Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Xây dựng mô hình thiết bị cắt sét và thiết bị lọc sét hạ áp

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:93

Thêm vào BST

Báo xấu

32
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nội dung nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý của thiết bị cắt sét và thiết bị lọc sét hạ áp. Mô phỏng và đánh giá độ chính xác của mô hình thiết bị cắt sét và thiết bị lọc sét được xây dựng thông qua so sánh giá trị điện áp cung cấp bởi nhà sản xuất và điện áp dư mô phỏng ứng với xung sét tiêu chuẩn.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Xây dựng mô hình thiết bị cắt sét và thiết bị lọc sét hạ áp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM NGUYỄN THỊ HỒNG LOAN XÂY DỰNG MÔ HÌNH THIẾT BỊ CẮT SÉT VÀ THIẾT BỊ LỌC SÉT HẠ ÁP LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số ngành : 60520202 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM NGUYỄN THỊ HỒNG LOAN XÂY DỰNG MÔ HÌNH THIẾT BỊ CẮT SÉT VÀ THIẾT BỊ LỌC SÉT HẠ ÁP LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số ngành : 60520202 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. QUYỀN HUY ÁNH Tp. Hồ Chí Minh, tháng 01/2016
i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của 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. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 01 năm 2016 Người cam đoan Nguyễn Thị Hồng Loan
ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến PGS.TS. Quyền Huy Ánh, người đã quan tâm, tận tình hướng dẫn giúp em xây dựng và hoàn thành luận văn này. Chân thành cảm ơn tất cả quý Thầy, quý Cô trong bộ môn Hệ thống điện Trường Đại Học Công Nghệ TP.Hồ Chí Minh, Trường Đại Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt khóa học. Xin chân thành cảm ơn đến tất cả bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã ủng hộ và động viên tôi trong khoảng thời gian tôi học tập và nghiên cứu. Khóa luận có thể còn những thiếu sót nên mong nhận được những ý kiến đóng góp thêm từ quý thầy cô. Xin chân thành cảm ơn. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 01 năm 2016 Người thực hiện Nguyễn Thị Hồng Loan
iii TÓM TẮT Hiện nay, trên thị trường có nhiều 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 và loại bỏ các thông tin không quan trọng là yêu cầu bức thiết. Luận văn này dựa vào thông số điện áp dư 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 đến hiệu quả bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp bao gồm dạng sóng xung sét, biên độ xung sét, giá trị điện áp ngưỡng của MOV, dòng xung định mức của MOV, sai số của điện áp MOV. Trong đó, các yếu tố quan trọng nhất cần lựa chọn cho ph hợp với cấu hình mạng điện, tính chất tải thực tế để đảm bảo hiệu quả bảo vệ cao nhất theo yêu cầu thiết kế bao gồm giá trị điện áp ngưỡng của MOV, dòng xung định mức của MOV, sai số điện áp của MOV. ự phối hợp các thiết bị bảo vệ c t sét và lọc sét c ng ảnh hưởng rất quan trọng đến hiệu quả bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp. T y vào yêu cầu bảo vệ và mức độ quan trọng của tải cần bảo vệ, cần lựa chọn kiểu phối hợp bảo vệ hợp lý phối hợp một hoặc nhiều tầng c t sét, sử d ng bộ lọc sét, hay kết hợp phối hợp bảo vệ giữa c t sét và lọc sét.
iv ABSTRACT Currently there are many kinds of surge protective devices (SPD) on power lines of different manufacturers with various technologies. The selection of SPD with high protection efficiency and the lower of cost is often difficult. Because the manufacturers often provide information related to the advantages of the product but does not mention the downsides. Therefore, the identification and evaluation of important technical features and neglecting unimportant information is the urgent need. This thesis is based on the residual voltage to evaluate and compare the protection ability of SPD. From there, the factors affecting to surge protection on low voltage power lines are given in order to optimize protection and improve reliability during operation process. Factors affecting to protection efficiency against lightning surge on low voltage power lines include: waveform surge, lightning impulse amplitude, the value of threshold voltage of MOV, the surge current norms of MOV, voltage ttolerance of MOV. Among them, the most important factors, must selected to suit the electrical network configuration and load characteristics to ensure the hightgest protection efficiency, ensuring the design requirements. These factors include: the value of the threshold voltage of MOV, the surge current norms of MOV, MOV voltage ttolerance. The combination of surge diverters and surge reduction filtesr also affects importantly to surge protection efficiency on low voltage power lines. Depending on the protection requirements and the importance of protected load need to select the type of reasonable protection coordination: coordinating one or more lightning protection devices, using surge reduction filter, or combination of coordinated protection between surge diverters and surge reduction fil
v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................................ ii TÓM TẮT ...................................................................................................................................... iii ABSTRACT .................................................................................................................................. iv MỤC LỤC ...................................................................................................................................... v DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................................viii DANH MỤC BẢNG................................................................................................................... ix DANH MỤC H NH .................................................................................................................... x CHƯƠNG MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SÉT VÀ THIẾT BỊ BẢO VỆ CHỐNG SÉT TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP ......................................................................................................... 4 1.1 CÁC THÔNG Ố CHỦ YẾU CỦA ÉT ..........................................................4 1.1.1 Biên độ dòng sét và xác suất xuất hiện ..........................................................4 1.1.2 Cường độ hoạt động của sét ...........................................................................5 1.2 CÁC TIÊU CHUẨN BẢO VỆ QUÁ ÁP ...........................................................6 1.2.1 Bảo vệ quá áp theo ANSI/IEEE .....................................................................6 1.2.2 Bảo vệ quá áp theo IEC..................................................................................6 1.2.3 Hệ thống bảo vệ chống sét hạ áp....................................................................7 1.3 BIẾN TRỞ OXIT KIM LOẠI (MOV) ...............................................................8 1.3.1 Giới thiệu .......................................................................................................8 1.3.2 Cấu trúc vi mô ..............................................................................................10 1.3.3 Tính năng hoạt động của biến trở oxit kim loại (MOV) ..............................13 1.3.4 Đặc tính V-I ................................................................................................17
vi 1.3.5 ơ đồ tương đương.......................................................................................19 1.3.6 Thời gian đáp ứng ........................................................................................22 1.3.7 Năng lượng cho phép và công suất tiêu tán trung bình ...............................23 1.3.8 Ảnh hưởng của nhiệt độ ...............................................................................26 1.3.9 Các đặc tính của MOV và các hư hỏng thường gặp khi quá áp xảy ra........27 1.4 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ CHỐNG ÉT ( PD) ........................................29 1.4.1 Các loại SPD ................................................................................................29 1.4.2 Các yêu cầu kỹ thuật của thiết bị c t sét và thiết bị lọc sét ..........................32 CHƯƠNG 2 : MÔ HÌNH MÁY PHÁT XUNG CHUẨN VÀ MOV HẠ THẾ ........36 2.1 CÁC DẠNG XUNG TIÊU CHUẨN ...............................................................36 2.1.1 Xung dòng ....................................................................................................36 2.1.2 Cường độ xung .............................................................................................38 2.2 MÔ HÌNH MÁY PHÁT XUNG DÒNG..........................................................39 2.2.1 Dạng phương trình dòng xung .....................................................................39 2.2.2 Xây dựng sơ đồ khối ....................................................................................42 2.2.3 Thực hiện mô phỏng xung dòng ..................................................................43 2.3 MÔ H NH MOV HẠ THẾ ...............................................................................47 2.3.1 Cấu trúc cơ bản của mô hình MOV hạ thế ..................................................47 2.3.2 Mô hình MOV hạ thế trong MATLAB........................................................50 CHƯƠNG 3 : LỰA CHỌN CẤU HÌNH VÀ THÔNG SỐ THIẾT BỊ CẮT SÉT VÀ THIẾT BỊ LỌC SÉT ...................................................................................................................55 3.1 D N NH P......................................................................................................55 3.2 MÔ TẢ HỆ THỐNG BẢO VỆ QUÁ ÁP DO ÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP ...................................................................................56
vii 3.3 ẢNH HƯỞNG CỦA DẠNG XUNG ÉT .......................................................57 3.4 ẢNH HƯỞNG CỦA BIÊN ĐỘ XUNG ÉT ..................................................60 3.5 ẢNH HƯỞNG CỦA DÒNG XUNG ĐỊNH MỨC CỦA MOV ......................61 3.6 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN ÁP NGƯỠNG CỦA MOV .................................62 3.7 ẢNH HƯỞNG CỦA AI Ố ĐIỆN ÁP NGƯỠNG CỦA MOV ...................63 3.8 ẢNH HƯỞNG CỦA Ự PHỐI HỢP BẢO VỆ QUÁ ÁP ...............................64 3.8.1 Phối hợp bảo vệ quá áp 2 tầng MOV1-MOV2 ............................................64 3.8.2 Phối hợp bảo vệ quá áp 3 tầng (MOV1-MOV2-MOV3) .............................66 3.9 ẢNH HƯỞNG CỦA THIẾT BỊ LỌC ÉT .....................................................67 3.9.1 Trường hợp 1 (bảo vệ bằng bộ lọc sét-SRF)................................................68 3.9.2 Trường hợp 2 (phối hợp bảo vệ c t sét kết hợp với thiết bị lọc sét) ............69 3.9.3 Trường hợp 3 (phối hợp bảo vệ 2 tầng c t sét kết hợp với thiết bị lọc sét) .71 3.10 Kết luận ............................................................................................................73 CHƯƠNG 4 KẾT LU N VÀ HƯ NG NGHIÊN CỨU PHÁT TRI N ...................74 4.1 KẾT LU N ......................................................................................................74 4.2 HƯ NG NGHIÊN CỨU PHÁT TRI N .........................................................75 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................................76
viii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT - SPD: Surge Protective Device Thiết bị bảo vệ xung - MOV: Metal Oxide Varistor Điện trở phi tuyến sử d ng các phiến Oxide kim loại - R urge reduction ilter Bộ lọc sét - TBBV Thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn
ix DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Cường độ xung sét theo loại đường dây và vị trí l p đặt .....................39 Bảng 2.2: Mối quan hệ giữa tuổi thọ của MOVvà cường độ xung sét .................39 Bảng 3.1. Giá trị điện áp ngang qua tải ứng với xung 20kA, ...............................59 dạng sóng /20µs và xung 20kA 10/350µs ..........................................................59 Bảng 3.2. Giá trị đ nh điện áp dư ngang qua tải với biên độ dòng xung khác nhau ...............................................................................................................60 Bảng 3.3. Điện áp dư ngang qua tải tương ứng với dòng xung định mức ...........61 của MOV khác nhau .............................................................................................61 Bảng 3.4. Điện áp dư ngang qua tải tương ứng với điện áp định mức của MOV 62 Bảng 3. . Giá trị điện áp dư ngang qua tải tương ứng với sai số điện áp ngưỡng của MOV ......................................................................................................63 Bảng 3. . o sánh giá trị điện áp dư ngang qua tải ứng với các trường hợp bảo vệ 1 tầng và 2 tầng MOV ..................................................................................65 Bảng 3. . o sánh giá trị điện áp dư ngang qua tải ứng với các trường hợp phối hợp bảo vệ 2 tầng MOV1-MOV2 và 3 tầng MOV1-MOV2-MOV3...........67 Bảng 3. . o sánh giá trị điện áp dư ngang qua tải ứng với các trường hợp bảo vệ 3 tầng MOV1-MOV2-MOV3 và bảo vệ bằng bộ lọc R ..........................69 Bảng 3. . o sánh giá trị điện áp dư ngang qua tải ứng với các trường hợp phối hợp bảo vệ bảo vệ c t sét và lọc sét và trưởng hợp ch bảo vệ bằng bộ lọc sét ...............................................................................................................71 Bảng 3.10. o sánh giá trị điện áp dư ngang qua tải ứng với các trường hợp phối hợp bảo vệ 2 tầng c t sét kết hợp với thiết bị lọc sét và trường hợp bảo vệ 1 tầng c t sét kết hợp với thiết bị lọc sét .........................................................72
x DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Đường cong xác xuất biên độ dòng sét...................................................5 Hình 1.2. Các cấp độ bảo vệ quá áp dựa vào khả năng chịu quá áp của thiết bị ....7 Hình 1.3. L p đặt thiết bị bảo vệ quá áp hạ thế cho mạng điện 1 pha ....................8 Hình 1.4. L p đặt thiết bị bảo vệ quá áp hạ thế cho mạng điện 3 pha ....................8 Hình 1. . Đặc tuyến V/I của một MOV trong vùng tuyến tính ..............................9 Hình 1.6. Cấu tạo của MOV .................................................................................10 Hình 1.7. Cấu trúc của biến trở và đặc tính V-I....................................................11 Hình 1.8. Vi cấu trúc của Ceramic .......................................................................11 Hình 1. . ơ đồ cấu trúc của lớp biên tiếp giáp biến trở ZnO ..............................13 Hình 1.10 Lưu đồ chế tạo biến trở MOV .............................................................14 Hình 1.11. Cấu trúc chi tiết một số sản phẩm MOV đóng gói .............................15 Hình 1.12. ơ đồ năng lượng tiếp giáp giữa hạt ZnO –biên –hạt ZnO ................16 Hình 1.13. Quan hệ điện thế rào với điện áp đặt vào ...........................................17 Hình 1.14. Đặc tính V-I của MOV .......................................................................18 Hình 1.1 . Đặc tính R-V của MOV ......................................................................19 Hình 1.16. Mô hình mạch tương đương của biến trở ...........................................20 Hình 1.1 . ơ đồ tương đương của biến trở trong vùng dòng rò .........................20 Hình 1.1 . ơ đồ tương đương của biến trở trong vùng hoạt động bình thường .21 Hình 1.1 . ơ đồ tương đương của biến trở trong v ng dòng điện cao ...............22 Hình 1.20. Đáp ứng của biến trở MOV xung tốc độ cao......................................23 Hình 1.21. Đáp ứng của biến trở tính đến điện cảm đầu dây nối đối với xung dòng điện ......................................................................................................23
xi Hình 1.22. Dạng sóng thử nghiệm 2ms ................................................................24 Hình 1.23. Số lần xung có thể chịu được của một loại MOV ..............................25 Hình 1.24 Quan hệ công suất tiêu tán và điện áp (=10, 30, 50) .........................26 Hình 1.2 . Đặc tính V-I của một MOV chuẩn theo nhiệt độ (vùng dòng rò) ......26 Hình 1.2 . Đặc tính V-I của một MOV chuẩn theo nhiệt độ (vùng dòng cao) ....27 Hình 1.27. Hình ảnh hiển vi của sự đánh thủng gây nóng chảy tại cạnh của điện cực (ảnh trên) và từ đ nh của điện cực (bên dưới) .......................................28 Hình 1.28. Vị trí của một tủ bảo vệ ......................................................................29 Hình 1.29. Thiết bị c tsét, thiết bị lọc sét .............................................................30 Hình 1.30. Một số thiết bị chống sét trên đường nguồn và đường tín hiệu ..........31 Hình 1.31. Thiết bị c t lọc sét của ERICO ...........................................................32 Hình 2.1. Sét đánh vào đường dây ở vị trí cách xa công trình .............................36 Hình 2.3. Dạng xung 20 s .................................................................................37 Hình 2.4. ét đánh trực kiếp vào kim thu sét trên đ nh công trình .......................38 Hình 2. . ét đánh trực tiếp vào đường dây trên không lân cận công trình .........38 Hình 2.6. Dạng xung 10/350µs .............................................................................38 Hình 2.7. Dạng sóng xung không chu kỳ chuẩn ...................................................40 Hình 2.8. Dạng sóng xung gồm tổng của hai thành phần .....................................40 Hình 2. . Đường cong xác định t số b/a ..............................................................41 Hình 2.10. Đường cong xác định t số at1 .............................................................41 Hình 2.11. Đường cong xác định t số I1/I ............................................................42 Hình 2.12. ơ đồ khối tạo nguồn phát xung .........................................................42 Hình 2.13. Biểu tượng của mô hình nguồn phát xung..........................................43 Hình 2.14. Khai báo các thông số yêu cầu ...........................................................43
xii Hình 2.1 . ơ đồ mô phỏng nguồn xung dòng .....................................................44 Hình 2.16. Các thông số nguồn xung dòng ..........................................................44 Hình 2.17. Dạng sóng nguồn xung dòng 20 s biên độ 3kA .............................45 Hình 2.18. Dạng sóng nguồn xung dòng 20 s biên độ 5kA .............................45 Hình 2.19. Dạng sóng nguồn xung dòng 20 s biên độ 3kA .............................46 Hình 2.20 . Dạng sóng nguồn xung dòng 20 s biên độ 40kA ..........................46 Hình 2.21 . Dạng sóng nguồn xung dòng 20 s biên độ 70kA ..........................47 Hình 2.22. ơ đồ mạch tương đương của mô hình MOV đề nghị........................47 Hình 2.23. Đặc tính V-I của MOV có sai số TOL 10% .......................................48 Hình 2.24. ơ đồ mô hình điện trở phi tuyến V=f(I) của MOV ...........................49 Hình 2.24. Mô hình MOV hạ thế ..........................................................................50 Hình 2.25 . Biểu tượng mô hình MOV hạ thế ......................................................51 Hình 2.26. Hộp thoại khai báo biến Parameters của mô hình MOV hạ thế .........51 Hình 2.27. Hộp thoại Initialization của mô hình MOV hạ thế .............................53 Hình 2.28. Hộp thoại thông số của mô hình MOV hạ thế ....................................54 Hình 3.2. ơ đồ mạch mô phỏng của MOV hạ thế...............................................56 Hình 3.3. Các thông số của MOV hạ thế ..............................................................57 Hình 3.4. Các thông số của nguồn xung dòng 8/20µs, Is= 20kA .........................58 Hình 3.5. Các thông số của nguồn xung dòng 10/350µs, Is= 20kA .....................58 Hình 3. . Dạng điện áp ngang qua tải sử d ng MOV với dòng xung 20kA, ứng với dạng sóng 20 s và 10 3 0 s ..............................................................59 Hình 3. . Dạng điện áp dư ngang qua tải ứng với biên độ xung dòng khác nhau dạng sóng 8/20µs .........................................................................................60 Hình 3. . Dạng điện áp dư ngang qua tải tương ứng với MOV ...........................61
xiii Hình 3. . Điện áp ngang qua tải tương ứng với MOV .........................................62 Hình 3.10. Điện áp dư ngang qua tải tương ứng với trường hợp MOV có sai số là -10 và 20 ................................................................................................63 Hình 3.11. Mô hình thử nghiệm phối hợp bảo vệ 2 tầng (MOV1 – MOV2) .......64 Hình 3.12. Điện áp thông qua tải trường hợp bảo vệ 1 tầng MOV và 2 tầng MOV1-MOV2, xung dòng 20kA dạng sóng 20 s ...................................65 Hình 3.13. Mô hình thử nghiệm phối hợp bảo vệ 3 tầng (MOV1 - MOV2 - MOV3) .........................................................................................................66 Hình 3.14. Điện áp thông qua tải trường hợp phối hợp bảo vệ 2 tầng MOV1- MOV2 và 3 tầng MOV1-MOV2-MOV3 với xung dòng 20kA 20 s .......67 Hình 3.1 . Mô hình thử nghiệm bảo vệ bằng bộ lọc sét.......................................68 Hình 3.1 . Điện áp thông qua tải trường hợp bảo vệ bằng bộ lọc và trường hợp phối hợp bảo vệ 3 tầng MOV1-MOV2-MOV3 ...........................................69 Hình 3.1 . Mô hình thử nghiệm phối hợp bảo vệ c t sét kết hợp với thiết bị lọc sét ...............................................................................................................70 Hình 3.1 . Điện áp thông qua tải trường hợp phối hợp bảo vệ c t sét kết hợp với thiết bị lọc sét và ch bảo vệ bằng bộ lọc sét ................................................70 Hình 3.1 . Mô hình thử nghiệm phối hợp bảo vệ hai tầng c t sét kết hợp với thiết bị lọc sét .......................................................................................................72 Hình 3.20. Điện áp thông qua tải trường hợp phối hợp bảo vệ 2 tầng c t sét kết hợp với thiết bị lọc sét và trường hợp bảo vệ 1 tầng c t sét kết hợp với thiết bị lọc sét .......................................................................................................72
1 CHƯƠNG: MỞ ĐẦU I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Việt Nam nằm trong tâm dông châu Á, là nơi có hoạt động dông sét trung bình thuộc loại cao trên thế giới. Thiệt hại do sét sẽ càng tăng lên khi đất nước ta thực hiện công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa do sử d ng nhiều thiết bị điện, điện tử nhạy cảm với sét. Việc nghiên cứu tìm ra giải pháp phòng chống sét hiệu quả không ch có ý nghĩa khoa học mà còn rất cần thiết và có tính ứng d ng cao trong đời sống. Trong những năm gần đây, ở nước ta đã có nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến dông sét và phòng chống sét, mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho người dân. Dựa trên các thiết bị c t sét và thiết bị lọc sét có khả năng tích hợp công t c báo động, vừa c t vừa lọc xung sét làm triệt tiêu hoàn toàn các xung quá áp, quá dòng trên đường dây cấp nguồn. Bên cạnh việc nghiên cứu chống sét đánh trực tiếp, việc nghiên cứu chống sét đánh lan truyền hay ghép cảm ứng trên đường nguồn c ng đóng một vai trò quan trọng để lựa chọn thiết bị bảo vệ chống quá điện áp do sét ph hợp. Nhìn chung, mạng hạ áp không truyền tải công suất không lớn nhưng lại trải trên diện rộng và cung cấp điện năng trực tiếp cho các hộ tiêu th nên nó lại là nguyên nhân dẫn sét vào công trình, gây ngừng dịch v , hư hỏng thiết bị. Thống kê cho thấy, hậu quả không mong muốn của quá áp do sét lan truyền trên mạng phân phối hạ áp gây ra thiệt hại rất lớn và nhiều lúc không thể đánh giá c thể được. Vấn đề được đề cập một cách cấp bách trong những năm gần đây là các trang thiết bị điện tử đã trở thành các thiết bị được sử d ng ngày càng nhiều và rất phổ biến trong các tòa nhà, các công trình ở mọi lĩnh vực như Bưu chính viễn thông, Phát thanh, Truyền hình, công nghiệp …. Các thiết bị này vốn rất nhạy cảm với điện áp và cách điện dự trữ của chúng rất mong manh vì thế cần phải tính toán lựa chọn, phối hợp và kiểm tra các thiết bị bảo vệ chống quá áp một cách hiệu quả, chính xác để tránh xảy ra hư hỏng cho các thiết bị này.
2 Do các thiết bị chống quá áp là thiết bị phi tuyến cho nên việc đánh giá các đáp ứng ngõ ra ứng với sóng sét lan truyền với mức chính xác cao theo phương pháp giải tích truyền thống gặp nhiều khó khăn. Bên cạnh đó, do nước ta vẫn còn bị hạn chế về trang thiết bị thí nghiệm cao áp, số lượng phòng thí nghiệm cao áp còn khiêm tốn nên rất khó khăn cho công tác thiết kế, nghiên cứu bảo vệ chống quá áp do sét lan truyền tại Việt Nam. Tuy nhiên, ngày nay, với sự phát triển của kỹ thuật mô hình hoá và mô phỏng đã giúp cho chúng ta hiểu biết thêm về sự tương tác giữa các yếu tố cấu thành một hệ thống c ng như toàn bộ hệ thống, đặc biệt là rất hữu ích cho việc mô phỏng sét. Luận văn này dựa vào thông số điện áp thông qua nhằm đánh giá, so sánh khả năng bảo vệ của thiết bị c t sét và thiết bị lọc sét. Từ đó, rút ra các yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ chống sét nhằm tối ưu hóa các tính năng bảo vệ và nâng cao độ tin cậy trong quá trình vận hành. II. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN Theo thống kê trên 0 thiệt hại do sét là do sét lan truyền trên đường nguồn, do đó việc chống sét lan truyền trên đường nguồn là hết sức quan trọng. Để chống sét trên đường nguồn thường sử d ng thiết bị c t sét và thiết bị lọc sét. Việc lựa chọn và đánh giá hiệu quả bảo vệ của các thiết bị này phải thông qua kiểm nghiệm tại các phòng thí nghiệm chuyên ngành. Tuy nhiên, các phòng thí nghiệm này đòi hỏi vốn đầu tư cao nên ở Việt Nam chưa có các phòng thí nghiệm này. Tuy nhiên, việc đánh giá hiệu quả của thiết bị c t sét và thiết bị lọc sét có thể thực hiện thông qua kỹ thuật mô hình hóa và mô phỏng. Vì vậy, luận văn này đi sâu vào nghiên cứu mô hình hóa và mô phỏng các thiết bị c t sét và thiết bị lọc sét trên đường nguồn hạ áp để đánh giá hiệu quả bảo vệ của hệ thống chống quá áp trên đường nguồn hạ áp do sét. C thể luận văn có các nhiệm v như sau 1. Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý của thiết bị c t sét và thiết bị lọc sét hạ áp. 2. Xây dựng mô hình thiết bị c t sét. 3. Xây dựng mô hình thiết bị lọc sét.
3 4. Mô phỏng và đánh giá độ chính xác của mô hình thiết bị c t sét và thiết bị lọc sét được xây dựng thông qua so sánh giá trị điện áp cung cấp bởi nhà sản xuất và điện áp dư mô phỏng ứng với xung sét tiêu chuẩn. 5. o sánh, đánh giá và rút ra kết luận. III. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nghiên cứu và xây dựng mô hình thiết bị c t sét và thiết bị lọc sét trên đường nguồn hạ áp. IV. ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN VĂN 1. Xây dựng mô hình thiết bị c t sét và thiết bị lọc sét trên đường nguồn hạ áp trong môi trường Matlab. 2. Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả bảo vệ của phương án bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp. V. GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1. Kết quả nghiên cứu phần nào đáp ứng công tác nghiên cứu lựa chọn, phối hợp và kiểm tra hiệu quả các thiết bị bảo vệ chống sét trên đường nguồn hạ trong điều kiện thiếu phòng thí nghiệm như hiện nay. 2. Cung cấp công c mô phỏng hữu ích cho những ai quan tâm đến việc nghiên cứu đáp ứng của thiết bị chống sét, dưới tác d ng của xung xét lan truyền trên đường nguồn hạ áp. 3. Luận văn có thể sử d ng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên và học viên cao học ngành Kỹ thuật điện. VI. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN Chương Mở đầu Chương 1: Tổng quan về sét và thiết bị bảo vệ chống sét trên đường nguồn hạ áp Chương 2: Mô h nh phát xung tiêu chuẩn và mô hình MOV hạ thế Chương 4 Lựa chọn cấu hình và thông số thiết bị c t sét và thiết bị lọc sét Chương : Kết luận và hướng nghiên cứu phát triển
4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ SÉT VÀ THIẾT BỊ BẢO VỆ CHỐNG SÉT TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP 1.1 CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA SÉT Dòng điện sét có dạng một sóng xung. Trung bình trong khoảng vài ba s, dòng điện tăng nhanh đến trị số cực đại tạo nên phần đầu sóng và sau đó giảm xuống chậm dần trong khoảng 20- 100 s tạo nên phần đuôi sóng. ự lan truyền sóng điện từ tạo nên bởi dòng điện sét gây nên quá điện áp trong hệ thống điện, do đó cần phải biết những tham số chủ yếu của nó  Biên độ dòng sét là giá trị lớn nhất của dòng điện sét. Biên độ dòng sét thường không vượt quá 200÷300kA.  Thời gian đầu sóng (τ1) là thời gian mà dòng sét tăng từ 0 đến giá trị cực đại trong khoảng từ 1÷100µs với tia tiên đạo đầu tiên và ÷ 0 s với dòng sét lặp lại.  Độ dài dòng điện sét (τ2) là thời gian từ đầu dòng sét đến khi dòng sét giảm bằng 1 2 biên độ trong khoảng từ 20÷3 0 s với các dòng sét đầu tiên và ÷ 0 s với các dòng sét lặp lại.  Tốc độ tăng dòng di dt có thể đạt tới 0kA s đối với dòng sét đầu tiên và vượt quá 200kA s với các dòng sét tiếp theo.  Tốc độ tăng áp dv dt đo được đạt tới 12kV s. 1.1.1 Biên độ dòng sét và xác suất xuất hiện Dòng điện sét có trị số lớn nhất vào lúc kênh phóng điện chủ yếu đến trung tâm điện tích của đám mây dông. Trị số dòng điện sét lớn nhất có phạm vi giới hạn rất rộng, giới hạn trên ghi được vượt 1 0 kA, trị số này rất ít gặp trong các trường hợp sét đánh, mà phần lớn thường gặp sét có trị sô 30kA. Dòng điện sét có trị số từ 0 kA đến 100 kA có xảy ra nhưng ít, còn sét có dòng điện từ 100 kA trở lên rất
5 hiếm khi xảy ra, trị số này ch d ng đế tính toán khi thiết kế bảo vệ chống sét cho các công trình rất đặc biệt có nguy cơ xảy ra cháy hoặc nổ cho các trạm phân phối điện quan trọng. Hình 1.1. Đường cong xác xuất biên độ dòng sét Để đo biên độ dòng điện sét, người ta d ng rộng rãi hệ thống điện thiết bị ghi từ. Xác suất xuất hiện dòng điện sét (V1) có biên độ bằng hoặc lớn hơn Is có thể tính gần đúng theo biểu thức  V ng đồng bằng V1 = 10-Is/6° hay lgV1 = -Is/60  Vùng núi cao: V1 = 10-Is/30 hay lgV1=-Is/30 1.1.2 Cường độ hoạt động của sét Cường độ hoạt động của dông sét được thể hiện qua số ngày dông trong một năm và mật độ sét tại khu vực. Ngày dông là ngày quan tr c viên nghe được tiếng sấm. ố ngày dông trong một năm được xem như trị số trung bình qua nhiều năm quan sát và đo đạc ở nơi được quan sát. Mật độ sét là số lần sét đánh trên một km2 bề mặt trong một năm và có thể xác định theo biểu thức sau Nu = (0,1 + 0.15)Td