Bảo vệ chống xung quá độ trong mạng hạ áp luận văn thạc sĩ ngành kỹ thuật điện

Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
HVTH: Dương Anh Hào vi
MC LC

Trang
Trang tựa
Quyết định giao đề tài
Lý lịch khoa học i
Lời cam đoan ii
Lời cm ơn iii
Tóm tắt iv
Mục lục vi
Danh sách các bng ix
Danh sách các hình x
ng Quan 1
1.1. Giới thiu 1
1.2. Tổng quan về các thiết bị bo v quá áp trên đường nguồn h áp 3
1.2.1 Giới thiu 3
1.2.2.Hin tượng quá độ 4
1.2.3.Tỷ l xuất hin của hin tượng quá độ 5
1.2.4.Hin tượng quá độ tiêu biểu 7
1.2.5.Bo v quá độ 8
1.2.6.Các thiết bị bo v quá áp 9
1.Bộ lọc 9
2.Máy biến áp cách ly 10
3.Khe hở phóng đin 11
4.Diode thác Silic 12
5.Biến trở Oxit kim loi (MOV) 13
1.2.7. So sánh các thiết bị bo v quá áp phổ biến 15
1.2.8.Lựa chọn các thiết bị bo v quá áp 16
1.3.Nhim vụ của đề tài 16

Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
HVTH: Dương Anh Hào vii
1.4.Phm vi nghiên cứu 16
1.5.Các bước tiến hành 16
1.6.Điểm mới của luận văn 17
1.7.Giá trị thực tin của đề tài 17
1.8.Nội dung đề tài 18
Cu to và nguyên lý làm vic ca bin tr Oxit kim loi
(MOV) 19
2.1.Cấu to cơ bn 19
2.1.1.Giới thiu 19
2.1.2. Cấu trúc vi mô 20
2.2.Tính năng hot động của biến trở Oxit kim loi (MOV) 23
2.3. Đặc tính V-I 27
2.4.Sơ đồ tương đương 29
2.4.1.Trong vùng dòng đin rò thấp <10
-4
A 30
2.4.2.Trong vùng hot động bình thường (10
-5
– 10
3
A) 31
2.4.3.Trong vùng dòng đin cao (>10
3
A) 32
2.5.Thời gian đáp ứng 32
2.6.Năng lượng cho phép và công suất tiêu tán trung bình 33
2.6.1.Năng lượng cho phép 33
2.6.2. Công suất tiêu tán trung bình 35

2.7.nh hưởng của nhit độ 36
2.8. Các đặc tính của MOV và các hư hỏng thường gặp khi quá áp xy ra 38
Xây dng mô hình ngun phát xung 39
3.1.Các dng xung không chu kỳ chuẩn và phương trình toán của chúng 39
3.2.Xây dựng mô hình nguồn phát xung 42
Xây dng mô hình bin tr Oxit kim loi MOV 48
4.1.Mô hình MOV trong Matlab 48
4.2.Mô hình MOV h thế đề xuất 50
4.2.1.Khối look-up Table 53
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
HVTH: Dương Anh Hào viii
4.2.2.Xây dựng mô hình đin trở phi tuyến trên Matlab 53
4.2.3.Xây dựng mô hình MOV h thế hoàn chỉnh trên Matlab 55
4.3.Kiểm tra đáp ứng mô hình MOV với xung dòng chuẩn 59
4.4. Kết luận 64
  u t   n hiu qu bo v ca thit b
chng sét lan truyng ngun h áp 65
5.1. Phân vùng bo v 65
5.2. Tổng quan về các MOV h thế đang sử dụng để chế to thiết bị chống
sét trên đường nguồn h áp 66
5.3. Các chỉ tiêu chính đánh giá thiết bị chống sét lan truyền 67
5.4. MOV đơn khối 68
5.4.1. Mô phỏng và đo lường đin áp dư (V
r
) MOV đơn khối 68
5.5. MOV đa khối 79
5.5.1. H số dự trữ 79
5.5.2. Mô phỏng và đo lường đin áp ngưỡng MOV đa khối 91
5.6. Đánh giá ưu, nhược điểm của MOV đơn và đa khối chống sét lan
truyền trên đường nguồn h áp 98

5.6.1. Về kh năng tn sét 98
5.6.2. Kh năng tn nhit 99
5.6.3. Kh năng chia tn các dòng sét 99
5.6.4. Kh năng hiển thị tuổi thọ của thiết bị 99
5.6.5. Kh năng dẫn dòng. 99
5.6.6. Độ dự trữ an toàn 100
5.6.7. Đin áp dư 100
5.6.8. Giá thành 100
. Kt lun ng nghiên cu phát trin 101
6.1. Kết luận 101
6.2. Hướng phát triển 102
TÀI LIU THAM KHO 103
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
HVTH: Dương Anh Hào ix
DANH SÁCH CÁC BNG

BNG TRANG
Bng 1.1: Điện áp và dòng điện của quá độ điển hình trong nhà 7
Bng 1.2: Các loại thiết bị bảo vệ quá áp quá độ 15
Bng 3.1: Bảng thông số các hệ số 42
Bng 4.1: Thông số cho trong Catalogue của 5 loại MOV hạ thế của Siemens 60
Bng 4.2: Điện áp dư trên mô hình MOV hạ thế Siemens với xung dòng 8/20µs 61
Bng 4.3: Thông số cho trong Catalogue của 2 loại MOV hạ thế hãng AVX 62
Bng 4.4: Điện áp dư trên mô hình MOV hạ thế AVX với xung dòng 8/20µs 64
Bng 5.1: Xung sét cực đại theo vùng bảo vệ và mật độ sét 66
Bng 5.2: Bảng tổng hợp kết quả điện áp dư trên mô hình MOV hạ thế đơn khối khi
mô phỏng với dòng xung 8/20µs với biên độ và điện áp ngưỡng khác nhau .70
Bng 5.3: Bảng tổng hợp phương trình liên hệ giữa điện áp dư (V
r
) và điện áp

ngưỡng (V
n
) của MOV đơn khối 71
Bng 5.4: Bảng tổng hợp thông số điện áp dư và đặc tuyến vừa xây dựng so với
Catalogue của nhà sản xuất và sai số 76
Bng 5.5: Bảng tổng kết hệ số dự trữ của MOV_8kA mắc song song 87
Bng 5.6: Bảng tổng hợp thông số điện áp dư khi tiến hành mô phỏng MOV đa khối
trên Matlab 91
Bng 5.7: Bảng tổng hợp phương trình liên hệ của điện áp dư theo điện áp ngưỡng
và dòng xung sét của MOV đa khối 93








Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
HVTH: Dương Anh Hào x
DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH TRANG
Hình 1.1: Tỷ lệ xuất hiện của xung theo biên độ điện áp tại các khu vực không được
bảo vệ . 6
Hình 1.2: Dạng sóng 0.5µs_100kHz (áp mạch hở) 7
Hình 1.3: Dạng sóng gián tiếp (phía ngoài) 7
Hình 1.4: Khả năng chịu đựng xung lặp lại 14
Hình 2.1: Đặc tuyến V/I của MOV trong vùng tuyến tính 19
Hình 2.2: Cấu tạo MOV 20

Hình 2.3: Cấu trúc của biến trở và đặc tính V-I 21
Hình 2.4: Vi cấu trúc của Ceramic 22
Hình 2.5: Sơ đồ cấu trúc của lớp biên tiếp giáp biến trở ZnO 23
Hình 2.6: Lưu đồ chế tạo biến trở MOV 24
Hình 2.7: Cấu trúc chi tiết một số sản phẩm MOV đóng gói 25
Hình 2.8: Sơ đồ năng lượng tiếp giáp giữa hạt hạt ZnO-biên-hạt-ZnO 26
Hình 2.9: Quan hệ điện rào với điện áp đặt vào 27
Hình 2.10: Đặc tính V-I của MOV 28
Hình 2.11: Đặc tính R-V của MOV 29
Hình 2.12: Mô hình mạch tương đương của biến trở 30
Hình 2.13: Sơ đồ tương đương của biến trở trong vùng dòng rò 30
Hình 2.14: Sơ đồ tương đương của biến trở trong vùng hoạt động bình thường 31
Hình 2.15: Sơ đồ tương đương của biến trở trong vùng dòng điện cao 32
Hình 2.16: Đáp ứng của biển trở MOV xung tốc độ cao 33
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
HVTH: Dương Anh Hào xi
Hình 2.17: Đáp ứng của biển trởtính đến điện cảm đầu dây nối đối với xung dòng
điện 33
Hình 2.18: Dạng sóng thử nghiệm 2ms 34
Hình 2.19: Số lần xung có thể chịu đựng được của một loại MOV 35
Hình 2.20: Quan hệ công suất tiêu tán và điện áp (α = 10, 30, 50) 36
Hình 2.21: Đặc tính V-I của một MOV chuẩn theo nhiệt độ (vùng dòng rò) 36
Hình 2.22: Đặc tính V-I của một MOV chuẩn theo nhiệt độ (vùng dòng cao) 37
Hình 2.23: Hình ảnh hiển vi của sự đánh thủng gây nóng chảy tại cạnh của điện
cực (ảnh trên) và từ đỉnh của điện cực (bên dưới) 38
Hình 3.1: Dạng sóng xung không chu kỳ chuẩn 39
Hình 3.2: Dạng sóng xung gồm tổng của hai thành phần 40
Hình 3.3: Đường cong xác định b/a từ tỷ số t
2
/t

1
40
Hình 3.4: Đường cong xác định at
1
từ tỷ số b/a, khi biết t
1
41
Hình 3.5: Đường cong xác định I
1
/I từ tỷ số b/a, khi biết I
1
41
Hình 3.6: Mô hình toán của xung dòng 43
Hình 3.7a: Nguồn xung dòng không chu kỳ 43
Hình 3.7b: Nguồn xung áp không chu kỳ 43
Hình 3.8: Mô hình nguồn xung dòng và áp không chu kỳ 44
Hình 3.9a: Sơ đồ mô phỏng nguồn xung dòng 44
Hình 3.9b: Sơ đồ mô phỏng nguồn xung áp 44
Hình 3.10: Thông số mô hình nguồn xung dòng 45
Hình 3.11: Dạng dòng xung 1/5µs_10kA 45
Hình 3.12: Dạng dòng xung 4/10µs_10kA 45
Hình 3.13: Dạng dòng xung 8/20µs_10kA 45
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
HVTH: Dương Anh Hào xii
Hình 3.14: Dạng dòng xung 10/350µs_10kA 46
Hình 3.15: Thông số mô hình nguồn xung áp 46
Hình 3.16: Dạng xung áp 1.2/50µs_10kV 47
Hình 3.17: Dạng xung áp 10/700µs_10kV 47
Hình 4.1: Quan hệdòng điện – điện áp của mô hình MOV 48
Hình 4.2: Hộp thoại của mô hình MOV trong Matlab 49

Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý của mô hình 50
Hình 4.4: Sơ đồ mạch tương đương của mô hình MOV đề nghị 51
Hình 4.5: Đặc tính V-I của MOV có sai số TOL = ±10% 52
Hình 4.6: Sơ đồ mô hình điện trở phi tuyến V=f(I) của MOV 53
Hình 4.7: Mô hình MOV hạ thế 55
Hình 4.8: Biểu tượng mô hình MOV hạ thế 56
Hình 4.9: Hộp thoại khai báo biến Parameters của mô hình MOV hạ thế 57
Hình 4.10: Hộp thoại Initialization của mô hình MOV hạ thế 58
Hình 4.11: Thông báo lỗi của mô hình MOV hạ thế 58
Hình 4.12: Hộp thoại thông số của mô hình MOV hạ thế 59
Hình 4.13: Sơ đồ mô phỏng đáp ứng của MOV hạ thế đề nghị 59
Hình 4.14: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế khi mô phỏng MOV B40K275
(hãng Siemens) với xung 3kA 8/20

s. 60
Hình 4.15: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế khi mô phỏng MOV B40K275
(hãng Siemens) với xung 20kA 8/20

s 61
Hình 4.16: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế khi mô phỏng MOV
VE14M02750K (hãng AVX) với xung 2kA 8/20

s 63
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
HVTH: Dương Anh Hào xiii
Hình 4.17: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế khi mô phỏng MOV
VE14M02750K (hãng AVX) với xung 3kA 8/20

s 63
Hình 5.1: Các dạng xung sét tiêu chuẩn 65

Hình 5.2: Sơ đồ mô phỏng MOV hạ thế đơn khối 68
Hình 5.3: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế đơn khối I
n
= 4.5kA (TOL = 10%)
với xung thử 1.5kA 8/20µs 69
Hình 5.4: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế đơn khối I
n
= 4.5kA (TOL = 10%)
với xung thử 3kA 8/20µs 69
Hình 5.5: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế đơn khối I
n
= 4.5kA (TOL = 10%)
với xung thử 4.5kA 8/20µs 70
Hình 5.6: Đặc tính V
r
-V
n
của MOV hạ thế đơn khối 4.5kA, TOL = 10% . 73
Hình 5.7: Đặc tính V
r
-V
n
của MOV hạ thế đơn khối 8kA, TOL = 10%. 73
Hình 5.8: Đặc tính V
r
-V
n
của MOV hạ thế đơn khối 25kA, TOL = 10%. 74
Hình 5.9: Đặc tính V
r

-V
n
của MOV hạ thế đơn khối 40kA, TOL = 10%. 74
Hình 5.10: Đặc tính V
r
-V
n
của MOV hạ thế đơn khối 70kA, TOL = 10%. 75
Hình 5.11: Đặc tính V
r
-V
n
của MOV hạ thế đơn khối 100kA, TOL = 10%. 75
Hình 5.12: Mạch điện phân tích của những MOV hoạt động song song 80
Hình 5.13: Sơ đồ mô phỏng đáp ứng của hai MOV hạ thế 8kA 83
Hình 5.14: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế sử dụng hai MOV-8kA (TOL =
5% & -5%) với xung 10kA 8/20µs 83
Hình 5.15: Dòng qua MOV1 và MOV2 sử dụng hai MOV-8kA (TOL = 5% & -5%)
với xung 10kA 8/20µs 84
Hình 5.16: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế sử dụng hai MOV-8kA (TOL =
6%& -6%) với xung 10kA 8/20µs 84
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
HVTH: Dương Anh Hào xiv
Hình 5.17: Dòng qua MOV1 và MOV2 sử dụng hai MOV-8kA (TOL = 6%& -6%)
với xung 10kA 8/20µs 84
Hình 5.18: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế sử dụng hai MOV-8kA (TOL =
7%& -7%) với xung 10kA 8/20µs 85
Hình 5.19: Dòng qua MOV1 và MOV2 sử dụng hai MOV-8kA (TOL = 7%& -7%)
với xung 10kA 8/20µs 85
Hình 5.20: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế sử dụng hai MOV-8kA (TOL =

8%& -8%) với xung 10kA 8/20µs 85
Hình 5.21: Dòng qua MOV1 và MOV2 sử dụng hai MOV-8kA (TOL = 8%& -8%)
với xung 10kA 8/20µs 86
Hình 5.22: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế sử dụng hai MOV-8kA (TOL =
9%& -9%) với xung 10kA 8/20µs 86
Hình 5.23: Dòng qua MOV1 và MOV2 sử dụng hai MOV-8kA (TOL = 9%& -9%)
với xung 10kA 8/20µs 86
Hình 5.24: Dòng và áp của mô hình MOV hạ thế sử dụng hai MOV-8kA (TOL =
10%& -10%) với xung 10kA 8/20µs 87
Hình 5.25: Dòng qua MOV1 và MOV2 sử dụng hai MOV-8kA (TOL = 10%& -
10%) với xung 10kA 8/20µs 87
Hình 5.26: Quan hệ giữa sai số điện áp ngưỡng và hệ số dự trữ với xung thử có
biên độ 10, 15, 20, 25, 40kA 90
Hình 5.27: Quan hệ giữa sai số điện áp ngưỡng và hệ số dự trữ với xung thử có
biên độ 70, 100kA 91
Hình 5.28: Đặc tính V
r
-V
n
của MOV đa khối 10kA (2xMOV-8kA) 95
Hình 5.29: Đặc tính V
r
-V
n
của MOV đa khối 15kA (4xMOV-8kA) 95
Hình 5.30: Đặc tính V
r
-V
n
của MOV đa khối 20kA (5xMOV-8kA) 96

Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
HVTH: Dương Anh Hào xv
Hình 5.31: Đặc tính V
r
-V
n
của MOV đa khối 25kA (7xMOV-8kA) 96
Hình 5.32: Đặc tính V
r
-V
n
của MOV đa khối 40kA (12xMOV-8kA) 97
Hình 5.33: Đặc tính V
r
-V
n
của MOV đa khối 70kA (23xMOV-8kA) 97
Hình 5.34: Đặc tính V
r
-V
n
của MOV đa khối 100kA (32xMOV-8kA) 98

Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
HVTH: Dương Anh Hào Trang 1
CHNG 1

1.1. 
Việt Nam là một nước nằm trong khu vực nhiệt đới ẩm gió mùa, khí hậu Việt
Nam rất thuận lợi cho việc phát sinh, phát triển của dông sét. Số ngày dông có ở
Việt Nam trên toàn khu vực thuộc loại khá lớn. Trong mạng điện, quá điện áp và
quá trình quá độ do sét đánh là nguyên nhân chủ yếu gây ra các sự cố lưới điện và
làm hư hỏng các thiết bị lắp đặt trên lưới. Nên việc đề ra các giải pháp chống sét,
lựa chọn, phối hợp các thiết bị bảo vệ phù hợp và nghiên cứu chế tạo thiết bị chống
sét đóng vai trò rất quan trọng. Hiện nay chống sét trực tiếp đã được quan tâm
tương đối với các giải pháp từ cổ điển đến hiện đại. Tuy nhiên, số liệu thống kê chỉ
ra hơn 70% hư hỏng do sét gây ra lại do sét đánh lan truyền hay ghép cảm ứng theo
đường cấp nguồn và đường truyền tín hiệu.
Bên cạnh việc nghiên cứu chống sét đánh trực tiếp, việc nghiên cứu chống sét
đánh lan truyền hay ghép cảm ứng trên đường nguồn cũng đóng một vai trò quan
trọng để lựa chọn thiết bị bảo vệ chống quá điện áp do sét phù hợp.
Nhìn chung, mạng hạ áp không truyền tải công suất lớn nhưng lại trải trên diện
rộng và cung cấp điện năng trực tiếp cho các hộ tiêu thụ nên nó lại là nguyên nhân

dẫn sét vào công trình, gây ngừng dịch vụ, hư hỏng thiết bị. Thống kê cho thấy, hậu
quả không mong muốn của quá áp do sét lan truyền trên mạng phân phối hạ áp gây
ra thiệt hại rất lớn và nhiều lúc không thể đánh giá cụ thể được. Vấn đề được đề cập
một cách cấp bách trong những năm gần đây là các trang thiết bị điện tử đã trở
thành các thiết bị được sử dụng ngày càng nhiều và rất phổ biến trong các tòa nhà,
các công trình ở mọi lĩnh vực như Bưu chính viễn thông, Phát thanh, Truyền hình,
công nghiệp …. Các thiết bị này vốn rất nhạy cảm với điện áp và cách điện dự trữ
của chúng rất mong manh vì thế cần phải tính toán lựa chọn, phối hợp và kiểm tra
các thiết bị bảo vệ chống quá áp một cách hiệu quả, chính xác để tránh xảy ra hư
hỏng cho các thiết bị này.
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
HVTH: Dương Anh Hào Trang 2
Do các thiết bị chống quá áp là thiết bị phi tuyến cho nên việc đánh giá các
đáp ứng ngõ ra ứng với sóng sét lan truyền với mức chính xác cao theo phương
pháp giải tích truyền thống gặp nhiều khó khăn. Bên cạnh đó, do nước ta vẫn còn bị
hạn chế về trang thiết bị thí nghiệm cao áp, số lượng phòng thí nghiệm cao áp còn
khiêm tốn nên rất khó khăn cho công tác thiết kế, nghiên cứu bảo vệ chống quá áp
do sét lan truyền tại Việt Nam. Tuy nhiên, ngày nay, với sự phát triển của kỹ thuật
mô hình hoá và mô phỏng đã giúp cho chúng ta hiểu biết thêm về sự tương tác giữa
các yếu tố cấu thành một hệ thống cũng như toàn bộ hệ thống, đặc biệt là rất hữu ích
cho việc mô phỏng sét.
Hiện nay, các nhà nghiên cứu và một số nhà sản xuất thiết bị chống quá áp do
sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp cùng một số phần mềm mô phỏng hỗ trợ đã
đề ra mô hình thiết bị chống sét lan truyền với mức độ chi tiết và quan điểm xây
dựng mô hình khác nhau. Tuy nhiên, do đặc điểm của phương pháp mô hình hoá
mô phỏng và yêu cầu về mức độ chính xác, mức tương đồng cao giữa mô hình và
nguyên mẫu, các phương pháp xây dựng mô hình và mô phỏng các thiết bị chống
sét lan truyền vẫn còn nhiều tranh cãi và tiếp tục nghiên cứu phát triển.
Luận văn này đi sâu vào nghiên cứu mô hình các thiết bị chống quá áp do sét
trên đường nguồn hạ áp, sau đó sử dụng phần mềm mô phỏng đánh giá hiệu quả bảo

vệ của hệ thống chống quá áp. Kết quả nghiên cứu sẽ cung cấp một công cụ mô
phỏng hữu ích cho các nhà nghiên cứu, các giảng viên, sinh viên các trường đại học
trong việc nghiên cứu các đáp ứng của thiết bị chống quá áp dưới tác động của xung
sét lan truyền và đánh giá hiệu quả của các hệ thống bảo vệ chống quá áp do sét lan
truyền.
1.2. 
Bảo vệ hệ thống điện xoay chiều hạ áp chống lại các hiện tượng quá áp quá độ
đang là mối quan tâm chủ yếu để bảo đảm chất lượng điện năng cung cấp, bảo đảm
an toàn cho các thiết bị. Hiện nay các thiết bị điện-điện tử có mức điện áp chịu xung
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
HVTH: Dương Anh Hào Trang 3
thấp ngày càng được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện, phương pháp hữu hiệu
và kinh tế nhất để bảo vệ quá áp cho thiết bị chính là chọn và lắp đặt các thiết bị bảo
vệ có khả năng làm việc lâu dài và đáng tin cậy.

Việc sử dụng ngày càng nhiều các phần tử bán dẫn trong hệ thống điện hiện
đại đã dẫn đến sự tăng cường mối quan tâm về độ tin cậy của hệ thống. Đây là kết
quả của việc các phần tử bán dẫn rất nhạy cảm với các hiện tượng quá áp có thể
xuất hiện trong hệ thống điện phân phối xoay chiều. Việc sử dụng các phần tử bán
dẫn ban đầu cũng bị hư hỏng rất nhiều mà không thể giải thích. Nghiên cứu các hư
hỏng này cho thấy chúng bị hư hỏng là do các điều kiện quá áp khác nhau xuất hiện
trong hệ thống phân phối. Điện áp quá độ là kết quả của sự phóng thích đột ngột của
năng lượng tồn tại trước đó từ các điều kiện như sét đánh, đóng cắt tải có tính cảm,
xung điện từ hay phóng điện các điện cực. Các hư hỏng gây ra bởi hiện tượng quá
độ phụ thuộc vào tần số xuất hiện, giá trị đỉnh và dạng sóng của quá độ.
Quá áp trong mạch điện chính xoay chiều có thể gây ra sự hư hỏng vĩnh viễn
hay tạm thời của các phần tử điện tử và hệ thống. Bảo vệ chống lại quá áp quá độ có
thể thực hiện bằng cách sử dụng các phần tử được thiết kế đặc biệt mà sẽ giới hạn
biên độ của quá áp quá độ bằng một trở kháng lớn nối tiếp hay bởi việc làm chệch
hướng quá độ bằng một trở kháng nhỏ mắc shunt.

Các nhà thiết kế khôn ngoan sẽ quyết định sự cần thiết của việc bảo vệ quá áp
quá độ trong giai đoạn thiết kế sớm nhất. Nếu không phải tốn nhiều thời gian để
thấy thật cần thiết phải trang bị các bộ bảo vệ quá áp quá độ cho các thiết bị hiện
hữu. Điều này sẽ tốn nhiều tiền do phải tạm ngưng hoạt động của các máy móc của
khách hàng và phải chịu tổn thất kinh doanh tiềm tàng khi ngừng hoạt động. Không
kể đến trong một số hệ thống việc trang bị thêm các bộ bảo vệ quá áp sẽ làm hệ
thống trở nên mất ngăn nắp bởi vì không gian yêu cầu cho chúng không có trong
thiết kế ban đầu. Các thiết bị được chọn bảo vệ hệ thống phải có khả năng làm tiêu
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
HVTH: Dương Anh Hào Trang 4
tán năng lượng xung của quá độ vì thế hệ thống đang được bảo vệ sẽ không còn bị
ảnh hưởng.
1.2.2. 
Vấn đề căn bản chính là sự xuất hiện các xung quá áp trên điện áp bình thường
của hệ thống. Quá áp trong hệ thống điện đôi lúc có thể giải thích và đôi khi lại thật
khó giải thích; chúng là một dạng nhiễu loạn, sự tăng lên, sự sụt xuống, sự cắt điện
hay là sự kết hợp các yếu tố trên và đây là các khái niệm tổng quát hóa về hiện
tượng quá độ. Một kết quả phổ biến khi hiện tượng quá áp này xuất hiện là sự hư
hỏng nhanh chóng của các phần tử bán dẫn và các phần tử nhạy cảm khác. Một ảnh
hưởng nghiêm trọng khác là sự mất khả năng điều khiển hệ thống logic, khi đó hệ
thống có thể hiểu các xung quá độ là tín hiệu điều khiển và cố gắng thực hiện theo.
Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để xác định nguyên nhân của xung quá
độ trong hệ thống điện, và kết quả thu được có thể cho là do một trong những
nguyên nhân sau:
 Sét.
 Đóng, cắt các tiếp điểm ở trạng thái mang tải.
 Sự lan truyền xung thông qua các máy biến áp.
 Sự thay đổi tải trong các hệ thống gần kề.
 Sự dao động và các xung công suất.
 Ngắn mạch hay nổ cầu chì.

Hệ thống điện gồm một mạng lớn các đường dây truyền tải, phân phối nối với
nhau và thường bị nhiễu bởi các quá độ bắt nguồn từ một trong các nguồn đã đề cập
ở trên.
Quá độ do sét có thể tạo ra một dòng điện rất cao trong hệ thống. Các tia sét
này thường đánh vào các dây truyền tải sơ cấp, nhưng có thể truyền qua các dây thứ
cấp thông qua các điện cảm hay tụ điện mắc trong mạch. Đôi khi các tia sét đánh
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
HVTH: Dương Anh Hào Trang 5
trực tiếp vào hệ thống bảo vệ chống sét hay các cấu trúc kim loại của các tòa nhà
cũng gây nên hiện tượng quá áp trên hệ thống điện trong tòa nhà do việc lan truyền
của xung sét. Thậm chí khi tia sét không đánh trúng đường dây cũng có thể cảm
ứng một điện áp đáng kể trên đường dây sơ cấp, các chống sét van hoạt động và
sinh ra quá độ.
Quá độ do đóng cắt ít nguy hiểm hơn nhưng xảy ra thường xuyên hơn. Đóng
cắt lưới điện có thể gây ra quá độ làm hư hỏng các thiết bị đấu nối trên lưới. Việc sử
dụng các Thyristor trong mạch đóng cắt hay điều khiển công suất cũng có thể tạo ra
quá độ như vậy.
Nghiên cứu và thực nghiệm đã cho thấy trong hệ thống điện hạ áp xoay chiều
công nghiệp hay dân dụng, biên độ của quá độ tương ứng với tỷ lệ xuất hiện của nó,
ví dụ như biên độ quá độ nhỏ thì xuất hiện thường hơn. Tổ chức IEEE và ANSI, đã
thiết lập một tài liệu cung cấp các nguyên tắc chủ yếu về các điều kiện quá độ có thể
bắt gặp trong hệ thống điện hạ áp xoay chiều. Tài liệu này được gọi là tiêu chuẩn
IEEE/ANSI C62.41 được phát triển năm 1980. Từ sự bắt đầu này, nhiều kiến thức
chính xác hơn đã được cập nhật và tạo thành một tiêu chuẩn có giá trị hơn.
1.2.
Tỷ lệ xuất hiện của các xung quá độ khác nhau rất nhiều và phụ thuộc vào
từng hệ thống. Tỷ lệ này liên quan với biên độ của các xung, và xung có biên độ
nhỏ thì xuất hiện nhiều hơn xung biên độ cao. Theo số liệu thống kê được, xung
1kV hay nhỏ hơn thì tương đối phổ biến, trong khi xung 3kV thì hiếm hơn. Hình 1.1
đã minh họa các dữ liệu thu thập được về số lần xuất hiện của các xung quá độ cùng

với giá trị đỉnh của nó từ các nghiên cứu đã thực hiện. Số lần xuất hiện của các
xung quá độ được mô tả bởi các đường giới hạn thấp, trung bình và cao: “low
exposure”, “medium exposure” và “high exposure”.
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
HVTH: Dương Anh Hào Trang 6

Hình 1.1. Tỷ lệ xuất hiện của xung theo biên độ điện áp tại
các khu vực không được bảo vệ.
Vùng xuất hiện thấp (low exposure) là vùng có rất ít xung sét hoạt động và số
lần đóng cắt tải trong hệ thống điện xoay chiều cũng rất ít. Vùng xuất hiện trung
bình (medium exposure) là vùng xung sét hoạt động cao hơn và quá độ do đóng cắt
xảy ra thường xuyên, nguy hiểm hơn. Khi thiết kế mang tính tổng thể, thiết thực,
lâu dài, ít nhất phải thiết kế thiết bị trong điều kiện như được đặt trong vùng xuất
hiện xung quá độ trung bình. Vùng xuất hiện cao (high exposure) rất hiếm xảy ra
nhưng trên thực tế vẫn xuất hiện đối với hệ thống được cung cấp bởi các đường dây
truyền tải dài trên không và còn tùy thuộc vào sự phản xạ tại cuối đường dây,
trường hợp này mức phóng điện của các khe hở thì cao.
Quá độ do phóng điện trong hệ thống điện xoay chiều hạ áp sẽ sinh ra một
năng lượng cao, xung trở kháng thấp. Cách xa nguồn quá độ, tại vị trí thiết bị bảo vệ
được đặt, năng lượng quá độ sẽ giải phóng qua trở kháng của dây dẫn và nhiều thiết
bị sẽ được bảo vệ hơn. Vì thế, cho phép nhiều bộ bảo vệ quá áp kích cỡ khác nhau
được sử dụng tại các vị trí khác nhau trong hệ thống.
1.2.
Bảng 1.1 trình bày điện áp và dòng điện xung được cho là điển hình của quá
độ trong hệ thống xoay chiều hạ áp trong nhà. Khi quyết định chọn loại thiết bị như
là bộ bảo vệ quá áp quá độ, bảng này chính là tài liệu tham khảo. Ít nhất là thiết bị
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
HVTH: Dương Anh Hào Trang 7
bảo vệ phải đáp ứng điều kiện trong mục A, còn tốt nhất là thiết bị phải vượt qua
được các quá độ xuất hiện trong mục B.

 Điện áp và dòng điện của quá độ điển hình trong nhà.

Nghiên cứu trong mạng điện hạ áp trong nhà phát hiện rằng quá độ bắt gặp
trong mục A (mạch nhánh dài và mạch ra) có dạng sóng với tần số thay đổi từ 5kHz
đến hơn 500kHz; trong đó dạng sóng với tần số 100kHz được xem là phổ biến nhất
Hình 1.2. Xung đo được tại đường nguồn trong mục B (mạch cung cấp chính và
mạch nhánh ngắn), dao động và không trực tiếp trong tự nhiên. Dạng xung sét đã
được chuẩn hóa: sóng áp 1.2/50

s và sóng dòng 8/20

s Hình 1.3.

Hình 1.2. Dạng sóng 0.5

s_100kHz (áp mạch hở).

a. Dạng sóng mạch hở. b. Dạng sóng dòng phóng điện.
Hình 1.3. Dạng sóng gián tiếp (phía ngoài).
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
HVTH: Dương Anh Hào Trang 8
1.2.
Các phần trên đã trình bày sự cần thiết của các thiết bị bảo vệ quá áp quá độ
trong thiết kế thiết bị điện trong hệ thống, phần tiếp theo là phải chọn kỹ thuật bảo
vệ loại nào và cách sử dụng của từng loại ra sao?. Các thiết bị bảo vệ quá áp quá độ
được chọn phải có khả năng triệt xung quá áp đến dưới mức ngưỡng hư hỏng của
thiết bị được bảo vệ, và các thiết bị bảo vệ này phải vượt qua một số xác định các
trường hợp quá độ nguy hiểm nhất. Khi so sánh các thiết bị khác nhau, quyết định
đưa ra phải căn cứ trên các đặc điểm: mức độ bảo vệ yêu cầu, tuổi thọ, giá thành và
kích cỡ thiết bị.

Có một số kỹ thuật khác nhau có thể sử dụng trong các thiết bị bảo vệ quá áp
quá độ trong hệ thống hạ áp chính. Nhưng nhìn chung, các kỹ thuật này có thể chia
thành 2 nhóm chính:
a. Kỹ thuật làm suy giảm quá độ, từ đó có thể ngăn chặn sự lan truyền của
chúng trong mạch điện nhạy cảm.
b. Kỹ thuật làm chệch hướng quá độ khỏi các thiết bị tải điện nhạy cảm và từ
đó giới hạn điện áp dư.
Kỹ thuật làm suy giảm quá độ chính là ngăn chặn sự lan truyền quá độ từ
nguồn của nó hay là ngăn chặn ảnh hưởng của nó lên các thiết bị tải nhạy cảm. Việc
này được thực hiện bằng cách lắp đặt các bộ lọc hay là máy biến áp cách ly nối tiếp
với mạch điện. Các bộ cách ly làm suy giảm quá độ (tần số cao) và cho tín hiệu hay
công suất (tần số thấp) chảy tiếp tục trong mạch, không bị nhiễu loạn.
Kỹ thuật làm chệch hướng quá độ có thể thực hiện với một loại thiết bị dạng
đòn bẫy (Crowbar) hay với một thiết bị dạng kẹp áp. Thiết bị dạng đòn bẫy
(Crowbar) bao gồm một hoạt động đóng cắt, có thể bằng cách đánh thủng cách điện
của khí giữa các điện cực hay là đóng cắt một khóa Thyristor. Sau khi khóa đóng,
chúng sẽ tạo ra một đường dẫn trở kháng rất thấp làm chệch hướng quá độ khỏi các
thiết bị tải mắc song song. Thiết bị dạng kẹp áp có trở kháng thay đổi rất lớn phụ
thuộc vào dòng chảy qua thiết bị hay là áp ở hai đầu thiết bị. Các thiết bị này có đặc
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
HVTH: Dương Anh Hào Trang 9
tính của một điện trở phi tuyến. Giá trị điện trở thay đổi liên tục, không gián đoạn
ngược với các thiết bị dạng đòn bẫy (Crowbar) chỉ có đóng hoặc cắt.
1.2. quá áp

Việc lắp đặt một bộ lọc nối tiếp với các thiết bị dường như là một giải pháp
hiển nhiên có tác dụng giảm quá áp. Trở kháng của bộ lọc thông thấp, ví dụ như tụ
điện, làm thành bộ ngăn cách áp với trở kháng nguồn. Khi tần số của quá độ lớn
hơn một vài lần tần số làm việc của mạch điện xoay chiều, bộ lọc sẽ làm việc và
làm suy giảm quá độ ở tần số cao. Một cách đáng tiếc, cách tiếp cận đơn giản này

có thể có một vài ảnh hưởng không mong muốn bên cạnh:
a. Sự cộng hưởng không mong muốn với thành phần cảm kháng trong hệ
thống sẽ dẫn đến đỉnh áp tăng cao.
b. Dòng điện quẩn cao trong suốt quá trình đóng cắt.
c. Tải phản kháng quá mức trong điện áp hệ thống điện.
Những ảnh hưởng không mong muốn này có thể giảm bớt nếu lắp thêm một
điện trở nối tiếp, vì thế việc sử dụng các bộ giảm sóc (snubber) RC ngày càng thông
dụng. Tuy nhiên, việc lắp thêm trở kháng này sẽ làm giảm tác dụng kẹp điện áp.
Có một giới hạn cơ bản về cách sử dụng bộ lọc cho việc bảo vệ quá áp. Bộ lọc
có đáp ứng như là một hàm tuyến tính của dòng điện. Đây là một bất lợi lớn trong
trường hợp không biết nguồn quá độ và phải giả định trở kháng nguồn hay điện áp
hở mạch. Nếu sự giả định đặc tính của quá độ tác động sai, hậu quả là bộ bảo vệ quá
áp tuyến tính không còn tác dụng. Một thay đổi nhỏ của trở kháng nguồn có thể làm
tăng điện áp kẹp một cách không tương xứng.

Tổng quát, máy biến áp cách ly gồm hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, với tấm
chắn tĩnh điện giữa các cuộn dây. Máy biến áp cách ly được đặt giữa nguồn và thiết
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
HVTH: Dương Anh Hào Trang 10
bị được yêu cầu bảo vệ. Như tên gọi, không có đường dẫn nào giữa cuộn sơ và cuộn
thứ cấp. Đã có một sự tin tưởng rộng rãi là “máy biến áp cách ly làm suy giảm các
gai nhọn điện áp” và “quá độ không thể vượt qua các cuộn dây của máy biến áp”.
Khi được ứng dụng một cách đúng đắn, máy biến áp cách ly có tác dụng cắt mạch
vòng nối đất, ví dụ như ngăn chặn điện áp làm việc chung.
Thật đáng tiếc, một máy biến áp cách ly đơn giản không cung cấp sự suy giảm
trong các phương thức làm việc khác nhau. Vì thế một quá độ phương thức khác có
thể truyền xuyên qua các cuộn dây của thiết bị. Cũng vậy máy biến áp cách ly sẽ
không có tác dụng điều khiển điện áp.

Khe hở phóng điện là một kỹ thuật triệt xung quá áp dạng đòn bẫy. Trong suốt

quá trình quá áp, thiết bị đòn bẫy thay đổi từ cách điện sang dẫn điện gần như lý
tưởng. Thiết bị đòn bẫy triệt quá độ bởi một lực rất mạnh, (chúng có hiệu quả như
việc thả một đòn bẫy kim loại băng ngang hệ thống). Dạng chính của thiết bị đòn
bẫy là chống sét van ống phóng khí.
Khe hở phóng điện đầu tiên được đề cập là các khối Carbon. Các bộ triệt xung
khối Carbon này sử dụng nguyên tắc hồ quang điện áp xuyên qua khe hở không khí.
Khe hở kích thước nhỏ nhất được dùng để cung cấp mức độ bảo vệ thấp nhất mà
không gây nhiễu hoạt động bình thường của hệ thống. Khi một quá áp quá độ xuất
hiện trong hệ thống, khe hở không khí trong khối Carbon sẽ bị ion hóa và bị đánh
thủng. Sự đánh thủng khe hở tạo thành một đường dẫn đến đất với trở kháng rất
thấp vì thế làm chệch hướng xung quá độ khỏi các thiết bị. Ngay sau khi tình trạng
quá áp kết thúc, khe hở không khí phục hồi và hệ thống hoạt động tiếp tục.
Sự bất lợi của kỹ thuật khe hở phóng điện khối Carbon là các xung phá hủy bề
mặt của khối carbon trong khoảng thời gian ngắn, vì thế tạo ra các mảnh nhỏ của bề
mặt chất liệu trong khe hở. Chất liệu này tích tụ sau một số xung và cuối cùng là thu
ngắn khe hở lại dẫn đến phải thay thiết bị bảo vệ. Một bất lợi khác của kỹ thuật này
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
HVTH: Dương Anh Hào Trang 11
là khó để điều khiển chính xác đặc tính đánh thủng trên một dãy điều kiện hoạt
động rộng và khác nhau của thiết bị.
Trong quá trình cố gắng khắc phục các bất lợi của khối Carbon, một khe hở
phóng điện kín được phát triển sử dụng khí trơ trong một vỏ bọc gốm (Ceramic).
Kỹ thuật này được biết như là chống sét van xung dạng ống phóng khí. Trong chế
độ không dẫn điện, trở kháng của nó lên đến hàng GOhm. Khí này bị ion hóa tại
một điện áp định trước và cung cấp một đường dẫn đến đất có trở kháng cực thấp.
Ngay sau khi tình trạng quá áp kết thúc, khí này hết bị ion hóa và mạch điện phục
hồi lại hoạt động bình thường tiếp tục.
ng phóng khí là một thiết bị 2 chiều vốn có và bao gồm 2 hay 3 cực nằm đối
diện nhau trong một buồng bịt kín. Khi mà điện áp ngang qua ống phóng khí vượt
quá một giới hạn nào đó, như là điện áp đánh thủng hay điện áp cháy, nó sinh ra hồ

quang điện. Hồ quang này giới hạn điện áp của các thiết bị nối với nó. ng phóng
khí có điện áp cháy một chiều từ 150V đến 1000V. Chúng có điện trở shunt nhỏ
nhất trong tất cả các bộ triệt xung quá độ phi tuyến, nó khoảng vài mOhm. Điện
dung của chúng thì nhỏ từ 1pF đến 5pF, và chúng rất phổ biến trong các ứng dụng
truyền tải tần số cao, chẳng hạn như hệ thống điện thoại. Một thuận lợi của kỹ thuật
này là nó có thể chịu đựng xung dòng cao (lên đến 20kA).
Trong các ứng dụng có điện áp hoạt động bình thường trong mạch xoay chiều
chính, có khả năng ống phóng khí sẽ không phục hồi lại một khi nó đã cháy và triệt
xung quá độ. Điều kiện này phụ thuộc vào dòng điện mà được định nghĩa bởi ANSI
như sau: “dòng điện chảy qua thiết bị tần số công nghiệp cung cấp bởi nguồn, dòng
điện kèm theo dòng phóng điện hồ quang”. Dòng điện kèm theo này chảy trong khe
hở khí đã bị ion hóa sau khi quá điện áp chấm dứt và điều đáng quan tâm là dòng
điện kèm theo này có thể không thể tự dập tắt khi dòng đi qua giá trị 0.

4. Diode thác Silic
Mặc dù hiếm khi được sử dụng trong mạch điện xoay chiều chính, do khả
năng chịu đựng xung quá độ rất thấp, diode thác silic là một bộ triệt xung quá độ
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
HVTH: Dương Anh Hào Trang 12
tuyệt vời trong mạch điện điện áp thấp một chiều. Diode thác được thiết kế với mối
nối lớn hơn diode Zener tiêu chuẩn. Mối nối lớn này tạo cho chúng khả năng giải
phóng năng lượng lớn hơn diode Zener. Diode thác cung cấp điện áp kẹp chặt nhất
mà một thiết bị có thể làm. Khi điện áp cung cấp lớn hơn ngưỡng đánh thủng của
thiết bị, diode sẽ dẫn điện theo hướng ngược lại.
Công suất xung đỉnh định mức thường được cho trong bảng dữ liệu của diode.
Giá trị thông dụng là 600W và 1.500W. Công suất xung đỉnh này là kết quả của
dòng điện xung đỉnh định mức lớn nhất I
PP
và điện áp kẹp lớn nhất V
C

trong suốt
khoảng thời gian quá độ xung 10/1000

s. Việc sử dụng công suất đỉnh định mức
có thể nhầm lẫn khi xung quá độ khác 10/1000

s. Năng lượng định mức lớn nhất
của những xung quá độ ngắn, không lặp lại được cung cấp tương tự như MOV có lẽ
sẽ hữu ích hơn cho công tác thiết kế.
Đặc tính V-I chính là đặc trưng tốt nhất của diode thác. Một thiết bị hạ áp cực
tốt. Diode thác có khả năng kẹp điện áp tuyệt vời, nhưng chỉ vượt phạm vi dòng
một chút (10 lần). Điểm bất lợi lớn nhất khi sử dụng diode thác như là bộ triệt xung
quá độ trong mạch xoay chiều chính là khả năng chịu đựng dòng đỉnh thấp.
xit 
Biến trở oxide kim loại (MOV) là một thiết bị phi tuyến có đặc tính duy trì
mối quan hệ: điện áp 2 đầu của nó thay đổi rất ít trong khi dòng điện xung không
đối xứng rất lớn chảy qua nó. Hoạt động phi tuyến này cho phép MOV làm chệch
hướng dòng điện xung khi mắc song song băng ngang đường dây và giữ điện áp ở
mức mà bảo vệ được thiết bị nối với đường dây đó. Bởi vì điện áp ngang qua thiết
bị MOV được giữ tại một số mức cao hơn điện áp đường dây bình thường khi dòng
xung chảy qua, nên sẽ có năng lượng tồn tại trên biến trở trong suốt thời gian làm
chệch hướng xung quá độ của nó.
Kỹ thuật dẫn điện cơ bản của MOV là kết quả của các mối nối bán dẫn (mối
nối P-N) tại biên của các hạt oxit kẽm (ZnO). MOV là một thiết bị nhiều mối nối
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
HVTH: Dương Anh Hào Trang 13
với hàng triệu hạt hoạt động phối hợp mắc nối tiếp-song song giữa 2 điện cực. Điện
áp rơi trên 1 hạt đơn gần như là hằng số và không phụ thuộc vào kích cỡ của hạt.
MOV cấu tạo chính bởi oxit Zn cộng với một số kim loại như Bismuth,
Cobalt, Manganses và các oxit kim loại khác. Cấu trúc biến trở gồm một ma trận

các hạt oxit ZnO dẫn điện bị ngăn cách nhau bởi biên của các hạt, chính là mối nối
P-N mang đặc tính bán dẫn. Khi MOV tiếp xúc với xung, oxit ZnO biểu lộ đặc tính
“hoạt động chủ yếu” cho phép nó dẫn một lượng lớn dòng mà không bị hư hỏng.
Hành động chủ yếu này có thể dễ dàng giải thích bởi việc hình dung cấu tạo của
MOV gồm một dãy các mối nối P-N sắp xếp nối tiếp và song song vì thế dòng xung
được chia nhỏ giữa các hạt. Bởi vì trở kháng có hạn của các hạt, chúng hoạt động
như các điện trở giới hạn dòng điện và do đó dòng điện được phân phối thông qua
phần chủ yếu của chất liệu theo cách mà làm giảm sự tập trung dòng tại mỗi mối
nối.
Thiết bị MOV đã được nghiên cứu rất nhiều và trở thành một thiết bị bảo vệ
quá áp hoàn thiện trên mạng xoay chiều hạ thế. Bản chất chủ yếu của cấu trúc của
nó đã khiến nó có đủ khả năng để xử lý các hậu quả quá độ mức II từ các nguồn sét
không trực tiếp.
MOV vừa có giá cả hợp lý lại có nhiều kích cỡ và không có số lần vượt quá
đáng kể. Không có dòng điện chảy kèm theo tần số công nghiệp và thời gian đáp
ứng của chúng thì đủ tốt hơn đối với các dạng quá độ trong mạch xoay chiều chính.
Dưới điều kiện quá độ năng lượng cao vượt quá định mức thiết bị, đặc tính V-I
của biến trở được thay đổi. Sự thay đổi này phản ánh qua việc giảm điện áp của
biến trở. Sau khi chịu một xung lần thứ hai hay thứ 3, điện áp biến trở có thể trở về
giá trị ban đầu của nó (Hình 1.4). Một cách thận trọng, giới hạn xung đỉnh đã được
thiết lập, trong nhiều trường hợp, đã vượt quá nhiều lần mà không làm hư hại thiết
bị. Những nghiên cứu và kiểm tra thí nghiệm đã chỉ ra rằng sự giảm phẩm chất của
MOV có lẽ là nguyên nhân ảnh hưởng đối với sự an toàn của thiết bị được bảo vệ
sau khi một số xung vượt ngoài định mức của thiết bị. Điều này không có nghĩa là
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
HVTH: Dương Anh Hào Trang 14
giới hạn thiết lập sẽ được bỏ qua nhưng lại được xem xét trong triển vọng định
nghĩa một thiết bị hư hỏng. Một thiết bị hư hỏng được định nghĩa bởi việc thay đổi

10% điện áp của biến trở tại 1mA. Điều này không đưa đến kết quả là thiết bị đó

không còn bảo vệ, nhưng đúng hơn đó là một thiết bị mà điện áp kẹp đã biến đổi
một ít.

Hình 1.4. Khả năng chịu đựng xung lặp lại.
1.2.7
Các thiết bị bảo vệ quá áp quá độ phổ biến: khe hở phóng điện, ống phóng
khí, biến trở oxit kim loại (MOV), tụ lọc, Diode zener, Diode thác, và thiết bị bảo
vệ lý tưởng đã được đánh giá hiệu quả bảo vệ qua các thông số chính và được tổng
hợp trong Bảng 1.2.
1.2.
Để chọn các thiết bị bảo vệ quá áp thích hợp cho các ứng dụng, căn cứ trên
các đại lượng sau:
 Điện áp hiệu dụng cực đại của hệ thống.
 Chế độ bảo vệ của thiết bị bảo vệ quá áp.
 Thiết bị bảo vệ quá áp có điện áp lớn hơn 10%-25% điện áp hệ thống.
 Năng lượng quá độ trường hợp xấu nhất mà thiết bị bảo vệ quá áp phải hấp
thu. (Sử dụng hướng dẫn trong ANSI/IEEE C62.41-1980).
 Điện áp kẹp yêu cầu để bảo vệ hệ thống.
Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.TS. Quyền Huy Ánh
HVTH: Dương Anh Hào Trang 15
 Các loại thiết bị bảo vệ quá áp quá độ.
STT





Gian








Tiêu
Tán
Giá
1
Khe hở phóng điện
(Spark Gap)
Xung đột
biến
Chậm
Đòn bẫy
(Crowbar)
1500V
Cao
Trung
bình
2
ng phóng khí (Gas
Discharge Tube)
Xung đột
biến
Chậm
Đòn bẫy
(Crowbar)
496÷
893V

(Sparkove
r)
Cao
Trung
bình
3
Biến trở oxit kim
loại
(MOV)
Xung đột
biến
25ns
Cắt xung
(Crowbar
Transient
Clipping)
400Vpc
Thấp
Trung
bình
thấp
4
Tụ lọc
(Capacitor Filter)
Nhiễu
Nhanh
Phóng điện
(Cap
discharge)
-

Trung
bình
Thấp
5
Điốt Zener (Zener
Diode)
Xung đột
biến
40ps
Cắt xung
(Transient
Clipping)
202Vpc
700Vps
82J
Trung
bình
thấp
6
Điốt Avalanche
(Avalanche Diode)
Xung đột
biến
5ps
Cắt xung
(Transient
Clipping)
200Vpc
300Vps
10J÷

2500J
Rất cao
7
Thiết bị bảo vệ phối
hợp các công nghệ
Xung
nhọn và
xung đột
biến
Rất nhanh
< 3ps
Cắt xung
(Transient
Clipping
130Vrms
105÷
900VA
(dạng
xung
100ms)
Trung
bình

1.3. Nhim v c
 Nghiên cứu cấu tạo và xây dựng mô hình thiết bị biến trở oxit kim loại MOV
(Metal Oxide Varistor).
 Xây dựng một số mô hình nguồn xung dòng và áp không chu kỳ tiêu chuẩn.
 Mô phỏng và đánh giá hiệu quả bảo vệ của MOV.
 Tính toán hệ số dự trữ, xây dựng đặc tuyến liên hệ của hệ số dự trữ theo sai
số điện áp ngưỡng và dòng xung sét của MOV hạ thế mắc song song.

 Xây dựng phương trình liên hệ của điện áp dư theo điện áp ngưỡng và dòng
xung sét các MOV hạ thế đơn và đa khối thông dụng trên thị trường.
 Xây dựng đặc tính liên hệ của điện áp dư theo điện áp ngưỡng và dòng xung
sét các MOV hạ thế đơn và đa khối thông dụng trên thị trường.