Nghiên cứu và xây dựng mô hình các máy phát xung tiêu chuẩn

Nội dung text: Nghiên cứu và xây dựng mô hình các máy phát xung tiêu chuẩn

1. NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH CÁC MÁY PHÁT XUNG TIÊU CHUẨN PGS.TS.Quyền Huy Ánh Phùng Văn Biển Đại Học Sư Phạm Kỹ thuật Tp.HCM Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM anhspkt@yahoo.ccom Phungvanbien150190@gmail.com +84-98-820-9652 Abstract – To test lightning-stroke-protective devices in xung trên thực tế. Mục tiêu cuối cùng của nghiên cứu là xây transmission line, lightning impulse generator model with the dựng thư viện Matlab cung cấp hầu hết các loại xung dòng pulse emitted close to the actual lightning impulse is necessary. và xung áp thỏa các tiêu chuẩn hiện hành dùng để nghiên Some physical models as well as mathematical model lightning cứu quá áp do sét lên hệ thống điện. surge generators previously have yet reached waveform II. CÁC DẠNG XUNG TIÊU CHUẨN VÀ CÁC TIÊU precision requirements under the current standard. Besides, the CHUẨN LIÊN QUAN laboratory overvoltage surge due to spread in Vietnam is still very limited. Special price into the kind of lightning impulse Xung dòng điện tiêu chuẩn: generators fact was very high, are imported from overseas are very expensive. So the study and construction of the model of the standard surge generators are essential. This erticle is relatively full complement of line and pulse pressure pulse as the standard mathematical model and a physical model (RLC circuit. As well as to compare a standard pulsed built with specific pulsed of AXOS8 system. Keyword – Waveform; Surge Generator; AXOS8 I. GIỚI THIỆU CHUNG Trong tài liệu tham khảo [1], tác giả chỉ đề cập đến một số loại xung dòng và xung áp thông dụng như: 8/20µs, Hình 1: Dạng xung dòng điện tiêu chuẩn 10/350µs, 1.2/50µs. Mô hình của các loại xung này được Là các xung dòng điện được tiêu chuẩn hóa trở thành thể hiện chủ yếu dưới dạng mô hình toán (quan hệ giữa các các xung tiêu chuẩn và thường được mô tả dưới dạng α/β µs phần tử và hàm toán) với độ chính xác được đánh giá dựa trong đó α là thời gian đầu sóng T1 (µs) còn β là thời gian trên biên độ là chính, chưa quan tâm đến tốc độ tăng dòng, toàn sóng T2 (µs) : tăng áp ở đầu sóng; cũng như chưa quan tâm đến tốc độ - Đối với xung 1/5µs thì T1 = 1 µs và T2 = 5 µs giảm áp và giảm dòng ở đuôi sóng. - Đối với xung 4/10µs thì T1 = 4 µs và T2 = 10 µs Trong tài liệu tham khảo [2], tác giả chỉ làm các mô - Đối với xung 8/20µs thì T1 = 8 µs và T2 = 20 µs hình phát xung vật lý, không làm mô hình toán. Ở một số - Đối với xung 10/350µs thì T1 = 10 µs và T2 = 350 µs bài báo khác như [3], [4],[5], tác giả cũng chỉ đề cập đến 1 Xung điện áp tiêu chuẩn: số ít các loại xung. Chính vì những thiếu sót nêu trên, bài báo này bổ sung tương đối đầy đủ các dạng xung dòng và xung áp tiêu chuẩn dưới dạng mô hình toán và mô hình vật lý (mạch RLC) . Độ chính xác được đánh giá không chỉ qua biên độ mà còn quan tâm đến tốc độ tăng/giảm áp và dòng ở đầu/cuối dạng sóng. Cũng như sẽ so sánh một số dạng xung tiêu chuẩn được xây dựng với dạng xung cụ thể của hệ thống AXOS8 . Đặc biệt các nghiên cứu trước đây chỉ nghiên cứu trên lý thuyết và mô phỏng, chứ chưa làm trên máy phát
2. Hình 2: Dạng xung điện áp tiêu chuẩn Là các xung điện áp được tiêu chuẩn hóa trở thành các xung tiêu chuẩn và thường được mô tả dưới dạng α/β µs trong đó α là thời gian đầu sóng T1 (µs) còn β là thời gian toàn sóng T2 (µs): - Đối với xung 1,2/50µs thì T1 = 1,2 µs và T2 = 50 µs - Đối với xung 10/700µs thì T1 = 10 µs và T2 = 700 µs - Đối với xung 0,5/700µs thì T1 = 0,5 µs và T2 = 700 µs - Đối với xung 9/720µs thì T1 = 9 µs và T2 = 720 µs - Đối với xung 2/10µs thì T1 = 2 µs và T2 = 10 µs - Đối với xung 10/160µs thì T1 = 10 µs và T2 = 160 µs Hình 4: Mô hình toán của xung dòng điện - Đối với xung 10/560µs thì T1 = 10 µs và T2 = 560 µs Các tiêu chuẩn liên quan gồm có: - Tiêu chuẩn IEC 61000 -4 – 5 - Tiêu chuẩn IEC 60-2; IEC 61312-1; IEC 61643-1 - Tiêu chuẩn ANSI/IEEE std 4-1978; ANSI C62.1- 1984 - Tiêu chuẩn IEC 60060-1 - Tiêu chuẩn ITU-K20/21 - Tiêu chuẩn TIA-968-A; TIA-968-B III. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN CỦA CÁC DẠNG Hình 5: Mô hình toán của xung điện áp XUNG TIÊU CHUẨN Tiếp theo ta tiến hành nhập hàm vào các mô hình: Các xung tiêu chuẩn gồm xung dòng điện và xung điện áp là những loại xung cơ bản rất cần thiết cho việc thử nghiệm các thiết bị bảo vệ quá áp cũng như thử nghiệm cách điện của các thiết bị. Các xung này thường được mô tả bởi phương trình có dạng: at bt i()() t I e e (1) at bt u(t ) U ( e e ) (2) Dạng xung dòng gồm 2 thành phần như sau: Hình 6: Nhập hàm vào mô hình Matlab Mô hình xung dòng hoàn thiện: Hình 7: Mô hình xung dòng Kết quả mô phỏng xung dòng: Hình 3: Dạng xung tổng gồm 2 thành phần Giá trị của I, a, b trong biểu thức trên có thể xác định đối với từng dạng xung dòng chuẩn từ các giá trị : Giá trị đỉnh I1 của xung dòng. Thời gian đạt đỉnh t1. Thời gian toàn sóng t2. Sau đó ta tiến hành xây dựng mô hình toán trong Matlab như sau: Hình 8: Xung dòng điện 1/5µs _10KA
3. Hình 13: Xung điện áp 10/700µs_5kV Hình 9: Xung dòng điện 4/10µs_10kA Hình 14: Xung điện áp 2/10µs_2,5kV Hình 10: Xung dòng điện 8/20µs_3kA Hình 15: Xung điện áp 9/720µs_1kV Hình 11: Xung dòng điện 10/350µs_10kA Kết quả mô phỏng xung áp: Hình 16: Xung điện áp 10/160µs_1,5kV Hình 12: Xung điện áp 1,2/50µs_6kV Hình 17: Xung điện áp 10/560µs_800V
4. IV. XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬT LÝ CỦA CÁC DẠNG Kết quả mô phỏng xung áp: XUNG TIÊU CHUẨN Kết quả mô phỏng xung dòng: Hình 22: Xung điện áp 1,2/50µs_6kV Hình 18: Xung dòng điện 1/5µs_3kA Hình 23: Xung điện áp 10/700µs_5kV Hình 19: Xung dòng điện 4/10µs_3kA Hình 24: Xung điện áp 2/10µs_2,5kV Hình 20: Xung dòng điện 8/20µs_3kA Hình 25: Xung điện áp 9/720µs_1kV Hình 21: Xung dòng điện 10/350µs_3kA
5. Hình 6.3: Giao diện phát xung Hình 26: Xung điện áp 10/160µs_1,5kV Kết quả phát xung: Xung dòng điện 8/20µs_1kA Hình 27: Xung điện áp 10/560µs_800V Hình 28: Dạng xung dòng ngắn mạch 8/20µs_1kA V. SO SÁNH DẠNG XUNG MÔ PHỎNG VÀ DẠNG  Xung điện áp 1,2/50µs_1kV XUNG TỪ MÁY PHÁT XUNG THỰC TẾ Giới thiệu về máy AXOS8 : 8 Hình 6.1: iao diện p a c X Hình 29: Dạng xung áp hở mạch 1,2/50µs_1kV (p óng o đầu sóng)  Xung điện áp 10/700µs_1kV Hình 6.2: Giao diện menu chính của thiết bị AXOS8 Hình 30: Dạng xung áp 10/700µs_1kV (phóng to đầu sóng)
6. VI. KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Đỗ Bình Dương,Ng iên cứu và mô p ỏng iế Với sự phát triển của kỹ thuật mô hình hóa và mô bị c ống sé lan uyền ên mạng máy n và đ ờng dây điện phỏng hiện nay, bài báo đ đi sâu nghiên cứu áp dụng phần oại,Luận văn Thạc sĩ , Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố mềm Matlab để xây dựng mô hình các máy phát xung tiêu Hồ Chí Minh, 2005. chuẩn, đáp ứng các yêu cầu của các tiêu chuẩn IEC, IEEE, [2]. Trần Tùng Giang, Xây dựng mô ìn máy p á ITU-K, và TIA. Nội dung nghiên cứu cụ thể và kết quả đạt xung ỗn ợp và điện ở p i uyến, Luận văn Thạc sĩ, Đại học Sư được như sau: Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh, 2007. Nghiên cứu các dạng xung s t chuẩn và các tiêu [3]. Ronald B. Standler, “Equation for the 10/350 chuẩn liên quan. µs Surge Test Waveform”. Xây dựng mô hình toán, mô hình hình vật l của [4]. Ronald B. Standler, Protection of Electronic các máy phát xung dòng, xung áp với các dạng xung dòng Circuits from Overvoltages, New York: Wiley-Interscience, May và xung áp sét khác nhau. 1989. Republished by Dover, December 2002. TM Nghiên cứu hệ thống máy phát xung XOS8. [5]. C62.41.2 – 2002, IEEE Recommended Đánh giá sai số của mô hình xung dòng và xung áp Practice on Characterization of Surges in Low-Voltage (1000 V and Less) AC Power Circuits. s t với sai số cho ph p qui định trong các tiêu chuẩn IEC, IEEE, ITU-K và TI . Các xung đạt tiêu chuẩn gồm có: [6]. IEC 61643-1:2005, Low-voltage surge protective devices –Part 1: Surge protective devices connected to + Mô hình vật lý: xung 8/20µs, 1.2/50µs, 9/720µs, low-voltage power distribution systems – Requirements and tests. 10/700µs, 10/160µs, 10/560µs. [7]. Haefely Hipotronics, User manual: + Mô hình toán: xung 10/350µs, 1.2/50µs, 2/10µs, AXOS8Compact Immunity Test System 10/160µs, 10/560µs. [8]. Vernon Cooray, Ligtning Protection, The 8 Xung sét phát ra từ máy phát AXOS so với các tiêu Institution of Engineering and Technology , London, United chuẩn hiện hành đều đạt yêu cầu. Gồm có các xung: 8/20 Kingdom, IET 2010 µs, 1.2/50 µs, 10/7008/20 µs, 1.2/50 µs. [9]. Daniel W. Durbak, Surge Arrester Modeling, Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp mô hình các máy Power Technologies, Schenectady, New York. phát xung dòng và xung áp sét hữu ích cho các nhà nghiên [10]. IEC 61312-1:1999, Protection against lightning cứu, các giảng viên, sinh viên các trường đại học trong việc electromagnetic impulse – Part 1: General principles. nghiên cứu các đáp ứng của thiết bị chống quá áp dưới tác [11]. Siemens power system, Surge Arreter động của xung sét lan truyền trong điều kiện thiếu phòng thí presentation, catalogues (selection), Operating manuals and Surge nghiệm hiện nay. Arrster handbook, CD-ROM. [12]. Kenneth J. Brown, Metal oxide varistor degradation, IAEI NEWS, March.April 2004. [13]. ndrzej Sowa, jaroslaw Wiater, “Overvoltage in low-voltage power distribution systems caused by direct lightning strokes to medium voltage lines”, BialystokTechnicalUniversity. [14]. Application Guide - TRANQUELL Station Surge Arrester, GET-6460. [15]. Daniel W. Durbak, “Surge Arrester Modeling”, Power Technologies, Schenectady, New York. Tp.HCM, ngày tháng 05 năm 2016 Tp.HCM, ngày tháng 05 năm 2016 Người thực hiện Giảng viên hướng dẫn Phùng Văn Biển PGS.TS. Quyền Huy Ánh
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 2017-2018 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.