(Luận văn thạc sĩ hcmute) nghiên cứu phân bổ dòng sét và điện áp trên các spd khi sét đánh vào tòa nhà
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.79 MB, 139 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
VÕ THANH ÂU
XÂY DỰNG VÀ ĐÁNH GIÁ
CÁC MƠ HÌNH CHỐNG SÉT VAN TRUNG ÁP
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202
S K C0 0 4 6 5 0
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015
Luan van
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀ O TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
VÕ THANH ÂU
XÂY DỰNG VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC MƠ
HÌNH CHỐNG SÉT VAN TRUNG ÁP
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Thành phố Hồ Chí Minh, Tháng 10 năm 2015
Luan van
Luận Văn Thạc sĩ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. SƠ LƢỢC
Họ và tên : Võ Thanh Âu
Giới tính:
Nam
Ngày sinh : 15/09/1989
Nơi sinh:
Long An
Dân tộc
Tôn giáo:
Không
: Kinh
Địa chỉ liên lạc: Số 8, Đƣờng Tân Lập 2, Khu phố 3, P. Hiệp Phú, Q. 9, Tp.Hồ
Chí Minh.
Điện thoại: 0979 378 252
Email:
Cơ quan : Trung Tâm Kỹ Thuật Tiêu Chuẩn Đo Lƣờng Chất Lƣợng Thành
Phố Hồ Chí Minh.
Địa chỉ
: 263, Điện Biên Phủ, P. 7, Q. 3, Tp. Hồ Chí Minh.
II. Q TRÌNH ĐÀO TẠO
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy.
Thời gian: Từ 2007 đến 2012
Nơi học: Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh.
Ngành học: Điện Cơng Nghiệp.
2. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Chính quy.
Thời gian: Từ 2013 đến 2015
Nơi học: Trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh.
Ngành học: Kỹ Thuật Điện.
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN
Thời gian
Nơi cơng tác
Cơng việc
Từ 06/2012đến
nay
Trung Tâm Kỹ Thuật Tiêu Chuẩn Đo
Lƣờng Chất Lƣợng Thành Phố Hồ Chí
Minh.
Thử Nghiệm Viên
Tp.Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 09 năm 2015
Ngƣời khai
Võ Thanh Âu
HVTH: Võ Thanh Âu
Trang i
Luan van
Luận Văn Thạc sĩ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công
bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 09 năm 2015
Tác giả Luận Văn
Võ Thanh Âu
HVTH: Võ Thanh Âu
Trang ii
Luan van
Luận Văn Thạc sĩ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
CẢM TẠ
Qua thời gian học tập và nghiên cứu tại Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật
TP.HCM, cùng với sự nhiệt tình hƣớng dẫn, giúp đỡ của q thầy cơ, tơi đã hồn
thành đƣợc luận văn tốt nghiệp này.
Trƣớc hết, tôi xin chân thành cám ơn cha mẹ của tôi đã luôn động viên giúp
đỡ tôi trong suốt thời gian học tập.
Tôi chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu nhà trƣờng, Ban chủ nhiệm Khoa
Điện – Điện tử và Phòng quản lý sau đại học Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật
TP.HCM đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi học tập, nghiên cứu nâng cao trình độ và
thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp trong thời gian qua.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới Thầy Quyền Huy Ánh đã nhiệt tình
hƣớng dẫn, giúp đỡ tơi trong suốt thời gian học tập cũng nhƣ trong quá trình thực
hiện luận văn tốt nghiệp này.
Ngồi ra, tơi cũng xin đƣợc nói lời cảm ơn đến các anh, chị học viên trong
lớp cao học 2013 – 2015A đã đóng góp ý kiến và giúp đỡ tơi hồn thành tốt luận
văn tốt nghiệp này.
Việc thực hiện đề tài luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu
sót về kiến thức chun mơn. Kính mong nhận đƣợc sự quan tâm, xem xét và đóng
góp ý kiến quý báu của quý thầy, cô và các bạn để đề tài luận văn này hồn thiện
hơn.
Tơi xin chân thành cảm ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 09 năm 2015
Học viên thực hiện
Võ Thanh Âu
HVTH: Võ Thanh Âu
Trang iii
Luan van
Luận Văn Thạc sĩ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
TÓM TẮT
Luận văn “Xây dựng và đánh giá các mơ hình chống sét van trung áp” đi
sâu vào nghiên cứu các mơ hình chống sét van dạng metal- oxide trên lƣới trung
thế. Chống sét van dạng Metal-oxide đƣợc dùng để bảo vệ quá điện áp do sét
hoặc xung đóng cắt trên lƣới trung thế.
Luận văn tập trung xây dựng đƣợc các mơ hình chống sét van trung thế
dạng MOV đƣa vào phần mềm Matlab. Các thơng số của mơ hình chống sét van
đƣợc cung cấp trong Catalogue của nhà sản xuất. Thử nghiệm các mơ hình dựa
trên các thơng số kỹ thuật trên Catalogue của các nhà sản xuất khác nhau và với
các cấp điện áp khác nhau. Kết quả của mô phỏng để đánh giá độ chính xác của
các mơ hình chống sét van khi mô phỏng so với giá trị đƣợc cung cấp trong
catalogue của nhà sản xuất.
Luận văn cũng hy vọng sẽ cung cấp một công cụ mô phỏng hữu ích với
phần mềm thông dụng Matlab cho các nhà nghiên cứu, các kỹ sƣ, sinh
viên…trong việc nghiên cứu các hành vi và đáp ứng của thiết bị chống sét van
dƣới tác động của xung sét lan truyền trong điều kiện không thể đo thử thực tế.
HVTH: Võ Thanh Âu
Trang iv
Luan van
Luận Văn Thạc sĩ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
ABSTRACT
The thesis “Develop and assessmentsurge arrester models of medium
voltage lightning” carried out a research into metal- oxide surge arrester
modelsfor medium-voltage class. Metal-oxide surge arrester are used as
protective devies against lightning and switch overvoltage in medium and high
voltage power systems.
Thesis focus is on developing Metal- oxide surge arrester modelsformat
included in the software Matlab. The parameters of the model for metal-oxide
surge arrester are provided in the valve manufacturer's catalogue. Testing
models based on the specifications in the catalogue of the different
manufacturers and with different voltageslevels. The results of the simulations to
assessment the accuracy of these models simulate lightning when it compared to
the value provided in the manufacturer's catalogue.
The thesis also provide a useful simulation tool with the common Matlab
software for researchers, engineers, students ... in studying of behaviors and
responses of the valve lightning equipment under the action of lightning impulse
spreaded in conditions test can not be real.
HVTH: Võ Thanh Âu
Trang v
Luan van
Luận Văn Thạc sĩ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
Ký hiệu
Đơn vị
Mô tả
MOV
kA
Chống sét van (Metal Oxide Varistor)
R
Điện trở
L
H
Độ tự cảm
C
F
Điện dung
D
nm
Bề dày của biến trở
Vb
V
Điện thế rào
Hằng số điện môi của chất bán dẫn
N
Hạt/cm3
P
W
Công suất tiêu tán trung bình
0
Nhiệt độ gia tăng trung bình
T
C
Mật độ hạt dẫn
Hệ số tiêu tán công suất
TOL
%
Độ sai số chuẩn
Vr
kV
Điện áp định mức của chống sét van
Vr8/20
kV
Điện áp dƣ cho dòng sét 10 kA với bƣớc sóng 8/20 µs
L, R
kV
Độ lớn điện thế rào
o
kV
Điện thế phân cực tại gốc
VN
Hệ số phi tuyến.
kV
Điện áp biến trở
HVTH: Võ Thanh Âu
Trang vi
Luan van
Luận Văn Thạc sĩ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
q
Điện tích điện tử
K
Hệ số phụ thuộc biến trở
Vref
kV
Điện áp tham chiếu
d
m
Chiều cao của chống sét van
n
Số cột MOV song song trong chống sét van.
HVTH: Võ Thanh Âu
Trang vii
Luan van
Luận Văn Thạc sĩ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC ..................................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................ii
CẢM TẠ .......................................................................................................................... iii
TÓM TẮT ........................................................................................................................ iv
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU ........................................................................................ vi
MỤC LỤC ..................................................................................................................... viii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ............................................................................................xii
DANH SÁCH CÁC BẢNG ........................................................................................ xviii
CHƢƠNG MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1
I.
TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ........................................................................1
II.
NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI ....................................................................................3
III.
GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI ......................................................................................4
IV.
CÁC BƢỚC TIẾN HÀNH ....................................................................................4
V.
TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI .....................................................................................3
VI.
TÍNH THỰC TIỄN ...............................................................................................4
VII.
NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI ....................................................................................5
VIII.
PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .........................................................................5
CHƢƠNG 1: CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA CHỐNG SÉT VAN .................... 6
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................6
1.2. CÁC LOẠI CÁCH ĐIỆN ...........................................................................................8
1.3. KHÁI NIỆM VỀ SÉT .................................................................................................9
1.4. THIẾT BỊ CHỐNG SÉT VAN .................................................................................10
1.5. ƢU NHƢỢC ĐIỂM CỦA CÁC LOẠI CHỐNG SÉT .............................................12
1.5.1. Khe hở phóng điện ........................................................................................13
1.5.2. Chống sét ống ...............................................................................................14
1.5.3. Chống sét SiC ...............................................................................................14
1.5.3.1. Cấu trúc của đĩa van SiC .......................................................................15
1.5.3.2. Cấu trúc của khe hở ...............................................................................15
HVTH: Võ Thanh Âu
Trang viii
Luan van
Luận Văn Thạc sĩ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
1.5.3.3. Thiết kế khe hở kèm theo điện trở .........................................................16
1.5.4. Chống sét van MOV không khe hở ..............................................................16
1.5.4.1. Cấu tạo một chống sét MOV (Metal Oxide Varistor) ..........................16
1.5.4.2. Đặc tính của MOV.................................................................................16
1.5.5. So sánh sự làm việc của các chống sét SIC và MOV ...................................18
1.5.5.1. Chế độ xác lập .......................................................................................18
1.5.5.2. Chế độ hoạt động khi có quá áp tạm thời ..............................................18
1.5.5.3. Chế độ hoạt động ở dịng xung ..............................................................19
1.5.5.4. Tính ổn định đối với hoạt động phóng điện ..........................................19
CHƢƠNG 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CHỐNG SÉT VAN
MOV ................................................................................................................................ 21
2.1. CẤU TẠO CƠ BẢN MOV ......................................................................................21
2.2. TÍNH NĂNG HOẠT ĐỘNG CỦA BIẾN TRỞ ZNO ...........................................224
2.3. ĐẶC TÍNH V-I .........................................................................................................27
2.4. THỜI GIAN ĐÁP ỨNG ...........................................................................................28
CHƢƠNG 3: CÁC MƠ HÌNH CHỐNG SÉT VAN ................................................... 30
3.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ..........................................................................................................30
3.2. CÁC MƠ HÌNH ĐƢỢC ĐỀ NGHỊ ..........................................................................31
3.2.1. Mơ hình truyền thống ATP ...........................................................................31
3.2.2. Mơ hình đƣợc đề nghị bởi IEEE ...................................................................31
3.2.2.1. Mơ hình đề nghị.....................................................................................32
3.2.2.2. Xác định các thơng số............................................................................33
3.2.3. Mơ hình đƣợc đề nghị bởiPinceti .................................................................35
3.2.3.1. Mơ hình đƣợc đề nghị ...........................................................................35
3.2.3.2. Xác định thơng số ..................................................................................35
3.2.4. Mơ hình P-K .................................................................................................36
3.2.4.1. Mơ hình đƣợc đề nghị ...........................................................................36
3.2.4.2. Xác định thơng số ..................................................................................37
CHƢƠNG 4: XÂY DỰNG CÁC MƠ HÌNH MƠ PHỎNG BẰNG MATLAB ........ 38
4.1. MỤC ĐÍCH MƠ PHỎNG .......................................................................................38
4.2. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MATLAB ....................................................................39
HVTH: Võ Thanh Âu
Trang ix
Luan van
Luận Văn Thạc sĩ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
4.2.1. Phần mềm MATLAB ...................................................................................39
4.2.2. Cơ sở về SIMULINK ...................................................................................39
4.2.3. Đánh giá mô hình MATLAB........................................................................40
4.2.3.1. Giới thiệu mơ hình .................................................................................40
4.2.3.2. Ngun lý làm việc của mơ hình ...........................................................42
4.2.3.3. Đánh giá mơ hình ..................................................................................42
4.2.3.4. Mạch mơ phỏng Matlab.........................................................................43
4.3. MƠ HÌNH NGUỒN PHÁT XUNG SÉT ................................................................43
4.3.1. Dạng xung sét ...............................................................................................43
4.3.1.1. Dạng sóng 10/350µs ..............................................................................43
4.3.1.2. Dạng sóng 8/20µs ..................................................................................44
4.3.2. Các dạng xung khơng chu kỳ chuẩn .............................................................45
4.3.3. Xây dựng mơ hình nguồn phát xung ............................................................48
4.3.3.1. Xây dựng sơ đồ khối .............................................................................48
4.3.4. Thực hiện mô phỏng .....................................................................................50
4.3.5. Kết luận .........................................................................................................53
4.4. XÂY DỰNG MƠ HÌNH CHỐNG SÉT VAN DẠNG MOV PHỤ THUỘC TẦN
SỐ ....................................................................................................................................53
4.5. XÂY DỰNG MƠ HÌNH CHỐNG SÉT VAN DẠNG MOV PHỤ THUỘC TẦN
SỐ TRONG MATLAB ....................................................................................................55
4.5.1. Giới thiệu một số khối (block) dùng trong mô hình .....................................55
4.5.2. Xây dựng các mơ hinh chống sét van trung áp.............................................57
4.5.2.1. Xây dựng mơ hình MOV theo IEEE: ....................................................57
4.5.2.2. Xây dựng mơ hình MOV theo Pinceti: .................................................69
4.5.2.3. Xây dựng mơ hình MOV theo P-K: ......................................................78
CHƢƠNG 5: MƠ PHỎNG SO SÁNH CÁC MƠ HÌNH CHỐNG SÉT VAN
TRUNG ÁP BẰNG MATLAB ...................................................................................... 88
5.1. ĐẶT VẤN ĐỀ........................................................................................................... 88
5.2. MÔ PHỎNG ĐÁP ỨNG CỦA CÁC CHỐNG SÉT VAN TRUNG ÁP EVP VÀ
AZG2 ...............................................................................................................................89
5.2.1. Chống sét van trung áp EVP ProtectiveCharacteristics ..............................89
1. Thông số kỹ thuật: .........................................................................................89
HVTH: Võ Thanh Âu
Trang x
Luan van
Luận Văn Thạc sĩ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
2. Thông số mơ hình..........................................................................................90
3. Kết quả mơ phỏng .........................................................................................90
4. Dạng sóng của mơ hình .................................................................................91
5. Biểu đồ đánh giá sai số..................................................................................96
6. Nhận xét : ......................................................................................................97
5.2.2. Chống sét van loại Type AZG2 Surge Arresters ..........................................98
1. Thông số kỹ thuật: .......................................................................................100
2. Thông sô mô hình........................................................................................100
3. Kết quả mơ phỏng .......................................................................................100
4. Dạng sóng của mơ hình .................................................................................98
5. Biểu đồ đánh giá sai số................................................................................100
6. Nhận xét : ....................................................................................................110
5.2.3. NHẬN XÉT CHUNG:................................................................................111
CHƢƠNG KẾT LUẬN ................................................................................................ 113
I.
KẾT LUẬN .......................................................................................................113
II.
HƢỚNG PHÁT TRIỂN TƢƠNG LAI .............................................................113
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................114
PHỤ LỤC ...................................................................................................................... 114
HVTH: Võ Thanh Âu
Trang xi
Luan van
Luận Văn Thạc sĩ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình
Trang
Hình 1.1: Chức năng phối hợp cách điện của chống sét van .......................... 12
Hình 1.2: Đặc tính điện trở phi tuyến của chống sét van MOV ..................... 16
Hình 1.3: So sánh đặc tính phi tuyến của phần tử SiC và MOV ................... 17
Hình 2.1: Cấu trúc của biến trở và đặc tính V-I ............................................ 21
Hình 2.2: Vi cấu trúc của ceramic .................................................................. 22
Hình 2.3: Sơ đồ cấu trúc của lớp biên tiếp giáp biến trở ZnO........................ 24
Hình 2.4: Chống sét van trung thế của Ohio Brass ........................................ 25
Hình 2.5: Mặt cắt cấu tạo của chống sét van ................................................. 25
Hình 2.6: Sơ đồ năng lƣợng tiếp giáp ZnO –biên –ZnO ............................... 27
Hình 2.7: Quan hệ điện thế rào với điện áp đặt vào ...................................... 27
Hình 2.8: Đặc tính V-I của MOV .................................................................. 28
Hình 2.9: Đáp ứng của biến trở ZnO xung tốc độ cao .................................. 29
Hình 2.10: Đáp ứng của biến trở tính đến điện cảm đầu dây nối với xung
dịng ................................................................................................................. 29
Hình 3.1: Mơ hình của IEEE ......................................................................... 32
Hình 3.2: Đặc tuyến đơn vị của phần tử phi tuyến A0 và A1 .......................... 34
Hình 3.3: Mơ hình của Pinceti ........................................................................ 35
Hình 3.4: Mơ hình P-K ................................................................................... 36
Hình 4.1: Quan hệ dịng điện –điện áp của mơ hình chống sét van .............. 41
Hình 4.2: Hộp thoại của mơ hình chống sét van ........................................... 41
Hình 4.3: Sơ đồ ngun lý của mơ hình ......................................................... 42
HVTH: Võ Thanh Âu
Trang xii
Luan van
Luận Văn Thạc sĩ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Hình 4.4: Mạch mơ phỏng phóng điện chống sét van của Matlab, dạng sóng
8/20µs – dịng 10kA ........................................................................................ 43
Hình 4.5: Sét đánh trực kiếp vào kim thu sét trên đỉnh cơng trình ................. 44
Hình 4.6: Sét đánh trực tiếp vào đƣờng dây trên khơng lân cận cơng trình ... 44
Hình 4.7: Dạng sóng 10/350 µs ...................................................................... 44
Hình 4.8: Sét đánh vào đƣờng dây trên khơng ở vị trí cách xa cơng trình ..... 45
Hình 4.9: Sét đánh gián tiếp cảm ứng vào cơng trình ..................................... 45
Hình 4.10: Dạng sóng 8/20 µs ....................................................................... 45
Hình 4.11: Dạng sóng xung khơng chu kỳ chuẩn........................................... 46
Hình 4.12: Dạng sóng xung gồm tổng của hai thành phần............................. 46
Hình 4.13: Đƣờng cong xác định tỉ số b/a ..................................................... 47
Hình 4.14: Đƣờng cong xác định tỉ số at1....................................................... 47
Hình 4.15: Đƣờng cong xác định tỉ số I1/I ..................................................... 48
Hình 4.16: Sơ đồ khối tạo nguồn phát xung ................................................... 49
Hình 4.17: Biểu tƣợng của mơ hình nguồn phát xung ................................... 49
Hình 4.18: Khai báo các thơng số u cầu ..................................................... 50
Hình 4.19: Sơ đồ mơ phỏng nguồn xung dịng ............................................... 51
Hình 4.20: Các thơng số nguồn xung dịng .................................................... 52
Hình 4.21: Dạng sóng nguồn xung dịng 8/20µs biên độ 3kA ....................... 52
Hình 4.22: Dạng sóng nguồn xung dịng 8/20µs biên độ 5 kA ...................... 53
Hình 4.23: Dạng sóng nguồn xung dịng 8/20µs biên độ 10 kA .................. 53
Hình 4.24: Dạng sóng nguồn xung dịng 8/20µs biên độ 20 kA ................... 54
Hình 4.25: Mạch tƣơng đƣơng mơ hình IEEE ............................................... 58
Hình 4.26:Đặc tuyến V-I của A0 và A1của mơ hình IEEE ............................. 59
Hình 4.27: Sơ đồ nguyên lý của phần tử phi tuyến A0 ................................... 60
HVTH: Võ Thanh Âu
Trang xiii
Luan van
Luận Văn Thạc sĩ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Hình 4.28: Mơ hình điện trở phi tuyếntheo IEEE .......................................... 61
Hình 4.29: Mơ hình MOV theo IEEE bằng Matlab ...................................... 62
Hình 4.30: Mơ hình MOV theo IEEE ............................................................. 62
Hình 4.31: Hộp thoại Mask Editor theo IEEE ................................................ 63
Hình 4.32: Thơng tin cho khối trong thanh Documentation theo IEEE ......... 64
Hình 4.33: Thơng tin cho khối trong thanh Prompt theo IEEE ...................... 65
Hình 4.34: Lệnh tính thơng số trong thanh Initialization theo IEEE.............. 66
Hình 4.35.Tạo biểu tƣợng cho mơ hình trong thanh Icon theo IEEE ............. 67
Hình 4.36: Biểu tƣợng chống sét van MOV theo IEEE ................................ 67
Hình 4.37: Hộp thoại của Distribution Arrester-MOV theo IEEE ................ 68
Hình 4.38: Sơ đồ mơ phỏng đáp ứng của MOV theo mơ hình IEEE ............. 69
Hình 4.39: Sơ đồ tƣơng đƣơng theo mơ hình Pinceti ..................................... 69
Hình 4.40: Sơ đồ nguyên lý của phần tử phi tuyến A0 theo Pinceti ............... 71
Hình 4.41: Mơ hình điện trở phi tuyến theo Pinceti ....................................... 71
Hình 4.42.Mơ hình MOV theo Pinceti theo Matlab ....................................... 72
Hình 4.43: Mơ hình khối MOV theo Pinceti ................................................. 73
Hình 4.44: Hộp thoại Mask Editor theo Pinceti ............................................. 73
Hình 4.45: Thơng tin cho khối trong thanh Documentation theo Pinceti ...... 74
Hình 4.46: Thơng tin cho khối trong thanh Prompt theo Pinceti ................... 75
Hình 4.47: Lệnh tính thơng số trong thanh Initializationtheo Pinceti ............ 75
Hình 4.48: Tạo biểu tƣợng cho mơ hình trong thanh Icontheo Pinceti ......... 76
Hình 4.49: Biểu tƣợng chống sét van MOVtheo Pinceti ............................... 76
Hình 4.50: Hộp thoại của Distribution Arrester-MOVtheo Pinceti .............. 77
Hình 4.51: Sơ đồ mô phỏng đáp ứng của MOV theo mơ hình Pinceti........... 77
Hình 4.52: Sơ đồ tƣơng đƣơng theo mơ hình P-K ......................................... 78
HVTH: Võ Thanh Âu
Trang xiv
Luan van
Luận Văn Thạc sĩ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Hình 4.53:Mơ hình MOV theo P-K ................................................................ 79
Hình 4.54: Mơ hình khối MOV theo P-K ....................................................... 79
Hình 4.55: Hộp thoại Mask Editor ................................................................. 80
Hình 4.56: Thơng tin cho khối trong thanh Documentation .......................... 80
Hình 4.57: Tạo thơng tin cho khối trong thanh Prompt.................................. 81
Hình 4.58: Nhập các lệnh tính thơng số trong thanh Initialization ............... 82
Hình 4.59: Tạo biểu tƣợng cho mơ hình trong thanh Icon ............................. 83
Hình 4.60: Biểu tƣợng chống sét van MOV .................................................. 83
Hình 4.61: Hộp thoại của Distribution Arrester-MOV................................... 87
Hình 4.62: Sơ đồ mơ phỏng đáp ứng của MOV theo mơ hình P-K ............... 88
Hình 5.1: Sơ đồ mơ hình mạch thử nghiệm điện áp dƣ của chống sét van
trung áp ............................................................................................................ 89
Hình 5.2: Điện áp dƣ của chống sét van EVP với điện áp 15kV, ứng với dòng
xung 8/20s- 3kA ............................................................................................ 91
Hình 5.3: Điện áp dƣ của chống sét van EVP với điện áp 15kV, ứng với dòng
xung 8/20s- 5kA ............................................................................................ 92
Hình 5.4: Điện áp dƣ của chống sét van EVP với điện áp 15kV, ứng với dòng
xung 8/20s- 10kA .......................................................................................... 92
Hình 5.5: Điện áp dƣ của chống sét van EVP với điện áp 15kV, ứng với dòng
xung 8/20s- 20kA .......................................................................................... 93
Hình 5.6: Điện áp dƣ của chống sét van EVP với điện áp 18kV, ứng với dòng
xung 8/20s- 3kA ............................................................................................ 93
Hình 5.7: Điện áp dƣ của chống sét van EVP với điện áp 18kV, ứng với dòng
xung 8/20s- 5kA ............................................................................................ 94
Hình 5.8: Điện áp dƣ của chống sét van EVP với điện áp 18kV, ứng với dòng
xung 8/20s- 10kA .......................................................................................... 94
HVTH: Võ Thanh Âu
Trang xv
Luan van
Luận Văn Thạc sĩ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Hình 5.9: Điện áp dƣ của chống sét van EVP với điện áp 18kV, ứng với dịng
xung 8/20s- 20kA .......................................................................................... 95
Hình 5.10: Biểu đồ sai số của điện áp dƣ của chống sét van hãng Ohios Brass,
điện áp 15kV, ứng với dòng xung 8/20s ....................................................... 95
Hình 5.11: Biểu đồ sai số của điện áp dƣ của chống sét van hãng Ohios Brass,
điện áp 18kV, ứng với dịng xung 8/20s ....................................................... 96
Hình 5.12: Điện áp dƣ của chống sét van AZG2 với điện áp 15kV, ứng với
dịng xung 8/20s -3kA ................................................................................... 98
Hình 5.13: Điện áp dƣ của chống sét van AZG2 với điện áp 15kV, ứng với
dịng xung 8/20s -5kA ................................................................................... 99
Hình 5.14: Điện áp dƣ của chống sét van AZG2 với điện áp 15kV, ứng với
dịng xung 8/20s-10kA .................................................................................. 99
Hình 5.15: Điện áp dƣ của chống sét van AZG2 với điện áp 15kV, ứng với
dịng xung 8/20s -20kA .............................................................................. 100
Hình 5.16: Điện áp dƣ của chống sét van AZG2 với điện áp 18kV, ứng với
dịng xung 8/20s -3kA ................................................................................ 100
Hình 5.17: Điện áp dƣ của chống sét van AZG2 với điện áp 18kV, ứng với
dịng xung 8/20s -5kA ................................................................................ 101
Hình 5.18: Điện áp dƣ của chống sét van AZG2 với điện áp 18kV, ứng với
dịng xung 8/20s -10kA .............................................................................. 101
Hình 5.19: Điện áp dƣ của chống sét van AZG2 với điện áp 18kV, ứng với
dịng xung 8/20s- 20kA .............................................................................. 102
Hình 5.20: Biểu đồ sai số của điện áp dƣ chống sét van của hãng Cooper, điện
áp 15kV, ứng với dòng xung 8/20s ............................................................ 102
Hình 5.21: Biểu đồ sai số của điện áp dƣ chống sét van của hãng Cooper, điện
áp 18kV, ứng với dòng xung 8/20s ............................................................ 103
HVTH: Võ Thanh Âu
Trang xvi
Luan van
Luận Văn Thạc sĩ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng
Trang
Bảng 4.1: Quan hệ i=f(u) đặc tuyến V-I của A0 và A1 mơ hình IEEE ....... 59
Bảng 4.2: Quan hệ i=f(u) đặc tuyến V-I của A0 và A1 mơ hình Pinceti .... 70
Bảng 5.1: Thông số kỹ thuật của hãng OHIOS BRASS ............................. 90
Bảng 5.2: Kết quả mô phỏng hãng OHIOS BRASS của các mơ hình ....... 91
Bảng 5.3: Thơng số kỹ thuật của hãng COOPER ....................................... 97
Bảng 5.4: Kết quả mơ phỏng hãng COOPER của các mơ hình ................. 98
HVTH: Võ Thanh Âu
Trang xvii
Luan van
Luận Văn Thạc sĩ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
CHƢƠNG MỞ ĐẦU
TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
I.
Theo ƣớc tính của các nhà chuyên môn, trên khắp mặt địa cầu, cứ mỗi giây, có
khoảng 100 lần sét đánh xuống mặt đất. Sét khơng những có thể gây thƣơng vong
cho con ngƣời mà cịn có thể phá hủy những tài sản của con ngƣời nhƣ các cơng
trình xây dựng, cơng trình cung cấp năng lƣợng, hoạt động hàng không, các thiết bị
dùng điện, các Đài Truyền thanh – Truyền hình, các hệ thống thơng tin liên lạc…
Việt Nam là một nƣớc nằm trong khu vực nhiệt đới ẩm, khí hậu Việt Nam rất
thuận lợi cho việc phát sinh, phát triển của dông sét. Số ngày dơng 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 là 433,18 giờ tại Mộc Hóa. Sét có cƣờng độ mạnh ghi
nhận đƣợc bằng dao động ký tự động có biên độ Imax = 90,67kA (Số liệu của Viện
Nghiên Cứu Sét Gia Sàng Thái Nguyên).
Hàng năm, ngành điện Việt Nam có khoảng vài ngàn sự cố, 50% trong số đó là
do sét gây ra. Đặc biệt ngày 4/6/2001, sét đánh nổ một máy cắt 220 KV của Nhà
máy Thủy điện Hịa Bình. Sự cố đã khiến lƣới điện miền Bắc bị tan rã mạch, nhiều
nhà máy điện bị tách ra khỏi hệ thống.
Mọi thiết bị điện khi lắp đặt vào lƣới điện đều đƣợc lựa chọn dựa vào điện áp
định mức của lƣới điện mà thiết bị đƣợc 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, bởi vì quá điện áp này rất lớn dễ dàng gây
ra phóng điện đánh thủng cách điện và phá hủy thiết bị, ảnh hƣởng đến tồn hệ
thống. Do đó để bảo vệ cách điện của thiết bị đƣợc đấu vào hệ thống điện khỏi
các tác hại quá điện áp sét, mô hình chống sét van đƣợc sử dụng, việc nghiên cứu
về các phƣơng pháp, thiết bị chống sét đánh trực tiếp hay lan truyền trên lƣới điện
luôn luôn cần thiết và quan trọng để lựa chọn thiết bị bảo vệ phù hợp.
HVTH: Võ Thanh Âu
Trang 1
Luan van
Luận Văn Thạc sĩ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Đặc biệt trong những năm gần đây với sự gia tăng sử dụng các trang thiết bị
điện tử công suất trên lƣới phân phối nhƣ thiết bị bù trơn, thiết bị Scada, bộ UPS, bộ
bù bằng Thyristor, bộ lọc sóng hài .. Các thiết bị này rất nhạy cảm với sự thay đổi
của điện áp và có độ dự trữ cách điện rất thấp. Vì thế cần phải tính tốn lựa chọn và
kiểm tra các thiết bị chống sét một cách chính xác để tránh xảy ra hƣ hỏng cho các
thiết bị này.
Nhöng cho đến nay việc mô hình hoá và mô phỏng các thiết bị chống sét lan
truyền trong các thiết bị dùng điện ở Việt Nam hầu như còn bỏ ngỏ, ngay cả ở
các trường đại học lớn các phần mềm mô phỏng và tài liệu tham khảo rất ít ỏi và
hạn chế. Một trong các khó khăn khi tiến hành mô phỏng các phần tử là hiện các
mô hình chưa có hay nếu có thì được giữ bản quyền bởi các hãng sản xuất thiết bị
chống sét lan truyền nước ngoài, cũng như máy phát xung sét chuẩn.
Nghiên cứu chống sét đánh lan truyền từ đƣờng dây vào trạm biến áp hay cảm
ứng trên đƣờng dây tải điện cũng đóng một vai trò rất quan trọng trong việc lựa
chọn thiết bị bảo vệ cho phù hợp.
Để thực hiện bảo vệ chống sóng truyền vào trạm biến áp, trong hệ thống điện
chúng ta dùng rất nhiều chống sét van, do thiết bị chống sét là thiết bị phi tuyến, cho
nên việc đánh giá các đáp ứng ngõ ra ứng với các dạng xung sóng sét lan truyền từ
đƣờng dây vào trạm theo phƣơng pháp truyền thống gặp nhiều khó khăn. Phƣơng
pháp hiệu quả để thực hiện việc đánh giá một cách trực quan là mơ hình hóa và tiến
hành mơ phỏng đáp ứng của chúng.
Hiện nay, cũng có nhiều nhà nghiên cứu và một số nhà sản xuất thiết bị chống
sét lan truyền trên đƣờng dây trung thế đã đi sâu nghiên cứu và đề ra mơ hình thiết
bị chống sét lan truyền với mức độ chi tiết và quan điểm xây dựng mơ hình khác
nhau. Tuy nhiên, tùy thuộc vào phạm vi ứng dụng của mỗi mơ hình, và các u cầu
về mức độ tƣơng đồng giữa mơ hình và ngun mẫu mà các phƣơng pháp xây dựng
mơ hình và mô phỏng các phần tử chống sét lan truyền vẫn còn tiếp tục nghiên cứu
HVTH: Võ Thanh Âu
Trang 2
Luan van
Luận Văn Thạc sĩ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
và phát triển. Hơn nữa, vấn đề khó khăn trong xây dựng mơ hình là xác định các
thơng số của mơ hình mà các thông số đƣợc cho trong catalogue của nhà chế tạo
thƣờng không đầy đủ.
Một số phần mềm mô phỏng cũng đã hỗ trợ xây dựng mơ hình các thiết bị
chống sét.Tuy nhiên, mơ hình này thƣờng chỉ phù hợp đối với thiết bị của một nhà
sản xuất nào đó, khơng thể là đại diện cho tất cả thiết bị chống sét của mọi nhà chế
tạo và với các cấp điện áp khác nhau.
Xuất phát từ những thực tế trên, đề tài: “Xây dựng và đánh giá các mơ hình
chống sét van trung áp” đi sâu vào nghiên cứu mơ hình thiết bị chống sét van cấp
trung thế dạng MOV, lập mơ hình và mơ phỏng với phần mềm rất thơng dụng là
Matlab với mong muốn có thể xây dựng đƣợc mơ hình thiết bị chống sét van của
hầu hết các nhà chế tạo chỉ với các thông số đƣợc cung cấp từ catalogue của các nhà
chế tạo. Đề tài hy vọng sẽ cung cấp một công cụ mô phỏng hữu ích với phần mềm
thông dụng Matlab cho các nhà nghiên cứu, các kỹ sƣ, sinh viên… Vì đặc tính
động của chống sét van, chúng chƣa thể mô phỏng bằng sử dụng điện trở phi
tuyến tính. Do đó, một số mơ hình đƣợc đề xuất cho mơ phỏng các đặc tính động
của chống sét van. Mơ hình IEEE và mơ hình pinceti…là các mơ hình chính mà
đề xuất để mơ phỏng các đặc tính động của chống sét van, để xác định các thơng
số chống sét van , một thuật tốn mới đã đƣợc đề xuất và so sánh giữa các mơ
hình IEEE và mơ hình Pinceti, mơ hình P-K.
NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI
II.
-
Nghiên cứu phối hợp cách điện, so sánh ƣu nhƣợc điểm của một số loại chống
sét van.
-
Nghiên cứu cấu tạo và tính năng kỹ thuật của thiết bị chống sét van MOV.
-
Nghiên cứu các mơ hình chống sét van MOV phụ thuộc tần số.
-
Cải tiến mơ hình chống sét van trong Matlab
-
Xác định các thông số chống sét bằng cách đƣa ra một thuật toán mới đã
đƣợc đề xuất so sánh giữa các mơ hình.
HVTH: Võ Thanh Âu
Trang 3
Luan van
Luận Văn Thạc sĩ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
III. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
-
Nghiên cứu bảo vệ quá điện áp của chống sét van.
-
Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý làm việc của chống sét van MOV.
-
Nghiên cứu các mơ hình chống sét van phụ thuộc tần số.
-
Mơ hình hóa và mô phỏng chống sét van dạng MOV bằng Simulink trong
Matlab.
-
Xác định các thơng số của các mơ hình
-
Kiểm chứng, đánh giá độ chính xác của các mơ hình.
IV. CÁC BƢỚC TIẾN HÀNH
-
Nghiên cứu phần mềm hỗ trợ Matlab.
-
Nghiên cứu các tiêu chuẩn lựa chọn chống sét trên lƣới trung thế.
-
Nghiên cứu cấu tạo thiết bị chống sét van kiểu biến trở ơxít kim loại (MOV).
-
Thu thập tài liệu và nghiên cứu các mơ hình chống sét dạng MOV.
-
Lập mơ hình các phần tử của thiết bị chống sét dạng MOV.
-
Lập mơ hình thiết bị phát xung sét tiêu chuẩn.
-
Thực thi mơ hình.
-
Đánh giá mơ hình.
TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI
V.
-
Nghiên cứu đặc tính đáp ứng động (hay phụ thuộc tần số) của chống sét van
dùng trong nghiên cứu phối hợp cách điện.
-
Lập mơ hình bộ chống sét van MOV đạt mức độ chính xác theo các thơng số
kỹ thuật của nhà sản xuất.
-
Đƣa ra thuật tốn mới so sánh các mơ hình chống sét van MOV.
VI. TÍNH THỰC TIỄN
-
Là một cơng cụ rất hữu ích để phân tích các thí nghiệm về sét đánh cảm ứng.
-
Là công cụ rất quan trọng trong việc xem xét phối hợp cách điện và nghiên
cứu xung đầu dốc.
-
Với phần mềm Matlab rất quen thuộc và thơng dụng sẽ giúp ích cho việc
nghiên cứu và phục vụ giảng dạy cho các giáo viên, sinh viên ngành điện.
HVTH: Võ Thanh Âu
Trang 4
Luan van
Luận Văn Thạc sĩ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
VII. NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI
Chƣơng : Mở Đầu.
Chƣơng 1: Các đặc tính kỹ thuật của chống sét van.
Chƣơng 2: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của chống sét van MOV.
Chƣơng 3: Các mơ hình chống sét van.
Chƣơng 4: Xây dựng các mơ hình mơ phỏng chống sét van MOV bằng Matlab.
Chƣơng 5: Mơ phỏng so sánh các mơ hình chống sét van trung áp của các nhà
sản xuất
Chƣơng 6: Kết Luận
VIII. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Đề tài sử dụng các phƣơng pháp sau:
-
Phƣơng pháp nghiên cứu tài liệu: là phƣơng pháp đóng vai trị chủ đạo.Sử
dụng các tài liệu có sẵn, các tài liệu trên internet, các bài báo khoa học, … Để
phục vụ cho để tài nghiên cứu này
-
Phƣơng pháp chuyên gia: là phƣơng pháp đóng vai trị bổ trợ. Tham khảo ý
kiến của các giáo viên hƣớng dẫn, các giảng viên và các chuyên gia trong lĩnh
vực chống sét.
-
Phƣơng pháp mơ hình hóa: Sử dụng phần mềm Matlab và mơ phỏng chống
sét van dƣới tác dụng của các dạng xung sét không chu kỳ.
-
Phƣơng pháp tổng hợp: Là phƣơng pháp đóng vai trị bổ trợ. Tổng hợp các
ý kiến để đƣa ra các kết luận về những vấn đề đang tìm hiểu, từ đó hồn thành
nội dung, u cầu của để tài này.
HVTH: Võ Thanh Âu
Trang 5
Luan van
Luận Văn Thạc sĩ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Chương 1
CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA CHỐNG SÉT
VAN
1.1.
ĐẶT VẤN ĐỀ
Mọi thiết bị điện khi lắp đặt đều đƣợc dự kiến đƣa vào vận hành lâu dài ở một
cấp điện áp nào đó và thƣờng đƣợc lựa chọn dựa trên điện áp định mức của lƣới
điện mà thiết bị đó đƣợc đấu nối vào. Tuy nhiên, trong thực tế vận hành, đôi lúc lại
xảy ra quá điện áp tạm thời do nhiều nguyên nhân gây ra, có thể là do các sự cố
chạm đất, do thao tác, do sét. Trong đó quá điện áp do sét là nguy hiểm nhất, bởi vì
quá điện áp này rất lớn gây phóng điện đánh thủng cách điện và phá hủy thiết bị.
Có ba yếu tố quan trọng nhƣ nhau có liên quan đến việc bảo vệ quá áp: thiết kế
tổng quan lƣới điện, cấp độ cách điện xung cơ bản (BIL) của thiết bị (máy biến áp,
bộ điều áp, dàn tụ bù,…) trên lƣới, thiết bị bảo vệ (chống sét van, dây chống sét).
Khả năng cách điện của hệ thống cơ bản đƣợc xác định bởi đặc tính kỹ thuật
của các bộ phận sử dụng (cực cách điện, dây dẫn,v.v..) cộng với cấu trúc, khoảng
cách và tất cả các hệ số khác bao gồm trong việc thiết kế hệ thống. Cách điện của
một hệ thống phải chịu đƣợc điện áp tần số nguồn liên tục trong nhiều năm với
nhiều điều kiện khí quyển.Để đảm bảo tính hợp nhất dài hạn của hệ thống, phải thiết
kế cho lƣới điện chịu đƣợc điện áp cao hơn mức bình thƣờng. Tuy nhiên, về mặt
kinh tế cũng khó thực hiện đƣợc lƣới điện có khả năng chịu đƣợc điện áp cao nhƣ
khi có quá áp quá độ.
Tƣơng tự cấp cách điện của thiết bị phân phối đƣợc thiết kế để chịu đƣợc điện
áp cao hơn bình thƣờng một chút. Phƣơng pháp này có hiệu quả đến một mức nào
đó, nhƣng sẽ nhanh chóng đến một giai đoạn mà khơng thể thêm chi phí để tạo cấp
cách điện BIL cao hơn đƣợc nữa vì khơng khả thi về kinh tế.
HVTH: Võ Thanh Âu
Trang 6
Luan van
