Hcmute xác định vị trí chống sét van trên cơ sở giảm rủi ro hư hỏng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ÐỀ TÀI KH&CN CẤP TRUỜNG TRỌNG ÐIỂM

XÁC ÐỊNH VỊ TRÍ CHỐNG SÉT VAN
TRÊN CƠ SỞ GIẢM RỦI RO HƯ HỎNG

MÃ SỐ: T2013-01TÐ

S K C0 0 4 3 0 9

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 - 2013

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM

XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ CHỐNG SÉT VAN
TRÊN CƠ SỞ GIẢM RỦI RO HƯ HỎNG
MÃ SỐ: T2013-01TĐ

Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Quyền Huy Ánh

Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2013

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
---o0o---

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM

XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ CHỐNG SÉT VAN
TRÊN CƠ SỞ GIẢM RỦI RO HƯ HỎNG
Mã số: T2013-01TĐ

Chủ nhiệm đề tài: PGS-TS Quyền Huy Ánh

TP. HCM, 12/2013

Luan van


DANH SÁCH THÀNH VIÊN VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH
1. PGS.TS. Quyền Huy Ánh, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM, CN đề tài.
2. ThS. Lê Quang Trung, Cao đẳng nghề Lilama, đơn vị phối hợp chính.

i

Luan van


MỤC LỤC
Trang
Trang bìa phụ ........................................................................................................... i
Danh sách những thành viên tham gia NCĐT và đơn vị phối hợp chính ................ ii
Mục lục ................................................................................................................... iii
Danh mục bảng biểu..................................................................................................1
Danh mục các chữ viết tắt .........................................................................................2
Danh mục hình vẽ .....................................................................................................3
Thơng tin kết quả nghiên cứu bằng tiếng Việt và tiếng Anh ....................................6
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 10
0.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước ............................. 10
0.2 Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................. 10
0.3 Mục tiêu của đề tài .................................................................................... 11
0.4 Cách tiếp cận .............................................................................................. 11
0.5 Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 11
0.6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................ 11
0.7 Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 11
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP LẮP ĐẶT
CHỐNG SÉT VAN
1.1. Các phương pháp lựa chọn vị trí lắp đặt chống sét van ................................... 13
1.2. Nhận xét............................................................................................................ 23
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ TÍNH TỐN ....................................................................... 24
2.1. Rủi ro hư hỏng .................................................................................................. 24
2.2. Logic mờ........................................................................................................... 29
2.3. Mô phỏng bằng SimPowerSystem ................................................................... 31

ii

Luan van


CHƯƠNG 3: CẤU HÌNH MẠNG ĐIỆN ...........................................................33
3.1. Các cấu hình trạm biến áp ...............................................................................33
3.2. Mơ hình các phần tử của mạng ........................................................................34
3.3. Mơ hình mạng điện cần mơ phỏng...................................................................39
CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP & CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN ..............42
4.1. Đặc tính ngẫu nhiên của xung sét ....................................................................42
4.2. Tiêu chí bảo vệ .................................................................................................43
4.3. Sơ đồ khối chương trình ...................................................................................44
4.4. Chương trình tính toán FUPOSAR ..................................................................54
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN ....................................................................................61
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................62
PHỤ LỤC ………………………………………………………………………...63
Phụ lục A. Phần code Matlab giao diện chính chương trình FUPOSA
dưới dạng file.m.
Phụ lục B. Phần code Malab chương trình tính rủi ro cho cấu hình một máy
biến áp dưới dạng file.m.
Phụ lục C. Phần code Malab chương trình tính rủi ro cho cấu hình hai máy biến
áp dưới dạng file.m.
Phụ lục D. Hợp đồng triển khai nhiệm vụ khoa học và công nghệ cấp trường
trọng điểm năm 2013, số T2013-01TĐ/KHCN-GV
Phụ lục E. Bài báo đăng trên tạp chí Phát triển Khoa học và Cơng nghệ, Đại
học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, tập 15, số K2/2012

iii

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2013-01TĐ

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Trang
Bảng 1.1 Điện áp cực đại trên máy biến áp được bảo vệ bằng chống sét van

16

Bảng 1.2 Mức cách điện cơ bản (BIL) và mức điện áp bảo vệ của
chống sét van (Up) hiện đại với Up = 4pu

20

Bảng 1.3 Độ dốc và giá trị điện áp phóng điện của cách điện đường dây
trên không

20

Bảng 1.4 Chiều dài cho phép lớn nhất Dk của đoạn cáp với một bên bảo
vệ thiết bị chống sét.

21

Bảng 1.5 Khoảng cách phân cách tối đa cho phép chống sét giữa cáp và
máy biến áp ở Hình 1.8 với b = 0. Hai chống sét van nối hai
đầu cáp, tại MBA khơng có chống sét van

22

Bảng 3.1: Các dạng sóng tiêu chuẩn

38

Bảng 4.1 : Luật mờ của bộ ra quyết định mờ xác định vị trí lắp đặt
chống sét van

53

PGS-TS Quyền Huy Ánh

1

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2013-01TĐ

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BIL:

Basic Insulation Level

MOV:

Metal Oxide Varistor

AI:

Artificial Intelligence

FDCL:

Fuzzy Dependency and Command Language

MIQ:

Machine Intelligence quotient

MBA :

Máy biến áp

CSV :

Chống sét van

PGS-TS Quyền Huy Ánh

2

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2013-01TĐ

DANH MỤC HÌNH VẼ
HÌNH

TRANG

Hình 1.1 Mơ hình Petersen bảo vệ trạm

13

Hình 1.2 Sơ đồ bảo vệ trạm có xét đến khoảng cách phân cách

14

Hình 1.3 Mơ hình Benoit de Metz-Noblat đường dây và trạm biến áp

15

Hình 1.4 Sóng tới và sóng phản xạ khi trạm biến áp có chống sét van

16

Hình 1.5 Điện áp trên trên đường dây được bảo vệ bởi chống sét van theo
thời gian (trường hợp 1 và 2 ở Bảng 1.1).

17

Hình 1.6 Quá áp cực đại tại đầu cực máy biến áp (B) theo thời gian 
(trường hợp 2 ở Bảng 1.1)

18

Hình 1.7 Quá điện áp ở cuối đường dây

19

Hình 1.8 Trạm biến áp được kết nối với cáp ngầm

21

Hình 2.1: Dạng sóng hàm mật độ xác suất xuất hiện quá áp, hàm xác suất
phóng điện đánh thủng và rủi ro hư hỏng

24

Hình 2.2: Lưu đồ tính tốn rủi ro hư hỏng

26

Hình 2.3 Đặc tuyến giữa hệ số phối hợp thống kê và rủi ro hư hỏng

27

Hình 2.4: Đặc tuyến của hàm xác suất phóng điện đánh thủng P(V) theo số
lượng các lớp cách điện đồng tâm

28

Hình 2.5: Lưu đồ tính tốn rủi ro hư hỏng bằng phương pháp đồ thị

28

Hình 3.1: Cấu hình trạm một máy biến áp

33

Hình 3.2: Cấu hình trạm hai máy biến áp

34

Hình 3.3: Mơ hình hình PI cho đường dây.

35

Hình 3.4 : Các tham số có thể lựa chọn của một mơ hình hình PI

35

PGS-TS Quyền Huy Ánh

3

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2013-01TĐ

Hình 3.5 : Mơ hình tổng trở đặc tính

36

Hình 3.6 : Mơ hình tổng trở đặc tính đơn giản

36

Hình 3.7 : Đặc tuyến V-I của chống sét van

37

Hình 3.8 : Các thơng số có thể lựa chọn của chống sét van

37

Hình 3.9: Dạng xung sét tiêu chuẩn

38

Hình 3.10: Thơng số của mơ hình nguồn phát xung sét

39

Hình 3.11. Mơ hình cho trạm một máy biến áp

39

Hình 3.12 Mơ hình trạm hai máy biến áp khi chống sét van nằm trên
những đoạn cáp ngầm khác nhau

40

Hình 3.13 Mơ hình trạm hai máy biến áp khi sử dụng hai chống sét van.

41

Hình 4.1: Xác suất xuất hiện một xung sét có đại lượng ngẫu nhiên lớn hơn
một giá trị xác định

43

Hình 4.2: Phân phối giá trị các biến ngẫu nhiên

43

Hình 4.3: Lưu đồ tính tốn bảo vệ theo rủi ro trung bình cho cấu hinh một
máy biến áp

46

Hình 4.4: Lưu đồ sử dụng một chống sét van để bảo vệ cho trạm hai máy
biến áp

48

Hình 4.5: Lưu đồ sử dụng hai chống sét van để bảo vệ cho trạm hai máy
biến áp

49

Hình 4.6 Sơ đồ khối chương trình máy tính xác định vị trí lắp đặt chống sét
van sử dụng logic mờ theo tiêu chuẩn rủi ro cho phép

50

Hình 4.7 Lưu đồ chương trình tính tốn

51

Hình 4.8:Cấu tạo bộ quyết định mờ xác định vị trí chống sét van

52

Hình 4.9: Các biến ngơn ngữ của ngõ vào sai số rủi ro hư hỏng ở lần lặp
thứ (k)

53

PGS-TS Quyền Huy Ánh

4

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2013-01TĐ

Hình 4.10: Các biến ngôn ngữ của ngõ vào độ dịch chuyển của chống sét
van ở lần lặp thứ (k)

53

Hình 4.11 Các biến ngơn ngữ của ngõ ra độ dịch chuyển của chống sét van

ở lần lặp thứ (k+1)

54

Hình 4.12 : Giao diện chính chương trình tính tốn vị trí lắp đặt chống sét
van

54

Hình 4.13 Chương trình tính tốn bảo vệ cho trạm một chống sét van

55

Hình 4.14 Giao diện chương trình tính tốn vị trí chống sét van cho cấu
hình trạm hai máy biến áp

57

Hình 4.15 Rủi ro hư hỏng tại máy biến áp và tại điểm nối giữa đường dây
trên không và cáp ngầm

58

Hình 4.16 Rủi ro hư hỏng tại các vị trí khi sử dụng một chống sét van bảo
vệ trạm hai máy biến áp

59

Hình 4.17 Rủi ro hư hỏng tại các vị trí khi sử dụng hai chống sét van bảo
vệ trạm hai máy biến áp

60

PGS-TS Quyền Huy Ánh

5

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2013-01TĐ

THÔNG TIN- KẾT QUẢ
1. Thơng tin chung
Tên đề tài: Xác định vị trí chống sét van trên cơ sở giảm rủi ro hư hỏng.
Mã số: T2013-01TĐ
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
Cơ quan chủ trì: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh
Thời gian thực hiện: T2-2013  T12/ 2013
2. Mục tiêu
 Nghiên cứu các phương pháp bảo vệ máy biến áp mạng phân phối.
 Nghiên cứu phương pháp tính tốn rủi ro hư hỏng tại các vị trí trong mạng
điện sử dụng kỹ thuật logic mờ.
 Xây dựng một chương trình xác định vị trí hợp lý của chống sét van.
3. Tính mới và sáng tạo
 Sử dụng thơng số đánh giá mới là rủi ro hư hỏng để tính tốn vị trí đặt chống
sét van trong trạm biến áp bằng các tiêu chí: Rủi ro hư hỏng trung bình là
nhỏ nhất và rủi ro tại mọi nút đều nhỏ hơn rủi ro cho phép.
 Áp dụng kỹ thuật mô phỏng để xác định điện áp lớn nhất tại các vị trí trong
trạm.

4. Kết quả nghiên cứu
 Đề xuất phương pháp cải tiến xác định vị trí lắp đặt hợp lý của chống sét van
bảo vệ trạm biến áp phân phối với các cấu hình khác nhau bằng cách đánh
giá rủi ro hư hỏng của các vị trí quan trọng trong trạm kết hợp kỹ thuật logic
mờ có xét tới các yếu tố như: điện kháng và điện dung của dây dẫn và phân
phối thống kê của các thông số ngẫu nhiên của xung sét .

PGS-TS Quyền Huy Ánh

6

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2013-01TĐ

 Chương trình FUPOSA giúp người sử dụng thuận tiện trong việc xác định
khoảng cách phân cách hợp lý, và số lượng chống sét van cần thiết để rủi ro
hư hỏng tại các vị trí nhỏ hơn rủi ro hư hỏng cho phép.
5. Sản phẩm
 01 bài báo đăng trên tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ, Đại học
Quốc gia Tp HCM, Vol 15, Số 2/2012.
 Đào tạo một thạc sỹ Ngành Kỹ thuật điện: Nguyễn Mạnh Hùng, khóa 20082011.
 Chương trình FUPOSAR được xây dựng, giúp người sử dụng dễ dàng xác
định vị trí lắp đặt hợp lý chống sét van với các cấu hình trạm điện có sẵn.
6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp
dụng
 Cơng bố 1 bài báo trên tạp chí chuyên ngành.
 Đào tạo 1 thạc sỹ ngành “ Mạng, thiết bị và nhà máy điện”
Trưởng Đơn vị

Chủ nhiệm đề tài

(ký, họ và tên)

(ký, họ và tên)

PGS-TS Quyền Huy Ánh

7

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2013-01TĐ

RESULT INFORMATION
1 General information
Project title: Determine the positions of lightning arresters, based on reducing

the damage risk of failure.
Code number: T2013-01TD
Coordinator: Associate Professor Quyen Huy Anh
Implementing institution: University of Technical Education Ho Chi Minh
city
Duration: from March, 2012 to Dec, 2013
2 Objective
 Research the methods to protect transformers of distribution network.
 Research the method to calculate the damage risk in the positions of power
networks using fuzzy logic techniques.

 Develop a program to identify the reasonable location of lightning arrester.
3 Creativeness and innovativeness
 Using the new parameters of damage risk assessment to calculate the location
of lightning arrester in substation with the following criteria: the average
damage risk is minimal and the risks at every node are smaller permissive
risks.
 Applying the simulation techniques to determine the maximum voltage at the
substation location.
4 Research result
 Propose innovative approach to calculate the location of lightning arresters
which protect transformers with different configurations by evaluating the
damage risk of the important positions in the substation, combining fuzzy
logic techniques taking into account factors such as: electrical inductance and
capacitance of the conductor and the statistical distribution of the random
parameters of surge impulse.

PGS-TS Quyền Huy Ánh

8

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2013-01TĐ

 Program FUPOSA help the users in identifying appropriate separation
distances, and the number of lightning arrester needed to the damage risk at
locations smaller the allowed risk damage.
5 Products
 01 paper on Science and Technology Development Journal, National

University Hochiminh City, Vol 15, No 2/2012.
 Training one mater of electrical engineering: Mr. Nguyen Manh Hung, School
Year 2008-2011.
 Construct a FUPOSAR computer program to help the users easily calculate
the proper location of lightning arrester with the exciting station configuration.
6 Effects, transfer alternatives of research results and applicability
 Announcement of an article on Science and Technology Development Journal,
National University Hochiminh City, Vol 14, No 4/2011.
 Training a master of electrical engineering.

Dean of faculty

Coordinator

PGS-TS Quyền Huy Ánh

9

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2013-01TĐ

MỞ ĐẦU
0.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước
Một số nghiên cức trong nước [1, 2] xác định vị trí chống sét van nhằm đảm bảo
thời gian giữa hai lần hư hỏng dựa theo các yếu tố ảnh hưởng như hệ số che chắn,
mật độ sét khu vực, giá trị điện cảm của đường dây. Phương pháp này giả sử vận
tốc truyền sóng bằng vận tốc ánh sáng và tiêu chí để đánh giá bảo vệ là khoảng thời
gian giữa hai lần hư hỏng.

Một số nghiên nước ngoài [4] sử dụng chỉ tiêu rủi ro hư hỏng để đánh giá mức
bảo vệ. Theo đó một hàm mục tiêu về rủi ro hư hỏng trung bình cho tất cả các vị trí
quan trọng trong mạng điện được thành lập và vị trí chống sét van được chọn là vị
trí làm cho giá trị trung bình đó nhỏ nhất. Giải thuật này chỉ tìm được những cực trị
địa phương chứ khơng thể tìm được giá trị nhỏ nhất cho tất cả các trường hợp. Vì
vậy, một phương pháp được đề nghị là giá trị rủi ro hư hỏng sẽ được khảo sát trên
khắp đoạn cáp ngầm một cách sơ bộ để tìm vị trí có cực tiểu tồn cục. Sau đó, sẽ
tiến hành việc hiệu chỉnh.
0.2. Tính cấp thiết của đề tài
Mục tiêu cơ bản của các bảo vệ quá áp trong hệ thống điện là tránh các hư hỏng
cách điện, ngừng làm việc hoặc hư hỏng thiết bị. Hiện nay thường sử dụng chống
sét van MOV không khe hở để bảo vệ quá áp do sét trên lưới phân phối, đặc biệt là
bảo vệ MBA. Trong đó, khoảng cách giữa thiết bị chống sét van và đầu cực cao áp
của máy biến áp là hết sức quan trọng. Bởi vì chống sét van cịn phải bảo vệ cho
tồn bộ cách điện của trạm. Cho nên trong trường hợp tổng quát này, giữa chống sét
van và đầu cực máy biến áp cần có một khoảng cách phân cách.
Trong các nghiên cứu gần đây, giá trị điện áp dư do sét và khoảng thời gian hư
hỏng của thiết bị thường được sử dụng để đánh giá hiệu quả bảo vệ. Khi quan tâm
đến yếu tố kinh tế và kỹ thuật cần tính tốn được rủi ro hư hỏng, phân phối thống kê
của điện áp cực đại xuất hiện tại các vị trí quan trọng. Xuất phát từ những yêu cầu

PGS-TS Quyền Huy Ánh

10

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2013-01TĐ

thực tế này, đề tài “Xác định vị trí chống sét van trên cơ sở giảm rủi ro hư hỏng” đi
sâu vào nghiên cứu tính tốn và xây dựng chương trình để xác định vị trí đặt chống
sét van cấp trung thế dạng MOV cho nhiều loại cấu hình trạm biến áp khác nhau.
0.3. Mục tiêu của đề tài
1. Nghiên cứu các phương pháp bảo vệ máy biến áp mạng phân phối.
2. Nghiên cứu phương pháp tính tốn rủi ro hư hỏng tại các vị trí trong mạng
phân phối điện sử dụng kỹ thuật logic mờ.
3. Xây dựng một chương trình xác định vị trí lắp đặt hợp lý của chống sét van.
0.4. Cách tiếp cận
1. Sử dụng thông số đánh giá mới là rủi ro hư hỏng để tính tốn vị trí lắp đặt
chống sét van trong trạm biến áp phân phối với các tiêu chí: Rủi ro hư hỏng
trung bình là nhỏ nhất và rủi ro tại mọi nút đều nhỏ hơn rủi ro cho phép.
2. Áp dụng kỹ thuật mô phỏng để xác định điện áp lớn nhất tại các vị trí trong
trạm.
0.5. Phương pháp nghiên cứu
Tham khảo tài liệu, giải tích, tổng hợp, logic mờ, mơ hình hóa và mơ phỏng.
0.6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Xác định vị trí lắp đặt hợp lý của chống sét van trên cơ sở giảm rủi ro hư hỏng.
0.7. Nội dung nghiên cứu
Chương 1: Tổng quan về các phương pháp xác định vị trí lắp đặt chống sét van
Chương 2: Cơ sở tính tốn
Chương 3: Cấu hình mạng điện
Chương 4: Phương pháp & Chương trình tính tốn
Chương 5: Kết luận
Tài liệu tham khảo

PGS-TS Quyền Huy Ánh

11

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2013-01TĐ

Phụ lục

PGS-TS Quyền Huy Ánh

12

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2013-01TĐ

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP
XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ LẮP ĐẶT CHỐNG SÉT VAN
1.1 Các phương pháp lựa chọn vị trí lắp đặt chống sét van
1.1.1 Phương pháp xác định vị trí lắp đặt chống sét van dựa trên mơ hình
Petersen [1, 2]
Phương pháp này giả thiết chống sét van đặt tại đầu cực máy biến áp cần bảo vệ
(Hình 1.1). Vì vậy, khơng quan tâm đến sóng phản xạ.
MBA
Transformer

Ut
Z

Arrester
CSV

Up

Hình 1.1 Mơ hình Petersen bảo vệ trạm
Trường hợp này, dòng định mức chống sét van được chọn theo điều kiện:

ICSV 

2.Ut  U p
Z

(1.1)

Ở đây: Ut là biên độ sóng quá áp truyền đến trạm, kV; Z là tổng sóng đường dây,
; Up là điện áp bảo vệ của chống sét van, kV.
Trong đó, Ut lấy bằng với mức cách điện xung của cách điện đường dây, phụ
thuộc vào loại cột (cột gỗ, cột thép hoặc cột bê tông cốt thép).
Kết luận:
Ưu điểm: Phương pháp này đơn giản.

PGS-TS Quyền Huy Ánh

13

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2013-01TĐ

Nhược điểm: Không sử dụng được khi chống sét van không đặt tại đầu cực thiết bị
cần bảo vệ.
1.1.2 Phương pháp D. Fulchiron [1, 2]
Xét cấu hình trạm biến áp một máy biến áp kết nối với đường dây trên khơng
(Hình 1.2).

SJ

D,C

Transformer

J
Arrester

Up

Hình 1.2 Sơ đồ bảo vệ trạm có xét đến khoảng cách phân cách
Phương pháp này dựa trên sự chênh lệch mức cách điện xung cơ bản của máy biến
áp và mức bảo vệ của chống sét van để xác định được khoảng cách phân cách tối đa
D cho phép:

D

C
BIL 
 Up 
S
2 

(1.2)

Ở đây: BIL là mức cách điện xung cơ bản của máy biến áp, kV; S là độ dốc đầu
sóng, kV; C là tốc độ truyền sóng trên đường dây, C = 300 m/s.
Kết luận: Phương pháp này có ưu điểm là có xét đến khoảng cách phân cách
cho phép giữa chống sét van và đầu cực máy biến áp. Tuy nhiên, vẫn chưa tính đến
thời gian đầu sóng và sóng phản xạ.

PGS-TS Quyền Huy Ánh

14

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2013-01TĐ

1.1.3 Phương pháp Bent de Metz-Noblat [7]
Phương pháp này có xét đến độ dốc đầu sóng (T), sóng phản xạ trong các
trường hợp khác nhau. Xét xung quá điện áp lan truyền theo đường dây đi vào trạm
biến áp được bảo vệ bằng chống sét van (Hình 1.3).
Đường dây

Z

CSV

Z

D, C,


MBA

Hình 1.3 Mơ hình Benoit de Metz-Noblat đường dây và trạm biến áp
Những thành phần trong Hình 1.3 bao gồm:
a. Đường dây: với Z là tổng trở sóng đường dây, ; C là tốc độ truyền sóng trên
đường dây, m/µs; D là khoảng cách giữa chống sét van và đầu cực máy biến áp, m;
= D/C là thời gian truyền sóng giữa hai điểm A và B.
b. Chống sét van: với Up là điện áp bảo vệ của chống sét van, kV với đặc tuyến
bảo vệ phi tuyến lý tưởng.
c. Hệ thống nối đất: Có tổng trở giả thiết gần bằng không.
d. Dây nối: Giữa đường dây và chống sét van, chống sét van đến đất khơng đáng
kể.
e. Máy biến áp: Có tổng trở đầu vào lớn hơn nhiều so với tổng trở đường dây Z.
f. Sóng quá điện áp: Độ dốc đầu sóng S = du/dt; Thời gian sóng quá điện áp tăng
từ giá trị 0 đến giá trị Up là T = Up/S.
Giá trị quá điện áp cực đại trên đầu cực máy biến áp được xem xét trong 3 trường
hợp tương ứng với quan hệ của giá trị T theo  (Bảng 1.1).

PGS-TS Quyền Huy Ánh

15

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2013-01TĐ

Bảng 1.1 Điện áp cực đại trên máy biến áp được bảo vệ bằng chống sét van
TT

1

Điện áp cực đại

Trường hợp

D

C.U p
2Up

Sóng sét với độ dốc S và khoảng cách D lớn. Khoảng
cách phân cách D không ảnh hưởng đến điện áp cực đại
trên máy biến áp. Chống sét van hạn chế điện áp này ở
mức 2Up

2.S.D
C
2.
 Up  Up

Sóng sét với độ dốc S và khoảng cách D lớn. Khoảng
cách phân cách D có ảnh hưởng đến điện áp cực đại trên
máy biến áp. Chống sét van hạn chế điện áp cực đại trên
máy biến áp: điện áp trên máy biến áp tăng một lượng

2.S

hay T  2

D

2

3

C.U p

Up 

2.S

T
 2. 
 U p 1 

T 

2.S.D
Up 
C
2.
 Up  Up
T
= Up + Up

hay T  2

D

Giải thích

trên MBA

C.U p
2.S

hay T  2

bằng

2.
T

Up

Giữa trường hợp 1 và trường hợp 2

= 2Up

Hình 1.4 trình bày sóng tới và sóng phản xạ khi trạm biến áp có trang bị chống sét
van.
Hướng truyền sóng quá điện áp
Thời điểm T0

Điện áp

T1
Điện áp lớn nhất bằng 2U0 ở thời điểm T1
là thời điểm nguy hiểm nhất
Mức bảo vệ của chống sét van Up
Điện áp U0 là sóng tới chống sét van vào
thời điểm T0

D

Vị trí

CSV

MBAĐiện áp u là sóng phản xạ về tới chống sét
van vào thời điểm T0

Hình 1.4 Sóng tới và
sóng phản xạ khi (thiết
trạm bị
biến
áp có chống sét van
(thiết bị bảo vệ)
cần bảo
vệ)

(U0 + U = Up => bắt đầu dẫn điện)

Quan hệ điện áp của các điểm trên đường dây được bảo vệ theo thời gian được
trình bày ở Hình 1.5.
PGS-TS Quyền Huy Ánh

16

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2013-01TĐ

Đường dây
D, C, 

Máy biến áp

Chống sét van

Trường hợp 1 (T<2)

Trường hợp 2 (T > 2)

T

Hình 1.5 Điện áp trên trên đường dây được bảo vệ bởi chống sét van theo thời
gian (trường hợp 1 và 2 ở Bảng 1.1).

Quan hệ quá điện áp cực đại trên đầu cực máy biến áp theo thời gian được trình
bày ở Hình 1.6.
Kết luận: Phương pháp này có ưu điểm là có xét đến độ dốc đầu sóng, thời gian
truyền sóng và mức bảo vệ của chống sét van khi xác định khoảng cách phân cách D.
Tuy nhiên, phương pháp này vẫn còn một số hạn chế như: chưa tính đến tổng trở dây

PGS-TS Quyền Huy Ánh

17

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2013-01TĐ

nối giữa chống sét van và thiết bị bảo vệ, cũng như dây nối giữa chống sét van và đất,
đặc tính thực của chống sét van, cấu hình mạng điện, các phần tử mang tính dung …

Hình 1.6 Q áp cực đại tại đầu cực máy biến áp (B) theo thời gian  (trường
hợp 2 ở Bảng 1.1)
1.1.4 Phương pháp ABB [1, 2]
Phương pháp xác định khoảng cách phân cách đề xuất bởi ABB cũng gần như
phương pháp của Bent de Metz-Noblat. Nhưng có tính đến đường dây nối giữa
chống sét van với đường dây và chiều dài dây đến đầu cực máy biến áp, đồng thời
cũng xét đến kiểu kết cấu trạm đường dây trên khơng và trạm có kết cấu đường dây
cáp ngầm.
1.1.4.1 Trạm biến áp kết nối với đường dây trên khơng
Xét đường dây phân phối trên khơng trình bày ở Hình 1.7.
Q điện áp Ut truyền sóng vào với tốc độ C hướng theo đường dây vào đầu cực
E. Tại điểm E là thiết bị điện được bảo vệ (như máy biến áp). Khi sóng truyền tới E,
nó được phản xạ và điện áp tăng 2Ut.

PGS-TS Quyền Huy Ánh

18

Luan van


Đề tài nghiên cứu khoa học T2013-01TĐ

Ut

S

C

a

b

UE
E

CSV

Ghi chú: Ut: Sóng quá áp lan truyền
trên đường dây, kV
C: Tốc độ truyền sóng, m/µs
S: Độ dốc đầu sóng, kV/µs

CSV: Chống sét van
a, b : Chiều dài dây, m
E : Cuối đường dây
UE: Quá áp tại E, kV

Hình 1.7 Quá điện áp ở cuối đường dây
Chức năng chống sét van là bảo vệ thiết bị điện từ lúc bắt đầu xuất hiện quá áp
tiến tới giá trị điện áp cao không cho phép. Giả sử rằng độ dốc đầu sóng S của sóng
quá điện áp truyền vào là hằng số theo thời gian, giá trị lớn nhất UE được xác định
theo biểu thức sau:

UE  UP 

2.S.  a  b 
; C  300m / s
C

(1.3)

Kinh nghiệm cho rằng hệ số an toàn 1,2 là bảo vệ hiệu quả giữa BIL của thiết bị
điện và xung quá áp UE tại thiết bị điện.

2.S.  a  b 
BIL
 UE  UP 
1,2
C

(1.4)

Nếu giá trị giới hạn được đặt D = a + b thì có phương trình sau đây:

D



C  BIL
.
 UP 
2.S  1,2


(1.5)

Nếu tổng đường dây đấu nối là a + b nhỏ hơn khoảng cách bảo vệ D của thiết bị
chống sét thì thiết bị điện được bảo vệ tại điểm E. Các giá trị BIL, Up và S được ước
tính trong Bảng 1.2 và Bảng 1.3.

PGS-TS Quyền Huy Ánh

19

Luan van