XÂY DỰNG VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC MÔ HÌNH CHỐNG SÉT VAN TRUNG ÁP

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 MÔ 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


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 MÔ
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


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. QUÁ 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 Công 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. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN
Thời gian

Nơi công tác

Công 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


Luận Văn Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công
bố trong bất kỳ công 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

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 quý thầy cô, tôi đã hoàn
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.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy Quyền Huy Ánh đã nhiệt tình
hƣớng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập cũng nhƣ trong quá trình thực
hiện luận văn tốt nghiệp này.
Ngoài ra, tôi 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 tôi hoàn 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 chuyên môn. 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 hoàn thiện
hơn.
Tôi 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


Luận Văn Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

TÓM TẮT
Luận văn “Xây dựng và đánh giá các mô hình chống sét van trung áp” đi
sâu vào nghiên cứu các mô 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 mô hình chống sét van trung thế
dạng MOV đƣa vào phần mềm Matlab. Các thông số của mô hình chống sét van
đƣợc cung cấp trong Catalogue của nhà sản xuất. Thử nghiệm các mô hình dựa
trên các thông 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 mô 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


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

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

HVTH: Võ Thanh Âu

Điện áp biến trở

Trang vi


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

HVTH: Võ Thanh Âu

Số cột MOV song song trong chống sét van.

Trang vii

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


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 dòng 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 MÔ HÌNH CHỐNG SÉT VAN ................................................... 30
3.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ..........................................................................................................30
3.2. CÁC MÔ HÌNH ĐƢỢC ĐỀ NGHỊ ..........................................................................31
3.2.1. Mô hình truyền thống ATP ...........................................................................31
3.2.2. Mô hình đƣợc đề nghị bởi IEEE ...................................................................31
3.2.2.1. Mô hình đề nghị.....................................................................................32
3.2.2.2. Xác định các thông số............................................................................33

3.2.3. Mô hình đƣợc đề nghị bởiPinceti .................................................................35
3.2.3.1. Mô hình đƣợc đề nghị ...........................................................................35
3.2.3.2. Xác định thông số ..................................................................................35
3.2.4. Mô hình P-K .................................................................................................36
3.2.4.1. Mô hình đƣợc đề nghị ...........................................................................36
3.2.4.2. Xác định thông số ..................................................................................37
CHƢƠNG 4: XÂY DỰNG CÁC MÔ HÌNH MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB ........ 38
4.1. MỤC ĐÍCH MÔ PHỎNG .......................................................................................38
4.2. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MATLAB ....................................................................39

HVTH: Võ Thanh Âu

Trang ix


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 mô hình .................................................................................40
4.2.3.2. Nguyên lý làm việc của mô hình ...........................................................42
4.2.3.3. Đánh giá mô hình ..................................................................................42
4.2.3.4. Mạch mô phỏng Matlab.........................................................................43
4.3. MÔ 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 không chu kỳ chuẩn .............................................................45
4.3.3. Xây dựng mô 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 MÔ HÌNH CHỐNG SÉT VAN DẠNG MOV PHỤ THUỘC TẦN
SỐ ....................................................................................................................................53
4.5. XÂY DỰNG MÔ 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 mô hinh chống sét van trung áp.............................................57
4.5.2.1. Xây dựng mô hình MOV theo IEEE: ....................................................57
4.5.2.2. Xây dựng mô hình MOV theo Pinceti: .................................................69
4.5.2.3. Xây dựng mô hình MOV theo P-K: ......................................................78
CHƢƠNG 5: MÔ PHỎNG SO SÁNH CÁC MÔ 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


Luận Văn Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

2. Thông số mô hình..........................................................................................90
3. Kết quả mô phỏng .........................................................................................90
4. Dạng sóng của mô 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 mô phỏng .......................................................................................100
4. Dạng sóng của mô 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

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
dòng ................................................................................................................. 29
Hình 3.1: Mô hình của IEEE ......................................................................... 32
Hình 3.2: Đặc tuyến đơn vị của phần tử phi tuyến A0 và A1 .......................... 34
Hình 3.3: Mô hình của Pinceti ........................................................................ 35
Hình 3.4: Mô hình P-K ................................................................................... 36
Hình 4.1: Quan hệ dòng điện –điện áp của mô hình chống sét van .............. 41
Hình 4.2: Hộp thoại của mô hình chống sét van ........................................... 41

Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý của mô hình ......................................................... 42

HVTH: Võ Thanh Âu

Trang xii


Luận Văn Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Hình 4.4: Mạch mô phỏng phóng điện chống sét van của Matlab, dạng sóng
8/20µs – dòng 10kA ........................................................................................ 43
Hình 4.5: Sét đánh trực kiếp vào kim thu sét trên đỉnh công trình ................. 44
Hình 4.6: Sét đánh trực tiếp vào đƣờng dây trên không lân cận công trình ... 44
Hình 4.7: Dạng sóng 10/350 µs ...................................................................... 44
Hình 4.8: Sét đánh vào đƣờng dây trên không ở vị trí cách xa công trình ..... 45
Hình 4.9: Sét đánh gián tiếp cảm ứng vào công trình ..................................... 45
Hình 4.10: Dạng sóng 8/20 µs ....................................................................... 45
Hình 4.11: Dạng sóng xung không 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 mô hình nguồn phát xung ................................... 49
Hình 4.18: Khai báo các thông số yêu cầu ..................................................... 50
Hình 4.19: Sơ đồ mô phỏng nguồn xung dòng ............................................... 51
Hình 4.20: Các thông số nguồn xung dòng .................................................... 52
Hình 4.21: Dạng sóng nguồn xung dòng 8/20µs biên độ 3kA ....................... 52

Hình 4.22: Dạng sóng nguồn xung dòng 8/20µs biên độ 5 kA ...................... 53
Hình 4.23: Dạng sóng nguồn xung dòng 8/20µs biên độ 10 kA .................. 53
Hình 4.24: Dạng sóng nguồn xung dòng 8/20µs biên độ 20 kA ................... 54
Hình 4.25: Mạch tƣơng đƣơng mô hình IEEE ............................................... 58
Hình 4.26:Đặc tuyến V-I của A0 và A1của mô hình IEEE ............................. 59
Hình 4.27: Sơ đồ nguyên lý của phần tử phi tuyến A0 ................................... 60

HVTH: Võ Thanh Âu

Trang xiii


Luận Văn Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Hình 4.28: Mô hình điện trở phi tuyếntheo IEEE .......................................... 61
Hình 4.29: Mô hình MOV theo IEEE bằng Matlab ...................................... 62
Hình 4.30: Mô hình MOV theo IEEE ............................................................. 62
Hình 4.31: Hộp thoại Mask Editor theo IEEE ................................................ 63
Hình 4.32: Thông tin cho khối trong thanh Documentation theo IEEE ......... 64
Hình 4.33: Thông tin cho khối trong thanh Prompt theo IEEE ...................... 65
Hình 4.34: Lệnh tính thông số trong thanh Initialization theo IEEE.............. 66
Hình 4.35.Tạo biểu tƣợng cho mô 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 mô phỏng đáp ứng của MOV theo mô hình IEEE ............. 69
Hình 4.39: Sơ đồ tƣơng đƣơng theo mô hình Pinceti ..................................... 69
Hình 4.40: Sơ đồ nguyên lý của phần tử phi tuyến A0 theo Pinceti ............... 71
Hình 4.41: Mô hình điện trở phi tuyến theo Pinceti ....................................... 71

Hình 4.42.Mô hình MOV theo Pinceti theo Matlab ....................................... 72
Hình 4.43: Mô hình khối MOV theo Pinceti ................................................. 73
Hình 4.44: Hộp thoại Mask Editor theo Pinceti ............................................. 73
Hình 4.45: Thông tin cho khối trong thanh Documentation theo Pinceti ...... 74
Hình 4.46: Thông tin cho khối trong thanh Prompt theo Pinceti ................... 75
Hình 4.47: Lệnh tính thông số trong thanh Initializationtheo Pinceti ............ 75
Hình 4.48: Tạo biểu tƣợng cho mô 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 mô hình Pinceti........... 77
Hình 4.52: Sơ đồ tƣơng đƣơng theo mô hình P-K ......................................... 78

HVTH: Võ Thanh Âu

Trang xiv


Luận Văn Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Hình 4.53:Mô hình MOV theo P-K ................................................................ 79
Hình 4.54: Mô hình khối MOV theo P-K ....................................................... 79
Hình 4.55: Hộp thoại Mask Editor ................................................................. 80
Hình 4.56: Thông tin cho khối trong thanh Documentation .......................... 80
Hình 4.57: Tạo thông tin cho khối trong thanh Prompt.................................. 81
Hình 4.58: Nhập các lệnh tính thông số trong thanh Initialization ............... 82
Hình 4.59: Tạo biểu tƣợng cho mô 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 mô phỏng đáp ứng của MOV theo mô hình P-K ............... 88
Hình 5.1: Sơ đồ mô 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 8/20s- 3kA ............................................................................................ 91
Hình 5.3: Điện áp dƣ của chống sét van EVP với điện áp 15kV, ứng với dòng
xung 8/20s- 5kA ............................................................................................ 92
Hình 5.4: Điện áp dƣ của chống sét van EVP với điện áp 15kV, ứng với dòng
xung 8/20s- 10kA .......................................................................................... 92
Hình 5.5: Điện áp dƣ của chống sét van EVP với điện áp 15kV, ứng với dòng
xung 8/20s- 20kA .......................................................................................... 93
Hình 5.6: Điện áp dƣ của chống sét van EVP với điện áp 18kV, ứng với dòng
xung 8/20s- 3kA ............................................................................................ 93
Hình 5.7: Điện áp dƣ của chống sét van EVP với điện áp 18kV, ứng với dòng
xung 8/20s- 5kA ............................................................................................ 94
Hình 5.8: Điện áp dƣ của chống sét van EVP với điện áp 18kV, ứng với dòng
xung 8/20s- 10kA .......................................................................................... 94

HVTH: Võ Thanh Âu

Trang xv


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 dòng
xung 8/20s- 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 8/20s ....................................................... 95
Hình 5.11: Biểu đồ sai số của điện áp dƣ của chống sét van hãng Ohios Brass,
điện áp 18kV, ứng với dòng xung 8/20s ....................................................... 96
Hình 5.12: Điện áp dƣ của chống sét van AZG2 với điện áp 15kV, ứng với
dòng xung 8/20s -3kA ................................................................................... 98
Hình 5.13: Điện áp dƣ của chống sét van AZG2 với điện áp 15kV, ứng với
dòng xung 8/20s -5kA ................................................................................... 99
Hình 5.14: Điện áp dƣ của chống sét van AZG2 với điện áp 15kV, ứng với
dòng xung 8/20s-10kA .................................................................................. 99
Hình 5.15: Điện áp dƣ của chống sét van AZG2 với điện áp 15kV, ứng với
dòng xung 8/20s -20kA .............................................................................. 100
Hình 5.16: Điện áp dƣ của chống sét van AZG2 với điện áp 18kV, ứng với
dòng xung 8/20s -3kA ................................................................................ 100
Hình 5.17: Điện áp dƣ của chống sét van AZG2 với điện áp 18kV, ứng với
dòng xung 8/20s -5kA ................................................................................ 101
Hình 5.18: Điện áp dƣ của chống sét van AZG2 với điện áp 18kV, ứng với
dòng xung 8/20s -10kA .............................................................................. 101
Hình 5.19: Điện áp dƣ của chống sét van AZG2 với điện áp 18kV, ứng với
dòng xung 8/20s- 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 8/20s ............................................................ 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 8/20s ............................................................ 103

HVTH: Võ Thanh Âu

Trang xvi


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 mô hình IEEE ....... 59
Bảng 4.2: Quan hệ i=f(u) đặc tuyến V-I của A0 và A1 mô 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 mô hình ....... 91
Bảng 5.3: Thông số kỹ thuật của hãng COOPER ....................................... 97
Bảng 5.4: Kết quả mô phỏng hãng COOPER của các mô hình ................. 98

HVTH: Võ Thanh Âu

Trang xvii


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 không những có thể gây thƣơng vong
cho con ngƣời mà còn có thể phá hủy những tài sản của con ngƣời nhƣ các công
trình xây dựng, công trình cung cấp năng lƣợng, hoạt động hàng không, các thiết bị
dùng điện, các Đài Truyền thanh – Truyền hình, các hệ thống thông 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 dông có ở Việt Nam
trên nhiều khu vực thuộc loại khá lớn. Số ngày dông cực đại là 113,7 (tại Đồng
Phú), số giờ dông cực đại 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 Hòa 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 toàn 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

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 cơng 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.
Nhưng cho đến nay việc mô hình hoá và mô phỏng các thiết bò chống sét lan
truyền trong các thiết bò 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 bò
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 mơ phỏng các phần tử chống sét lan truyền vẫn còn tiếp tục nghiên cứu

HVTH: Võ Thanh Âu

Trang 2


Luận Văn Thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

và phát triển. Hơn nữa, vấn đề khó khăn trong xây dựng mô hình là xác định các
thông số của mô 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 mô hình các thiết bị
chống sét.Tuy nhiên, mô hình này thƣờng chỉ phù hợp đối với thiết bị của một nhà
sản xuất nào đó, không 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 mô hình
chống sét van trung áp” đi sâu vào nghiên cứu mô hình thiết bị chống sét van cấp
trung thế dạng MOV, lập mô hình và mô phỏng với phần mềm rất thông dụng là
Matlab với mong muốn có thể xây dựng đƣợc mô 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 mô hình đƣợc đề xuất cho mô phỏng các đặc tính động
của chống sét van. Mô hình IEEE và mô hình pinceti…là các mô hình chính mà
đề xuất để mô phỏng các đặc tính động của chống sét van, để xác định các thông
số chống sét van , một thuật toán mới đã đƣợc đề xuất và so sánh giữa các mô

hình IEEE và mô hình Pinceti, mô 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 mô hình chống sét van MOV phụ thuộc tần số.

-

Cải tiến mô 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 mô hình.

HVTH: Võ Thanh Âu

Trang 3

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 mô hình chống sét van phụ thuộc tần số.

-

Mô hình hóa và mô phỏng chống sét van dạng MOV bằng Simulink trong
Matlab.

-

Xác định các thông số của các mô hình

-

Kiểm chứng, đánh giá độ chính xác của các mô 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 ôxít kim loại (MOV).

-

Thu thập tài liệu và nghiên cứu các mô hình chống sét dạng MOV.

-

Lập mô hình các phần tử của thiết bị chống sét dạng MOV.

-

Lập mô hình thiết bị phát xung sét tiêu chuẩn.

-

Thực thi mô hình.

-

Đánh giá mô 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 mô hình bộ chống sét van MOV đạt mức độ chính xác theo các thông số
kỹ thuật của nhà sản xuất.

-

Đƣa ra thuật toán mới so sánh các mô hình chống sét van MOV.

VI. TÍNH THỰC TIỄN
-

Là một công 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 thông 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


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 mô hình chống sét van.
Chƣơng 4: Xây dựng các mô hình mô phỏng chống sét van MOV bằng Matlab.
Chƣơng 5: Mô phỏng so sánh các mô 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 trò 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 trò 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 mô hình hóa: Sử dụng phần mềm Matlab và mô phỏng chống
sét van dƣới tác dụng của các dạng xung sét không chu kỳ.

-

Phƣơng pháp tổng hợp: Là phƣơng pháp đóng vai trò bổ trợ. Tổng hợp các
ý kiến để đƣa ra các kết luận về những vấn đề đang tìm hiểu, từ đó hoàn thành
nội dung, yêu cầu của để tài này.

HVTH: Võ Thanh Âu

Trang 5


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 không thể thêm chi phí để tạo cấp
cách điện BIL cao hơn đƣợc nữa vì không khả thi về kinh tế.

HVTH: Võ Thanh Âu

Trang 6