(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh trực tiếp đến lựa chọn SPD hạ áp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.86 MB, 89 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ
THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHAN TẤN VŨ
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP
ĐẾN LỰA CHỌN SPD HẠ ÁP
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 8520201
SKC006569
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05/2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THU ẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHAN TẤN VŨ
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP
ĐẾN LỰA CHỌN SPD HẠ ÁP
NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN - 8520201
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THU ẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHAN TẤN VŨ
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP
ĐẾN LỰA CHỌN SPD HẠ ÁP
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 8520201
Hướng dẫn khoa học:
PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2020
LV ThS: Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh trực tiếp đến lựa chọn SPD hạ áp.
LÝ LỊCH KHOA HỌC
LÝ LỊCH SƠ LƯỢC
I.
Họ và tên : Phan Tấn Vũ
Giới tính:
Nam
Ngày sinh
Nơi sinh:
Đồng Nai
: 29/08/1981
Dân tộc : Kinh
Tôn giáo:
Không
Địa chỉ liên lạc: 146/4 Tổ 6 Ấp Bình Lâm, xã Lộc An, Long Thành, Đồng Nai.
Điện thoại: 0933951348
Email:
Cơ quan : Trung Tâm Dịch Vụ Cơng Ích Huyện Long Thành.
Địa chỉ : 181 đường Lê Duẩn, k.Phước Hải, TT LT, Long Thành, Đồng Nai.
AI.
1.
Q TRÌNH ĐÀO TẠO
Trung học chun nghiệp:
Hệ đào tạo: chính quy.
Thời gian: Từ 1999 đến 2003
Nơi học: Trường kỹ thuật Cao Thắng, TP.HCM
Ngành học: Điện công nghiệp.
2.
Đại học:
Hệ đào tạo: tại chức.
Thời gian: Từ 2004 đến 2008
Nơi học: Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM
Ngành học: Điện khí hố cung cấp điện.
BI.
Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN
Thời g
Từ tháng 1
đến n
Phan Tấn Vũ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Trang i
HVTH: Phan Tấn Vũ
LV ThS: Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh trực tiếp đến lựa chọn SPD hạ áp.
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 công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh , ngày
tháng năm 2020
Tác giả Luận Văn
Phan Tấn Vũ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Trang ii
HVTH: Phan Tấn Vũ
LV ThS: Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh trực tiếp đến lựa chọn SPD hạ áp.
LỜI CẢM TẠ
Đầu tiên, tôi xin chân thành cảm ơn đến Thầy Quyền Huy Ánh, người đã
tận tình hướng dẫn, hỗ trợ tơi trong suốt quá trình học tập cũng như trong thời gian
thực hiện luận văn tốt nghiệp này.
Cảm ơn gia đình, bạn cùng lớp cũng như các anh chị em đồng nghiệp đã
động viên và tạo mọi điều kiện về thời gian, vật chất, tinh thần cho tôi trong suốt
thời qua để tơi hồn thành cơng việc học tập và nghiên cứu luận văn này.
Khi được giao nghiên cứu đề tài này, tôi nhận thấy nội dung chuyên môn của
vấn đề bảo vệ chống sét rất rộng lớn, và việc mình thực hiện nghiên cứu về đề tài
“Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh trực tiếp đến lựa chọn SPD hạ áp” chỉ là
một phần nhỏ. Vì vậy, việc thực hiện đề tài luận văn này chắc chắn không tránh
khỏi những hạn chế, thiếu sót. Kính mong nhận được sự quan tâm, xem xét và đóng
góp ý kiến chân thành của quý thầy, cô và các bạn để đề tài luận văn này hồn thiện
hơn.
Tơi xin chân thành cảm ơn!
Tp, Hồ Chí Minh , ngày 24 tháng 5 năm 2020
Tác giả Luận Văn
Phan Tấn Vũ
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Trang iii
HVTH: Phan Tấn Vũ
LV ThS: Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh trực tiếp đến lựa chọn SPD hạ áp.
TÓM TẮT
Luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh trực tiếp đến lựa chọn
SPD hạ áp” đi sâu nghiên cứu các vấn đề sau:
✓ Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc, các thơng số chính của chống sét
van trung áp (MVLA) và hạ áp (LV SPD);
✓ Xây dựng mơ hình LV SPD trong mơi trường Matlab có sai số điện áp dư
thấp nhất là 0,6% và cao nhất là 5,4% (thấp hơn giá trị sai số cho phép
<10%);
✓ Nghiên cứu và xây dựng mơ hình máy phát xung dịng tiêu chuẩn có sai số
thấp hơn sai số cho phép (< 20%). Đối với xung dịng 8/20µs, sai số biên độ,
sai số thời gian đầu sóng và sai số đi sóng là lần lượt là 0,4%, 19% và
8,5%. Đối với xung dịng 10/350µs, sai số biên độ, sai số thời gian đầu sóng,
và sai số đi sóng lần lượt là 0,4%, 0% và 1,71%;
✓ Nghiên cứu và khảo sát 8 trường hợp tương ứng với sét đánh trực tiếp vào
đường dây trung áp, đường dây hạ áp, sét cảm ứng vào đường dây hạ áp đi
nổi và sét đánh trực tiếp vào kim thu sét đặt trên nóc tịa nhà thuộc khu dân
cư mới để đưa ra các cấu hình bảo vệ và lựa chọn LV SPD phù hợp.
Kết quả nghiên cứu của luận văn được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho
các công ty tư vấn thiết kế, các công ty điện lực, các cơ sở đào tạo, các cá nhân quan
tâm đến lựa chọn biện pháp và thiết bị bảo vệ quá áp do sét cho các thiết bị bên
trong tòa nhà trong khu dân cư mới.
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Trang iv
HVTH: Phan Tấn Vũ
LV ThS: Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh trực tiếp đến lựa chọn SPD hạ áp.
ABSTRACT
The thesis "Studying the effects of direct lightning strikes on the selection of
low voltage SPD" went into the research following topics:
✓ Research structure, working principle, main parameters of lightning
protection of medium voltage lightning arrester (MVLA) and low voltage
surge protection device (LV SPD);
✓ Building an LV SPD model in Matlab environment with the lowest residual
voltage error of 0.6% and the highest of 5.4% (lower than the allowed error
value <10%);
✓ Research and build a standard surge current generator model with errors
lower than the allowed error (<20%). For 8/20µs surge current, amplitude
error, wave time error and wave tail error are 0.4%, 19% and 8.5%,
respectively. For 10/350µs surge current, amplitude errors, wave front errors,
and wave tail errors are 0.4%, 0% and 1.71%, respectively;
✓ Research and survey 8 cases corresponding to lightning strikes directly on
medium voltage lines, low voltage lines, induced lightning to low voltage
overhead lines and direct lightning strikes on the lightning air terminal
placed on the roof of the building in the new residential area to provide the
protection configurations and select the appropriate LV SPD.
The research results of the thesis are used as a reference for design
consulting companies, power companies, training facilities, individuals who are
interested in selection of protective measures and LV SPD for equipment inside
buildings in new residential areas.
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Trang v
HVTH: Phan Tấn Vũ
LV ThS: Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh trực tiếp đến lựa chọn SPD hạ áp.
MỤC LỤC
TRANG
TRANG TỰA
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐÊ TÀI
LÝ LỊCH KHOA HỌC............................................................................................ i
LỜI CAM ĐOAN.................................................................................................... ii
LỜI CẢM TẠ.........................................................................................................iii
TÓM TẮT............................................................................................................... iv
ABSTRACT............................................................................................................. v
MỤC LỤC.............................................................................................................. vi
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT.............................................................................. ix
DANH SÁCH CÁC HÌNH...................................................................................... x
DANH SÁCH CÁC BẢNG.................................................................................. xiii
Chương 1.................................................................................................................. 1
TỔNG QUAN.......................................................................................................... 1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài............................................................................. 1
1.2. Các nghiên cứu trong và ngoài nước........................................................ 1
1.2.1. Các nghiên cứu trong nước................................................................. 1
1.2.2. Các nghiên cứu ngoài nước:................................................................ 3
1.3. Nhiệm vụ của đề tài.................................................................................... 4
1.4. Giới hạn của đề tài..................................................................................... 4
1.5. Nhiệm vụ nghiên cứu................................................................................. 4
1.6. Điểm mới của đề tài.................................................................................... 5
1.7. Tính thực tiễn............................................................................................. 5
1.8. Phương pháp nghiên cứu........................................................................... 5
1.9. Nội dung đề tài............................................................................................ 5
Chương 2.................................................................................................................. 6
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MOV.................................... 6
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Trang vi
HVTH: Phan Tấn Vũ
LV ThS: Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh trực tiếp đến lựa chọn SPD hạ áp.
2.1.
Công nghệ MOV .....................................
2.1.1
Cấu tạo và ngu
2.1.2
Lưu đồ chế tạo
2.1.3
Đặc tính V-I ...
2.1.4
Thời gian đáp
2.1.5
Năng lượng ch
2.2.
Cấu tạo và chế độ hoạt động của chống
2.3.
Cấu tạo và thơng số chính của chống sé
Chương 3
.........................
MƠ HÌNH MÁY PHÁT XUNG DỊNG TIÊU CHUẨN .....................................
3.1.
Dạng xung dịng tiêu chuẩn ..................
3.1.1.
Xung dịng tiêu
3.1.2.
Xung dịng tiêu
3.2.
Mơ hình tốn xung dịng tiêu chuẩn ....
3.3.
Xây dựng mơ hình máy phát xung dịn
3.4.
Mơ phỏng máy phát xung dịng tiêu ch
Chương 4
.........................
MƠ HÌNH MVLA TRUNG ÁP VÀ LV SPD HẠ ÁP ..........................................
4.1.
Mơ hình MVLA trung áp ......................
4.1.1.
Mơ hình MVL
4.1.2.
Mơ phỏng MV
4.2.
Mơ hình LV SPD.....................................
4.2.1.
Mơ hình tốn L
4.2.2.
Mơ hình LV SP
4.2.3.
Mơ phỏng hoạ
Chương 5
.........................
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SÉT ĐÁNH ...............................................
TRỰC TIẾP ĐẾN LỰA CHỌN SPD HẠ ÁP .......................................................
5.1.
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Cấu hình điển hình cấp điện cho tồ nh
Trang vii
HVTH: Phan Tấn Vũ
LV ThS: Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh trực tiếp đến lựa chọn SPD hạ áp.
5.2.
Mô phỏng mạng cấp nguồn cho toà nhà
5.3.
Trường hợp sét đánh trực tiếp vào đườ
5.3.1
P
5.3.2
P
5.4.
Trường hợp sét cảm ứng 8/20µs vào đư
5.4.1
P
5.4.2
P
5.5.
Trường hợp sét cảm ứng vào đường dâ
5.5.1
T
5.5.2
T
5.6.
Trường hợp sét đánh trực tiếp vào kim
5.6.1
K
5.6.2
C
5.7.
Tổng hợp các trường hợp khảo sát ......
5.8.
Lựa chọn thông số MVLA và LV SPD .
5.8.1.
T
5.8.2.
T
Chương 6 ..................................................................................................................
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN ..................................
6.1.
Kết luận ..................................................
6.2.
Hướng nghiên cứu phát triển ...............
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................
PHỤ LỤC .................................................................................................................
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Trang viii
HVTH: Phan Tấn Vũ
LV ThS: Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh trực tiếp đến lựa chọn SPD hạ áp.
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
Mô tả
MVLA
Chống sét van trung áp
LV SPD
Chống sét van hạ áp
MOV
Biến trở oxyt kim loại
NSX
Nhà sản xuất
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Trang ix
HVTH: Phan Tấn Vũ
LV ThS: Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh trực tiếp đến lựa chọn SPD hạ áp.
DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH
TRANG
Hình 2.1: Vi cấu trúc và đặc tính V- I của MOV................................................................... 6
Hình 2.2: Lưu đồ chế tạo MOV................................................................................................... 8
Hình 2.3: Đặc tính V-I của MOV................................................................................................ 9
Hình 2.4: Số xung MOV có thể chịu được............................................................................ 10
Hình 2.5: Cấu tạo của MVLA.................................................................................................... 11
Hình 2.6: Phối hợp đặc tính bảo vệ của MVLA và cách điện của thiết bị................11
Hình 2.7: Đặc tuyến V-I của LV SPD..................................................................................... 13
Hình 2.8: Cấu tạo của LV SPD.................................................................................................. 14
Hình 2.9: Mơ hình lắp đặt LV SPD.......................................................................................... 14
Hình 3.1: Dạng xung dịng tiêu chuẩn dạng sóng 8/20µs................................................ 15
Hình 3.2: Dạng xung dịng tiêu chuẩn dạng sóng 10/350µs........................................... 16
Hình 3.3: Dạng sóng dịng xung............................................................................................... 17
Hình 3.4: Sơ đồ khối các phần tử của máy phát xung dịng tiêu chuẩn..................... 20
Hình 3.5: Khối Surge Current Generator............................................................................... 20
Hình 3.6: Tạo biến cho khối Surge Current Generator..................................................... 21
Hình 3.7: Lập trình trong khối Surge Current Generator................................................ 21
Hình 3.8: Mơ tả khối Surge Current Generator................................................................... 21
Hình 3.9: Giao diện nhập thơng số của khối Surge Current Generator......................22
Hình 3.10: Mạch mơ phỏng xung dịng tiêu chuẩn............................................................ 22
Hình 3.11: Giao diện nhập thơng số xung dịng tiêu chuẩn 100kA 8/20 s...............23
Hình 3.12: Dạng xung dịng tiêu chuẩn 100kA 8/20 s.................................................... 23
Hình 3.13: Xác định thời gian đầu và đi sóng của xung dịng tiêu chuẩn
100kA 8/20 s
24
Hình 3.14: Giao diện nhập thơng số xung dịng tiêu chuẩn 100kA 10/350 s.........24
Hình 3.15: Dạng xung dịng tiêu chuẩn 100kA 10/350 s............................................... 24
Hình 3.16: Dạng xung dịng tiêu chuẩn hiệu chỉnh 100kA 8/20 s.............................. 26
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Trang x
HVTH: Phan Tấn Vũ
LV ThS: Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh trực tiếp đến lựa chọn SPD hạ áp.
Hình 4.1: Quan hệ V-I của mơ hình MVLA trong Matlab.............................................. 27
Hình 4.2: Sơ đồ ngun lý của mơ hình MVLA................................................................. 28
Hình 4.3: Mạch mơ phỏng hoạt động của MVLA............................................................. 28
Hình 4.4: Giao diện nhập thơng số dịng xung và thơng số
MVLA EVPO 01500
29
Hình 4.5: Điện áp dư của MVLA EVPO 01500 ứng với dịng xung
10kA 8/20 s 29
Hình 4.6: Giao diện nhập thơng số dịng xung và thơng số MVLA AZG2..............30
Hình 4.7: Điện áp dư của MVLA AZG2 ứng với dòng xung 10kA 8/20 s..............30
Hình 4.8: Sơ đồ mơ hình của LV SPD.................................................................................... 31
Hình 4.9: Mơ hình phần tử phi tuyến của LV SPD............................................................ 32
Hình 4.10: Mơ hình LV SPD hạ áp trong mơi trường Matlab....................................... 33
Hình 4.11: Biểu tượng và tên mơ hình LV SPD.................................................................. 34
Hình 4.12: Thơng số cần nhập của mơ hình LV SPD....................................................... 34
Hình 4.13: Mơ tả mơ hình LV SPD.......................................................................................... 35
Hình 4.14: Lập trình trong mơ hình LV SPD....................................................................... 35
Hình 4.15: Mạch mơ phỏng hoạt động của LV SPD......................................................... 36
Hình 4.16: Giao diện nhập thơng số dịng xung và thơng số của B40K275............37
Hình 4.17: Điện áp dư của B40K274 ứng với dịng xung 10kA 8/20 s....................37
Hình 4.18: Giao diện nhập thơng số dịng xung và thơng số
LV SPD V271DHB34
38
Hình 4.19: Điện áp của LV SPD V271DHB34 ứng với
dịng xung 20kA 8/20 s
38
Hình 5.1: Cấu hình điển hình cấp điện cho các toà nhà với
đường dây hạ áp đi nổi
40
Hình 5.2: Cấu hình điển hình cấp điện cho các tồ nhà với
cáp hạ áp đi ngầm
40
Hình 5.3: Sơ đồ mơ phỏng mạng cấp nguồn cho tồ nhà khảo sát.............................. 41
Hình 5.4: Thơng số nguồn trung áp 22kV............................................................................. 42
Hình 5.5: Thông số đoạn cáp nối từ MVLA đến đầu cực MBA................................... 43
Hình 5.6: Thơng số máy biến áp phân phối 22kV/0,4kV – 25kVA............................. 43
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Trang xi
HVTH: Phan Tấn Vũ
LV ThS: Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh trực tiếp đến lựa chọn SPD hạ áp.
Hình 5.7: Thơng số đoạn cáp hạ áp từ MBA đến EMSB................................................. 44
Hình 5.8: Thông số tải hạ áp....................................................................................................... 44
Hinh 5.9: Thông số dây trung hồ............................................................................................ 45
Hình 5.10: Thơng số hệ thống nối đất.................................................................................... 45
Hình 5.11: Thơng số máy phát xung sét................................................................................. 46
Hình 5.12: Thơng số MVLA trung áp..................................................................................... 46
Hình 5.13: Thơng số LV SPD.................................................................................................... 47
Hình 5.14: Điện áp ngang đầu cực MBA phía cao áp (TH5.3.1)................................. 47
Hình 5.15: Điện áp phía hạ áp ngang đầu cực MBA VLV và ngang qua tải
VL(TH5.3.1)............................................................................................................. 48
Hình 5.16: Điện áp ngang đầu cực MBA phía cao áp (TH5.3.2)................................. 49
Hình 5.17: Điện áp phía hạ áp ngang đầu cực MBA VLV và ngang qua tải
VL(TH5.3.2)............................................................................................................. 49
Hình 5.18: Dạng điện áp ngang đầu cực MBA phía cao áp (TH5.4.1)......................50
Hình 5.19: Điện áp phía hạ áp ngang đầu cực MBA VLV và ngang qua tải VL
(TH5.4.1).................................................................................................................... 50
Hình 5.20: Dạng điện áp ngang đầu cực MBA phía cao áp (TH5.4.2)......................51
Hình 5.21: Điện áp phía hạ áp ngang đầu cực MBA VLV và ngang qua tải VL
(TH5.4.2).................................................................................................................... 51
Hình 5.22: Điện áp ngang qua tải khi khơng trang bị LV SPD (TH5.5.1)................52
Hình 5.23: Điện áp ngang qua tải khi có trang bị LV SPD (TH5.5.2)....................... 53
Hình 5.24: Điện áp ngang qua tải ứng với dịng 10kA 10/350µs đánh
trực tiếp vào kim thu sét....................................................................................... 54
Hình 5.25: Điện áp ngang qua tải ứng với dịng 10kA 10/350µs đánh trực tiếp vào
kim thu sét.......................................................................................................................................... 54
Hình 5.26: Dòng lớn nhất qua LV SPD.................................................................................. 55
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Trang xii
HVTH: Phan Tấn Vũ
LV ThS: Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh trực tiếp đến lựa chọn SPD hạ áp.
DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG
TRANG
Bảng 3.1: Các giá trị tính tốn với xung dịng tiêu chuẩn............................................... 19
Bảng 3.2: Sai số biên độ của xung dòng mơ phỏng........................................................... 25
Bảng 3.3: Sai số thời gian đầu sóng và đi sóng
của xung dịng mơ phỏng........................................................................................ 25
Bảng 3.4: Sai số thời gian đầu sóng và đi sóng của xung dịng 100kA 8/20 s sau
khi hiệu chỉnh.................................................................................................................................... 26
Bảng 4.1: Thơng số của các LV SPD của Hãng Siemens................................................ 36
Bảng 4.2: Kết quả mô phỏng LV SPD của Hãng Siemens.............................................. 37
Bảng 4.3: Kết quả mô phỏng LV SPD của Hãng Littlefuse............................................ 39
Bảng 5.1: Tổng hợp kết quả mô phỏng các trường hợp khảo sát................................. 56
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Trang xiii
HVTH: Phan Tấn Vũ
LV ThS: Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh trực tiếp đến lựa chọn SPD hạ áp.
Chương 1
TỔNG QUAN
1.1.
Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam là nước nằm trong khu vực nhiệt đới ẩm nên hoạt động dông sét
vào loại cao trong khu vực. Hiện nay, tốc độ phát triển khu dân cư mới rất cao với
cấu hình cấp điện từ trạm biến áp phân phối 22/0,4kV bằng đường dây trên khơng,
phía hạ áp thường sử dụng cáp ngầm đi trong ống chơn trong đất và tịa nhà thường
trang bị chống sét trực tiếp bằng kim thu sét đặt ở mái tịa nhà. Trong trường hợp
này, hai đối tượng có thể bị sét đánh trực tiếp là đường dây trung áp và kim thu sét;
sét sẽ lan truyền theo đường trung áp vào tịa nhà hay theo dây thốt sét từ kim thu
sét xuống hệ thống nối đất gây phóng điện ngược làm hư hỏng các thiết bị. Để bảo
vệ quá điện áp do sét trong trường hợp này cần phải trang bị các SPD trung và hạ áp
thích hợp.
Các nghiên cứu trước đây thường tập trung nghiên cứu biện pháp bảo vệ quá
áp do sét đánh trực tiếp vào đường dây phân phối hạ áp hay sét cảm ứng lên đường
dây phân phối hạ áp. Tuy nhiên, việc nghiên cứu biện pháp bảo vệ quá áp do sét với
cấu hình xây dựng các khu dân cư mới hiện nay chưa được nghiên cứu một cách
đầy đủ và chi tiết để đưa ra các giải pháp bảo vệ giảm thiểu rủi ro thiệt hại do sét.
Với những vấn đề nêu trên đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh
trực tiếp đến lựa chọn SPD hạ áp” cần thực hiện để đáp ứng các yêu cầu về hiệu
quả bảo vệ cho các thiết bị bên trong tòa nhà khi sét đánh trực tiếp vào kim thu sét
cũng như sét đánh trực tiếp vào đường dây phân phối trung áp.
1.2.
Các nghiên cứu trong và ngoài nước
1.2.1. Các nghiên cứu trong nước
Một số nghiên cứu trước đây liên quan đến bảo vệ quá áp cho thiết bị bên
trong tòa nhà:
[a]. Nghiên cứu giải pháp chống sét cho thiết bị điện tử theo tiêu chuẩn
TCVN 9888-2013, Võ Thiện Hoàng, LV ThS, ĐH SPKT Tp HCM, 2018.
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Trang 1
HVTH: Phan Tấn Vũ
LV ThS: Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh trực tiếp đến lựa chọn SPD hạ áp.
Cơng trình nghiên cứu này nghiên cứu giải pháp chống sét cho thiết bị điện
tử theo tiêu chuẩn TCVN 9888-2013 và tập trung nghiên cứu về cấu hình bố trí các
thiết bị SPD trong mạng cấp nguồn hạ áp.
[b]. Nghiên cứu giải pháp chống sét lan truyền trên đường nguồn cho trạm
phân phối, Trần Như, LV ThS, ĐH SPKT Tp HCM, 2018.
Cơng trình nghiên cứu này chủ yếu quan tâm đến giải pháp chống sét lan
truyền cho trạm biến áp phân phối 22/0,4kV, đề xuất vị trí lắp đặt chống sét van
trung áp cho trường hợp trạm biến 1 máy biến áp và 2 máy biến áp.
[c]. Nghiên cứu các biện pháp bảo vệ quá áp do sét trong mạng hạ áp, Trần
Văn Đẹp, LV ThS, Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật, 2016.
Cơng trình này xây dựng mơ hình thiết bị bảo vệ q áp do sét trong mạng hạ
áp chế tạo theo công nghệ MOV. Độ chính xác của mơ hình được đánh giá thông
qua so sánh giá trị điện áp bảo vệ mô phỏng và giá trị điện áp bảo vệ từ catalogue
của nhà sản xuất.
[d]. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn và lắp đặt thiết bị
chống sét trên đường nguồn hạ áp, Hoàng Thị Trang, LV ThS, Đại Học Sư Phạm Kỹ
Thuật, 2015.
Cơng trình này nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn và lắp đặt
thiết bị chống sét trên đường nguồn hạ áp.
[e]. Nghiên cứu phân bố dòng sét và điện áp trên các SPD khi sét đánh vào
tòa nhà, Nguyễn Như Quỳnh, LV ThS Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật, 2015.
Công trình này nghiên cứu phân bố các dịng sét lên các thiết bị SPD khi sét
đánh trực tiếp vào hệ thống chống sét của tòa nhà.
Nhận xét:
+ Nhược điểm: Các cơng trình nghiên cứu nêu trên chưa đề xuất giải pháp
bảo vệ quá áp cho thiết bị bên trong tòa nhà khi sét đánh trực tiếp vào đường cấp
nguồn trung áp và đánh trực tiếp vào kim thu sét trên mái tòa nhà.
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Trang 2
HVTH: Phan Tấn Vũ
LV ThS: Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh trực tiếp đến lựa chọn SPD hạ áp.
1.2.2. Các nghiên cứu ngoài nước:
[a]. Surge Protector on the Power Lines, Considering the Influenced Factor;
Le Quang Trung, Quyen Huy Anh, Vu Phan Tu; IEEE International Conference on
System Science and Engineering ICSSE 2017.
Cơng trình này nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả bảo vệ chống
sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp. Tuy nhiên, cơng trình này chỉ nghiên cứu
SPD chế tạo theo công nghệ MOV, chưa xem xét các SPD chế tạo theo các công
nghệ khác như SG, TSG…
[b]. Selection Guilde for Low voltage Surge Protection; Quyen Huy Anh, Le
Quang Trung; International Journal of Engineering Research & Technology
10/2017.
Cơng trình này đưa ra các chỉ dẫn lựa chọn SPD trong mạng phân phối hạ áp
nhằm đạt hiệu quả bảo vệ theo yêu cầu.
[c]. A Case Study to Effective Protection of Sensitive Apparatus by Means of
Voltage Limiting SPD; Tomasz Kisielewicz, Fabio Fiamingo, Carlo Mazzetti,
Bolesław Kuca, Zdobysław Flisowski; Przegląd Elektrotechniczny, 2012.
Bài báo này nghiên cứu bảo vệ thiết bị điện tử nhạy cảm bằng thiết bị SPD
có chức năng giới hạn điện áp.
[d]. Selection of Surge Protective Devices for Low Voltage Systems
Connected to Overhead Line; Viktor Milardic, Ivo Uglesic, Ivica Pavic; TPWRD00805-2008.
Bài báo này hướng dẫn lựa chọn thiết bị bảo vệ triệt xung cho các thiết bị kết
nối với đường dây trên không hạ áp.
[e]. A Field Study of Lightning Phenomena on Low Voltage Distribution
Lines Including Residences;TeruMiyazaki, TsunayoshiIshii; ShigemitsuOkabe;
IEEE Transactions On Power Delivery, VOL.26, NO.1, January 2011.
Bài báo này nghiên cứu các hiện tượng sét trên đường dây phân phối hạ áp,
cấp điện cho các hộ dân dụng.
[f]. Performance of Surge Arresters in a Low Voltage Distribution System;
Chryssa Nasiopoulou, Eleftheria Pyrgioti; International Conference on Lightning
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Trang 3
HVTH: Phan Tấn Vũ
LV ThS: Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh trực tiếp đến lựa chọn SPD hạ áp.
Protection (ICLP), Vienna, Austria, 2012.
Bài báo này nghiên cứu hiệu quả bảo vệ của chống sét van trên hệ thống
phân phối hạ áp.
Nhận xét: + Nhược điểm: Các cơng trình nghiên cứu nêu trên chưa đề xuất
giải pháp bảo vệ quá áp cho thiết bị bên trong tòa nhà khi sét đánh trực tiếp vào
đường cấp nguồn trung áp và đánh trực tiếp vào kim thu sét trên mái tòa nhà.
1.3.
Nhiệm vụ của đề tài
-
Tìm hiểu cấu trúc mạng cấp điện cho các tịa nhà trong các khu dân cư mới;
-
Nghiên cứu cấu tạo, ngun lý làm việc và các thơng số chính của MOV
trung áp và MOV hạ áp;
-
Nghiên cứu mơ hình MOV trung áp của phần mềm Matlab;
-
Nghiên cứu và xây dựng mơ hình MOV hạ áp;
-
Nghiên cứu và xây dựng mơ hình máy phát xung dịng tiêu chuẩn 8/20µs và
10/350µs;
-
Xây dựng mơ hình và mơ phỏng bảo vệ chống sét đánh trực tiếp và sét cảm
ứng vào đường dây trung áp cấp điện cho tòa nhà thuộc khu dân cư mới;
-
Xây dựng mơ hình và mơ phỏng trường hợp sét đánh trực tiếp vào kim thu
sét của tịa nhà;
-
1.4.
Phân tích kết quả mô phỏng để lựa chọn LV SPD hạ áp phù hợp.
Giới hạn của đề tài
Đề tài chỉ nghiên cứu và đề ra giải pháp chống quá điện áp cho các thiết bị
bên trong tòa nhà khu dân cư mới khi sét đánh trực tiếp vào đường dây trung áp và
sét đánh trực tiếp vào kim thu sét của tòa nhà.
1.5.
-
Nhiệm vụ nghiên cứu
Nghiên cứu đặc điểm về cấu trúc của tòa nhà và đặc điểm của hệ thống cấp
nguồn cho tải khu dân cư mới;
-
Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị chống sét van MOV;
-
Nghiên cứu mơ hình chống sét van trung áp trong phần mềm Matlab;
-
Nghiên cứu và xây dựng mơ hình chống sét van hạ áp;
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Trang 4
HVTH: Phan Tấn Vũ
LV ThS: Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh trực tiếp đến lựa chọn SPD hạ áp.
-
Nghiên cứu và xây dựng mơ hình máy phát xung dịng tiêu chuẩn;
-
Xây dựng các mơ hình tịa nhà điển hình và mơ phỏng trường hợp sét đánh trực
tiếp vào đường dây trung áp và sét đánh trực tiếp vào kim thu sét của tịa nhà;
-
Đánh giá kết quả mơ phỏng và đưa ra các khuyến cáo về lựa chọn LV SPD
hạ áp phù hợp.
1.6.
Điểm mới của đề tài
Đề xuất giải pháp chống sét phù hợp trong trường hợp sét đánh trực tiếp vào
đường dây trung áp và sét đánh trực tiếp vào kim thu sét của tịa nhà trong khu dân
cư mới.
1.7.
Tính thực tiễn
Kết quả nghiên cứu được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các công ty tư
vấn thiết kế, các công ty điện lực, các cơ sở đào tạo, các cá nhân quan tâm đến biện
pháp bảo vệ quá áp do sét cho các thiết bị bên trong tòa nhà trong trường hợp sét
đánh trực tiếp vào cơng trình hay vào đường cấp nguồn trung áp cho các tòa nhà
trong khu dân cư mới.
1.8.
Phương pháp nghiên cứu
-
Phương pháp tham khảo tài liệu;
-
Phương pháp phân tích, tổng hợp;
-
Phương pháp mơ hình hóa và mơ phỏng.
1.9.
Nội dung đề tài
Chương 1: Tổng quan.
Chương 2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của MOV.
Chương 3: Mơ hình máy phát xung dịng tiêu chuẩn.
Chương 4: Mơ hình MVLA trung áp và LV SPD hạ áp.
Chương 5: Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh trực tiếp đến lựa chọn spd hạ áp.
Chương 6: Kết luận và hướng nghiên cứu phát triển.
Tài liệu tham khảo.
Phụ lục.
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Trang 5
HVTH: Phan Tấn Vũ
LV ThS: Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh trực tiếp đến lựa chọn SPD hạ áp.
Chương 2
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MOV
2.1.
Công nghệ MOV
2.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Chống sét van MOV (Metal Oxide Varistor) là thiết bị có cấu tạo và hoạt
động như một điện trở phi tuyến phụ thuộc vào điện áp đặt vào. Với đặc tính V-I có
tính đối xứng và rất dốc cho phép MOV khử xung quá độ đột biến do sét trong
khoảng thời gian ngắn (Hình 2.1). Trong điều kiện bình thường, điện áp ngang qua
MOV là điện áp định mức của lưới điện nên MOV có trở kháng cao với giá trị hàng
M và được coi như hở mạch. Khi sét đánh trực tiếp hay cảm ứng vào đường dây,
xuất hiện điện áp có giá trị cao vượt quá điện áp ngưỡng và trở kháng MOV có giá
trị thấp hàng m ; MOV được coi như nối tắt và dẫn xung sét xuống đất nên các phần
tử trong mạng điện phía sau MOV được bảo vệ.
Hình 2.1. Vi cấu trúc và đặc tính V- I của MOV.
Cấu tạo cơ bản của MOV là các hạt ZnO và các ôxit kim loại khác. Mỗi một
hạt ZnO hoạt động như tiếp giáp bán dẫn tại vùng biên của hạt. Hành vi phi tuyến
về điện xảy ra tại biên tiếp giáp của hạt bán dẫn ZnO, MOV có thể xem như là một
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Trang 6
HVTH: Phan Tấn Vũ
LV ThS: Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh trực tiếp đến lựa chọn SPD hạ áp.
thiết bị nhiều tiếp giáp tạo ra từ nhiều liên kết nối nối tiếp và song song của biên
hạt.
Điện áp ngưỡng của MOV được xác định bởi bề dày của MOV và kích thước
cả 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, khoảng từ (2-3)V. Mối liên hệ này được xác
định như sau:
Điện áp biến trở: VN = 3n
Bề dày của biến trở: D = (n +1)d = V
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 chuyển hồn tồn từ vùng dịng rị
tuyến tính sang vùng khơng tuyến tính cao, tại điểm trên vùng đặc tính V-I với dịng
điện 1mA.
2.1.2 Lưu đồ chế tạo MOV
Thành phần chính của MOV là các hạt ZnO chiếm 90% hoặc hơn nữa, cịn
lại là các ơxyt kim loại khác như: 97mol-%ZnO, 1mol-%Sb 2O3, 0,5mol-% mỗi
Bi2O3, CO, MnO, Cr2O3.
Các thành phần nêu trên được trộn thành hỗn hợp và xay thành bột. Hỗn hợp
bột được làm khô và nén thành hình dạng mong muốn. Sau đó, các viên được vón
0
cục ở nhiệt độ cao, cụ thể là từ (1000-1400) C. Hai phiến kim loại thường là bằng
bạc tiếp xúc với các hạt được vón cục bên ngồi làm điện cực và được hàn chắc
chắn với hai chân nối ra ngoài, thiết bị được đóng gói bằng vật liệu phù hợp. Sản
phẩm được hoàn thành sau cùng được kiểm tra đáp ứng các tính năng yêu cầu kỹ
thuật. Lưu đồ chế tạo MOV trình bày ở Hình 2.2.
GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
Trang 7
HVTH: Phan Tấn Vũ
LV ThS: Nghiên cứu ảnh hưởng của sét đánh trực tiếp đến lựa chọn SPD hạ áp.
Hình 2.2. Lưu đồ chế tạo MOV.
2.1.3 Đặc tính V-I
Đặc tính V-I của MOV có dạng phương trình hàm mũ (Hình 2.3):
α
I = K.V
Ở đây: I là dòng qua MOV; V là điện áp ngang qua MOV; K là hệ số phụ
thuộc vào loại MOV; là hệ số phi tuyến.
Nguyên lý bảo vệ của MOV thể hiện qua điện áp phụ thuộc giá trị điện trở:
R=
(2.4)
