảo vệ quá áp dựa vào khả năng chịu quá áp của thiết bị 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 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 Hình 1.16 Hệ thống chống sét lan truyền Hình 1.17. Thanh “Start bar” của chƣơng trình Matlab và các công cụ thuộc thƣ viện “Simulink” Hình 1.18. Thƣ viện Simulik trong chƣơng trình Matlab Hình 1.19 a.Thao tác mở cửa sổ làm việc Hình 1.19 b. Cửa sổ làm việc Hình 1.20. Giao diện tạo Curve Fitting Toolbox
xiii Hình 1.21. Cửa sổ Workspace Hình 1.22. Cửa sổ Data Hình 1.23. Cửa sổ Fitting Hình 1.24. Đồ thị y= F(x) Hình 1.25. Cửa sổ Analysis CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN HIỆN ĐẠI Hình 2.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TSG Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý của thiết bị Hình 2.3. Chống sét theo nguyên lý phân tán năng lƣợng sét Hình 2.4 Quan hệ dòng điện –điện áp của mô hình MOV Hình 2.5: Hộp thoại của mô hình MOV trong MatLab Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý của mô hình Hình 2.7: Sơ đồ mạch tƣơng đƣơng của mô hình MOV đề nghị. Hình 2.8: Đặc tính V-I của MOV có sai số TOL  10% . Hình 2.9: Sơ đồ mô hình điện trở phi tuyến V=f(I) của MOV Hình 2.10: Mô hình MOV hạ thế. Hình 2.11: Biểu tƣợng mô hình MOV hạ thế. Hình 2.12: Hộp thoại khai báo biến Parameters của mô hình MOV hạ thế & nguồn phát xung. Hình 2.13: Hộp thoại Initialization của mô hình MOV hạ thế & nguồn xung dòng. Hình 2.14: đoạn chƣơng trình tự động thông báo lỗi Hình 2.15: Hộp thoại thông số của mô hình MOV hạ thế & Nguồn xung Hình 2.16: Sơ đồ mô phỏng đáp ứng của MOV hạ thế đề nghị. Hình 2.17: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế khi mô phỏng MOV B40K275 (hãng Siemens) với xung 5kA 8/20s. Hình 2.18: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế khi mô phỏng MOV B40K275 (hãng Siemens) với xung 10kA 8/20s. Hình 2.19: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế khi mô phỏng MOV B40K275 (hãng Siemens) với xung 20kA 8/20s. Hình 2.20: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế khi mô phỏng MOV VE13M02750K (hãng AVX) với xung 1kA 8/20s. Hình 2.21.: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế khi mô phỏng MOV
xiv VE13M02750K (hãng AVX) với xung 2kA 8/20s Hình 2.22: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế khi mô phỏng MOV V275LA40A (hãng Littelfuse) với xung 1kA 8/20s. Hình 2.23: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế khi mô phỏng MOV V275LA40A (hãng Littelfuse) với xung 3kA 8/20s. Hình 2.24: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế khi mô phỏng MOV V275LA40A (hãng Littelfuse) với xung 5kA 8/20s. Hình 2.25. Sơ đồ khối điều khiển SC Hình 2.26. Khai báo các thông số trong Breaker Hình 2.27. Sơ đồ mô phỏng phóng điện khe hở không khí trong MatLab Hình 2.28. Các thông số cần khai báo cho mô hình Spark Gap Hình 2.29. Tạo biểu tƣợng cho mô hình trong MATLAB Hình 2.30. Biểu tƣợng mô hình khe hở phóng điện không khí Spark Gap Hình 2.31. Sơ đồ mạch mô phỏng Spark Gap với nguồn xung áp Hình 2.32.Khai báo các thông số của mô hình nguồn xung áp Hình 2.33. Khai báo các thông số của mô hình Spark Gap Hình 2.34. Đáp ứng của Spark Gap có Vbreaker = 3kA với xung áp 1.2/50µs 5kV Hình 2.35. Đáp ứng của Spark Gap có Vbreaker = 3kV với xung áp 10/700µs 10kV Hình 2.36. Sơ đồ cấu tạo Triggered Spark Gap với điện trở phi tuyến Hình 2.37. Sơ đồ khối điều khiển Hình 2.38. Sơ đồ cấu tạo của khối điện trở phi tuyến Hình 2.39. Sơ đồ mạch mô phỏng đáp ứng của chống sét TSG Hình 2.40. Khai báo thông số cho TSG Hình 2.41.Đáp ứng của mô hình TSG với xung dòng 8/20µs 3kA Hình 2.42. Đáp ứng của mô hình TSG với xung dòng 8/20µs 5kA Hình 2.43. Đáp ứng của mô hình TSG với biên độ xung 20kA Hình 2.44. đáp ứng của mô hình TSG với xung dòng 10/3350µs 3kA Hình 2.45. Đáp ứng của mô hình TSG với xung 10/350µs 10kA CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH VÀ MÔ PHỎNG THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRONG MẠNG HẠ ÁP Hình 3.1. Các dạng xung sét tiêu chuẩn Hình 3.2: Sơ đồ mô phỏng MOV hạ thế đơn khối
xv Hình 3.3: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế đơn khối Iđm = 4.5KA (TOL = 10%) với xung thử 1.5KA 8/20s. Hình 3.4: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế đơn khối Iđm = 4.5KA (TOL = 10%) với xung thử 3KA 8/20s. Hình 3.5: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế đơn khối Iđm = 4.5KA (TOL = 10%) với xung thử 10KA 8/20s. Hình 3.6: Đặc tính Vr-Vn của MOV hạ thế đơn khối 4.5KA, TOL = 10% Hình 3.7: Đặc tính Vr-Vn của MOV hạ thế đơn khối 8KA, TOL = 10% Hình 3.8: Đặc tính Vr-Vn của MOV hạ thế đơn khối 25KA, TOL = 10% Hình 3.9: Đặc tính Vr-Vn của MOV hạ thế đơn khối 40KA, TOL = 10% Hình 3.10: Đặc tính Vr-Vn của MOV hạ thế đơn khối 70KA, TOL = 10% Hình 3.11: Đặc tính Vr-Vn của MOV hạ thế đơn khối 100KA, TOL = 10% Hình 3.12: Mạch điện phân tích của những biến trở ZnO hoạt động song song. Hình 3.13: Sơ đồ mô phỏng đáp ứng của hai MOV hạ thế 8KA. Hình 3.14: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế khi mô phỏng sử dụng hai MOV- 8KA (TOL = 5%) với xung 10KA 8/20s. Hình 3.15: Dòng qua MOV1 và MOV2 khi mô phỏng sử dụng hai MOV-8KA (TOL = 5%) với xung 10KA 8/20s. Hình 3.16: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế khi mô phỏng sử dụng hai MOV- 8KA (TOL = 6%) với xung 10KA 8/20s. Hình 3.17: Dòng qua MOV1 và MOV2 khi mô phỏng sử dụng hai MOV-8KA (TOL = 6%) với xung 10KA 8/20s. Hình 3.18: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế khi mô phỏng sử dụng hai MOV- 8KA (TOL = 7%) với xung 10KA 8/20s Hình 3.19: Dòng qua MOV1 và MOV2 khi mô phỏng sử dụng hai MOV-8KA (TOL = 7%) với xung 10KA 8/20s. Hình 3.20: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế khi mô phỏng sử dụng hai MOV- 8KA (TOL = 8%) với xung 10KA 8/20s. Hình 3.21: Dòng qua MOV1 và MOV2 khi mô phỏng sử dụng hai MOV-8KA (TOL = 8%) với xung 10KA 8/20s. Hình 3.22: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế khi mô phỏng sử dụng hai MOV- 8KA (TOL = 9%) với xung 10KA 8/20s. Hình 3.23: Dòng qua MOV1 và MOV2 khi mô phỏng sử dụng hai MOV-8KA (TOL = 9%) với xung 10KA 8/20s.
xvi Hình 3.24: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế khi mô phỏng sử dụng hai MOV- 8KA (TOL = 10%) với xung 10KA 8/20s. Hình 3.25: Dòng qua MOV1 và MOV2 khi mô phỏng sử dụng hai MOV-8KA(TOL = 10%) với xung 10KA 8/20s. Hình 3.26: Quan hệ giữa sai số điện áp ngƣỡng và hệ số dự trữ với xung thử có biên độ 10KA, 15KA, 20KA và 25KA Hình 3.27: Quan hệ giữa sai số điện áp ngƣỡng và hệ số dự trữ với xung thử có biên độ 40KA, 70KA và 100KA Hình 3.28: Đặc tính Vr-Vn của MOV đa khối 10KA (2xMOV-8KA) Hình 3.29: Đặc tính Vr-Vn của MOV đa khối 15KA (4xMOV-8KA) Hình 3.30: Đặc tính Vr-Vn của MOV đa khối 20KA (5xMOV-8KA) Hình 3.31: Đặc tính Vr-Vn của MOV đa khối 25KA (7xMOV-8KA) Hình 3.32: Đặc tính Vr-Vn của MOV đa khối 40KA (12xMOV-8KA) Hình 3.33: Đặc tính Vr-Vn của MOV đa khối 70KA (23xMOV-8KA) Hình 3.34: Đặc tính Vr-Vn của MOV đa khối 100KA (32xMOV-8KA) CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGUỒN PHÁT XUNG Hình 4.1: Dạng sóng xung không chu kỳ chuẩn Hình 4.2: Dạng sóng xung gồm tổng của 2 thành phần Hình 4.3: Đƣờng cong xác định b/a từ tỷ số t2/t1 Hình 4.4: Đƣờng cong xác định at1 từ tỷ số b/a, khi biết t1 Hình 4.5: Đƣờng cong xác định I1/I từ tỷ số b/a, khi biết I1 Hình 4.6: Mô hình toán của xung dòng Hình 4.7a: Nguồn xung dòng không chu kỳ. Hình 4.7b: Nguồn xung áp không chu kỳ. Hình 4.8: Mô hình nguồn xung dòng và áp không chu kỳ. Hình 4.9a: Sơ đồ mô phỏng nguồn xung dòng Hình 4.9b: Sơ đồ mô phỏng nguồn xung áp Hình 4.10: Thông số mô hình nguồn xung dòng Hình 4.11. Khai báo các thông số yêu cầu Hình 4.12: Dạng sóng nguồn xung dòng 8/20µs biên độ 20kA Hình 4.13: Dạng sóng nguồn xung dòng 8/20µs biên độ 3kA Hình 4.14: Thông số mô hình nguồn xung áp Hình 4.15. Dạng sóng nguôn xung áp 1,2/50 µs biên độ 5kV Hình 4.16. Dạng sóng nguồn áp 10/700 µs biên độ 5kV