Bảo vệ quá áp trên đường nguồn hạ áp khi sét đánh trực tiếp vào đường dây phân phối trung áp

Nội dung text: Bảo vệ quá áp trên đường nguồn hạ áp khi sét đánh trực tiếp vào đường dây phân phối trung áp

1. - 1 - SURGE PROTECTION ON LOW VOLTAGE POWER LINES WHEN LIGHTNING STRIKES DIRECTLY TO THE MEDIUM-VOLTAGE DISTRIBUTION LINES ĐỖ ANH DUY - NGUYỄN TRUNG LỤC - QUYỀN HUY ÁNH* *Trường Đại học Sư Phạm K ỹ Thuật TP.HCM BẢO VỆ QUÁ ÁP TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP KHI SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP VÀO ĐƯỜNG DÂY PHÂN PHỐI TRUNG ÁP. ĐỖ ANH DUY - NGUYỄN TRUNG LỤC - QUYỀN HUY ÁNH* *Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Bài báo “ Bảo vệ quá áp trên đường nguồn hạ áp khi sét đánh trực tiếp vào đường dây phân phối trung áp” đi sâu vào nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chống sét van và từ đĩ xây dựng hai mơ hình chống sét van dạng biến trở oxide kim loại (MOV) trên lưới trung thế và hạ thế. Luận văn cũng tập trung xây dựng mơ hình nguồn phát xung sét tiêu chuẩn, sử dụng phần mềm Matlab để mơ phỏng , kiểm tra, thử nghiệm hoạt động của các mơ hình này, đồng thời khảo sát, nghiên cứu hiệu quả bảo vệ của các hệ thống bảo vệ quá áp do sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp, khi sét đánh trực tiếp vào đường dây trung áp. ABSTRACT The "Surge protection on low voltage power lines when lightning strikes directly to the medium- voltage distribution lines" going into the research structure and principle of operation of valves and lightning from which to build two models against Lightning van variant or metal oxide (MOV) on the medium and low voltage. Thesis also focus on building model standard lightning impulse source, using Matlab software to simulate, test, test operation of these models, and survey research, the protective effect of the overvoltage protection system due to lightning on the low pressure source, when lightning strikes directly to the medium voltage lines. 1. GIỚI THIỆU độ do sét đánh là nguyên nhân chủ yếu gây ra các Việt Nam là một nước nằm trong khu vực sự cố lưới điện và làm hư hỏng các thiết bị lắp nhiệt đới ẩm giĩ mùa, khí hậu Việt Nam rất thuận đặt trên lưới. Nên việc đề ra các giải pháp chống lợi cho việc phát sinh, phát triển của dơng sét. Số sét, lựa chọn, phối hợp các thiết bị bảo vệ phù ngày cĩ dơng ở Việt Nam thuộc loại khá lớn. hợp và nghiên cứu chế tạo thiết bị chống sét đĩng Trong mạng điện, quá điện áp và quá trình quá vai trị rất quan trọng trong việc hạn chế những tác hại do sét gây ra. Hiện nay chống sét Do các thiết bị chống sét là thiết bị phi tuyến trực tiếp đã được quan tâm nhiều với các giải cho nên việc đánh giá các đáp ứng ngõ ra ứng với pháp từ cổ điển đến hiện đại. Tuy nhiên, số liệu sĩng sét lan truyền với mức chính xác cao theo thống kê chỉ ra hơn 70% hư hỏng do sét gây ra lại phương pháp giải tích truyền thống gặp nhiều do sét đánh lan truyền hay cảm ứng theo đường khĩ khăn. Bên cạnh đĩ, do nước ta vẫn cịn bị cấp nguồn và đường truyền tín hiệu. hạn chế về trang thiết bị thí nghiệm cao áp, số
2. - 2 - lượng phịng thí nghiệm cao áp cịn khiêm tốn khảo sát, nghiên cứu hiệu quả bảo vệ của các nên rất khĩ khăn cho cơng tác thiết kế, nghiên hệ thống chống sét lan truyền trên đường nguồn cứu bảo vệ chống sét lan truyền tại Việt Nam. hạ áp, khi sét đánh trực tiếp vào đường dây trung Hiện nay, các nhà nghiên cứu và một số nhà áp. sản xuất thiết bị chống sét lan truyền trên đường Cung cấp thêm một cơng cụ mơ phỏng xung nguồn hạ áp cùng một số phần mềm mơ phỏng sét tiêu chuẩn và mơ hình MOV phục vụ cơng tác hỗ trợ đã đề ra một số mơ hình thiết bị chống sét nghiên cứu đáp ứng của thiết bị chống sét dưới lan truyền với mức độ chi tiết và quan điểm xây tác động của xung sét lan truyền và đánh giá hiệu dựng mơ hình khác nhau. Tuy nhiên, do đặc điểm quả bảo vệ của hệ thống chống sét lan truyền trên của phương pháp mơ hình hĩa, mơ phỏng và yêu đường nguồn hạ áp; cầu về mức độ chính xác, mức tương đồng cao Gĩp phần tối ưu hố các tính năng bảo vệ của giữa mơ hình và nguyên mẫu, các phương pháp thiết bị chống sét và nâng cao độ tin cậy trong xây dựng mơ hình và mơ phỏng các thiết bị quá trình vận hành đối với việc bảo vệ chống sét chống sét lan truyền vẫn cịn nhiều tranh cãi và lan truyền trên đường nguồn hạ áp khi sét đánh tiếp tục nghiên cứu phát triển. vào đường dây trung áp. Luận văn “Nghiên cứu bảo vệ quá áp trên đường nguồn hạ áp khi sét đánh trực tiếp vào 2. NỘI DUNG đường dây trung áp “ đã đi sâu nghiên cứu cấu 2.1. Mơ hình tốn nguồn phát xung sét tạo và nguyên lý hoạt động của chống sét van khơng chu kỳ chuẩn và từ đĩ xây dựng hai mơ hình chống sét van Các xung khơng chu kỳ chuẩn gồm dạng biến trở oxide kim loại (MOV) trên lưới xung dịng đi ện và xung điện áp là những trung thế và hạ thế. Luận văn cũng tập trung xây dạng xung cơ bản, rất cần thiết cho việc dựng mơ hình nguồn phát xung sét tiêu chuẩn, sử thử nghiệm các thiết bị bảo vệ quá áp dụng phần mềm Matlab để mơ phỏng , kiểm tra, cũng như th ử nghiệm cách điện của các thử nghiệm hoạt động của các mơ hình này, đồng thiết bị điện. Trong phần mềm Matlab thời khảo sát, nghiên cứu hiệu quả bảo vệ của khơng cĩ nguồn phát xung sét chuẩn. Để các hệ thống bảo vệ quá áp do sét lan truyền làm tiền đề cho việc nghiên cứu luận văn trên đường nguồn hạ áp, khi sét đánh trực tiếp đã tập trung xây dựng mơ hình nguồn vào đường dây trung áp. phát xung sét khơng chu kỳ chuẩn (xung Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp thêm một dịng 8/20µs, 1/5 µs và 10/350 µs) cơng cụ mơ phỏng hữu ích cho các nhà nghiên Từ phương trình hàm mũ : cứu, các giảng viên, sinh viên các trường đại học -at -bt i(t) = I.(e – e ) (2.1) trong việc nghiên cứu các đáp ứng của thiết bị -at -bt chống sét, dưới tác động của xung sét lan truyền u(t ) = U.(e – e ) (2.2) và đánh giá hiệu quả của các hệ thống bảo vệ và các đường cong Hình 2.1, 2.2, 2.3, sử chống sét lan truyền trong các cơng trình. dụng tính năng Curve Fiting Toolbox của Mục tiêu: phần mềm Matlab để tìm ra các thơng số Xây dựng mơ hình nguồn phát xung sét tiêu của mơ hình tốn nguồn phát xung sét chuẩn, mơ hình MOV hạ thế và trung thế. S ử dụng chuẩn với độ chính xác tốt nhất.Sau đĩ phần mềm Matlab để mơ phỏng , kiểm tra, thử sử dụng Matlab để mơ phỏng nguồn phát nghiệm hoạt động của các mơ hình này, đồng thời xung sét khơng chu kỳ chuẩn Hình 2.4
3. - 3 - Hình 2.1: Đường cong xác định tỷ số b/a Hình 2.2: Đườngờng congcong xácxác địnhđịnh tỉtỉ sốsố atat 1 Hình 2.3: Đườngờng congcong xácxác địnhđịnh tỉtỉ sốsố II 1/I Hình 2.4: Sơ đồ khối tạo nguồn phát xung 2.2. Nghiên cứu sét lan truyền và cấu tạo, Qua nghiên cứu thấy rằng đối với dạng sĩng nguyên lý hoạt động của MOV mà thời gian đạt đỉnh khoảng 8µs, hiệu ứng Luận văn cũng đi sâu nghiên cứu đặc điểm, động sẽ đĩng vai trị chính yếu. Điện áp dư sẽ các thơng số của sét lan truyền, cấu tạo, nguyên tăng lên khi thời gian đạt đỉnh của xung dịng lý hoạt động của biến trở oxide kim loại điện giảm xuống và điện áp dư sẽ đạt đỉnh trước (MOV) để làm tiền đề cho việc xây dựng mơ khi dịng điện đạt đỉnh. Điện áp qua chống sét hình MOV trung thế, hạ thế cũng như nghiên van khơng chỉ là hàm của dịng phĩng điện mà cứu ảnh hưởng của sét lan truyền trên đường cịn phụ thuộc vào độ dốc của nĩ. Do đĩ mơ nguồn hạ áp khi sét đánh vào đường dây trung hình đơn giản trong Matlab khơng đáp ứng áp. được, địi hỏi phải cĩ một mơ hình phức tạp hơn.
4. - 4 - 2.3. Xây dựng mơ hình MOV trung thế và hạ Mơ hình MOV trung thế được xây dựng thế dựa trên mơ hình IEEE với một hiệu chỉnh Mơ hình MOV trong Matlab chỉ là một mơ nhỏ, đĩ là tụ điện C được loại bỏ do ảnh hình đơn giản, gần đúng vì với các loại MOV hưởng của nĩ đến mơ hình khơng đáng kể. Mơ khác nhau người sử dụng phải nhập lại các giá trị hình gồm hai điện trở phi tuyến A0 và A1. k, α tương ứng với đặc tính V-I của nĩ. Việc xác Giữa các phần tử phi tuyến A0 và A1 là các bộ định 2 thơng số này nĩi chung là khá phức tạp lọc R-L, điện trở Rp là điện trở của MOV trong và dễ phát sinh sai số ảnh hưởng đến kết quả vùng dịng điện rị. mơ phỏng của mơ hình trong khi mơ hình MOV Mơ hình hoạt động về thực chất cũng hạ thế địi hỏi độ chính xác khá cao. Mơ hình giống như mơ hình do IEEE đề nghị. Với các này chỉ cĩ thể dùng để mơ phỏng với các xung xung đầu dốc thấp, bộ lọc R-L cĩ trở kháng rất c t vì b n thân nĩ khơng cĩ c tính đĩng ắ ả đặ đáp nhỏ và như thế A0 và A1 xem như mắc song ứng động dùng để mơ phỏng với các xung sét song nhau. Đối với xung đầu dốc cao, điện hay các xung cĩ đầu sĩng tăng nhanh rất quan kháng bộ lọc lớn, nĩ sẽ cho dịng điện chạy qua trọng trong nghiên cứu phối hợp cách điện. Việc A0 nhiều hơn A1. Từ đĩ A0 sẽ cĩ điện áp rơi này dẫn đến cần thiết phải tìm ra một mơ hình trên nĩ l n A khi cĩ dịng i n ch y qua. khác thích hợp hơn. ớ hơn 1 đ ệ ạ Hiện nay trên thế giới, nhiều hãng sản xuất, Kết quả là điện áp dư trên mơ hình chống sét nhiều tác giả đưa ra hàng loạt các mơ hình MOV van sẽ cĩ trị số cao hơn. Như vậy, các chống sét khác nhau và đề nghị nhiều phương pháp xác van MOV cĩ điện áp dư cao hơn đối với xung định thơng số khác nhau. Phần lớn các tác giả đầu dốc cao, mơ hình sẽ phù hợp với tất cả các đều đưa ra các thuật tốn xác định thơng số của tính chất của một chống sét van MOV (Hình mơ hình với độ chính xác chấp nhận được. 2.6). Trong vài trường hợp việc tính tốn và hiệu chỉnh thơng số cần thực hiện thủ tục lặp, thí nghiệm hay địi hỏi những thơng số khĩ được cung cấp từ nhà sản xuất. Trong luận văn này đã đề nghi hai mơ hình chống sét van hạ thế LV_MOV và chống sét van trung thế MV_MOV. Mơ hình được xây dựng dựa trên mơ hình của IEEE, Manfred Holzer và Willi Hình 2.6: Mơ hình MOV trung thế Zapsky với một vài hiệu chỉnh nhỏ, với thuật tốn đơn giản và hiệu quả trong việc xác định Sử dụng mơ hình nguồn phát xung sét thơng số của mơ hình. chuẩn, mơ hình MOV trung thế và hạ thế để Mơ hình MOV hạ thế được xây dựng dựa thực hiện mơ phỏng với các xung dịng 8/20 µs, trên ý tưởng mơ hình MOV của Manfred Holzer 1/5 µs, 10/350 µs với các biên độ dịng sét từ và Willi Zapsky với một vài hiệu chỉnh: Biến trở 1,5kA đến 40kA. Kết quả mơ phỏng được so MOV được thay thế bởi một phần tử điện trở phi sánh, đối chiếu với kết quả thí nghiệm của nhiều tuyến cĩ đặc tính V – I, một tụ điện CP mắc song nhà sản xuất khác nhau đã chứng tỏ mơ hình khá song với nĩ cùng với một điện trở song song RP. chính xác, với sai số lớn nhất khoảng 4,5%. Tất cả các phần tử này được nối tiếp với một điện cảm Ls và điện trở Rs như Hình 2.5. 2.4. Nghiên cứu bảo vệ quá áp trên đường nguồn hạ áp khi sét đánh trực tiếp vào đường dây trung áp Sử dụng các mơ hình nguồn phát xung sét chuẩn, MOV trung thế và hạ thế đã xây dựng khảo sát một hệ thống bảo vệ quá áp trên đường nguồn hạ áp cung cấp cho các cơng trình cơng nghiệp khi xung sét đánh trực tiếp vào đường dây trung áp trên khơng ở các khoảng cách khác nhau và lan truyền qua Hình 2.5: Mơ hình MOV hạ thế máy biến áp.
5. - 5 - 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Mơ phỏng nguồn phát xung dịng Thực hiện sơ đồ mơ phỏng như Hình 3.1, nhập các thơng số cho nguồn phát xung dịng như Hình 3.2, kết quả dạng sĩng của xung 8/20µs – 5kA, 1/5µs – 10kA, 10/350µs – 10kA, như Hình 3.3, 3.4, 3.5 Hình 3.4: Dạng sĩng nguồn xung dịng 1/5µs – 10kA Hình 3.1: Sơ đồ mơ phỏng nguồn xung dịng Hình 3.5: Dạng sĩng nguồn xung dịng 10/350µs – 10kA Mơ hình nguồn phát xung sét tiêu chuẩn vừa xây dựng cho kết quả mơ phỏng với các thơng số của dạng sĩng dịng điện khơng chu kỳ chuẩn đều cho sai số nhỏỏ hhơn 5%. Mơ hình cĩ các ưu điểm là: Tính tốn nhanh được các thơng số mơ phỏng, mặc dù các thơng số được tính theo Hình 3.2: Sơ đồ mơ phỏng nguồn xung dịng phương pháp gần đúng nhưng cĩ thể chấp nhận được vì các sai số nằm trong phạm vi cho phép; Thơng số của mơ hình cĩ thể nhập trực tiếp thơng qua hộp thoại. Kết quả mơ phỏng của mơ hình cho dạng sĩng phù hợp với các xung sét chuẩn đã được qui định trong các tiêu chuẩn trong và ngồi nước. 3.2. Kiểm tra đáp ứng MOV hạ thế với xung dịng chuẩn Hình 3.3: Dạng sĩng nguồn xung dịng 8/20µs – 5kA
6. - 6 - Dùng mơ hình xung dịng 8/20s kiểm dựng như sơ đồ Hình 3.6. tra đáp ứng của mơ hình MOV hạ thế vừa xây Hình 3.6: Sơ đồ mơ phỏng đáp ứng của MOV hạ thế Thơng số MOV của các hãng cần nhập vào mơ hình như Hình 3.7 Hình 3.7: Hộp thoại thơng số mơ hình MOV hạ thế Kết quả chạy mơ phỏng được tổng hợp trong các bảng 3.1, 3.2, 3.3 Bảng 3.1: Kết quả so sánh khi mơ phỏng MOV hạ thế của hãng AVX Điện áp dư trên MOV VE13M02750K VE17M02750K (crest) 2kA 3kA 2kA 3kA Theo catalogue (V)_Vrcat 1150 - 1050 1100 Theo mơ hình (V)_Vrmod 1129 - 996,8 1053 1,8 - 5,0 4,2 Sai số (%)_ V Bảng 3.2: Kết quả so sánh khi mơ phỏng MOV hạ thế của hãng Littelfuse Điện áp dư trên MOV V275LA40A (crest) 3kA 5kA Theo catalogue (V)_Vrcat 1040 1150 Theo mơ hình (V)_Vrmod 993,6 1105 Sai số (%)_ V 4,5 3,9
7. - 7 - Bảng 3.3: Kết quả mơ phỏng MOV hạ thế của hãng SIEMENS Loại MOV hạ thế của hãng Siemen Điện áp dư trên MOV (crest) B32K275 B40K275 5kA 10kA 20kA 5kA 10kA 20kA Theo catalogue (V)_Vrcat 1000 1150 1390 960 1100 1310 Theo mơ hình (V)_Vrmod 999,3 1152 1390 957,4 1097 1313 Sai số (%)_ εmod -0,07 0,17 0,00 -0,27 -0,27 0,23 Loại MOV hạ thế của hãng Siemen B60K275 B80K275 Điện áp dư trên MOV (crest) 5kA 10kA 20kA 5kA 10kA 20kA Theo catalogue (V)_Vrcat 880 980 1130 830 930 1070 Theo mơ hình (V)_Vrmod 881,5 985,5 1146 831,6 932,3 1090 Sai s ố (%)_εmod 0.17 0,56 1,42 0,19 0,25 1,87 3.3. Kiểm tra đáp ứng của MOV trung thế với xung dịng chuẩn Thơng số MV_MOV của các hãng cần nhập vào mơ hình như hình 3.8, kết quả mơ phỏng được tổng hợp trong các bảng 3.4, 3.5, 3.6, 3.7. Hình 3.8: Hộp thoại của MV_MOV Bảng 3.4: Kết quả mơ phỏng MOV trung thế của hãng COOPER D ng sĩng dịng phĩng n ạ điệ 8/20µs Biên độ dịng điện (kA) 5 10 20 50,2 53,8 59,4 Điện áp dư của nhà sản xuất (Urman)(kV) Điện áp dư mơ phỏng (Ursim)(kV) 51,14 54,42 59,36 1,87 1,28 0,06 Sai số % (εr )
8. - 8 - Bảng 3.5: Kết quả mơ phỏng MOV trung thế của hãng ELPRO D ng sĩng dịng phĩng n ạ điệ 8/20µs Biên độ dịng điện (kA) 5 10 20 Điện áp dư của nhà sản xuất Urman)(kV) 75,0 79,0 87,0 Điện áp dư mơ phỏng (Ursim)(kV) 72,2 77,63 84,76 Sai số % (εr ) 3,73 1,73 2,57 Bảng 3.6: Kết quả mơ phỏng MOV trung thế của hãng GE. D ng sĩng dịng phĩng n ạ điệ 8/20µs Biên độ dịng điện (kA) 3 5 10 20 Điện áp dư của nhà sản xuất (Urman)(kV) 64,9 67,9 73,1 80,9 Điện áp dư mơ phỏng (Ursim)(kV) 66,01 67,62 72,08 78,17 Sai số % (εr ) 1,71 0,41 1,39 3,37 Bảng 3.7: Kết quả mơ phỏng MOV trung thế của hang COOPER Dạng dòng phóng điện 8/20µs 8/20µs 8/20µs 8/20µs 1/5 µs và biên độ 3kA 5kA 10kA 20kA 10kA Uref của nhà sản xuất(kV) 69,4 72,0 77,1 85,0 90,1 Uref của mô hình(kV) 69,05 70,8 76,06 83,3 90,0 Sai số phần trăm 0,5 1,67 1,35 2,0 0,01 *Nhận xét: trung/hạ áp (MV/LV) với cấp điện áp 15/0,4kV Qua các kết quả tổng hợp được từ việc mơ và đường dây hạ áp (cáp ngầm) cĩ điện áp phỏng đáp ứng của mơ hình MOV hạ thế và 400/230V nối giữa trạm biến áp phân phối và trung thế, đối với các loại MOV của các nhà những thiết bị điện lắp đặt trong tịa nhà. sản xuất khác nhau, ta thấy hai mơ hình MOV Để cĩ thể đánh giá hiệu quả bảo vệ quá áp đề nghị đã đạt mức chính xác khá tốt (sai số của các van chống sét trung áp và hạ áp. Việc điện áp dư trên mơ hình MOV so với dữ liệu lập mơ hình mơ phỏng được thực hiện trên hai được cho bởi nhà sản xuất cĩ giá trị tối đa là mơ hình của hệ thống: Cĩ và khơng cĩ gắn van 4.5% , giá trị thấp nhất là 0,17%). Bên cạnh đĩ, chống sét hạ áp. thơng số cần nhập vào của mơ hình lại khá đơn giản, hồn tồn được cung cấp bởi nhà 3.4.1. Mơ phỏng hệ thống bảo vệ quá áp khi sản xuất. Hơn nữa, người sử dụng cịn cĩ khả khơng cĩ van chống sét hạ áp năng cập nhật thêm cho mơ hình khi cần thiết. Mơ hình mơ phỏng được thực hiện với hệ thống bảo vệ quá áp ở trên với van chống sét 3.4. Mơ phỏng hệ thống bảo vệ quá áp do sét được lắp đặt trên đường dây trung áp dẫn vào lan truyền trên đường dây trung áp trạm biến áp phân phối và ở vị trí cách trạm là Hệ thống mơ phỏng gồm cĩ: Đường dây 4m. Sơ đồ bố trí các thiết bị bảo vệ quá áp và trung áp (MV) trên khơng từ máy biến áp trung mơ phỏng được trình bày trong Hình 3.9, 3.10, gian 110/15kV tới máy biến áp phân phối cĩ 3.11 cấp điện áp 15kV, máy biến áp phân phối
9. - 9 - Hình 3.9: Sơ đồ hệ thống bảo vệ quá áp của cơng trình Hình 3.10: Sơ đồ mạch tương đương hệ thống bảo vệ quá áp Hình 3.11: Sơ đồ mạch mơ phỏng hệ thống bảo vệ quá áp Kết quả mơ phỏng được tổng hợp trong bảng 3.8
10. - 10 - Bảng 3.8: Quá điện áp trên tải khi khoảng cách từ vị trí sét đánh tới trạm biến áp thay đổi Khoảng cách từ điểm Điện áp cực đại của các pha tại tủ phân phối hạ áp sét đánh tới trạm biến Pha A (V) Pha B (V) Pha C (V) áp (m) 9000 2305 969 1397 8000 2225 1000 1377 7000 2190 949 1351 6000 2114 942,8 1336 5000 2126 922 1342 4000 2077 922,3 1296 3000 2027 906 1307 2000 2095 888,7 1321 1000 2188 887,8 1303 500 2205 882 1292 50 2000 793 1192 10 2000 787 1193 3.4.2. Mơ hình hệ thống bảo vệ quá áp khi cĩ van chống sét hạ áp Sơ đồ bố trí các thiết bị bảo vệ quá áp được trình bày trong Hình 3.12. Sơ đồ mạch tương đương của hệ thống bảo vệ quá áp của cơng trình như trên Hình 3.13, sơ đồ mơ phỏng như Hình 3.14. Van chống sét hạ áp (LV_MOV) cĩ điện áp làm việc cực đại là 275V, dịng điện chịu đựng cực đại đối với xung dịng 8/20µs là 40 kA, mức bảo vệ quá áp < 1500V. Hình 3.12: Sơ đồ hệ thống bảo vệ quá áp của cơng trình khi cĩ lắp LV_MOV Hình 3.13: Sơ đồ mạch tương đương hệ thống khi cĩ lắp LV_MOV
11. - 11 - Hình 3.14: Sơ đồ mạch mơ phỏng hệ thống khi cĩ lắp LV_MOV Kết quả mơ phỏng như hình 3.15 Hình 3.15: Điện áp dư trên các van chống sét hạ áp LV_MOV *Nhận xét: 4. KẾT LUẬN Từ kết quả mơ phỏng trên cho thấy rằng Kết quả mơ phỏng nguồn phát xung mặc dù đã lắp đặt van chống sét tại phía sơ cấp sét với các dạng xung dịng 8/20µs, 1/5 dẫn vào trạm biến áp nhưng vẫn xảy ra quá µs và 10/350 µs với các giá trị biên độ điện áp ở phía hạ áp. Khi sét đánh tới đường 1,5kA, 2kA, 3kA, 5kA, 10kA, 20kA đối dây trung áp trên khơng tại các vị trí khác nhau chiếu với xung tiêu chuẩn đều cho sai số đều cĩ thể gây ra quá điện áp bên phía hạ áp, các nhỏ hơn 5%, nằm trong giới hạn cho xung điện áp với biên độ lớn và tốc độ tăng phép. Kết quả mơ phỏng của mơ hình cho nhanh cĩ thể gây ra đánh thủng cách điện của dạng sĩng phù hợp với các xung sét các thiết bị điện, nhất là các thiết bị điện tử nhạy chuẩn đã được quy định trong các tiêu cảm. chuẩn trong và ngồi nước. Khi cĩ dịng xung sét lan truyền sang phía hạ Với những dạng sĩng mà thời gian đạt đỉnh áp của máy biến áp gây ra quá điện áp trong hệ khoảng 8µs, hiệu ứng động sẽ đĩng vai trị chính thống hạ áp, van chống sét hạ áp (LV_MOV) yếu. Điện áp dư sẽ tăng lên khi thời gian đạt hoạt động dẫn xung dịng điện trong các pha đỉnh của xung dịng điện giảm xuống và điện áp vào hệ thống nối đất hạ áp. Van chống sét hạ áp dư sẽ đạt đỉnh trước khi dịng điện đạt đỉnh. đã kẹp điện áp do xung sét lan truyền xuống Điện áp qua chống sét van khơng chỉ là hàm của dưới 1200V nhỏ hơn mức điện áp cách điện cơ dịng phĩng điện mà cịn phụ thuộc vào độ dốc bản của thiết bị cung cấp phía sau hệ thống bảo của nĩ. vệ, đảm bảo an tồn cho các thiết bị điện – điện Sử dụng mơ hình nguồn phát xung sét tử trong hệ thống hạ áp. chuẩn, mơ hình MOV trung thế và hạ thế để
12. - 12 - thực hiện mơ phỏng với các xung dịng 8/20 µs, cơng cụ mơ phỏng hữu ích cho các nhà nghiên 1/5 µs, 10/350 µs với các biên độ dịng sét từ cứu, các giảng viên, sinh viên các trường đại học 1,5kA đến 40kA. Kết quả mơ phỏng được so trong việc nghiên cứu các đáp ứng của thiết bị sánh, đối chiếu với kết quả thí nghiệm của nhiều chống sét, dưới tác động của xung sét lan truyền nhà sản xuất khác nhau đã chứng tỏ mơ hình khá và đánh giá hiệu quả của các hệ thống bảo vệ chính xác, với sai số lớn nhất khoảng 4,5%. chống sét lan truyền trong các cơng trình. Các đường dây trên khơng, dù cĩ được bảo vệ chống sét hay khơng thì các thiết bị nối với TÀI LIỆU THAM KHẢO chúng đều bị tác động của sĩng sét truyền từ 1. Thiết bị chống sét lan truyền trên đường cấp đường dây đến. Biên độ quá điện áp khí quyển nguồn – Tạp Chí Bưu chính Viễn Thơng - cĩ thể lớn hơn điện áp thí nghiệm xung kích Quyền Huy Ánh và cách điện của thiết bị, dẫn đến chọc thủng 2. Matlab & Simulink – Nguyễn Phùng Quang cách điện, phá hủy thiết bị và gây ra sự cố, – NXBKHKT Hà Nội 2008 mạch điện bị cắt ra. Các thiết bị chống sét sẽ 3. Andrzej Sowa, jaroslaw Wiater, hạ thấp biên độ sĩng quá điện áp đến trị số an “Overvoltage in low-voltage power tồn cho cách điện cần được bảo vệ. distribution systems caused by direct Quá điện áp phía trung áp của máy biến áp lightning strokes to medium voltage lines”, phân phối trung/hạ áp, do sét đánh trực tiếp tới Bialystok Technical University. đường dây trung áp trên khơng cĩ thể gây 4. Application Guide - TRANQUELL Station nguy hiểm cho các thiết bị cao áp, truyền qua Surge Arrester, GET-6460. phía hạ áp và các thiết bị điện hạ áp gây hư 5. Bassi W., janiszewski J.M., “Eveluation of hỏng các thiết bị này. Do đĩ cần cĩ các thiết bị Currents and Charges in low-voltage Surge bảo vệ quá áp trên đường dây trung và hạ áp. Arresters Due to nightning Strikes” IEEE Khi cĩ quá điện áp sét truyền theo đường trans. On Power Delivery, vol.18, No1, dây vào trạm biến áp, van chống sét trung áp sẽ 2003. làm việc tháo dịng điện sét xuống đất và chỉ 6. David R. Clarke, “Varistor Ceramics”, duy trì một điện áp dư trên điện trở khơng University of California, USA đường thẳng của nĩ. Như vậy, chống sét van đã 7. Daniel W. Durbak, “Surge Arrester hạn chế trị số của quá điện áp sét xuống dưới Modeling”, Power Technologies, một trị số cho phép bảo đảm an tồn cho các Schenectady, New York. thiết bị trong trạm. 8. Elpro International Ltd, “ELPRO Surge Mặc dù đã cĩ gắn van chống sét trung áp Arrester”. phía sơ cấp máy biến áp, quá độ điện áp vẫn 9. F.Heidler, J.M.Cvetic, B.V.Stanic, xảy ra bên phía hạ áp do sự lan truyền dịng ”Calculation of Lightning Current điện sét qua máy biến áp và ảnh hưởng của Parameters”, IEEE Transactions on Power các thành phần cảm kháng và dung kháng của Delivery Vol.14,No.2, April 1999, pp. 399 - hệ thống đã gây ra những dao động điện áp 404. trên hệ thống hạ áp, các dao động điện áp này 10. F. Fernandez, R. Diaz, “Metal-oxide sẽ gây hư hỏng cho các thiết bị điện – điện tử surge arrester model for fast transient trong hệ thống. simulations”, National University of Để bảo vệ quá áp trên đường nguồn hạ áp Tucuman, Argentina. do sét lan truyền, việc lắp đặt van chống sét hạ 11. Hubbell Power System, “How does a metal áp là cần thiết. Vị trí quan trọng nhất cho lắp Oxide Distribution Arrester work?”. đặt van chống sét là trạm biến áp, phía sơ cấp 12. Hubbell Power System,“Zinc-OxideArrester và thứ cấp. Một vài vị trí khác trên đường dây Designand Characteristics” hạ áp là quan trọng nhưng khơng bằng trạm biến 13. Catalogue và hướng dẫn sử dụng chống sét áp. van của các hãng: GE, ABB, COOPER, Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp thêm một SIEMENS, ELPRO, OHIO-BRASS.
13. - 13 -
14. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CƠNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên cĩ xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa cĩ sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CĨ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.