Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu và lập mô hình mô phỏng thiết bị chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp

Header Page 1 of 16.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

H

NGUYỄN HOÀNG MINH

TE
C

NGHIÊN CỨU VÀ LẬP MÔ HÌNH
MÔ PHỎNG THIẾT BỊ CHỐNG SÉT

H

U

LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN
HẠ ÁP

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Thiết bị, Mạng và Nhà máy điện
Mã số: 605250

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 4/2011

Footer Page 1 of 16.

Header Page 2 of 16.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

TE
C

H

NGUYỄN HOÀNG MINH

NGHIÊN CỨU VÀ LẬP MÔ HÌNH
MÔ PHỎNG THIẾT BỊ CHỐNG SÉT

H

U

LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN
HẠ ÁP

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Thiết bị, Mạng và Nhà máy điện
Mã số: 605250
HDKH: PGS .TS QUYỀN HUY ÁNH

TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 4/2011

Footer Page 2 of 16.

H

U

TE
C

H

Header Page 3 of 16.

Footer Page 3 of 16.


Header Page 4 of 16.

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

Cán bộ chấm nhận xét 1 :...

H

Cán bộ chấm nhận xét 2 :...

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP. HCM

TE
C

ngày . . tháng . . . năm . . .

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1. ..
2. ..
3. ..
4. ..

H

5. ..

U

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)

Xác nh Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Khoa quản lý chuyên ngành sau khi
luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

Footer Page 4 of 16.

Khoa quản lý chuyên ngành

TRƯỜNG
ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM
Header Page
5 of 16.
PHÒNG QLKH - ĐTSĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN HOÀNG MINH

Giới tính: Nam

Ngày, tháng năm sinh: 18 /05/ 1975

Nơi sinh: Tp. HCM

Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện

MSHV: 1081031015

I- TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU VÀ LẬP MÔ HÌNH MÔ PHỎNG THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN
TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Tổng quan về chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp

H

2. Nghiên cứu mô hình nguồn phát xung sét tiêu chuẩn
3. Nghiên cứu mô hình biến trở Oxide kim loại MOV

TE
C

4. Nghiên cứu mô hình khe phóng điện không khí Spark Gap
5. Nghiên cứu mô hình khe phóng điện tự kích Trigger Spark Gap
6. Lập mô hình, mô phỏng và rút ra các yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ
chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp.

U

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15/09/2011

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/03/2012.

H

V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

Footer Page 5 of 16.

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)

Header Page 6 of 16.

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình
nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã
được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Học viên thực hiện luận văn

H

U

TE
C

H

Nguyễn Hoàng Minh

Footer Page 6 of 16.


Header Page 7 of 16.

LỜI CẢM ƠN
Nhân dịp hoàn thành luận văn tốt nghiệp, đầu tiên cho phép tôi bày tỏ lòng biết
ơn đến Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Kỹ thuật Công nghệ Tp.HCM, Phòng Sau

Đại Học Trường Đại Học Kỹ thuật Công nghệ Tp.HCM, giúp đỡ và hướng dẫn tôi
trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Nhân dịp hoàn thành luận văn tốt nghiệp, cho phép tôi bày tỏ lòng biết ơn sâu
sắc đến PGS TS. Quyền Huy Ánh đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi trong suốt quá
trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Qua đây tôi cũng xin chân thành cảm ơn toàn Ban Giám hiệu Trường Trung cấp
nghề Thủ Đức đã quan tâm, động viên, tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận

H

văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể quí Thầy Cô khoa Điện Trường Trung cấp

TE
C

nghề Thủ Đức động viên, hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn.
Xin gởi lời cảm ơn đến toàn thể các bạn học viên lớp Cao học10SMĐ Trường
Đại Học Kỹ thuật Công nghệ Tp.HCM khóa 2010-2012 đã động viên, khích lệ giúp
đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn.

Xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn bên tôi, động viên giúp đỡ tôi.

H

U

Xin chân thành cảm ơn!

Footer Page 7 of 16.

Học viên thực hiện

Nguyễn Hoàng Minh


Header Page 8 of 16.

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG
(Dùng cho nghiên cứu sinh & học viên cao học)
I.LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
-Họ và tên: NUYỄN HOÀNG MINH

Giới tính: Nam

-Ngày,tháng, năm sinh: 18/05/1975

Nơi sinh: Tp.HCM

-Quê quán: Thủ Đức, Tp.Hồ Chí Minh

Dân tộc: Kinh

-Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 22/29 Kp2, Đường Bình Chiểu, P.Bình Chiểu,
Q.Thủ Đức, Tp.Hồ Chí Minh
-Điện thoại cơ quan: 08.38966888

Điện thoại nhà riêng: 08.38970957

-Fax:

Email:

1.Trung học chuyên nghiệp:

H

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

TE
C

-Hệ đào tạo:…………………………Thời gian từ…/…….đến……./……….
-Nơi học(trường, thành phố):………………………………………………….
-Ngành học:…………………………………………………………………….
2.Đại học:

-Hệ đào tạo: Tập trung chính quy…Thời gian từ 09/1996 đến 04/2001

U

-Nơi học (trường, thành phố): Đại học Kỹ thuật Công nghệ Tp.HCM,
Thành phố Hồ Chí Minh.

H

-Ngành học: Điện công nghiệp

-Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Mạch điện, Cung cấp điện, Lý
thuyết điện tử

-Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 03/2001, Trường Đại học
Kỹ thuật Công nghệ Tp.HCM
-Người hướng dẫn:
3.Thạc sỹ:
-Hệ đào tạo: Tập trung chính quy Thời gian đào tạo từ 07/2010 đến 07 /2012
-Nơi học (trường,thành phố): Đại học Kỹ thuật Công nghệ Tp.HCM,
Tp.Hồ Chí Minh.
-Tên luận văn: NGHIÊN CỨU VÀ LẬP MÔ HÌNH MÔ PHỎNG THIẾT BỊ

Footer Page 8 of 16.


Header Page 9 of 16.

CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP
-Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 15/04 /2012 tại Trường ĐH Kỹ thuật Công nghệ
Tp.HCM
-Người hướng dẫn: PGS.TS Quyền Huy Ánh
4.Tiến sĩ:
-Hệ đào tạo:

Thời gian đào tạo từ………/…..đến…../……

-Tại (trường,thành phố):
-Tên luận án:
-Người hướng dẫn:
-Ngày & nơi bảo vệ :

H

5.Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Anh ngữ, trình độ B
6. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật được chính thức cấp; số bằng, ngày &

TE
C

nơi cấp: Kỹ sư Điện công nghiệp,
Trường ĐH Kỹ thuật Công nghệ Tp.HCM

III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI
HỌC:
Thời gian

H

2003-2004

Trung tâm dạy nghề Q.Thủ

U

2002-2003

Nơi công tác

2005-2012

Đức

Trường Kỹ thuật công

Công việc đảm nhiệm
Giáo viên
Giáo viên

nghiệp Thủ Đức
Trường Trung cấp nghề

Giáo viên

Thủ Đức

IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ:
XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC
HOẶC ĐỊA PHƯƠNG

Ngày 15 tháng 03 năm 2012
Người khai ký tên

Nguyễn Hoàng Minh

Footer Page 9 of 16.


Header Page 10 of 16.

i

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Hiện nay, trên thị trường có n hiều loại thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền
trên đường nguồn (TBBV) của các hãng sản xuất khác nhau với các công nghệ đa
dạng. Việc lựa chọn TBBV có hiệu quả bảo vệ cao ở mức ít tốn kém nhất, thường
gặp nhiều khó khăn vì các nhà sản xuất thường cung cấp các thông tin liên quan đến
ưu điểm về sản phẩm mà không đề cập đến các nhược điểm. Vì vậy, cần nhận biết
và đánh giá các tính năng kỹ thuật quan trọng nhất và loại bỏ các thông tin không
quan trọng, thậm chí có thể gây lầm lẫn trong việc ra quyết định lựa chọn TBBV là
yêu cầu bức thiết. Các thông số kỹ thuật được xem xét để đánh giá thiết bị bảo vệ
bao gồm: mức chịu quá áp lâu dài, điện áp thông qua, giá trị xung, tuổi thọ, tốc độ

trọng nhất.

TE
C

điện áp thông qua là quan

H

đáp ứng, khả năng tản năng lượng sét, công nghệ. Trong các thông số trên, thông số

Luận văn này dựa vào thông số điện áp thông qua nhằm đánh giá, so sánh khả
năng bảo vệ của TBBV. Từ đó rút ra các yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ chống sét lan
truyền trên đường nguồn hạ áp nhằm tối ưu hóa các tính năng bảo vệ và nâng cao

U

độ tin cậy trong quá trình vận hành. Các yếu tố ảnh hưởng này bao gồm: công nghệ
chống sét, sự lựa chọn phối hợp bảo vệ của các TBBV và đánh giá hiệu quả bảo vệ

H

của các thiết bị lọc sét.

Luận văn bao gồm các nội dung chính sau đây:
1. Tổng quan về bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp.
2. Nghiên cứu mô hình nguồn phát xung sét tiêu chuẩn.
3. Nghiên cứu mô hình biến trở Oxide kim loại MOV.
4. Nghiên cứu mô hình khe hở phóng điện không khí SG và mô hình khe
hở phóng điện tự kích TSG.
5. Các yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ chống sét lan truyền trên đường
nguồn hạ ap.
6.Kết luận

Footer Page 10 of 16.


Header Page 11 of 16.

ii

ABSTRACT
Currently, the marker has many types of lightning protection equipment (LPE)
spread over power lines, protective devices of different manufacturers with various
technologies. The highly effective selection of LPE at the least cost is usually
difficult because manufacturers often provide information which related to product
advantages without the disadvantages mentioned. So it is necessary to recognize
and evaluate the most, important technologies features and remove the most
important information and maybe even misleading in the selection decision is
urgent need. The specifications

parameters are reviewed to assess protection

H

equipment including long-term rate under surge, voltage, pulse value, longevity,
speed of response, ability to dissipate the lightning energy, technology. In the above

TE
C

parameters, passed voltage parameters is the most important.

This paper is based on the passed voltage parameters in order to evaluate,
compare to the ability protection of LPE. From that draws elements affect lightning
protection on low voltage source to optimize the security features and enhanced
reliability during operation. These factors include: lightning protection technology,

U

the choice of the protection coordination and the evaluation of assest protective
effect of the clay filter.

H

Thesis includes the following main contents:
1. Overview of lightning protection spread over low voltage source.
2. Research the standard lightning impulse source model.
3. Research rheostat model MOV (Metal Oxide Varistor)
4. Research the discharge air gap SG (Spark Gap) model and the discharge

gap model it self click TSG (Trigger Spark Gap)
5. Research the elements affect to the lightning protection spread over low
voltage source.
6. Conclusion

Footer Page 11 of 16.


Header Page 12 of 16.

iii

MỤC LỤC
TÓM TẮT ĐỀ TÀI Trang i
ABSTRACT ............................................................................................... Trang ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ................................................................... Trang vii
DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................... Trang viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ..........................................................................Trang ix
CHƯƠNG: MỞ ĐẦU ..................................................................................Trang 1
1. ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................Trang 1
2. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN............................. Trang 2
3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU ............................................................... Trang 3
4. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH .............................................................. Trang 3

H

5. ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN VĂN .......................................................Trang 3

TE
C

6. GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN ...................................... Trang 4
7. BỐ CỤC LUẬN VĂN ..................................................................... Trang 4
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN
TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP .........................................Trang 5
1.1. GIỚI THIỆU ................................................................................Trang 5

U

1.2 .TẦN SUẤT XUẤT HIỆN SÉT ....................................................Trang 6
1.3. DẠNG XUNG SÉT .....................................................................Trang 7

H

1.3.1.Dạng sóng 10/35µs ............................................................... Trang 7
1.3.2.Dạng sóng 8/20µs .................................................................. Trang 8

1.4. BIÊN ĐỘ XUNG SÉT..................................................................Trang 9
1.5 CÔNG NGHỆ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN
ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP .......................................................... Trang 10
1.5.1. Khe phóng điện (Spark Gap) .............................................. Trang 10
1.5.2. MOV (Metal Oxide Varistor) ............................................. Trang 13
1.5.3. SAD (Silicon Avalanche Diode) ........................................ Trang 13
1.5.4. TDS (Transient Discriminating Suppressor) ....................... Trang 14
1.6 CÁC THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG
CẤP NGUỒN HẠ ÁP ................................................................. Trang 15

Footer Page 12 of 16.

Header Page 13 of 16.

iv

1.6.1.Thiết bị cắt sét ..................................................................... Trang 15
1.6.2 .Thiết bị lọc sét .................................................................... Trang 16
1.7. CÁC TIÊU CHUẨN TRONG BẢO VỆ QUÁ ÁP...................... Trang 17
1.7.1. Bảo vệ quá áp theo ANSI/IEEE .......................................... Trang 17
1.7.2. Bảo vệ quá áp theo IEC ...................................................... Trang 17
1.7.3. Hệ thống bảo vệ chống sét hạ áp ........................................ Trang 19
CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH NGUỒN PHÁT XUNG SÉT ............................. Trang 22
2.1 GIỚI THIỆU ............................................................................... Trang 22
2.2. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MATLAB ....................................... Trang 23
2.2.1. Định nghĩa.......................................................................... Trang 23

H

2.2.2. Cài đặt Matlab .................................................................... Trang 24
2.2.2.1. Yêu cầu của phần mềm ................................................. Trang 24

TE
C

2.2.2.2. Các bước cài đặt........................................................... Trang 24
2.2.2.3. Khởi động chương trình Matlab.................................... Trang 24
2.2.3. Các khối sử dụng trong mô hình ......................................... Trang 27
2.2.4. Giới thiệu công cụ Curve Fitting Toolbox .......................... Trang 29
2.3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGUỒN PHÁT XUNG SÉT ............... Trang 34

U

2.3.1Các dạng xung không chu kỳ chuẩn ..................................... Trang 34

H

2.3.2 Xây dựng mối liên hệ giữa các thông số trong mô hình ....... Trang 36
2.3.2.1Giữa tỉ số t2/t1 và b/a ..................................................... Trang 37
2.3.2.2 Giữa tỉ số b/a và at1 ...................................................... Trang 40
2.3.2.3.Giữa tỉ số I1/I và b/a ...................................................... Trang 42
2.3.3 Xây dựng mô hình nguồn phát xung .................................... Trang 42
2.3.3.1.Xây dựng sơ đồ khối ..................................................... Trang 42
2.3.3.2 Thực hiện mô phỏng ...................................................... Trang 44
2.4 KẾT LUẬN ................................................................................. Trang 47
CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH BIẾN TRỞ OXIDE KIM LOẠI ......................... Trang 48
3.1 GIỚI THIỆU ............................................................................... Trang 48
3.2 MÔ HÌNH ĐIỆN TRỞ PHI TUYẾN ........................................... Trang 48

Footer Page 13 of 16.


Header Page 14 of 16.

v

3.2.1 Mô hình toán ....................................................................... Trang 48
3.2.2 Cấu trúc mô hình ................................................................. Trang 49
3.3 MÔ HÌNH MOV CỦA MATLAB ............................................... Trang 50
3.3.1 Mô hình...............................................................................Trang 50
3.3.2 Nguyên lý làm việc của mô hình .......................................... Trang52
3.4 MÔ HÌNH MOV HẠ THẾ ......................................................... Trang 53

3.4.1Cấu trúc cơ bản của mô hình MOV hạ thế ............................ Trang 53
3.4.2 Mô hình điện trở phi tuyến trên Matlab .............................. Trang 55
3.4.3 Mô hình MOV hạ thế trên Matlab ......................................Trang 56
3.4.4 Kiểm tra đáp ứng mô hình MOV với mô hình xung

H

dòng 8/20µs ................................................................................ Trang 59
3.5 KẾT LUẬN................................................................................. Trang 65

TE
C

CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH KHE HỞ PHÓNG ĐIỆN

KHÔNG KHÍ .................................................................... Trang 66
4.1. MÔ HÌNH KHE HỞ PHÓNG ĐIỆN

KHÔNG KHÍ SPARK GAP .....................................................Trang 66
4.1.1.Mô hình Spark Gap đơn giản ...............................................Trang 66

U

4.1.2. Xây dựng sơ đồ khối mô hình Spark Gap ............................ Trang 68

H

4.1.3. Mô phỏng mô hình Spark Gap ............................................Trang 71
4.2. MÔ HÌNH KHE HỞ PHÓNG ĐIỆN TỰ KÍCH TRIGGERED SPARK
GAP .................................................................................................. Trang 78

4.2.1. Mô hình Triggered Spark Gap ............................................. Trang 78
4.2.2. Mô phỏng mô hình Triggered Spark Gap ............................ Trang 79
CHƯƠNG 5: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BẢO VỆ CHỐNG
SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP ..............Trang 84
5.1 GIỚI THIỆU ...............................................................................Trang 84
5.2. CÔNG NGHỆ CHỐNG SÉT......................................................Trang 85
5.2.1. TBBV sử dụng công nghệ SG ............................................Trang 86
5.2.2. TBBV sử dụng công nghệ TSG ...........................................Trang 90

Footer Page 14 of 16.


Header Page 15 of 16.

vi

5.2.3. TBBV sử dụng công nghệ MOV .........................................Trang 92
5.2.4. So sánh hiệu quả bảo vệ của công nghệ SG, TSG, MOV .....Trang 93
5.3. PHỐI HỢP BẢO VỆ QUÁ ÁP...................................................Trang 96
5.3.1.Phối hợp bảo vệ quá áp hai tầng ...........................................Trang 96
5.3.1.1. Trường hợp 1 (TBBV tầng 1 sử dụng TSG,
tầng 2 sử dụng MOV) ..................................................Trang 97
5.3.1.2. Trường hợp 2 (TBBV tầng 1 sử dụng MOV,
tầng 2 sử dụng MOV2) .................................................. Trang 99
5.3.1.3. Trường hợp 3 (TBBV tầng 1 sử dụng SG,
tầng 2 sử dụng MOV) .................................................. Trang 102

H

5.3.1.4. So sánh hiệu quả bảo vệ của 3 trường hợp phối hợp bảo vệ

hai tầng........................................................................ Trang 103

TE
C

5.3.2. Phối hợp bảo vệ quá áp 3 tầng ........................................... Trang 105
5.3.3. So sánh hiệu quả bảo vệ của hai trường hợp phối hợp bảo vệ
hai tầng và ba tầng ........................................................... Trang 108
5.4. ẢNH HƯỞNG CỦA THIẾT BỊ LỌC SÉT ............................... Trang 109
5.4.1. Trường hợp 1 (bảo vệ một tầng + thiết bị lọc sét) .............. Trang 109

U

5.4.2. Trường hợp 2 (phối hợp bảo vệ hai tầng +

H

thiết bị lọc sét).................................................................... Trang112

5.5.NHẬN XÉT .............................................................................. Trang 114

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN ....................................................................... Trang 115
6.1 KẾT LUẬN............................................................................... Trang 115
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ..................................... Trang 117
Tài liệu tham khảo ................................................................................... Trang 118
Phụ lục

Footer Page 15 of 16.

Header Page 16 of 16.

vii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ANSI: American National Standards Institute: Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ
CM : Common Mode : Trạng thái phổ biến
DM : Differential Mode : Trạng thái khác biệt
GDT : Gas Discharge Tube : Ống phóng khí
IEC : International Electrotechnical Commission: Hội đồng kỹ thuật quốc tế
IEEE : Institute of Electrical and Electronics Engineers: Học viện kỹ sư điện – điện
tử
MOV : Metal Oxide Varistor : Biến trở Oxide kim loại
PE : Protect Earth : Bảo vệ nối đất

H

PEN : Protect Earth Neutral : Bảo vệ trung tính + bảo vệ nối đất nối chung

TE
C

SPD : Surge Protection Device : Thiết bị bảo vệ quá áp
TBBV: Thiết bị bảo vệ

TGS : Trigger Spark Gap: Khe hở phóng điện
TN: Hệ thống nối đất TN

TNC: Hệ thống nối đất TNC

U

TNS: Hệ thống nối đất TNS
TT: Hệ thống nối đất TT

H

SG: Spark Gap (khe phóng điện)
TSG: Trigger Spark Gap (khe hở phóng điện tự kích)
MOV: Metal Oxide Varistor (biến trở oxide kim loại)
SAD: Sillicon Avalanche Diode
TDS: Transient Discriminating Suppressor
Iref : Dòng điện quy chuẩn trên một đĩa MOV

Footer Page 16 of 16.


Header Page 17 of 16.

viii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1.Trạng thái bảo vệ quá áp đối với lưới điện hạ áp........................... Trang 21
Bảng 3.1.Thông số kỹ thuật MOV hạ thế của hãng siemens ........................ Trang 60
Bảng 3.2. Kết quả so sánh khi mô phỏng MOV hạ thế của hãng Siemens .... Trang 61
Bảng 3.3. Thông số kỹ thuật MOV hạ thế của hãng AVX............................ Trang 62
Bảng 3.4. Kết quả so sánh khi mô phỏng MOV hạ thế của hãng AVX......... Trang 64
Bảng 3.5. Thông số kỹ thuật MOV hạ thế của hãng Littefuse ...................... Trang 64
Bảng 3.6. Kết quả so sánh khi mô phỏng MOV hạ thế của hãng Littelfuse . Trang 66
Bảng 5.1. So sánh điện áp thông qua trong ba trường hợp SG, TSG, MOV . Trang 96

H

Bảng 5.2. So sánh điện áp thông qua trong ba trường hợp phối hợp
bảo vệ hai tầng .......................................................................... Trang 105

TE
C

Bảng 5.3. So sánh điện áp thông qua trong 2 trường hơp TSG1-MOV2 và
TSG1-MOV2-MOV3. ................................................................ Trang 109
Bảng 5.4. So sánh điện áp thông qua trong ba trường hợp phối hợp
bảo vệ một tầng + bộ lọc sét ...................................................... Trang 112
Bảng 5.5.So sánh điện áp thông qua trong ba trường hợp phối hợp

H

U

bảo vệ hai tầng có bộ lọc sét ........................................................ Trang 115

Footer Page 17 of 16.


Header Page 18 of 16.

ix

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1 Dạng sóng xung quá áp trên đường nguồn hạ áp

(với thời gian ngắn là 1ms) ............................................................. Trang 6
Hình 1.2. Quan hệ tần suất xuất hiện sét theo biên độ ................................... Trang 6
Hình 1.3. Sét đánh trực tiếp vào kim thu sét trên đỉnh công trình ................... Trang 7
Hình 1.4. Sét đánh trực tiếp vào đường dây trên không lân cận công trình .... Trang 7
Hình 1.5. Dạng sóng 10/350µs ...................................................................... Trang 8
Hình 1.6. Sét đánh vào đường dây trên không ở vị trí cách xa công trình ....... Trang 8
Hình 1.7. Sét đánh gián tiếp cảm ứng vào công trình ..................................... Trang 9
Hình 1.8. Dạng sóng 8/20µs .......................................................................... Trang 9

H

Hình 1.9. Lựa chọn SPD theo mức độ lộ thiên của công trình ..................... Trang 10
Hình 1.10. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của TSG ................................... Trang 12

TE
C

Hình 1.11. Sơ đồ nguyên lý của thiết bị. ...................................................... Trang 15
Hình 1.12. Tủ phân phối chính với thiết bị chống sét trên đường truyền ...... Trang 15
Hình 1.13. Một số thiết bị chống sét lan truyền trên đường nguồn
và đường tín hiệu. ...................................................................... Trang 16
Hình 1.14. Các cấp độ bảo vệ quá áp dựa vào khả năng chịu quá áp

U

của thiết bị. ................................................................................ Trang 18
Hình 1.15a. Cách lắp đặt thiết bị bảo vệ quá áp hạ thế

H

(loại đơn cực và đa cực) dùng cho mạng điện 1 pha. ................ Trang 20

Hình 1.15b. Cách lắp đặt thiết bị bảo vệ quá áp hạ thế
(loại đơn cực và đa cực) dùng cho mạng điện 3 pha. ................. Trang 20
Hình 2.1. Thanh “Start bar” của chương trình Matlab và
các công cụ thuộc thư viện “Simulink”. ....................................... Trang 25
Hình 2.2. Thư viện Simulik trong chương trình Matlab. .............................. Trang 26
Hình 2.3 (a). Thao tác mở cửa sổ làm việc .................................................. Trang 27
Hình 2.3 (b). Cửa sổ làm việc. ..................................................................... Trang 27
Hình 2.4. Giao diện tạo Curve Fitting Toolbox ............................................ Trang 29
Hình 2.5. Cửa sổ Workspace. ...................................................................... Trang 30
Hình 2.6. Cửa sổ Data. ................................................................................ Trang 31

Footer Page 18 of 16.


Header Page 19 of 16.

x

Hình 2.7. Cửa sổ Fitting. ............................................................................. Trang 31
Hình 2.8. Đồ thị y= F(x). ............................................................................. Trang 33
Hình 2.9. Cửa sổ Analysis. .......................................................................... Trang 33
Hình 2.10. Dạng sóng xung không chu kỳ chuẩn. ........................................ Trang 34
Hình 2.11. Dạng sóng xung gồm tổng của hai thành phần. .......................... Trang 35
Hình 2.12. Đường cong xác định tỉ số b/a. ................................................... Trang 35
Hình 2.13. Đường cong xác định tỉ số at1..................................................... Trang 36
Hình 2.14. Đường cong xác định tỉ số I1/I. ................................................... Trang 36
Hình 2.15. Nhập dữ liệu t2/t1 và b/a. ........................................................... Trang 37
Hình 2.16. Kết quả phân tích ở cửa sổ Analysis. .......................................... Trang 40

H

Hình 2.17. Nhập dữ liệu b/a (X_at1) và at1. ................................................ Trang 41
Hình 2.18. Sơ đồ khối tạo nguồn phát xung. ................................................ Trang 43

TE
C

Hình 2.19. Biểu tượng của mô hình nguồn phát xung. ................................. Trang 43
Hình 2.20. Khai báo các thông số yêu cầu. .................................................. Trang 44
Hình 2.21. Sơ đồ mô phỏng nguồn xung dòng ............................................ Trang 44
Hình 2.22. Các thông số nguồn xung dòng ................................................. Trang 45
Hình 2.23. dạng sóng nguồn xung dòng 8/20µs biên độ 20kA ..................... Trang 45

U

Hình 2.24. Dạng sóng nguồn xung dòng 8/20µs biên độ 3kA ..................... Trang 46

H

Hình 2.25. Sơ đồ mô phỏng nguồn xung áp ................................................ Trang 46
Hình 2.26. Dạng sóng nguôn xung áp 1,2/50 µs biên độ 5kV. ..................... Trang 47
Hình 2.27. Dạng sóng nguồn áp 10/700 µs biên độ 5kV . ............................ Trang 47
Hình 3.1. Mô hình điện trở phi tuyến. ......................................................... Trang 49
Hình 3.2. Biểu tượng mô hình MOV trong chương trình Matlab. ................ Trang 50
Hình 3.3. Quan hệ dòng điện và điện áp của mô hình MOV ........................ Trang 51
Hình 3.4. Hộp thoại của mô hình MOV trong Matlab ................................. Trang 51
Hình 3.5. Sơ đồ nguyên lý của mô hình. ...................................................... Trang 52
Hình 3.6. Sơ đồ mạch tương đương của mô hình MOV đề nghị................... Trang 53

Hình 3.7. Đặc tinh V-I của MOV co sai số TOL 10% . ................................ Trang 54
Hình 3.8. sơ đồ mô hình điện trở phi tuyến V=f(I) của MOV....................... Trang 55

Footer Page 19 of 16.


Header Page 20 of 16.

xi

Hình 3.9. Mô hình MOV hạ thế .................................................................. Trang 56
Hình 3.10. Biểu tượng mô hình MOV hạ thế .............................................. Trang 57
Hình 3.11. Hộp thoại khai báo biến của Parameters của mô hình
MOV hạ thế. ................................................................................................ Trang 57
Hình 3.12. Hộp thoại Initialization của mô hình MOV hạ thế. ..................... Trang 58
Hình 3.13. Hộp thoại thông số của mô hình MOV hạ thế. ............................ Trang 59
Hình 3.14. Sơ đồ mô phỏng đáp ứng của MOV hạ thế . ............................... Trang 59
Hình 3.15. Điện áp dư và dòng điện qua mô hình MOV khi.
mô phỏng MOV B40K275 với xung dòng 8/20µs 5Ka............... Trang 60
Hình 3.16.Điện áp dư và dòng điện qua mô hình MOV khi.

H

mô phỏng MOV B40K275 với xung dòng 8/20µs 10kA ............ Trang 61
Hình 3.17.Điện áp dư và dòng điện qua mô hình MOV khi

TE
C

mô phỏng MOV VE17M02750K với xung 8/20µs 2kA. ............. Trang 63

Hình 3.18. Điện áp dư và dòng điện qua mô hình MOV khi
mô phỏng MOV VE17M02750K với xung 8/20µs 3kA. ............ Trang 63
Hình 3.19. Điện áp dư và dòng điện qua mô hình MOV khi
mô phỏng V275LA40A với xung 8/20µs 3kA. .......................... Trang 65

U

Hình 3.20. Điện áp dư và dòng điện qua mô hình MOV khi

H

mô phỏng V275LA40A với xung 8/20µs 5kA. ........................... Trang 65
Hình 4.1. Mô hình khe hở không khí đề nghị. .............................................. Trang 68
Hình 4.2. Sơ đồ khối điều khiển SC. ............................................................ Trang 69
Hình 4.3. Khai báo các thông số trong Breaker. ........................................... Trang 70
Hình 4.4. Sơ đồ mô phỏng phóng điện khe hở không khí trong MatLab. ..... Trang 71
Hình 4.5. Các thông số cần khai báo cho mô hình Spark Gap. ..................... Trang 71
Hình 4.6. Tạo biểu tượng cho mô hình trong MATLAB. ............................. Trang 72
Hình 4.7. Biểu tượng mô hình khe hở phóng điện không khí Spark Gap. .... Trang 72
Hình 4.8. Sơ đồ mạch mô phỏng Spark Gap với nguồn xung áp. ................. Trang 73
Hình 4.9.Khai báo các thông số của mô hình nguồn xung áp. ...................... Trang 74
Hình 4.10. Khai báo các thông số của mô hình Spark Gap. .......................... Trang 74

Footer Page 20 of 16.


Header Page 21 of 16.

xii

Hình 4.11.Đáp ứng của Spark Gap có Vbreaker = 3kA với xung áp
1.2/50µs 5kV. ............................................................................. Trang 75
Hình 4.12. Đáp ứng của Spark Gap có Vbreaker = 3kV với xung áp
10/700µs10kV........................................................................... Trang 76
Hình 4.13. Sơ đồ mạch mô phỏng Spark Gap với nguồn xung dòng. ........... Trang 76
Hình 4.14. Dạng sóng xung dòng 8/20µs 5kA. ............................................ Trang 77
Hình 4.15. Đáp ứng của SG. ........................................................................ Trang 77
Hình 4.16. Dạng sóng xung dòng 10/350µs 5kA. ........................................ Trang 78
Hình 4.17. Đáp ứng của SG. ........................................................................ Trang 78
Hình 4.18. Sơ đồ cấu tạo Triggered Spark Gap với điện trở phi tuyến. ........ Trang 79

H

Hình 4.19. Sơ đồ khối điều khiển................................................................. Trang 80
Hình 4.20. Sơ đồ cấu tạo của khối điện trở phi tuyến. .................................. Trang 80

TE
C

Hình 4.21. Sơ đồ mạch mô phỏng đáp ứng của chống sét TSG. ................... Trang 80
Hình 4.22. Khai báo thông số cho TSG........................................................ Trang 81
Hình 4.23. Đáp ứng của mô hình TSG với xung dòng 8/20µs 3kA. ............. Trang 81
Hình 4.24. Đáp ứng của mô hình TSG với xung dòng 8/20µs 5kA. ............. Trang 82
Hình 4.25. Đáp ứng của mô hình TSG với biên độ xung 20kA .................... Trang 82

U

Hình 4.26. đáp ứng của mô hình TSG với xung dòng 10/3350µs 3kA ......... Trang 83

H

Hình 4.27. Đáp ứng của mô hình TSG với xung 10/350µs 10kA ................ Trang 83
Hình 5.1. Các dạng xung sét tiêu chuẩn theo tiêu chuẩn IEEE 587 .............. Trang 86
Hình 5.2. Mô hình thử nghiệm sử dụng công nghệ SG ................................ Trang 87
Hình 5.3. Các thông số của nguồn xung động .............................................. Trang 87
Hình 5.4. Các thông số của SG ................................................................... Trang 88
Hình 5.5. Các thông số của tải tiêu thụ ........................................................ Trang 88
Hình 5.6. Các thông số dây dẫn. .................................................................. Trang 89
Hình 5.7. Dạng sóng xung dòng tiêu chuẩn 20kA 8/20µs. ........................... Trang 89
Hình 5.8. Điện áp thông qua tải trường hợp sử dụng SG,
xung dòng 20kA 8/20µs ............................................................... Trang 90
Hình 5.9. Dạng xung dòng tiêu chuẩn 3kA 8/20µs....................................... Trang 90

Footer Page 21 of 16.


Header Page 22 of 16.

xiii

Hình 5.10. Điện áp thông qua tải trường hợp sử dụng SG,
xung dòng 3kA 8/20µs. .............................................................. Trang 91
Hình 5.11. Mô hình thử nghiệm sử dụng công nghệ TSG. ........................... Trang 91
Hình 5.12. Các thông số của TSG. ............................................................... Trang 91
Hình 5.13. Điện áp thông qua tải trường hợp sử dụng TSG,
xung dòng 20kA 8/20µs. ............................................................ Trang 92
Hình 5.14. Điện áp thông qua tải trường hợp sử dụng TSG,
xung dòng 3kA 8/20µs. .............................................................. Trang 92
Hình 5.15. Mô hình thử nghiệm sử dụng công nghệ MOV.......................... Trang 93
Hình 5.16. Các thông số của MOV. ............................................................. Trang 93

H

Hình 5.17. Điện áp thông qua tải trường hợp sử dụng MOV,

xung dòng 20kA 8/20µs ............................................................. Trang 94

TE
C

Hình 5.18. Điện áp thông qua tải trường hợp sử dụng MOV,

xung dòng 3kA 8/20µs. .............................................................. Trang 94
Hình 5.19. Điện áp thông qua tải trường hợp xung dòng 20kA 8/20µs. ....... Trang 95
Hình 5.20. Điện áp thông qua tải trường hợp xung dòng 3kA 8/20µs. ......... Trang 95
Hình 5.21. Đường bao đặc tính điện áp đối với thiết bị điện tử nhạy cảm. ... Trang 97

U

Hình 5.22. Mô hình thử nghiệm phân phối bảo vệ 2 tầng (TSG1 – MOV2). Trang 98

H

Hình 5.23. Các thông số của TSG1. ............................................................. Trang 98
Hình 5.24. Các thông số của MOV2. ........................................................... Trang 99
Hình 5.25. Điện áp thông qua tải trường hợp phối hợp bảo vệ
hai tầng TSG1-MOV2 Xung dòng 20kA 8/20µs. ...................... Trang 99
Hình 5.26. Điện áp thông qua tải trường hợp phối hợp bảo vệ
hai tầng TSG1-MOV2, xung dòng 3kA 8/20µs. ....................... Trang 100
Hình 5.27. Mô hình thử nghiệm phối hợp bảo vệ hai tầng (MOV1-MOV2).Trang 100

Hình 5.28. Các thông số của MOV1. ......................................................... Trang 101
Hình 5.29. Các thông số của MOV2. ......................................................... Trang 101
Hình 5.30. Điện áp thông qua tải trường hợp phối hợp bảo vệ
hai tầng MOV2-MOV2 xung dòng 20kA 8/20µs...................... Trang 102

Footer Page 22 of 16.


Header Page 23 of 16.

xiv

Hình 5.31. Điện áp thông qua tải trường hợp phới hợp
bảo vệ hai tầng MOV1-MOV2 xung . ..................................... Trang 102
Hình 5.32. Mô hình thử nghiệm phối hợp bảo vệ
hai tầng (SG1-MOV2) dòng 3kA 8/20µs................................... Trang 103
Hình 5.33. Điện áp thông qua tải trường hợp phối hợp
bảo vệ hai tầng SG1-MOV2, xung dòng 20kA 8/20µs. ............. Trang 103
Hình 5.34. Điện áp thông qua tải trường hợp phối hợp
bảo vệ hai tầng SG1-MOV2, xung dòng 3kA 8/20µs. ............... Trang 104
Hình 5.35. Điện áp thông qua tải trường hợp xung dòng 20kA 8/20µs. ..... Trang 104
Hình 5.36. Điện áp thông qua tải trường hợp xung dòng 3kA 8/20µs. ....... Trang 105

H

Hình 5.37. Mô hình thử nghiệm phối hợp bảo vệ 3 tầng

(TSG1-MOV2-MOV3). ............................................................ Trang 106

TE

C

Hình 5.38. Các thông số của TSG1. ........................................................... Trang 107
Hình 5.39. Các thông số của MOV2. ......................................................... Trang 107
Hình 5.40. Các thông số của MOV3. ......................................................... Trang 107
Hình 5.41. Điện áp thông qua tải trường hợp phối hợp bảo vệ
ba tầng TSG1-MOV2-MOV3 xung dòng 20kA 8/20µs. ........... Trang 108

U

Hình 5.42. Điện áp thông qua tải trường hợp phối hợp bảo vệ

H

ba tầng TSG1-MOV2-MOV3, xung dòng 3kA 8/20µs. ............ Trang 108
Hình 5.43. Mô hình phối hợp bảo vệ tầng một + bộ lọc sét. ....................... Trang 111
Hình 5.44. Điện áp thông qua tải trong trường hợp sử dụng bộ lọc sét L = 30µH,
rL = 1.7m Ω, C = 50µF với xung dòng 20kA 8/20µs. ............... Trang 111
Hình 5.45. Điện áp thông qua tải trong trường hợp sử dụng bộ lọc sét L = 150µH,
rL = 17m Ω, C = 50µF với xung dòng 20kA 8/20µs. ................ Trang 112
Hình 5.46. Mô hình phối hợp bảo vệ hai tầng + bộ lọc sét. ........................ Trang 113
Hình 5.47. Điện áp thông qua tải trong trường hợp sử dụng bộ lọc sét L = 30µH,
rL = 1.7m Ω, C = 50µF với xung dòng 20kA 8/20µs. ............... Trang 114
Hình 5.48. Điện áp thông qua tải trong trường hợp sử dụng bộ lọc sét L = 30µH,
rL = 1.7m Ω, C = 50µF với xung dòng 20kA 8/20µs. ............... Trang 114

Footer Page 23 of 16.


Header Page 24 of 16.

Phụ lục
Các thông số kỹ thuật của thiết bị chống Sét INDELEC
VGA/4 3 pha 380/400V

Loại
Mã

8304

Chế độ điện áp max cho phép

275V/400Hz

Dòng tối đa (sóng 8/20μs) trị đỉnh

100KA

Điện tích

50AS
2,5 x 106 as

Năng lượng riêng
Dòng xung max (sóng 4/10μs)

65KA

Điện áp dư
* Dòng 5KA

<2,5KV

H

* Dòng Sét

< 4 KV
100A

Dòng ngắt mạch cho phép

25KA/50Hz

C

Cỡ máy bảo vệ trên

-400C  +800C

Khoảng nhiệt độ

U
TE

Tiết diện cáp max

Tiếp điểm báo khoảng cách

50mm2

Khe hở 500mA

Tiết diện max dây báo lỗi

25mm2

Chi tiết kỹ thuật thiết bị chống Sét của INDELEC
Kiểu

H

Mã

Điện áp max cho phép Uc

Footer Page 24 of 16.

DG280
8400
280V/50Hz

Dòng phóng điện bình thường (sóng 8/20μs)

15KA

Dòng phóng điện max (sóng 8/20μs)

40KA

Dòng xung max (sóng 4/10μs )

65KA

Mức điện áp Up

1,5KV

Điện áp dư

<1KV

Thời gian đáp ứng

<25ns

Dùng ngắt mạch cho phép

25KA/50 Hz

Khoảng nhiệt độ

-400C  800C

Tiết diện cáp max

35mm2


Header Page 25 of 16.

Các thông số kỹ thuật của thiết bị cắt lọc sét nguồn AC - JISUNG
SYSTECS INC - Hàn Quốc
No
STT
1

Description
Mô tả
Protection Mode
Trạng thái bảo vệ

Parameters
Chỉ tiêu
Multi Mode
Đa mode “L-N”, “L-G”, “L-L”, “N-G”

Primary Peak Surge Current (8/20 μs)
Dòng xung đỉnh sơ cấp (8/20 μs)
Maximum Operating Voltage
Điện áp làm việc cực đại
Maximum Peak Load Current
Dòng lọc cực đại

2
3
4
5

275V-277rms/AC (L-N)
30A/40A/60A/80A/100A/125A/

150A/200A

Coefficient of noise filter EMI/RFI
Dải tần số của bộ lọc
Response Time
Tốc độ đáp ứng
Frequency
Tần số làm việc
Operating Indication & Superviser
system
Hệ thống chỉ thị và giám sát vận hành
Ability of fighting repeated pulse
Khả năng chống xung sét lặp
Safety enclose rating
Tiêu chuẩn vỏ bảo vệ

300Hz ~ 3400Hz
≤ 1ns

H

6

80kA/100kA/120kA/160kA/240kA

50Hz

8
9
10

Design Standard
Tiêu chuẩn chế tạo

LED
Available
Có
NEMA 1

ANSI/IEEE C62.41 & C62.45 CAT B,
CAT C. IEC 61643-1
UL 1449 2nd Edition

H

11

U
TE

C

7

Một số dạng thiết bị chống sét lan truyền

1. Surge Protector DS105E (CITEL): DS105E có cơ cấu ngắt nhiệt ở 3 mức,

bảo vệ cho mạng điện áp thấp, đặc biệt cho những khu vực nguy
hiểm do sét lan truyền gây ra quá áp, hoặc ngay cả đánh trực tiếp.

Bảo vệ cho mạng 1 pha (2 x DS105E). Bảo vệ cho mạng 3 pha (4
hoặc 3 x DS105E).
DS105E chịu được dòng sét 140KA, cho xung
8/20µs và 15 KA, cho xung 10/350µs, ngắt bên trong, có bộ hiển thị.

Footer Page 25 of 16.