Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn và lắp đặt thiết bị chống sét trên đường nguồn hạ áp

Nội dung text: Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn và lắp đặt thiết bị chống sét trên đường nguồn hạ áp

1. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆC LỰA CHỌN VÀ LẮP ĐẶT THIẾT BỊ CHỐNG SÉT TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP THE FACTORS AFFECT TO SELECTION AND EQUIPMENT INSTALLATION ON LIGHTNING SOURCE LOW VOLTAGE SYSTEMS Quyền Huy Ánh Hoàng Thị Trang Đại học SPKT Tp.HCM Đại học CN Đồng Nai TÓM TẮT Bài báo này dựa trên mô hình nguồn phát xung dòng xét, mô hình biến trở oxide kim loại (MOV), thông số dạng sóng xung sét , biên đô ̣ xung sé t , giá trị điện áp ngưỡng của MOV , dòng xung định mức của MOV , sai số của MOV đều ả nh hưởng đến hiêụ quả bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp điện áp thông qua để mô phỏng, so sánh, đánh giá và rút ra các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu bảo vệ hốngc sét trên đường nguồn hạ áp. Thông qua kết quả mô phỏng, bài báo đề xuất phương án bảo vệ tốt nhất cho từng trường hợp cụ thể. ABSTRACT This paper bases on model of lightning generator, model of metal oxide varistor (MOV), parameter of let-through voltage to simulate, waveform surge, lightning impulse amplitude, the value of threshold voltage of MOV, the surge current norms of MOV, MOV tolerance. Which are affect to surge protection on low voltage power lines. evaluate and take out the factors affect to performance of surge protection on low voltage systems. Through results of simulation, the best protective solution for each concrete cases is proposed. I. GIỚI THIỆU Việc lắp đặt các thiết bị chống sét lan truyền (TBBV) cho một hệ thống cung cấp điện hạ áp là quan trọng để đảm bảo liên tục hoạt động cung cấp điện và tránh hư hỏng do sét lan truyền trên đường cấp nguồn gây ra. Trong hệ thống điện phân phối hạ áp, thường mong muốn chỉ lắp đặt một TBBV ở tủ phân phối chính để bảo vệ tất cả thiết bị của công trình do dễ dàng quan sát tình hình hoạt động của TBBV, dễ bảo quản và mang tính kinh tế. Tuy nhiên, do nhiều yếu tố ảnh hưởng khác nhau, dưới tác dụng của xung sét điện áp thông qua tải tiêu thụ vượt quá giới hạn cho phép và điều này dẫn đến các thiết bị tiêu thụ điện bị hư hỏng. Do đó, cần phải tìm ra các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp và đưa ra phương thức bảo vệ hiệu quả nhất, đảm bảo cả về mặt kinh tế lẫn kỹ thuật. II. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BẢO VỆ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp, Những yếu tố về d ạng sóng xung sét, biên đô ̣xung sét, giá trị điêṇ áp ngưỡng của TBBV , dòng xung định mức của TBBV, sai số của TBBV đều ảnh hưởng đến hiêụ quả bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp . Tuy nhiên, các yếu tố quan trọng nhấ t bao gồm: giá trị điêṇ áp ngưỡng của TBBV, dòng xung định mức của TBBV, sai số của TBBV. Các yếu tố này cần lựa chọn cho phù hợp với cấu hình , tính chất tải thực tế để đảm bảo hiệu quả bảo vệ cao nhất theo yêu cầu t hiết kế. Các mô hình được xem xét dưới đây được xây dựng trên cơ sở hệ thống lắp đặt điện của các tòa nhà cao tầng trong thực tế và các tiêu chuẩn chống sét trong nước và ngoài nước hiện nay. 1. Công nghệ chế tạo thiết bị bảo vệ bằng bô ̣lọc sét-SRF Thiết bị loc̣ sét được đặt tại vị trí tại tủ phân phối chính ngõ vào tòa nhà (Cat C). 1
2. Trong mô hình này tải được mô phỏng có công suất P=1760W, Q=1320Var (tương ứng với tải thông dụng của tòa nhà, có I=10A, V=220V, cosφ = 0.8). Đoạn dây liên kết giữa 2 nguồn và tải có chiều dài 10m, tiết diện 4.0mm , r=4.61Ω/km, x0=0.08Ω/km. Sử dụng bộ lọc sét có thông số như sau: MOV cắt sơ cấp có Vref=275V, In=40kA; MOV cắt thứ cấp có Vref =275V, In=25kA; L=60µH, rL=1.7m, C=100µF. Mạch mô phỏng được xây dựng như (Hình 1). Hình 1. Mô hình thử nghiêṃ bảo vê ̣bằng bộ lọc sét. Thực hiện mô phỏng với biên độ dòng xung sét theo tiêu chuẩn 20kA 8/20µs thu được kết quả đường đặc tuyến điện áp dư ngang qua tải trình bày ở (Hình 2). Hình 2. Điện áp thông qua tải trường hợp bảo vệ bằng bô ̣lọc và trườ ng hơp̣ phối hợp bảo vệ 3 tầng MOV1-MOV2-MOV3. Bảng 1. So sánh giá tri ̣điêṇ áp dư ngang qua tải ứ ng vớ i các trườ ng hơp̣ bảo vệ 3 tầng MOV1-MOV2-MOV3 và bảo vệ bằng bộ lọc SRF. Dạng sóng Điện áp dư ngang qua tải (V) xung sét tiêu Bảo vệ 3 tầng Bảo vệ bằng bộ lọc sét Sai lêc̣ h chuẩn MOV1-MOV2-MOV3 SRF 8/20s 20kA 794 388 51.11% 2
3. Nhâṇ xét: Giá trị điện áp ngang qua tải trong trường hợp sử dụng bộ lọc bằng 388(V), thấp hơn 51.11% so vớ i trường hợp phối hợp bảo vệ quá áp 3 tầng MOV1-MOV2-MOV3 là 794(V). Do đó, mô hình bảo vệ bằng bô ̣loc̣ sét se ̃ bảo vệ tốt hơn so với mô hình phối hợp bảo vệ 3 tầng MOV. Bảo vệ bằng bộ lọc sét sẽ thích hợp bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn ha ̣áp cho các thiết bi ̣điêṇ tử thông thườ ng. 2. Thiết bị phối hợp bảo vệ cắt sét kết hơp̣ vớ i thiết bị lọc sét Thiết bị cắt sét MOV1 được đặt tại một vị trí tại tủ phân phối chính ngõ vào tòa nhà (Cat C), thiết bi ̣lọc sét được đặt ở tủ phân phối cấp điện cho phụ tải quan trọng. Mạch mô phỏng trình bày ở (Hình 3). Tải được mô phỏng có công suất P=1760W, Q=1320Var (tương ứng với tải thông dụng của tòa nhà, có I=10A, V=220V, cosφ = 0.8). Đoạn dây liên kết giữa nguồn và tải có chiều 2 dài 10m, tiết diện 4.0mm , r=4.61Ω/km, x0=0.08Ω/km. MOV1 có Vref=275V, In=40kA; MOV2 có Vref =275V, In=25kA. Bộ lọc sét có thông số như sau: MOV cắt sơ cấp có Vref =275V, In=40kA; MOV cắt thứ cấp có Vref =275V, In=25kA; L=60µH, rL=1.7m, C=100µF. Hình 3. Mô hình thử nghiêṃ phối hợp bảo vệ cắt sét kết hơp̣ vớ i thiết bị lọc sét. Thực hiện mô phỏng với biên độ dòng xung sét theo tiêu chuẩn 20kA 8/20µs thu được kết quả đường đặc tuyến điện áp dư ngang qua tải trình bày ở (Hình 4). 3
4. Hình 4. Điện áp thông qua tải trường hợp phối hợp bảo vệ cắt sét kết hơp̣ vớ i thiết bị lọc sét và chỉ bảo vệ bằng bộ lọc sét. Bảng 2. So sánh giá tri ̣điêṇ áp dư ngang qua tải ứ ng vớ i các trườ ng hơp̣ phối hơp̣ bảo vê ̣bảo vê ̣cắt sét và loc̣ sét và trưở ng hơp̣ chỉ bảo vê ̣bằng bô ̣loc̣ sét. Điện áp dư ngang qua tải (V) Dạng sóng xung Bảo vệ bằng cắt sét và Sai lêc̣ h sét tiêu chuẩn Bảo vệ bằng bộ lọc sét lọc sét 8/20s 20kA 388 301 22.42% Nhâṇ xét: Giá trị điện áp ngang qua tải trong trường hợp bảo vệ quá áp sử dụng 1 tầng cắt sét kết hơp̣ vớ i bộ lọc sét bằng 301(V), thấp hơn 22.42% so với trường hợp chỉ bảo vệ bằng lọc sét l à 388(V). Do đó, mô hình phối hơp̣ bảo vệ kết hơp̣ cắt sét 1 tầng và loc̣ sét se ̃ bảo vệ tốt hơn so với mô hình chỉ sử duṇ g bô ̣loc̣ sét . Đối với những tải tiêu thụ có tính chất quan trọng đòi hỏi sự đảm bảo an toàn cao thì cần sử dụng phối hợp bảo vệ quá áp bằng cách kết hơp̣ giữa thiết bi ̣cắt sét và bô ̣lọc sét . Phối hơp̣ bảo vệ kết hơp̣ cắt sét 1 tầng và loc̣ sét se ̃ thích hợp bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp cho các thiết bị điện tử tương đối quan troṇ g. 3. Thiết bị phối hợp bảo vệ 2 tầng cắt sét kết hơp̣ vớ i thiết bị lọc sét Thiết bị cắt sét MOV1 được đặt tại một vị trí tại tủ phân phối chính ngõ vào tòa nhà (Cat C), MOV2 đươc̣ đăṭ ở nhánh tủ phân phối tầng, thiết bi ̣loc̣ sét đươc̣ đăṭ ở tủ phân phối tầng tiếp theo cấp điêṇ cho phu ̣tải. Mạch mô phỏng như (Hình 5). Tải được mô phỏng có công suất P=1760W, Q=1320Var (tương ứng với tải thông dụng của tòa nhà, có I=10A, V=220V, cosφ = 0.8). Đoạn dây liên kết giữa nguồn và tải có chiều 2 dài 10m, tiết diện 4.0mm , r=4.61Ω/km, x0=0.08Ω/km. MOV1 có Vref=275V, In=40kA và MOV2 có Vref=275V, In=25kA. Bộ lọc sét có thông số như sau: MOV cắt sơ cấp có Vref=275V, In=40kA; MOV cắt thứ cấp có Vref=275V, In=25kA; L=60µH, rL=1.7m, C=100µF. Hình 5. Mô hình thử nghiêṃ phối hợp bảo vệ hai tầng cắt sét kết hơp̣ vớ i thiết bị lọc sét. Thực hiện mô phỏng với biên độ dòng xung sét theo tiêu chuẩn 20kA 8/20µs thu được kết quả đường đặc tuyến điện áp dư ngang qua tải trình bày ở (Hình 6). 4
5. Hình 6. Điện áp thông qua tải trường hợp phối hợp bảo vệ 2 tầng cắt sét kết hơp̣ vớ i thiết bị lọc sét và trườ ng hơp̣ bảo vê ̣1 tầng cắt sét kết hơp̣ vớ i thiết bị lọc sét. Bảng 3. So sánh giá tri ̣điêṇ áp dư ngang qua tải ứ ng vớ i các trường hợp phối hợp bảo vệ 2 tầng cắt sét kết hơp̣ vớ i thiết bị lọc sét và trườ ng hơp̣ bảo vê ̣1 tầng cắt sét kết hơp̣ với thiết bị lọc sét. Điện áp dư ngang qua tải (V) Dạng sóng xung Bảo vệ bằng 1 tầng cắt set Bảo vệ bằng 2 tầng cắt Sai lêc̣ h sét tiêu chuẩn ́ vớ i thiết bi ̣loc̣ sét sét với thiết bị lọc sét 8/20s 20kA 301 270 10.29% Nhâṇ xét: Giá trị điện áp ngang qua tải trong trường hợp bảo vệ quá áp sử dụng 2 tầng cắt sét kết hơp̣ vớ i b ộ lọc sét bằng 270(V), thấp hơn 10.29% so với trường hợp bảo vệ quá áp 1tầng cắt sét kết hơp̣ vớ i bộ lọc sét là 301(V). Đối với những tải tiêu thụ có tính chất quan trọng đòi hỏi sự bảo đảm an toàn cao thì cần sử dụng phối hợp bảo vệ quá áp bằng cá ch kết hơp̣ giữa nhiều tầng cắt sét và bô ̣lọc sét . Phối hơp̣ bảo vệ kết hơp̣ cắt sét 2 tầng và loc̣ sét se ̃ thích hợp bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp cho các thiết bị điện tử quan trọng, các thiết bị điện tử nhạy sét. III. KẾT LUẬN Bài báo đi sâu nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp bằng phương pháp mô hình hóa và mô phỏng trên phần mềm Matlab. Từ việc phân tích và đánh giá những kết quả mô phỏng, rút ra được các yếu tố ảnh hưởng sau đây: 1. Sư ̣ phối hơp̣ các thiết bi ̣bảo vê ̣cắt sét và loc̣ sét cũng ảnh hưở ng rất quan troṇ g đến hiêụ quả bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp. Tùy vào yêu cầu bảo vệ và mức đô ̣ quan troṇ g của tải cần bảo vê,̣ cần lưạ choṇ kiểu phối hơp̣ bảo vê ̣hơp̣ lý: phối hơp̣ môṭ hoăc̣ nhiều tầng cắt sét, sử duṇ g bô ̣loc̣ sét, hay kết hơp̣ phối hơp̣ bảo vê ̣giữa cắt sét và loc̣ sét. ĐỂ bảo vệ toàn bộ tòa nhà thì có thể bảo vệ hệ thống cơ điện, hệ thống chiếu sáng, hệ thống lạnh và có thể bảo vệ với những thiết bị điện tử nhạy cảm. 5
6. 2. Phối hợp bảo vệ quá áp hai tầng cắt sét kết hợp với thiết bị lọc sét sử dụng công nghệ MOV có thể bảo vệ cho những thiết bị điện tử quan trọng , thiết bị điện tử nhạy cảm. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. C.Basso, ”Spark Gap Modeling”, Intusof Newsletter, September 1997. [2]. Factors Influencing Selection and the Installatio of Surge Protecti Devicesfor Low Voltage Systems [3]. Mai Thanh Sơn – Luận văn thạc sĩ – So sánh hiệu quả bảo vệ quá điện áp hai tầng và ba tầng trên đường nguồn hạ áp – 2009. [4]. Nguyễn Hoàng Minh Vũ – Luận văn Thạc sĩ – Lập mô hình mô phỏng các phần tử phi tuyến của thiết bị chống sét hiện đại trên đường cấp nguồn hạ áp và đường tín hiệu – 2003. [5]. Quyền Huy Ánh – Mô hình thiết bị chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp – Tạp chí khoa học và công nghệ - 2003. [6]. Trần Tùng Giang – Luận văn Thạc sĩ – Xây dựng mô hình máy phát xung hổn hợp và biến trở phi tuyến hạ áp – 2003. 6
7. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có 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 có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ 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.