Luận văn Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn và lắp đặt thiết bị chống sét trên đường nguồn hạ áp (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn và lắp đặt thiết bị chống sét trên đường nguồn hạ áp (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÀNG THỊ TRANG NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆC LỰA CHỌN VÀ LẮP ĐẶT THIẾT BỊ CHỐNG SÉT TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN- 60520202 S K C0 0 4 7 2 3 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015
2. BÔ ̣ GIÁ O DUC̣ VÀ ĐÀ O TAỌ TRƯỜ NG ĐAỊ HOC̣ SƯ PHAṂ KỸ THUÂṬ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ HOÀNG THỊ TRANG NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆC LỰA CHỌN VÀ LẮP ĐẶT THIẾT BỊ CHỐNG SÉT TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN- 60520202 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS. QUYỀN HUY ÁNH TP. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2015
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC Họ tên học viên: HOÀNG THỊ TRANG Phái: Nữ Ngày 06 tháng 08 năm 1982: Nơi sinh: Thanh Hóa Nguyên quán: Thanh hóa Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: Tổ 8C, Khu phố 3, P.Trảng Dài,Tp.Biên hòa, tỉnh Đồng Nai. Điện thoại: 0975315403 Email: hoangthitrang01@dntu.edu.vn Cơ quan: Trường Học Công Nghệ Đồng Nai. II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ / đến / Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Đại học tại chức Thời gian đào tạo từ: 09/2002 đến 10/2007 Nơi học (trường, thành phố): Đại học sư phạm kỹ thuật - TP. Hồ Chí Minh Ngành học: Điện khí hóa – Cung cấp điện Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Người hướng dẫn: III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN: Thời gian Nơi công tác Công việc Trường Cao Đẳng Nghề Cơ Giới Và Thủy Từ 09/2007 Lợi Tỉnh Đồng Nai Giáo viên dạy nghề đến 12/2012 Từ 1/2013đến Trường Cao Đẳng Nghề Số 8 – Bộ Quốc Giáo viên dạy nghề 10/2015 Phòng tỉnh Đồng Nai Từ 9/2015 Trường Đại Học Công Nghệ Đồng Nai Giảng viên đến nay Tp.HCM, ngày 25 tháng 10 năm 2015 Người khai Hoàng Thị Trang i
4. 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 ai công bố trong bất kỳ công trình nào. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 10 năm 2015 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Hoàng Thị Trang ii
5. LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn! PGS.TS. Quyền Huy Ánh Người thầy tận tình, yêu nghề đã truyền đạt kiến thức, hướng dẫn luận văn và tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này, , với tất cả tấm lòng biết ơn thầy PGS.TS. Quyền Huy Ánh ! Em xin chân thành cảm ơn! Quý thầy cô đã giảng dạy trong thời gian qua. Những người thầy đầy nhiệt huyết, thiện cảm đã truyền đạt những kiến thức chuyên môn, những kinh nghiệm quý báu giúp tôi tự tin từng bước đi vào nghiên cứu khoa học. Em xin chân thành cảm ơn! Ban Giám Hiệu, Phòng Quản lý khoa học – SĐH, Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Tp. HCM. Luôn động viên, tạo điều kiện thuật lợi nhất về vật chất cũng như tinh thần cho tôi trong suốt quá trình tôi học tập tại trường. Em xin chân thành cảm ơn! Ban Giám Hiệu, Khoa Điện – Điện Tử, và các đồng nghiệp Trường Cao Đẳng Nghề Số 8. Đã luôn động viên, tạo điều kiện thuật lợi nhất về vật chất cũng như tinh thần cho tôi trong suốt quá trình học. Xin chân thành cảm ơn những người thân yêu nhất trong gia đình tôi đã không quản nhọc nhằn, tạo điều kiện, luôn ủng hộ tôi trong suốt thời gian học tập, , với tất cả tấm lòng yêu thương nhất! Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 10 năm 2015 Tác giả luận văn Hoàng Thị Trang
6. 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 thông qua 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 đô ̣xung sét , giá trị điện áp ngưỡng của MOV, dòng xung định mức của MOV , sai số của MOV đề u ảnh hưởng đến hiêụ quả bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp . Trong đó , các yếu tố quan trọng nhất cần lưạ choṇ cho phù hơp̣ với cấu hình , 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 điṇ h mứ c của MOV, sai số của MOV. Sư ̣ phối hơp̣ các thiết bi ̣bảo vê ̣cắt sét và loc̣ sét cũng ảnh hưởng rất quan troṇ g đến hiệu quả bảo vệ chống sét lan truyền t rên đường nguồn hạ áp . Tùy vào yêu cầu bảo vệ và mức độ quan trọng của tải cần bảo vệ , 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 vệ giữa cắt sét và loc̣ sét. iv
7. ABSTRACT Currently there are many kinds of surge protective devices on power lines (TBBV) of different manufacturers with various technologies. The selection of TBBV with high effective protection and the lower of cost are often difficult. Because 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 of TBBV. From there, the elements affecting to surge protection on low voltage power lines are given in order to optimize protection and improve reliability during operation. Factors affecting to effective protection against lightning on low voltage power lines include: 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. Among them, the most important factor selected to suit the configuration and characteristics of the actual load to ensure effective protection of the highest design requirements include: the value of the threshold voltage of MOV, the surge current norms of MOV, MOV tolerance. The combination of lightning protection device and surge reduction filter also affects importantly to effective protect against lightning on low voltage power lines. Depending on the requirements for protection and the importance of load to be protected, need to select the type of reasonable protection coordination: coordinating one or more lightning protection device, using surge reduction filter, or combination of coordinated protection between lightning protection device and surge reduction filter. v
8. MỤC LỤC Trang LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜ I CAM ĐOAN ii LỜ I CẢ M ƠN iii TÓM TẮC iv ABSTRACT vi MỤC LỤC viii DANH SÁ CH CÁ C CHƢ̃ VIẾ T TẮ C ix DANH SÁ CH CÁ C HÌNH x DANH SÁ CH CÁ C BẢ NG xii Chƣơng: MỞ ĐẦ U 1 I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1 II. MỤC TIÊU VÀ NHIÊṂ VU ̣ LUÂṆ VĂN 2 III. PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2 IV. CÁC BƢỚC TIẾN HÀNH 3 V. ĐIỂ M MỚ I CỦ A ĐẾ TÀ I 3 VI. GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 3 VII. BỐ CUC̣ LUÂṆ VĂN 4 Chƣơng 1:CÁC DẠNG XUNG TIÊU CHUẨN 5 1.1. XUNG DÒ NG 5 1.1.1. Các dạng xung dòng 5 1.1.2. Cƣờng đô ̣xung 7 1.2. MÔ HÌNH MÁY PHÁT XUNG DÒ NG 8 1.2.1. Dạng phƣơng trình dòng xung 8 1.2.2. Xây dƣṇ g sơ đồ khối 10 1.2.3. Thƣc̣ hiêṇ mô phỏng dòng xung 12 Chƣơng 2:MÔ HÌNH MOV HA ̣THẾ 16 viii
9. 2.1. CẤ U TRÚ C CƠ BẢ N CỦ A MÔ HÌNH MOV HẠ THẾ 16 2.2. MÔ HÌNH MOV HA ̣THẾ TRONG MATLAB 19 Chƣơng 3:THIẾ T BI ̣BẢ O VÊ ̣ CHỐ NG SÉ T LAN TRUYỀ N TRÊN ĐƢỜ NG NGUỒ N HA ̣Á P 23 3.1. CÁC TIÊU CHUẨN BẢO VỆ QUÁ ÁP 23 3.1.1. Bảo vệ quá áp theo ANSI/IEEE 23 3.1.2. Bảo vệ quá áp theo IEC 24 3.1.3. Hệ thống bảo vệ chống sét hạ áp 25 3.2. TỔ NG QUAN VỀ SPD 27 3.3. CÁC LOẠI SPD 29 3.3.1. Thiết bị cắt sét ( surge diverters) 30 3.3.2. Thiết bị lọc sét ( surge filters) 30 3.4. CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT ĐỐI VỚI THIẾT BỊ CẮT SÉT VÀ LỌC SÉT 32 3.5. LƢ̣A CHOṆ SPD CỦ A THIẾ T BI ̣CẮ T SÉ T VÀ LOC̣ SÉ T 33 Chƣơng 4: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ BẢO VỆ CHỐ NG SÉ T LAN TRUYỀ N TRÊN ĐƢỜ NG NGUỒ N HA ̣Á P 35 4.1. DẪN NHÂP̣ 35 4.2. MÔ TẢ HÊ ̣THỐ NG BẢ O VÊ ̣ QUÁ Á P DO SÉ T LAN TRUYỀ N TRÊN ĐƢỜ NG NGUỒ N HA ̣ Á P 37 4.3. ẢNH HƢỞNG CỦA DẠNG XUNG SÉT 37 4.4. ẢNH HƢỞNG CỦA BIÊN ĐỘ XUNG SÉT 40 4.5. ẢNH HƢỞNG CỦA DÒNG XUNG ĐỊNH MỨC CỦA MOV 41 4.6. ẢNH HƢỞNG CỦA ĐIỆN ÁP NGƢỠNG CỦA MOV 42 4.7. ẢNH HƢỞNG CỦA SAI SỐ ĐIÊṆ Á P NGƢỠNG CỦ A MOV 43 4.8. ẢNH HƢỞNG CỦA SỰ PHỐI HỢP BẢO VỆ QUÁ ÁP 44 4.8.1. Phối hợp bảo vệ quá áp 2 tầng MOV1-MOV2 44 4.8.2. Phối hợp bảo vệ quá áp 3 tầng (MOV1-MOV2-MOV3) 45 4.9. ẢNH HƢỞNG CỦA THIẾT BỊ LỌC SÉT 47 4.9.1. Trƣờng hợp 1 (bảo vệ bằng bô ̣lọc sét-SRF) 47 4.9.2. Trƣờng hợp 2 (phối hợp bảo vệ cắt sét kết hơp̣ với thiết bị lọc sét) 49 viii
10. 4.9.3. Trƣờng hợp 3 (phối hợp bảo vệ 2 tầng cắt sét kết hơp̣ với thiết bị lọc sét) 51 4.10. KẾ T LUÂṆ 52 Chƣơng 5: KẾ T LUÂṆ VÀ HƢỚ NG NGHIÊN CƢ́ U PHÁ T TRIỂ N 54 5.1. KẾ T LUÂṆ 54 5.2. HƢỚ NG NGHIÊN CƢ́ U PHÁT TRIỂ N 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 viii
11. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT - SPD: Surge Protective Device Thiết bị bảo vệ xung - MOV: Metal Oxide Varistor Điêṇ trở phi tuyến sƣ̉ duṇ g các phiến Oxide kim loaị - SRF: Surge reduction filter Bô ̣loc̣ sét - TBBV Thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền trên đƣờng nguồn ix
12. DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 1.1. Sét đánh vào đƣờng dây ở vị trí cách xa công trình. 6 Hình 1.2. Sét đánh gián tiếp cảm ứng vào công trình 6 Hình 1.3. Dạng xung 8/20µs 7 Hình 1.4. Sét đánh trực tiếp vào kim thu sét trên đỉnh công trình 7 Hình 1.5. Sét đánh lân cận vào đƣờng dây trên không lân cận công trình . 7 Hình 1.6. Dạng xung 10/350µs. 8 Hình 1.7. Dạng sóng không chu kỳ chuẩn 9 Hình 1.8. Dạng sóng xung gồm tổng của hai thành phần 9 Hình 1.9. Đƣờng cong xác định tỉ số a/b 10 Hình 1.10. Đƣờng cong xác định tỉ số at1 10 Hình 1.11. Đƣờng cong xác định tỉ số I1/I 11 Hình 1.12. Sơ đồ khối taọ nguồn phát xung 12 Hình 1.13. Biểu tƣơṇ g của mô hình nguồn phát xung 12 Hình 1.14. Khai báo các thong số yêu cầu 13 Hình 1.15. Sơ đồ mô phỏng nguồn xung dòng 13 Hình 1.16. Các thông số nguồn xung dòng 14 Hình 1.17. Dạng sóng nguồn xung dòng 8/20 µs biên đô ̣40kA 14 Hình 1.18. Dạng sóng nguồn xung dòng 8/20µs biên đô ̣20kA 15 Hình 1.19. Dạng sóng nguồn xung dòng 8/20µs biên đô ̣5kA 15 Hình 1.20. Dạng sóng nguồn xung dòng 8/20µs biên đô ̣3kA 16 Hình 2.1. Sơ đồ mac̣ h tƣơng đƣơng của mô hình MOV đề nghi ̣ 17 Hình 2.2. Đặc tính V-I của MOV có sai số TOL 10% 18 Hình 2.3. Sơ đồ mô hình điêṇ trở phi tuyến V=f(I) của MOV 19 Hình 2.4. Mô hình MOV ha ̣thế 20 Hình 2.5. Biểu tƣơṇ g mô hình MOV ha ̣thế 20 Hình 2.6. Hôp̣ thoaị khai báo biến Parameters của mô hình MOV ha ̣thế. 21 x
13. Hình 2.7. Hôp̣ thoaị khai báo biến Initialization của mô hình MOV hạ thế 22 Hình 2.8. Hôp̣ thoaị thông số của mô hình MOV ha ̣thế 23 Hình 3.1. Các cấp độ bảo vệ quá áp dựa vào khả năng chịu quá áp của thiết bi ̣ 26 Hình 3.2. Cách lắp đặt thiết bị bảo vệ quá áp hạ thế (loại đơn cực và đa cực) dùng cho mạng điện 1 pha 27 Hình 3.3. Cách lắp đặt thiết bị bảo vệ quá áp hạ thế (loại đơn cực và đa cực) dùng cho mạng điện 3 pha 27 Hình 3.4. Vị trí của một tủ bảo vệ 29 Hình 3.5. Thiết bi ̣SPD loaị II 29 Hình 3.6. Tủ phân phối chính với thiết bị chống sét trên đƣờng nguồn 30 Hình 3.7. Thiết bi ̣cắt, lọc sét 30 Hình 3.8. Môṭ số thiết bi ̣chống sét trên đƣờng ngồn và đƣờng tín hiêụ 31 Hình 3.9. Thiết bi ̣loc̣ sét của ERICO 32 Hình 4.1. Các dạng xung tiêu chuẩn theo tiêu chuẩn IEEE 587 37 Hình 4.2. Sơ đồ mac̣ h mô phỏng MOV ha ̣thế 38 Hình 4.3. Các thông số của MOV hạ thế 39 Hình 4.4. Thông số của nguồn xung dòng 8/20µs, Is= 20kA 39 Hình 4.5. Thông số của nguồn xung dòng 10/350µs, Is= 20kA 40 Hình 4.6. Dạng điện áp ngang qua tải sử dụng MOV với dòng xung 20kA, ứng với dạng sóng 8/20µs và 10/350µs 40 Hình 4.7. Dạng điêṇ áp dƣ ngang qua tải ứng với biên độ xung dòng khác nhau dạng sóng 8/20µs 41 Hình 4.8. Dạng điện áp dƣ ngang qua tải tƣơng ứng với MOV có các dòng xung định mức khác nhau 42 Hình 4.9. Điện áp ngang qua tải tƣơng ƣ́ ng với MOV có Vref = 275Vrms và Vref = 320Vrms 43 Hình 4.10. Điêṇ áp dƣ ngang qua tải tƣơng ƣ́ ng với trƣờng hơp̣ MOV có sai số là -10% và 20% 44 x
14. Hình 4.11. Mô hình thử nghiệm phối hợp bảo vệ 2 tầng (MOV1 – MOV2) 45 Hình 4.12. Điện áp thông qua tải trƣờng hợp bảo vệ 1 tầng MOV và 2 tầng MOV1-MOV2, xung dòng 20kA daṇ g sóng 8/20µs 46 Hình 4.13. Mô hình thử nghiệm phối hợp bảo vệ 3 tầng (MOV1 - MOV2 - MOV3) 47 Hình 4.14. Điện áp thông qua tải trƣờng hợp phối hợp bảo vệ 2 tầng MOV1- MOV2và 3 tầng MOV1-MOV2-MOV3 với xung dòng 20kA 8/20µs 47 Hình 4.15. Mô hình thƣ̉ nghiêṃ bảo vê ̣bằng bộ lọc sét 49 Hình 4.16. Điện áp thông qua tải trƣờng hợp bảo vệ bằng bô ̣lọc và trƣờng hợp phối hợp bảo vệ 3 tầng MOV1-MOV2-MOV3 49 Hình 4.17. Mô hình thƣ̉ nghiêṃ phối hợp bảo vệ cắt sét kết hơp̣ với thiết bị lọc sét 50 Hình 4.18. Điện áp thông qua tải trƣờng hợp phối hợp bảo vệ cắt sét kết hơp̣ với thiết bị lọc sét và chỉ bảo vê ̣bằng bô ̣loc̣ sét 51 Hình 4.19. Mô hình thƣ̉ nghiêṃ phối hợp bảo vệ hai tầng cắt sét kết hơp̣ với thiết bị lọc sét 52 Hình 4.20. Điện áp thông qua tải trƣờng hợp phối hợp bảo vệ 2 tầng cắt sét kết hơp̣ với thiết bị lọc sét và trƣờng hơp̣ bảo vê ̣1 tầng cắt sét kết hơp̣ với thiết bị lọc sét 53 x
15. DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Cƣờng độ xung sét lớn nhất theo tiêu chuẩn AS176. 8 Bảng 1.2. Mối quan hệ giữa cƣờng độ xung sét và tuổi thọ của MOV 8 Bảng 3.1. Trạng thái bảo vệ quá áp đối với lƣới điện hạ áp 28 Bảng 3.2. Các giai đoạn bảo vệ của thiết bị lọc sét 32 Bảng 4.1. Giá trị điện áp ngang qua tải ứng với xung 20kA, dạng sóng 8/20µs và xung 20kA 10/350µs 40 Bảng 4.2. Giá trị đỉnh điện áp dƣ ngang qua tải với biên độ dòng xung khác nhau. 42 Bảng 4.3. Điện áp dƣ ngang qua tải tƣơng ƣ́ ng vớ i dòng xung điṇ h mƣ́ c của MOV khác nhau 43 Bảng 4.4. Điện áp dƣ ngang qua tải tƣơng ƣ́ ng vớ i điêṇ áp điṇ h mƣ́ c của MOV 44 Bảng 4.5. Giá trị điện áp dƣ ngang qua tải tƣơng ƣ́ ng vớ i sai số điêṇ áp ngƣỡngcủa MOV. 45 Bảng 4.6. So sánh giá tri ̣điêṇ áp dƣ ngang qua tải ƣ́ ng vớ i các trƣờ ng hơp̣ bảo vê ̣ 1 tầng và 2 tầng MOV. 46 Bảng 4.7. So sánh giá tri ̣điêṇ áp dƣ ngang qua tải ƣ́ ng vớ i các trƣờng hợp phối hợp bảo vệ 2 tầng MOV1-MOV2 và 3 tầng MOV1-MOV2-MOV3 48 Bảng 4.8. So sánh giá tri ̣điêṇ áp dƣ ngang qua tải ƣ́ ng vớ i các trƣờ ng hơp̣ bảo vệ 3 tầng MOV1-MOV2-MOV3 và bảo vệ bằng bộ lọc SRF. 50 Bảng 4.9. So sánh giá tri ̣điêṇ áp dƣ ngang qua tải ƣ́ ng vớ i các trƣờ ng hơp̣ phối hơp̣ bảo vệ bảo vệ cắt sét và lọc sét và trƣởng hợp chỉ bảo vệ bằng bộ lọc sét 51 Bảng 4.10. So sánh giá tri ̣điêṇ áp dƣ ngang qua tải ƣ́ ng vớ i các trƣờng hợp phối hợp bảo vệ 2 tầng cắt sét kết hơp̣ vớ i thiết bị lọc sét và trƣờ ng hơp̣ bảo vê ̣1 tầng cắt sétkết hơp̣ vớ i thiết bị lọc sét 53 xii
16. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT - SPD: Surge Protective Device Thiết bị bảo vệ xung - MOV: Metal Oxide Varistor Điêṇ trở phi tuyến sử duṇ g các phiến Oxide kim loaị - SRF: Surge reduction filter Bô ̣loc̣ sét - TBBV Thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn ix
17. DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 1.1. Sét đánh vào đường dây ở vị trí cách xa công trình. 6 Hình 1.2. Sét đánh gián tiếp cảm ứng vào công trình 6 Hình 1.3. Dạng xung 8/20µs 7 Hình 1.4. Sét đánh trực tiếp vào kim thu sét trên đỉnh công trình 7 Hình 1.5. Sét đánh lân cận vào đường dây trên không lân cận công trình . 7 Hình 1.6. Dạng xung 10/350µs. 8 Hình 1.7. Dạng sóng không chu kỳ chuẩn 9 Hình 1.8. Dạng sóng xung gồm tổng của hai thành phần 9 Hình 1.9. Đường cong xác định tỉ số a/b 10 Hình 1.10. Đường cong xác định tỉ số at1 10 Hình 1.11. Đường cong xác định tỉ số I1/I 11 Hình 1.12. Sơ đồ khối taọ nguồn phát xung 12 Hình 1.13. Biểu tươṇ g của mô hình nguồn phát xung 12 Hình 1.14. Khai báo các thong số yêu cầu 13 Hình 1.15. Sơ đồ mô phỏng nguồn xung dòng 13 Hình 1.16. Các thông số nguồn xung dòng 14 Hình 1.17. Dạng sóng nguồn xung dòng 8/20 µs biên đô ̣40kA 14 Hình 1.18. Dạng sóng nguồn xung dòng 8/20µs biên đô ̣20kA 15 Hình 1.19. Dạng sóng nguồn xung dòng 8/20µs biên đô ̣5kA 15 Hình 1.20. Dạng sóng nguồn xung dòng 8/20µs biên đô ̣3kA 16 Hình 2.1. Sơ đồ mac̣ h tương đương của mô hình MOV đề nghi ̣ 17 Hình 2.2. Đặc tính V-I của MOV có sai số TOL 10% 18 Hình 2.3. Sơ đồ mô hình điêṇ trở phi tuyến V=f(I) của MOV 19 Hình 2.4. Mô hình MOV ha ̣thế 20 Hình 2.5. Biểu tươṇ g mô hình MOV ha ̣thế 20 Hình 2.6. Hôp̣ thoaị khai báo biến Parameters của mô hình MOV hạ thế. 21 x
18. Hình 2.7. Hôp̣ thoaị khai báo biến Initialization của mô hình MOV hạ thế 22 Hình 2.8. Hôp̣ thoaị thông số của mô hình MOV ha ̣thế 23 Hình 3.1. Các cấp độ bảo vệ quá áp dựa vào khả năng chịu quá áp của thiết bị 26 Hình 3.2. Cách lắp đặt thiết bị bảo vệ quá áp hạ thế (loại đơn cực và đa cực) dùng cho mạng điện 1 pha 27 Hình 3.3. Cách lắp đặt thiết bị bảo vệ quá áp hạ thế (loại đơn cực và đa cực) dùng cho mạng điện 3 pha 27 Hình 3.4. Vị trí của một tủ bảo vệ 29 Hình 3.5. Thiết bi ̣SPD loaị II 29 Hình 3.6. Tủ phân phối chính với thiết bị chống sét trên đường nguồn 30 Hình 3.7. Thiết bi ̣cắt, lọc sét 30 Hình 3.8. Môṭ số thiết bi ̣chống sét trên đường ngồn và đường tín hiêụ 31 Hình 3.9. Thiết bi ̣loc̣ sét của ERICO 32 Hình 4.1. Các dạng xung tiêu chuẩn theo tiêu chuẩn IEEE 587 37 Hình 4.2. Sơ đồ mac̣ h mô phỏng MOV ha ̣thế 38 Hình 4.3. Các thông số của MOV hạ thế 39 Hình 4.4. Thông số của nguồn xung dòng 8/20µs, Is= 20kA 39 Hình 4.5. Thông số của nguồn xung dòng 10/350µs, Is= 20kA 40 Hình 4.6. Dạng điện áp ngang qua tải sử dụng MOV với dòng xung 20kA, ứng với dạng sóng 8/20µs và 10/350µs 40 Hình 4.7. Dạng điêṇ áp dư ngang qua tải ứng với biên độ xung dòng khác nhau dạng sóng 8/20µs 41 Hình 4.8. Dạng điện áp dư ngang qua tải tương ứng với MOV có các dòng xung định mức khác nhau 42 Hình 4.9. Điện áp ngang qua tải tương ứ ng với MOV có Vref = 275Vrms và Vref = 320Vrms 43 Hình 4.10. Điêṇ áp dư ngang qua tải tương ứ ng với trường hơp̣ MOV có sai số là -10% và 20% 44 x
19. Hình 4.11. Mô hình thử nghiệm phối hợp bảo vệ 2 tầng (MOV1 – MOV2) 45 Hình 4.12. Điện áp thông qua tải trường hợp bảo vệ 1 tầng MOV và 2 tầng MOV1-MOV2, xung dòng 20kA daṇ g sóng 8/20µs 46 Hình 4.13. Mô hình thử nghiệm phối hợp bảo vệ 3 tầng (MOV1 - MOV2 - MOV3) 47 Hình 4.14. 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 8/20µs 47 Hình 4.15. Mô hình thử nghiêṃ bảo vê ̣bằng bộ lọc sét 49 Hình 4.16. Điện áp thông qua tải trường hợp bảo vệ bằng bô ̣lọc và trường hợp phối hợp bảo vệ 3 tầng MOV1-MOV2-MOV3 49 Hình 4.17. Mô hình thử nghiêṃ phối hợp bảo vệ cắt sét kết hơp̣ với thiết bị lọc sét 50 Hình 4.18. Điện áp thông qua tải trường hợp phối hợp bảo vệ cắt sét kết hơp̣ với thiết bị lọc sét và chỉ bảo vê ̣bằng bô ̣loc̣ sét 51 Hình 4.19. Mô hình thử nghiêṃ phối hợp bảo vệ hai tầng cắ t sét kết hơp̣ với thiết bị lọc sét 52 Hình 4.20. Điện áp thông qua tải trường hợp phối hợp bảo vệ 2 tầng cắt sét kết hơp̣ với thiết bị lọc sét và trường hơp̣ bảo vê ̣1 tầng cắt sét kết hơp̣ với thiết bị lọc sét 53 x
20. DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Cường độ xung sét lớn nhất theo tiêu chuẩn AS176. 8 Bảng 1.2. Mối quan hệ giữa cường độ xung sét và tuổi thọ của MOV 8 Bảng 3.1. Trạng thái bảo vệ quá áp đối với lưới điện hạáp 28 Bảng 3.2. Các giai đoạn bảo vệ của thiết bị lọc sét 32 Bảng 4.1. Giá trị điện áp ngang qua tải ứng với xung 20kA, dạng sóng 8/20µs và xung 20kA 10/350µs 40 Bảng 4.2. Giá trị đỉnh điện áp dư ngang qua tải với biên độ dòng xung khác nhau. 42 Bảng 4.3. Điện áp dư ngang qua tải tương ứ ng vớ i dòng xung điṇ h mứ c của MOV khác nhau 43 Bảng 4.4. Điện áp dư ngang qua tải tương ứ ng vớ i điêṇ áp điṇ h mứ c của MOV 44 Bảng 4.5. Giá trị điện áp dư ngang qua tải tương ứng với sai số điện áp ngưỡng của MOV. . 45 Bảng 4.6. So sánh giá trị điện áp dư ngang qua tải ứng với các trường hợp bảo vệ 1 tầng và 2 tầng MOV. 46 Bảng 4.7. So sánh giá tri ̣điêṇ áp dư ngang qua tải ứ ng vớ i các trườ ng hơp̣ phối hơp̣ bảo vệ 2 tầng MOV1-MOV2 và 3 tầng MOV1-MOV2-MOV3 48 Bảng 4.8. 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. 50 Bảng 4.9. So sánh giá tri ̣điêṇ áp dư ngang qua tải ứ ng vớ i các trườ ng hơp̣ phối hơp̣ bảo vệ bảo vệ cắt sét và lọc sét và trưởng hợp chỉ bảo vệ bằng bộ lọc sét 51 Bảng 4.10. 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 vớ i thiết bị lọc sét 53 xii
21. Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh CHƢƠNG: MỞ ĐẦU I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong những năm qua, cứ mỗi khi mùa mưa đến, ngoài việc chuẩn bị các biện pháp phòng chống bão lụt chúng ta còn phải quan tâm đến một hiện tượng thiên nhiên khác cũng gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng đến cơ sở vật chất và con người - đó là dông sét. Số ngày dông có ở Việt Nam trên nhiều khu vực thuộc loại khá lớn, số ngày dông cực đại là 113,7 (tại đồng phú), số giờ dông cực đại 433,18 giờ tại Mộc Hóa. Tại việt nam, sét có cường độ mạnh ghi nhận được bằng dao động ký tự động có biên độ Imax = 90,67kA (số liệu của Viện Nghiên cứu Sét Gia Sàng Thái Nguyên). Thiệt hại do sét rất lớn đôi khi ảnh hưởng mạnh đến nhiều hoạt động kinh tế - xã hội thậm chí sét không những có thể gây thương vong cho con người mà còn có thể phá hủy những tài sản khác như các công trình xây dựng, công trình cung cấp năng lượng, hoạt động hàng không, các thiết bị điện điêṇ tử , các Đài Truyền thanh – Truyền hình, các hệ thống thông tin liên lạc Tại Việt Nam, chỉ tính riên năm 2001, đối với ngành điện có 400 sự cố mà 50% do sét gây ra ( báo tiền phong 14/08/2002). Còn đối với ngành Bưu chính viễn thông thì có 53 sự cố do sét (chiếm 27,13% sự cố viễn thông) gây thiệt hại là 4,119 tỷ và tổng thời gian mất liên lạc do sét là 716 giờ. Mọi thiết bị điện khi lắp đặt vào lưới điện đều được lựa chọn dựa vào điện áp định mức của lưới điện mà thiết bị được đấu vào. Tuy nhiên, trong thực tế vận hành, đôi lúc xảy ra quá điện áp tạm thời do nhiều nguyên nhân gây ra, có thể do các sự cố chạm đất, do thao tác đóng cắt, hoặc do sét đánh trực tiếp hay lan truyền. Trong đó quá điện áp do sét là nguy hiểm nhất, chúng dễ dàng gây ra phóng điện đánh thủng cách điện và phá hủy thiết bị. Tuy nhiên, viêc̣ trang bi ̣các t hiết bị chống sét lan truyền ở Việt Nam chưa được quan tâm một cách đầy đủ, chủ yếu người sử dụng chỉ quan tâm bảo vệ chống sét đánh trực tiếp mà ít hoặc chưa quan tâm đến việc trang bị các thiết bị chống sét lan truyền. Một thực tế nữa là ở Việt Nam các mô hình thử nghiệm hay máy phát xung sét chưa có hoặc có nhưng được giữ bản HVTH: Hoàng Thị Trang Trang: 1
22. S K L 0 0 2 1 5 4