Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu và xây dựng mô hình máy phát xung sét tiêu chuẩn

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:97

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung nghiên cứu của luận văn là 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.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu và xây dựng mô hình máy phát xung sét tiêu chuẩn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 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
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 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 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. QUYỀN HUY ÁNH TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2016
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM 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) TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 PGS.TS Trương Việt Anh Chủ tịch 2 TS. Nguyễn Hùng Phản biện 1 3 PGS.TS. Lê Chí Kiên Phản biện 2 4 TS. Đinh Hoàng Bách Ủy viên 5 TS. Đoàn Thị Bằng 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 LV
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc 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)
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 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
ii 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
iii 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. o Chương 5: So sánh dạng xung mô phỏng và dạng xung từ máy phát xung thực tế. o Chương 6: Kết luận và hướng phát triển luận văn.
iv ABSTRACT In the electrical network, overvoltage and transients caused by lightning is the main reason causing the incident to damage the power grid and electrical equipment. The study of lightning protection equipment plays a very important role in the protection of overvoltage. However, in Vietnam the study were difficult due to limited testing facilities. Therefore, the modeling and simulation of various pulse generators are needed to support the research, evaluation and selection of surge protection devices later. 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.
v 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
vi 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
vii 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
viii 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
ix 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
x 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
xi 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
1 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
2 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
3 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
4 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.
5 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 T1 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 O1 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 T2 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