Nghiên cứu biện pháp bảo vệ quá áp do sét cho lưới điện phân phối huyện phú tân, tỉnh cà mau

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
MAI NGUYỄN TRƯỞNG

NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP BẢO VỆ QUÁ ÁP DO SÉT
CHO LƯỚI ÐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN PHÚ TÂN,
TỈNH CÀ MAU

NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN - 60520202

S K C0 0 5 8 1 0

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2018


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
MAI NGUYỄN TRƯỞNG

NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP BẢO VỆ QUÁ ÁP DO SÉT
CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN PHÚ TÂN,
TỈNH CÀ MAU

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2018


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
MAI NGUYỄN TRƯỞNG

NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP BẢO VỆ QUÁ ÁP DO SÉT
CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN PHÚ TÂN,
TỈNH CÀ MAU

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202
Hướng dẫn khoa học:
PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2018


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. SƠ LƯỢC
Họ và tên : Mai Nguyễn Trưởng

Giới tính:

Nam

Ngày sinh : 21/12/1978

Nơi sinh:

Cà Mau

Dân tộc

Tôn giáo:

Không

: Kinh

Địa chỉ liên lạc: Số 15B, Đường Kinh Sáng Phụng Hiệp, Khóm 4, Phường Tân
Xuyên, Thành Phố Cà Mau, tỉnh Cà Mau.
Điện thoại: 0913861866

Email:truongpccm2016 @gmail.com

Cơ quan

: Điện lực huyện Phú Tân, Công ty Điện lực Cà Mau.

Địa chỉ

: Ấp Cái Đôi Nhỏ xã Nguyễn Việt Khái, huyện Phú Tân tỉnh Cà Mau.

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Khơng chính quy.
Thời gian: Từ 2005 đến 2009
Nơi học: Trường Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh.
Ngành học: Điện Cơng Nghiệp.
2. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Chính quy.
Thời gian: Từ 2016 đến 2018
Nơi học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh.
Ngành học: Kỹ Thuật Điện.
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN
Thời gian
Từ tháng
05/2001 đến
tháng 5/2007
Từ tháng
05/2007 đến

Nơi cơng tác
Chi Nhánh Điện huyện U Minh –
Thới Bình
Phịng An tồn Cơng ty Điện lực Cà

Công việc
Quản lý vận
hành

Cán bộ

Mau

HVTH: Mai Nguyễn Trưởng

Trang i


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

tháng 01/2015
Từ tháng
01/2015 đến
nay

Điện lực huyện Phú Tân Công ty Điện

Quản lý

lực Cà Mau

Cà Mau, ngày 18 tháng 03 năm 2018
Người khai

Mai Nguyễn Trưởng

HVTH: Mai Nguyễn Trưởng

Trang ii


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tơi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Cà Mau, ngày 18 tháng 03 năm 2018
Tác giả Luận Văn

Mai Nguyễn Trưởng

HVTH: Mai Nguyễn Trưởng

Trang iii


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

CẢM TẠ
Qua thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật
TP.HCM, cùng với sự nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ của q thầy cơ, tơi đã hồn
thành được luận văn tốt nghiệp này.

Trước hết, tôi xin chân thành cám ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp của
tôi đã luôn động viên giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập.
Tôi chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm Khoa
Điện – Điện tử và Phòng quản lý sau đại học Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật
TP.HCM đã tạo điều kiện thuận lợi cho tơi học tập, nghiên cứu nâng cao trình độ và
thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp trong thời gian qua.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới Thầy Quyền Huy Ánh đã nhiệt tình
hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập cũng như trong quá trình thực
hiện luận văn tốt nghiệp này.
Việc thực hiện đề tài luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu
sót về kiến thức chun mơn. Kính mong nhận được sự quan tâm, xem xét và đóng
góp ý kiến quý báu của quý thầy, cô và các bạn để đề tài luận văn này hồn thiện
hơn.
Tơi xin chân thành cảm ơn!
Cà Mau, ngày 18 tháng 03 năm 2018
Học viên thực hiện

Mai Nguyễn Trưởng

HVTH: Mai Nguyễn Trưởng

Trang iv


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

TÓM TẮT
Luận văn “Nghiên cứu biện pháp bảo vệ quá áp do sét cho lưới điện phân

phối Huyện Phú Tân, Tỉnh Cà Mau” đi sâu vào nghiên cứu và xây dựng mơ
hình chống sét van trung áp (MVLA) và đề xuất phương án hợp lý bố trí chống
sét van bảo vệ trạm biến áp phân phối điển hình tại Huyện Phú Tân, Tỉnh Cà
Mau.
Luận văn tập trung xây dựng mơ hình MVLA theo đề xuất của P-K trong
môi trường Matlab. Các thông số của mơ hình MVLA được cung cấp trong
Catalogue của nhà sản xuất. Độ chính xác của mơ hình MVLA được đánh giá
thông qua giá trị điện áp dư ứng với xung sét tiêu chuẩn và so sánh với giá trị
điện áp dư được cung cấp trong catalogue của nhà sản xuất.
Việc đề xuất vị trí lắp đặt hợp lý MVLA trong mạng phân phối điển hình
tại Huyện Phú Tân, Tỉnh Cà Mau cũng được xem xét.
Kết quả nghiên cứu cung cấp cơng cụ mơ phỏng hữu ích với phần mềm
thơng dụng Matlab cho các công ty điện lực, các học viên cao học ngành kỹ
thuật điện…trong việc nghiên cứu các hành vi và đáp ứng của MVLA dưới tác
động của xung sét lan truyền trong điều kiện không thể đo thử thực tế, đồng thời
sử dụng kết quả mô phỏng để xác định phương án bố trí hợp lý MVLA trong
việc bảo vệ trạm biến áp trong mạng phân phối.

HVTH: Mai Nguyễn Trưởng

Trang v


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

ABSTRACT
Thesis "Research on Surge Protection for Lightning Distribution Grids in
Phu Tan District, Ca Mau Province" deeply research and build the medium

voltage lightning arrester (MVLA) model and propose a rational solution to
arrange MVLA for typical substation in Phu Tan District, Ca Mau Province.
The thesis focuses on building the MVLA model proposed by P-K in the
Matlab environment. Parameters of the MVLA model are provided in the
manufacturer's catalog. The accuracy of the MVLA model is evaluated by the
residual voltage value corresponding to the standard lightning impulse and
compared to the residual voltage provided in the manufacturer's catalog.
The proposed installation location of MVLA in the typical distribution
network in Phu Tan District, Ca Mau Province is also considered.
Research results provide useful simulation tools with popular Matlab
software for power companies, graduate students in electrical engineering
majors…in studying the behavior and responsiveness of MVLA under the
influence of surge current in conditions that cannot be to reality measure,
simultaneous uses simulation results to determine a reasoning arrangement
MVLA to protect substation in distribution network.

HVTH: Mai Nguyễn Trưởng

Trang vi


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
Ký hiệu

Đơn vị

MVLA

Mô tả
Chống sét van trung áp

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
Mật độ hạt dẫn

N

Hạt/cm3

P

W

Công suất tiêu tán trung bình

0

Nhiệt độ gia tăng trung bình

T

C



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 dư cho dòng sét 10 kA với bước sóng 8/20 µs

L, R

kV

Độ lớn điện thế rào

o

kV

Điện thế phân cực tại gốc


VN

Hệ số phi tuyến.
kV

Điện áp biến trở

HVTH: Mai Nguyễn Trưởng

Trang vii


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

q

Điện tích điện tử

K

Hệ số phụ thuộc biến trở

Vref

kV

Điện áp tham chiếu

d

m

Chiều cao của chống sét van

n

Số cột MOV song song trong chống sét van.

HVTH: Mai Nguyễn Trưởng

Trang viii


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

MỤC LỤC

LÝ LỊCH KHOA HỌC ..................................................................................................... i
I. SƠ LƯỢC ....................................................................................................................... i
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO ............................................................................................. i
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN ........................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... iii
CẢM TẠ ........................................................................................................................... iv

TÓM TẮT ......................................................................................................................... v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU .......................................................................................vii
MỤC LỤC ........................................................................................................................ ix
DANH SÁCH CÁC HÌNH ............................................................................................xii
CHƯƠNG MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1
I. TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ..............................................................................1
II. NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI .........................................................................................2
III. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI .........................................................................................3
IV. CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH ........................................................................................3
V. TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI ..........................................................................................3
VI. TÍNH THỰC TIỄN ...................................................................................................3
VII. NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI .......................................................................................3
VIII. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .........................................................................4
Chương 1 CHỐNG SÉT VAN TRUNG ÁP DẠNG MOV (MVLA) ........................... 5
1.1. CẤU TẠO BIẾN TRỞ OXYT KIM LOẠI ............................................................5
1.2. ĐẶC TÍNH V-I ..........................................................................................................7
1.3. THỜI GIAN ĐÁP ỨNG ...........................................................................................8
1.4. MVLA ........................................................................................................................9
1.4.1. Chế độ xác lập .............................................................................................10
1.4.2. Chế độ hoạt động khi có quá áp tạm thời .....................................................10

HVTH: Mai Nguyễn Trưởng

Trang ix


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

1.4.3. Chế độ hoạt động ở dịng xung ..................................................................10
1.4.4. Tính ổn định đối với hoạt động phóng điện .............................................11
Chương 2 MƠ HÌNH MVLA ........................................................................................ 12
2.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ..........................................................................................................12
2.2. CÁC MƠ HÌNH MVLA .........................................................................................12
2.2.1. Mơ hình MVLA trong SimPowerSystems của Matlab ...........................12
2.2.2. Mơ hình MVLA theo đề xuất của P-K ......................................................14
Chương 3 ......................................................................................................................... 16
XÂY DỰNG MƠ HÌNH MÁY PHÁT XUNG VÀ MƠ HÌNH MVLA TRONG
MATLAB ................................................................................................................. 16
3.1. MƠ HÌNH MÁY PHÁT XUNG ............................................................................16
3.1.1. Dạng xung sét 8/20us ..................................................................................16
3.1.2. Xây dựng sơ đồ khối ...................................................................................18
3.1.3. Thực hiện mơ phỏng ...................................................................................20
3.2. MƠ HÌNH MVLA CỦA MATLAB ......................................................................23
3.2.1. Hộp thoại khai báo thơng số mơ hình .......................................................23
3.2.2. Mạch mơ phỏng MVLA của Matlab .........................................................24
3.3. MƠ HÌNH MVLA THEO P-K ..............................................................................24
3.3.1. Xây dựng mơ hình phần tử điện trở phi tuyến A0, A1 ...........................24
3.3.2. Xây dựng mô hình MVLA hồn chỉnh .....................................................26
3.3.3. Mạch mơ phỏng MVLA theo P-K .............................................................32
3.4. SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC MƠ HÌNH MVLA ..........................................32
3.4.1. Mô phỏng đáp ứng của MVLA AZG2 của hãng Cooper ........................33
3.4.2. Mô phỏng đáp ứng của MVLA EVP của hãng Ohio .............................35
3.4.3. Đánh giá chung ...........................................................................................37
Chương 4 ......................................................................................................................... 38
BIỆN PHÁP BẢO VỆ QUÁ ÁP DO SÉT CHO TRẠM BIẾN ÁP PHÂN PHỐI,
HUYỆN PHÚ TÂN TỈNH CÀ MAU ............................................................................ 38
4.1. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP PHÂN PHỐI HUYỆN
PHÚ TÂN, TỈNH CÀ MAU ..........................................................................................38

4.2. QUAN HỆ ĐIỆN ÁP TẠI ĐẦU CỰC MÁY BIẾN ÁP VỚI CÁC PHƯƠNG ÁN
BỐ TRÍ LA .....................................................................................................................38

HVTH: Mai Nguyễn Trưởng

Trang x


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

4.2.1. Trạm 1 MBA ...............................................................................................38
4.2.2. Trạm có 2 MBA ..........................................................................................41
4.2.3. Nhận xét chung ...........................................................................................44
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN ....................... 45
5.1. KẾT LUẬN ..............................................................................................................45
5.2. HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN ..............................................................45
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 46
PHỤ LỤC ........................................................................................................................ 49

HVTH: Mai Nguyễn Trưởng

Trang xi


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình

Trang

Hình 1.1: Cấu trúc của biến trở và đặc tính V-I. ........................................... 06
Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc của lớp biên tiếp giáp biến trở ZnO ........................ 08
Hình 1.3: Đặc tính V-I của MOV .................................................................. 09
Hình 1.4: Đáp ứng của biến trở ZnO xung tốc độ cao .................................. 10
Hình 1.5: Đáp ứng của biến trở tính đến điện cảm đầu dây nối .................... 10
Hình 1.6: Chức năng phối hợp cách điện của chống sét van .......................... 11
Hình 2.1: Quan hệ dịng điện –điện áp của mơ hình chống sét van ............... 14
Hình 2.2: Sơ đồ ngun lý của mơ hình ......................................................... 14
Hình 2.3: Mơ hình P-K ................................................................................... 15
Hình 2.4: Đặc tuyến V-I của A0 và A1của mơ hình IEEE .............................. 15
Hình 3.1: Dạng xung sét 8/20 µs .................................................................. 17
Hình 3.2: Dạng xung dòng gồm tổng của hai thành phần ............................. 18
Hình 3.3: Đường cong quan hệ giữa b/a và t2/t1 ............................................. 18
Hình 3.4: Đường cong quan hệ giữa b/a và at1 .............................................. 19
Hình 3.5: Đường cong quan hệ giữa b/a và I1/I ............................................ 19
Hình 3.6: Sơ đồ khối máy phát xung dịng tiêu chuẩn ................................... 20
Hình 3.7: Biểu tượng của mơ hình nguồn phát xung ..................................... 20
Hình 3.8: Khai báo các thơng số u cầu ....................................................... 21
Hình 3.9: Sơ đồ mơ phỏng máy phát xung dịng ............................................ 21
Hình 3.10: Các thơng số máy phát xung dịng ............................................... 21
Hình 3.11: Dạng sóng nguồn xung dịng 5kA 8/20µs .................................... 22
Hình 3.12: Dạng sóng nguồn xung dịng 10kA 8/20µs .................................. 22

HVTH: Mai Nguyễn Trưởng

Trang xii


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Hình 3.13: Dạng sóng nguồn xung dịng 20kA.8/20µs ................................. 23
Hình 3.14: Hộp thoại của mơ hình MVLA ..................................................... 24
Hình 3.15: Mạch mơ phỏng đáp ứng của MVLA của Matlab ứng với xung
dòng 10kA 8/20µs ........................................................................................... 25
Hình 3.16: Sơ đồ ngun lý của phần tử phi tuyến A0 ................................... 26
Hình 3.17: Mơ hình điện trở phi tuyến theo Pinceti ....................................... 26
Hình 3.18: Mơ hình MVLA theo P-K ............................................................ 27
Hình 3.19: Mơ hình MVLA theo P-K ............................................................ 27
Hình 3.20: Hộp thoại Mask Editortheo P-K ................................................... 28
Hình 3.21: Thơng tin cho khối trong thanh Documentationtheo P-K ............ 28
Hình 3.22: Tạo thơng tin cho khối trong thanh Prompttheo P-K ................... 29
Hình 3.23: Nhập các lệnh tính thơng số trong thanh Initializationtheo P-K .. 30
Hình 3.24:Tạo biểu tượng cho mơ hình trong thanh Icontheo P-K ................ 31
Hình 3.25: Biểu tượng chống sét van MVLA theo P-K ................................. 31
Hình 3.26: Hộp thoại của MVLA theo P-K.................................................... 32
Hình 3.27: Sơ đồ mơ phỏng đáp ứng của mơ hình MVLA_P-K .................... 33
Hình 3.28: Sơ đồ mơ hình mạch thử nghiệm điện áp dư của MVLA ............ 34
Hình 3.29: Quan hệ điện áp dư theo thời gian của MVLA của Hãng Cooper
......................................................................................................................... 35
Hình 3.30: Quan hệ điện áp dư theo thời gian của MVLA của Hãng Ohio ... 37
Hình 4.1: Sơ đồ mơ hình mạch thử nghiệm điện áp tại đầu cực MBA
theo khoảng cách lắp đặt chống sét van .......................................................... 41
Hình 4.2: Dạng điện áp đầu cực MBA, khi CSV gắn vị trí L=0m

(đầu cực MBA) ................................................................................................ 41
Hình 4.3: Trạm 2 MBA được bảo vệ bởi 1 CSV ............................................ 43

HVTH: Mai Nguyễn Trưởng

Trang xiii


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Hình 4.4: Mạch mô phỏng 2 trạm biến áp được bảo vệ bởi 1 CSV ............... 44
Hình 4.5: Dạng điện áp đầu cực MBA LÔ 1 (l1=4m)và MBA MVM (L2=12m),
Bảo vệ bằng 1 CSV gắn ở điểm đấu nối giữa 2 MBA .................................... 44

HVTH: Mai Nguyễn Trưởng

Trang xiv


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng

Trang

Bảng 2.1: Quan hệ i=f(u) đặc tuyến V-I của A0 và A1 .............................. 16
Bảng 3.1. Đặc tuyến V-I của A0 và A1 ........................................................ 25
Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật MVLA của hãng COOPER ......................... 34
Bảng 3.3: Tổng hợp kết quả mô phỏng ứng với MVLA của Hãng Cooper
..................................................................................................................... 35
Bảng 3.4: Tổng hợp kết quả mô phỏng ứng với MVLA của Hãng Ohio .. 37
Bảng 4.1. Giá trị điện áp đầu cực máy biến áp ứng với chiều dài L khác nhau
..................................................................................................................... 42
Bảng 4.2. Giá trị điện áp đầu cực máy biến áp ứng với chiều dài L của 2 MBA
.................................................................................................................... 45

HVTH: Mai Nguyễn Trưởng

Trang xv


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

CHƯƠNG MỞ ĐẦU
I.

TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Việt Nam là một nước nằm trong khu vực nhiệt đới ẩm, khí hậu Việt Nam rất

thuận lợi cho việc phát sinh, phát triển của dông sét. Số ngày dơng có ở Việt Nam
trên nhiều khu vực thuộc loại khá lớn. Hàng năm, ngành điện Việt Nam có khoảng
vài ngàn sự cố, trên 60% trong số đó là do sét gây ra. Đặc biệt ngày vào 19h41 phút
ngày 30/5/2016, sét đánh trên hệ thống đường dây làm bật 2 đường dây 500kV Hà

Tĩnh – Đà Nẵng và Vũng Áng – Đà Nẵng, gây mất liên kết hệ thống điện làm mất
điện nhiều khu vụ miền Trung và miền Nam khoảng 50 phút.
Mọi thiết bị điện khi lắp đặt vào lưới điện đều được lựa chọn dựa vào điện áp
định mức của lưới điện mà thiết bị được đấu vào. Tuy nhiên, trong thực tế vận hành,
đôi lúc xảy ra quá điện áp 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 hưởng đến toàn hệ thống.
Do đó, MVLA thường được sử dụng để bảo vệ cách điện của thiết bị được đấu vào
hệ thống điện khỏi các tác hại quá điện áp do sét.
Trong khá nhiều nghiên cứu các mơ hình chống sét oxit kim loại của nhiều
tác giả trong và ngoài nước, cũng như các giải pháp bảo vệ quá áp dựa trên các
chống sét kim loại rất hiệu quả, tuy nhiên để đáp ứng nhu cầu về tiêu chuẩn kỹ thuật
ngày càng cao của các thiết bị cần được bảo vệ, vì thế để lựa chọn được một mô
chống sét kim loại với các đặt tính kỹ thuật phù hợp chúng ta cần xây dựng các mơ
hình kết hợp với các thuật tốn để so sánh đưa ra một mơ hình chống sét van hiệu
quả phù hợp với thực tế và đặt thù của từng hệ thống điện cũng như nhu cầu bảo vệ
cao của thiết bị, điều này đã được chứng minh từ các tài liệu của một số tác giả của
các trường nổi tiếng trên thế giới như: Trường Đại học Kỹ thuật Quốc gia Athens;
Trường Đại học Queensland Úc;…v.v..

HVTH: Mai Nguyễn Trưởng

Trang 1


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Hiện nay, trong điều kiện không thể thử nghiệm hiệu quả bảo vệ của MVLA
trên hệ thống phân phối thực thì phương pháp mơ hình hóa mơ phỏng được ưu tiên
áp dụng. Phần mềm Matlab cũng đề xuất mơ hình chống sét van cao áp trong thư
viện của SymPowerSystems. Tuy nhiên, mơ hình này cũng có nhiều hạn chế như:
mơ hình đơn giản, u cầu các thơng số đầu vào khơng dễ tìm thấy trong catalogue
của nhà sản xuất. Vì vậy, việc nghiên cứu và đề xuất mơ hình MVLA có độ chính
xác cao so với ngun mẫu nhưng khơng địi hỏi các thông số đầu vào phức tạp là
yêu cầu bức thiết.
Xuất phát từ những thực tế trên, đề tài: “Nghiên cứu biện pháp bảo vệ quá áp
do sét cho lưới điện phân phối huyện Phú Tân, tỉnh Cà Mau” đi sâu vào nghiên
cứu và xây dựng mơ hình chống sét van dạng oxyt kim loại trung thế (MVLA) và
đề xuất phương án hợp lý bố trí chống sét van bảo vệ trạm biến áp phân phối điển
hình tại Huyện Phú Tân, Tỉnh Cà Mau.
Kết quả nghiên cứu cung cấp công cụ mơ phỏng hữu ích với phần mềm
thơng dụng Matlab cho các công ty điện lực, các học viên cao học ngành kỹ thuật
điện…trong việc nghiên cứu các hành vi và đáp ứng của MVLA dưới tác động của
xung sét lan truyền trong điều kiện không thể đo thử thực tế, đồng thời sử dụng kết
quả mô phỏng để xác định phương án bố trí hợp lý MVLA trong việc bảo vệ trạm
biến áp trong mạng phân phối.
NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

II.

✓ Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc và đặc tính của chống sét van
trung áp dạng MOV (MVLA)
✓ Nghiên cứu mơ hình MVLA theo đề xuất của Matlab và theo đề xuất của
P-K.
✓ Xây dựng mơ hình máy phát xung tiêu chuẩn 8/20us.
✓ Xây dựng mơ hình MVLA theo đề xuất của P-K trong môi trường
Matlab.

✓ Đánh giá độ chính xác của các mơ hình đề xuất bằng phương pháp mơ
hình hóa và mơ phỏng.

HVTH: Mai Nguyễn Trưởng

Trang 2


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

✓ Đề xuất vị trí lắp đặt hợp lý MVLA bảo vệ MBA trong trạm phân phối
điển hình (1 MBA và 2 MBA) tại Huyện Phú Tân, Tỉnh Cà Mau.
III.

GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
✓ Nghiên cứu và xây dựng mơ hình MVLA;
✓ Nghiên cứu, đánh giá và đề xuất vị trí hợp lý lắp đặt MVLA bảo vệ

MBA trong mạng phân phối Huyện Phú Tân, Tỉnh Cà Mau.
IV.

CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH
✓ Thu thập tài liệu liên quan đến luận văn;
✓ Nghiên cứu phần mềm hỗ trợ Matlab;
✓ Lập mơ hình MVLA;
✓ Lập mơ hình máy phát xung sét 8/20us;
✓ Thực thi mơ hình;
✓ Đánh giá mơ hình.

V.

TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI
✓ Xây dựng mơ hình MVLA theo đề xuất của P-K và mơ hình máy phát

xung 8/20µs có giao diện và thơng số sử dụng thuận tiện trong mơ trường Matlab,
có độ chính xác cao so với nguyên mẫu.
✓ Nghiên cứu, đánh giá và đề xuất vị trí hợp lý lắp đặt MVLA bảo vệ
MBA trong mạng phân phối Huyện Phú Tân, Tỉnh Cà Mau Huyện Phú Tân, Tỉnh
Cà Mau.
VI.

TÍNH THỰC TIỄN
✓ Cung cấp cơng cụ mơ phỏng hữu ích với phần mềm thông dụng Matlab

cho các công ty điện lực, các học viên cao học ngành kỹ thuật điện…trong việc
nghiên cứu các hành vi và đáp ứng của MVLA dưới tác động của xung sét lan
truyền trong điều kiện không thể đo thử thực tế.
✓ Đề xuất vị trí hợp lý lắp đặt MVLA bảo vệ MBA trong mạng phân phối
Huyện Phú Tân, Tỉnh Cà Mau.
VII. NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI
Chương : Mở Đầu.

HVTH: Mai Nguyễn Trưởng

Trang 3


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Chương 1: Chống sét van trung áp dạng MOV.
Chương 2: Mơ hình MVLA
Chương 3: Xây dựng mơ hình máy phát xung và mơ hình MVLA trong
Matlab.
Chương 4: Biện pháp bảo vệ quá áp do sét cho trạm biến áp phân phối,
huyện Phú Tân, tỉnh Cà Mau.
Chương 5: Kết luận và hướng nghiên cứu phát triển.
VIII. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp phân tích và tổng hợp.
Phương pháp mơ hình hóa và mơ phỏng.

HVTH: Mai Nguyễn Trưởng

Trang 4


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Chương 1

CHỐNG SÉT VAN TRUNG ÁP DẠNG MOV (MVLA)
1.1.

CẤU TẠO BIẾN TRỞ OXYT KIM LOẠI
MOV (Metal Oxide Varistor) là thiết bị phi tuyến, phụ thuộc vào điện áp mà

hành vi về điện giống như hai diode đấu ngược lại (back –to –back). Với đặc tính
đối xứng, đặc tính vùng đánh thủng (về điện) rất dốc cho phép MOV có tính năng
khử xung q độ đột biến hồn hảo. Trong điều kiện bình thường biến trở là thành
phần có trở kháng cao gần như hở mạch. Khi xuất hiện xung đột biến quá áp cao,
MOV sẽ nhanh chóng trở thành đường dẫn trở kháng thấp để triệt xung đột biến.
Phần lớn năng lượng xung quá độ được hấp thu bởi MOV cho nên các thành phần
trong mạch được bảo vệ tránh hư hại.
Thành phần cơ bản của biến trở là ZnO với thêm một lượng nhỏ bismuth,
cobalt, manganses và các ơxít kim loại khác. Cấu trúc của biến trở bao gồm một ma
trận hạt dẫn ZnO nối qua biên hạt cho đặc tính tiếp giáp P-N của chất bán dẫn. Các
biên này là nguyên nhân làm cho biến trở không dẫn ở điện áp thấp và là nguồn dẫn
phi tuyến khi điện áp cao.

Hình 1.1: Cấu trúc của biến trở và đặc tính V-I.
Hỗn hợp rắn ôxýt kẽm với ôxýt kim loại khác dưới điều kiện đặc biệt tạo nên
ceramic đa tinh thể, điện trở của chất này phụ thuộc vào điện áp. Hiện tượng này

HVTH: Mai Nguyễn Trưởng

Trang 5


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

gọi là hiệu ứng biến trở. Bản thân hạt ôxýt kẽm dẫn điện rất tốt (đường kính hạt
khoảng (15 –100) m, trong khi ơxýt kim loại khác bao bên ngồi có điện trở rất
cao. Chỉ tại các điểm ôxýt kẽm gặp nhau tạo nên “vi biến trở”, tựa như hai diode

zener đối xứng, với mức bảo vệ khoảng 3,5V. Chúng có thể nối nối tiếp hoặc song
song (Hình 2.1). Việc nối nối tiếp hoặc song song các vi biến trở làm cho MOV có
khả năng tải được dịng điện cao hơn so với các chất bán dẫn, hấp thu nhiệt tốt và có
khả năng chịu được dòng xung đột biến cao.
MOV được chế tạo từ việc hình thành và tạo hạt ZnO dạng bột vào trong các
thành phần ceramic. Các hạt ZnO có kích thước trung bình là d, bề dày biến trở là
D, ở hai bề mặt khối MOV được áp chặt bằng hai phiến kim loại phẳng. Hai phiến
kim loại này lại được hàn chắc chắn với hai chân nối ra ngoài
Điện áp của MOV được xác định bởi bề dày của MOV và kích thước của hạt
ZnO. Một đặc tính cơ bản của biến trở ZnO là điện áp rơi qua biên tiếp giáp giữa
các hạt ZnO gần như là hằng số, và khoảng từ (2-3,5)V. Mối liên hệ này được xác
định như sau:
Điện áp biến trở

: VN = (3,5)n

Và bề dày của biến trở: D = (n+1)d (VN d)/3,5

(1.1)
(1.2)

Trong đó: n là số tiếp giáp trung bình giữa các hạt ZnO; d là kích thước trung
bình của hạt; VN là điện áp rơi trên MOV khi MOV chuyển hoàn tồn từ vùng dịng
rị tuyến tính sang vùng khơng tuyến tính cao, tại điểm trên đường đặc tính V-I với
dịng điện 1mA (Hình 2.8).
Biên tiếp giáp hạt ZnO của vi cấu trúc là rất phức tạp. Chúng gồm 3 vùng
cấu trúc (Hình 1.2):
Vùng I: biên có độ dày khoảng (100-1000) nm và đây là lớp giàu bột Bi2O3.
Vùng II: biên có độ mỏng khoảng (1-100) nm và đây là lớp giàu bột Bi2O3.

HVTH: Mai Nguyễn Trưởng

Trang 6


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh

Vùng III: biên này có đặc tính là tiếp xúc trực tiếp với các hạt ZnO. Ngoài ra
Bi, Co và một lượng các ion ơxy cũng tìm thấy xen giữa biên này với độ dày vài
nanomet.

Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc của lớp biên tiếp giáp biến trở ZnO
1.2.

ĐẶC TÍNH V-I
Đặc tính V-I của MOV như Hình 1.3, đặc tính V-I được biểu diễn bằng

phương trình dạng hàm mũ (2.4):
I= KV

> 1

(1.3)

Ở đây: I là dòng qua biến trở; V là điện áp đặt lên biến trở; K là hệ số phụ
thuộc vào loại biến trở;  là hệ số phi tuyến.
Nguyên lý bảo vệ của biến trở thể hiện qua điện áp phụ thuộc giá trị điện trở:
R = V/I = V/ KV =

1 1- 
V
K

(1.4)

Từ (1.3 ) và (1.4) suy ra:
LogI = logK + logV

HVTH: Mai Nguyễn Trưởng

(1.5)

Trang 7