Biện Pháp Bảo Vệ Quá Áp Do Sét Trong Luận Văn Thạc Sĩ HCMUTE

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hcmute biện pháp bảo vệ quá áp do sét, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp cải thiện thực tiễn.

• Tác giả: Nguyễn Tấn Đức
• Người hướng dẫn: PGS. Quyền Huy Ánh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Biện Pháp Bảo Vệ Quá Áp Do Sét
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Các nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.3. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.4. Đối tượng nghiên cứu
• 1.5. Phạm vi nghiên cứu
• 1.6. Nội dung nghiên cứu
• 1.7. Phương pháp nghiên cứu
• 1.8. Điểm mới của đề tài
• 1.9. Giá trị thực tiễn
• 1.10. Nội dung của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ BẢO VỆ CHỐNG QUÁ ÁP DO SÉT TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP
• 2.1. Các cấp bảo vệ quá áp
• 2.2. Cấp bảo vệ quá áp theo tiêu chuẩn ANSI/IEEE C62.41-1991
• 2.3. Cấp bảo vệ quá áp theo tiêu chuẩn IEC 62305
• 2.4. Hệ thống bảo vệ chống sét hạ áp trên đường nguồn hạ áp
• 2.5. Thiết bị chống quá áp do sét trên đường nguồn hạ áp (SPD)
• 2.5.1. Thiết bị cắt sét (SSD)
• 2.5.2. Thiết bị lọc sét
• 2.6. Các yêu cầu kỹ thuật đối với thiết bị cắt sét và lọc sét
• 2.6.1. Yêu cầu kỹ thuật với thiết bị cắt sét
• 2.6.2. Yêu cầu kỹ thuật với thiết bị lọc sét
• 2.7. Điều kiện lựa chọn thiết bị cắt sét và thiết bị lọc sét
• 2.7.1. Điều kiện lựa chọn thiết bị cắt sét
• 2.7.2. Điều kiện lựa chọn thiết bị lọc sét
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH CÁC PHẦN TỬ BẢO VỆ CHỐNG QUÁ ÁP
• 3.1. Phân vùng bảo vệ
• 3.2. Khe hở phóng điện (SG-Spark Gap)
• 3.2.1. Mô hình khe hở phóng điện
• 3.2.2. Xây dựng mô hình khe hở phóng điện
• 3.2.3. Mô phỏng đáp ứng của mô hình SG
• 3.3. Mô hình biến trở oxyt kim loại (MOV)
• 3.3.1. Xây dựng mô hình MOV trong Matlab
• 3.3.2. Mô phỏng điện áp bảo vệ của MOV ứng với xung dòng chuẩn
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ BẢO VỆ
• 4.1. Ảnh hưởng của chiều dài dây nối
• 4.2. Ảnh hưởng của các kiểu phối hợp các SPD
• 4.2.1. Kiểu phối hợp 1
• 4.2.2. Mô phỏng hiệu quả bảo vệ
• 4.2.3. Kiểu phối hợp 2
• 4.2.4. Mô phỏng hiệu quả bảo vệ
• 4.2.5. Kiểu phối hợp 3
• 4.2.6. Mô phỏng hiệu quả bảo vệ
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN
• 5.1. Kết luận
• 5.2. Hướng nghiên cứu phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về biện pháp bảo vệ quá áp do sét

Việt Nam là một quốc gia có khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa, nơi có hoạt động dông sét cao. Điều này dẫn đến việc mạng lưới điện hạ áp trở thành đối tượng dễ bị tổn thương trước các hiện tượng sét đánh. Biện pháp bảo vệ quá áp do sét trở nên cần thiết để đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện và điện tử. Luận văn này nghiên cứu các giải pháp bảo vệ theo tiêu chuẩn TCVN 9888:2013, nhằm giảm thiểu thiệt hại do sét gây ra. Các thiết bị bảo vệ như SPD (Surge Protective Device) được sử dụng để bảo vệ các thiết bị điện khỏi các xung điện áp cao do sét. Việc nghiên cứu và áp dụng các biện pháp bảo vệ này không chỉ giúp bảo vệ thiết bị mà còn đảm bảo tính liên tục trong cung cấp điện cho người tiêu dùng.

1.1. Tính cấp thiết của nghiên cứu

Nghiên cứu về biện pháp bảo vệ quá áp do sét là rất quan trọng trong bối cảnh hiện nay. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ và sự gia tăng sử dụng thiết bị điện tử, việc bảo vệ các thiết bị này khỏi các tác động của sét là cần thiết. Các thiết bị điện tử thường nhạy cảm với điện áp, và một cú sét có thể gây ra hư hỏng nghiêm trọng. Luận văn này không chỉ tập trung vào việc nghiên cứu các tiêu chuẩn bảo vệ mà còn phân tích hiệu quả của các thiết bị bảo vệ trong thực tế. Điều này giúp các cơ quan, tổ chức có thể áp dụng các giải pháp bảo vệ hiệu quả hơn, từ đó giảm thiểu thiệt hại do sét gây ra.

II. Các thiết bị bảo vệ quá áp do sét

Trong hệ thống điện, các thiết bị bảo vệ quá áp do sét đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ thiết bị điện khỏi các xung điện áp. Các thiết bị này bao gồm SPD, thiết bị cắt sét (SSD), và thiết bị lọc sét. SPD là thiết bị được lắp đặt song song với nguồn điện, giúp ngăn chặn các xung điện áp cao từ sét. Theo tiêu chuẩn IEC 62305, có nhiều cấp độ bảo vệ khác nhau tùy thuộc vào vị trí lắp đặt và loại thiết bị. Việc lựa chọn thiết bị bảo vệ phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả bảo vệ tối ưu. Các yêu cầu kỹ thuật đối với thiết bị bảo vệ cũng cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo rằng thiết bị có thể chịu được các điều kiện làm việc khắc nghiệt.

2.1. Tiêu chuẩn bảo vệ quá áp

Tiêu chuẩn ANSI/IEEE C62.41-1991 và IEC 62305 định nghĩa các cấp độ bảo vệ quá áp khác nhau. Cấp bảo vệ quá áp được phân loại dựa trên vị trí lắp đặt và loại thiết bị. Cấp C là cấp bảo vệ cho các thiết bị bên ngoài, trong khi cấp A và B dành cho các thiết bị bên trong. Việc hiểu rõ các tiêu chuẩn này giúp các kỹ sư và nhà thiết kế có thể lựa chọn thiết bị bảo vệ phù hợp, từ đó nâng cao hiệu quả bảo vệ cho hệ thống điện. Các tiêu chuẩn này cũng cung cấp hướng dẫn về cách lắp đặt và bố trí thiết bị bảo vệ để đạt được hiệu quả tối ưu.

III. Nghiên cứu mô hình bảo vệ quá áp

Mô hình hóa các thiết bị bảo vệ quá áp là một phần quan trọng trong nghiên cứu này. Việc xây dựng mô hình giúp phân tích và đánh giá hiệu quả của các thiết bị bảo vệ trong các tình huống khác nhau. Các mô hình này có thể được sử dụng để mô phỏng các tình huống thực tế, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu cho việc bảo vệ thiết bị. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng chiều dài dây nối giữa SPD và thiết bị được bảo vệ có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả bảo vệ. Việc tối ưu hóa chiều dài dây nối có thể giúp giảm thiểu thiệt hại do quá áp gây ra.

3.1. Phân tích hiệu quả bảo vệ

Phân tích hiệu quả bảo vệ là một phần không thể thiếu trong nghiên cứu này. Các yếu tố như chiều dài dây nối, kiểu phối hợp thiết bị bảo vệ đều ảnh hưởng đến hiệu quả bảo vệ. Nghiên cứu cho thấy rằng việc lựa chọn đúng kiểu phối hợp thiết bị bảo vệ có thể nâng cao đáng kể hiệu quả bảo vệ. Các mô hình được xây dựng trong nghiên cứu này có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các cơ sở đào tạo và nghiên cứu trong lĩnh vực bảo vệ quá áp do sét.

IV. Kết luận và hướng nghiên cứu phát triển

Luận văn đã hoàn thành các nhiệm vụ nghiên cứu về biện pháp bảo vệ quá áp do sét, từ việc phân tích tiêu chuẩn đến xây dựng mô hình và đánh giá hiệu quả bảo vệ. Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong thực tế để nâng cao hiệu quả bảo vệ cho các thiết bị điện và điện tử. Hướng nghiên cứu phát triển trong tương lai có thể tập trung vào việc cải tiến các thiết bị bảo vệ, cũng như nghiên cứu thêm về các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả bảo vệ. Việc áp dụng các công nghệ mới trong lĩnh vực bảo vệ quá áp cũng là một hướng đi tiềm năng cho các nghiên cứu tiếp theo.

4.1. Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo

Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các thiết bị bảo vệ mới với công nghệ tiên tiến hơn. Nghiên cứu về các vật liệu mới có thể cải thiện hiệu quả bảo vệ cũng là một lĩnh vực tiềm năng. Bên cạnh đó, việc áp dụng các công nghệ thông tin trong việc giám sát và quản lý hệ thống bảo vệ cũng có thể mang lại nhiều lợi ích. Các nghiên cứu này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả bảo vệ mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của hệ thống điện.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới ẩm gió mùa với hoạt động dông sét cao, đặc biệt ảnh hưởng đến mạng phân phối điện hạ áp có phạm vi phân bố rộng và cung cấp điện trực tiếp cho hộ tiêu thụ. Theo ước tính, các sự cố do sét cảm ứng lan truyền gây ra ngừng dịch vụ và hư hỏng thiết bị điện – điện tử ngày càng phổ biến, làm giảm độ tin cậy và an toàn của hệ thống điện. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đề xuất các biện pháp bảo vệ quá áp do sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp, tập trung vào việc đánh giá hiệu quả bảo vệ của các thiết bị bảo vệ xung (SPD) theo tiêu chuẩn TCVN 9888:2013 và IEC 62305-4:2006. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các thiết bị bảo vệ quá áp do sét cảm ứng trên mạng điện hạ áp tại Việt Nam, với thời gian nghiên cứu chủ yếu từ năm 2010 đến 2018. Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc giảm thiểu thiệt hại do sét gây ra, nâng cao độ bền và tuổi thọ thiết bị điện tử nhạy cảm, đồng thời cung cấp tài liệu tham khảo cho các cơ quan, trung tâm nghiên cứu và cơ sở đào tạo trong lĩnh vực kỹ thuật điện.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai tiêu chuẩn quốc tế và quốc gia quan trọng: TCVN 9888:2013 và IEC 62305-4:2006, làm cơ sở cho việc phân loại cấp bảo vệ quá áp và lựa chọn thiết bị bảo vệ phù hợp. Hai loại thiết bị bảo vệ chính được nghiên cứu là thiết bị cắt sét (SSD) và thiết bị lọc sét (SRF), với công nghệ chế tạo chủ yếu là khe hở phóng điện (SG) và biến trở oxyt kim loại (MOV). Các khái niệm chính bao gồm:

• Cấp bảo vệ quá áp: Phân loại theo vị trí lắp đặt và mức điện áp chịu đựng, từ cấp I đến cấp IV theo IEC 62305.
• Thiết bị bảo vệ xung (SPD): Thiết bị nối song song với tải, có chức năng chuyển hướng dòng xung sét xuống đất để giảm điện áp thông qua.
• Điện áp thông qua (Let Through Voltage): Điện áp còn lại trên thiết bị được bảo vệ sau khi SPD hoạt động.
• Mô hình điện trở phi tuyến của MOV: Mô phỏng đặc tính V-I phi tuyến của MOV trong Matlab.
• Ảnh hưởng chiều dài dây nối: Mối quan hệ giữa chiều dài dây nối SPD với thiết bị được bảo vệ và hiệu quả bảo vệ.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các tiêu chuẩn kỹ thuật, tài liệu chuyên ngành và số liệu thực nghiệm từ các thiết bị SPD phổ biến trên thị trường. Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Mô hình hóa và mô phỏng: Xây dựng mô hình các phần tử bảo vệ SG và MOV trong môi trường Matlab/Simulink, mô phỏng đáp ứng điện áp bảo vệ với các xung dòng chuẩn dạng sóng 8/20µs.
• Phân tích ảnh hưởng các yếu tố: Nghiên cứu tác động của chiều dài dây nối và các kiểu phối hợp SPD đến hiệu quả bảo vệ thông qua mô phỏng điện áp bảo vệ và điện áp thông qua.
• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô phỏng được thực hiện với các thông số kỹ thuật của thiết bị từ các hãng sản xuất uy tín như Siemens và Phoenix Contact, đảm bảo tính đại diện cho các thiết bị bảo vệ phổ biến.
• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài từ năm 2016 đến 2018, bao gồm giai đoạn thu thập tài liệu, xây dựng mô hình, mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của chiều dài dây nối đến điện áp thông qua: Khi chiều dài dây nối giữa SPD và thiết bị được bảo vệ tăng từ 0 đến 10m, điện áp bảo vệ V1 của SPD gần như không đổi (khoảng 1430V), nhưng điện áp thông qua V2 tăng mạnh từ 1410V lên đến 2539V. Điều này cho thấy khoảng cách dây nối càng lớn thì hiệu quả bảo vệ càng giảm, đặc biệt với thiết bị điện tử nhạy cảm có mức chịu điện áp xung chỉ 1500V, SPD phải được lắp đặt ngay đầu cực tải (L=0m) để đảm bảo an toàn.

2. Hiệu quả phối hợp các SPD theo kiểu I: Mô phỏng với các tổ hợp 1, 2 và 3 MOV có cùng dòng xung định mức 40kA và điện áp ngưỡng 275Vrms cho thấy điện áp bảo vệ giảm đáng kể khi tăng số lượng MOV phối hợp. Cụ thể, điện áp bảo vệ giảm từ 3121V (1 MOV) xuống còn 801V (3 MOV), tương ứng giảm hơn 74%. Điều này chứng tỏ phối hợp SPD là giải pháp hiệu quả để giảm điện áp thông qua và tăng độ an toàn cho thiết bị.

3. Độ chính xác mô hình MOV: Mô hình MOV hạ thế của hãng Siemens được xây dựng có sai số điện áp bảo vệ dưới 1,6% so với giá trị catalogue, đảm bảo độ tin cậy cao trong mô phỏng và ứng dụng thực tế.

4. Yêu cầu kỹ thuật thiết bị bảo vệ: Thiết bị cắt sét và lọc sét phải đáp ứng các yêu cầu về dòng xung sét tản định mức lớn hơn dòng xung cực đại tại vị trí lắp đặt, điện áp vận hành định mức phù hợp, khả năng cắt nhiều xung lập lại, tốc độ đáp ứng nhanh (hàng ns), và có hệ thống báo hiệu tình trạng làm việc.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng cho thấy chiều dài dây nối là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả bảo vệ quá áp do sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp. Việc tăng chiều dài dây nối làm tăng điện áp thông qua, gây nguy cơ hư hỏng thiết bị điện tử nhạy cảm. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả này phù hợp với tiêu chuẩn IEC 62305-4:2006, khuyến cáo lắp đặt SPD càng gần thiết bị được bảo vệ càng tốt.

Phối hợp nhiều SPD theo kiểu I giúp giảm đáng kể điện áp bảo vệ, đồng thời tăng khả năng chịu dòng xung sét, phù hợp với các hệ thống phân phối điện có mật độ sét cao. Kết quả này tương đồng với các báo cáo của ngành điện lực và các nghiên cứu về bảo vệ chống sét lan truyền.

Mô hình hóa chính xác các thiết bị bảo vệ như MOV và SG trong Matlab giúp đánh giá hiệu quả bảo vệ một cách khoa học và chi tiết, hỗ trợ thiết kế hệ thống bảo vệ phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam. Các biểu đồ điện áp bảo vệ và điện áp thông qua theo chiều dài dây nối và số lượng SPD phối hợp có thể được trình bày qua biểu đồ đường và bảng số liệu để minh họa rõ ràng hơn.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Lắp đặt SPD gần thiết bị được bảo vệ: Để giảm điện áp thông qua và bảo vệ thiết bị điện tử nhạy cảm, cần lắp đặt thiết bị bảo vệ quá áp ngay đầu cực tải, hạn chế chiều dài dây nối không quá 5m đối với thiết bị điện cơ và gần như 0m đối với thiết bị điện tử nhạy cảm. Thời gian thực hiện: trong vòng 6 tháng. Chủ thể thực hiện: các đơn vị quản lý và vận hành mạng điện.

2. Phối hợp nhiều SPD theo tiêu chuẩn: Áp dụng phối hợp SPD theo kiểu I hoặc các kiểu phối hợp khác theo TCVN 9888:2013 và IEC 62305-4:2006 để giảm điện áp bảo vệ và tăng độ bền thiết bị. Thời gian thực hiện: 1 năm. Chủ thể thực hiện: các nhà thiết kế hệ thống điện và nhà thầu thi công.

3. Sử dụng thiết bị bảo vệ đạt chuẩn kỹ thuật: Lựa chọn SPD có dòng xung tản định mức lớn hơn dòng xung cực đại tại vị trí lắp đặt, có khả năng cắt nhiều xung lập lại, tốc độ đáp ứng nhanh và có hệ thống báo hiệu tình trạng làm việc để đảm bảo hiệu quả và an toàn. Thời gian thực hiện: liên tục trong quá trình bảo trì. Chủ thể thực hiện: các đơn vị bảo trì và vận hành.

4. Đào tạo và nâng cao nhận thức: Tổ chức các khóa đào tạo về tiêu chuẩn bảo vệ quá áp do sét và kỹ thuật lắp đặt SPD cho kỹ sư, kỹ thuật viên trong ngành điện lực nhằm nâng cao chất lượng công tác bảo vệ. Thời gian thực hiện: hàng năm. Chủ thể thực hiện: các cơ sở đào tạo và công ty điện lực.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư và chuyên viên ngành điện lực: Nghiên cứu giúp nâng cao kiến thức về bảo vệ quá áp do sét, áp dụng các giải pháp kỹ thuật phù hợp để giảm thiểu sự cố và thiệt hại thiết bị.

2. Các nhà thiết kế và thi công hệ thống điện: Tham khảo mô hình và tiêu chuẩn để thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét hiệu quả, đảm bảo an toàn cho các công trình điện.

3. Các cơ sở đào tạo kỹ thuật điện: Sử dụng luận văn làm tài liệu giảng dạy, cập nhật kiến thức mới về thiết bị bảo vệ và tiêu chuẩn kỹ thuật trong lĩnh vực bảo vệ quá áp.

4. Các trung tâm nghiên cứu và phát triển công nghệ điện: Áp dụng kết quả nghiên cứu để phát triển các thiết bị bảo vệ mới, nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống điện trong điều kiện khí hậu nhiệt đới ẩm.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao chiều dài dây nối giữa SPD và thiết bị được bảo vệ lại quan trọng?
   Chiều dài dây nối ảnh hưởng trực tiếp đến điện áp thông qua, dây càng dài thì điện áp này càng tăng, làm giảm hiệu quả bảo vệ và có thể gây hư hỏng thiết bị điện tử nhạy cảm. Ví dụ, khi dây nối dài 10m, điện áp thông qua có thể tăng lên đến 2539V, vượt xa mức chịu đựng của nhiều thiết bị.

2. SPD phối hợp theo kiểu I có ưu điểm gì?
   Phối hợp SPD theo kiểu I giúp giảm đáng kể điện áp bảo vệ, từ hơn 3000V xuống còn khoảng 800V khi sử dụng 3 MOV phối hợp, tăng khả năng chịu dòng sét và bảo vệ thiết bị hiệu quả hơn.

3. Thiết bị cắt sét và thiết bị lọc sét khác nhau như thế nào?
   Thiết bị cắt sét mắc song song với tải, có nhiệm vụ tản năng lượng sét xuống đất với điện áp bảo vệ cao (800-1500V), trong khi thiết bị lọc sét mắc nối tiếp với tải, có điện áp bảo vệ thấp (<240V) và bảo vệ thiết bị điện tử nhạy cảm bằng cách làm chậm tốc độ tăng điện áp.

4. Tiêu chuẩn nào được áp dụng trong nghiên cứu này?
   Luận văn áp dụng tiêu chuẩn TCVN 9888:2013 và IEC 62305-4:2006, là các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế về bảo vệ chống sét và bảo vệ quá áp trên đường nguồn hạ áp.

5. Làm thế nào để biết SPD còn khả năng bảo vệ?
   SPD hiện đại có hệ thống đèn báo phần trăm khả năng cắt sét còn lại, giúp người sử dụng dễ dàng theo dõi và thay thế khi thiết bị giảm hiệu quả bảo vệ.

Kết luận

• Nghiên cứu đã xây dựng thành công mô hình các thiết bị bảo vệ quá áp do sét theo công nghệ SG và MOV, mô phỏng chính xác điện áp bảo vệ với sai số dưới 6%.
• Phân tích mối quan hệ giữa điện áp thông qua và chiều dài dây nối cho thấy dây nối càng dài làm giảm hiệu quả bảo vệ, đặc biệt với thiết bị điện tử nhạy cảm.
• Các kiểu phối hợp SPD theo tiêu chuẩn TCVN 9888:2013 và IEC 62305-4:2006 được chứng minh là giải pháp hiệu quả để giảm điện áp bảo vệ và tăng độ bền thiết bị.
• Kết quả nghiên cứu có giá trị thực tiễn cao, có thể ứng dụng trong thiết kế, vận hành và đào tạo ngành điện lực tại Việt Nam.
• Đề xuất các giải pháp lắp đặt, phối hợp thiết bị và nâng cao nhận thức nhằm tăng cường bảo vệ quá áp do sét trong hệ thống điện hạ áp.

Next steps: Triển khai áp dụng các giải pháp bảo vệ trong thực tế, mở rộng nghiên cứu về bảo vệ quá áp cho mạng điện trung áp và cao áp, đồng thời phát triển mô hình mô phỏng tích hợp đa yếu tố môi trường.

Các đơn vị quản lý và vận hành hệ thống điện nên xem xét áp dụng các biện pháp bảo vệ được đề xuất để nâng cao độ tin cậy và an toàn cho hệ thống điện, đồng thời phối hợp với các cơ sở đào tạo để cập nhật kiến thức và kỹ năng chuyên môn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở Đầu.  Chương 2: Thiết bị bảo vệ chống quá áp do sét trên đường nguồn hạ áp  Chương 3: Xây dựng mô hình các phần tử bảo vệ chống quá áp  Chương 4: Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả bảo vệ  Chương 5: Kết luận và hướng nghiên cứu phát triển. HVTH: Nguyễn Tấn Đức 3 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS. Quyền Huy Ánh Chương 2 THIẾT BỊ BẢO VỆ CHỐNG QUÁ ÁP DO SÉT TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN HẠ ÁP 2.

Các cấp bảo vệ quá áp 2. Cấp bảo vệ quá áp theo tiêu chuẩn ANSI/IEEE C62.41-1991 Tiêu chuẩn ANSI/IEEE C62.41-1991 định nghĩa 3 cấp độ quá điện áp bên trong các công trình dựa trên các vị trí như sau:  Cấp C là cấp vị trí của bên ngoài và đường nguồn hạ áp cấp điện cho tòa nhà.  Cấp B là cấp vị trí của đường dây cáp ngầm và mạch điện nhánh ngắn.  Cấp A là cấp vị trí của lối ra và mạch điện nhánh dài, dài hơn 10m so với cấp B hoặc dài hơn 20m so với cấp C.

Cấp bảo vệ quá áp theo tiêu chuẩn ANSI/IEEE C62. Cấp bảo vệ quá áp theo tiêu chuẩn IEC 62305 Tiêu chuẩn IEC 62305 định nghĩa 4 cấp độ quá điện áp dựa trên các vị trí lắp đặt như sau (Hình 2.2):  Cấp quá điện áp loại IV: dành cho thiết bị đặt ở ngõ vào toà nhà (đường nguồn hạ áp) như đồng hồ điện, thiết bị công nghiệp và thiết bị bảo vệ quá dòng sơ cấp. Thiết bị chịu được điện áp < 6000V. HVTH: Nguyễn Tấn Đức 4 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.

Quyền Huy Ánh  Cấp quá điện áp loại III dành cho thiết bị đặt ở tủ điện chính và cho trường hợp mà ở đó độ tin cậy và tính sẵn sàng của thiết bị phụ thuộc vào những yêu cầu đặc biệt như các thiết bị đóng cắt ở tủ điện chính. Thiết bị này chịu được điện áp < 4000V.  Cấp quá điện áp loại II dành cho thiết bị điện tiêu thụ điện từ tủ điện chính như thiết bị, dụng cụ di động và thiết bị gia đình. Ở thiết bị này thường chịu được điện áp < 2500V.

 Cấp quá điện áp loại I dành cho thiết bị nối với mạch điện mà sự đo lường được đưa vào để giới hạn quá điện áp tạm thời ở mức thấp thích hợp như mạch điện tử. Thiết bị nhạy cảm này chỉ chịu được điện áp < 1500V. Cấp bảo vệ quá áp theo tiêu chuẩn IEC 62305. Hệ thống bảo vệ chống sét hạ áp trên đường nguồn hạ áp Để bảo vệ quá áp cho các thiết bị điện trong công trình, thường lắp đặt các thiết bị chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp có chủng loại khác nhau nhằm bảo vệ một cách có hiệu quả các thiết bị điện.

Cấu trúc hệ thống bảo vệ quá áp lan truyền trên đường nguồn hạ áp phải tuân thủ theo các yêu cầu khác nhau, cụ thể tùy thuộc vào:  Số lượng thiết bị, loại thiết bị bảo vệ quá áp, cách bố trí lắp đặt,… HVTH: Nguyễn Tấn Đức 5 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS. Quyền Huy Ánh  Lắp đặt thiết bị bảo vệ sao cho giới hạn quá áp phù hợp với mức cách điện xung của thiết bị được bảo vệ.  Khả năng chịu dòng ngắn mạch của thiết bị bảo vệ quá áp phải lớn hơn giá trị dòng ngắn mạch có thể xuất hiện tại vị trí lắp đặt.  Khoảng cách giữa các thiết bị bảo vệ và thiết bị được bảo vệ.

Đối với mạng điện 1 pha, 3 pha hạ áp thông thường thiết bị bảo vệ quá áp được lắp đặt theo các trường hợp sau Hình 2. Sơ đồ nối dây thiết bị bảo vệ quá áp hạ thế cho mạng điện 1 pha. Sơ đồ nối dây thiết bị bảo vệ quá áp hạ thế cho mạng điện 3 pha. HVTH: Nguyễn Tấn Đức 6 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS.

Quyền Huy Ánh Bảng 2.1 trình bày cấu trúc hệ thống bảo vệ quá áp đa cấp theo cách bố trí, lắp đặt thiết bị bảo vệ quá áp. Cấu trúc hệ thống bảo vệ quá áp đa cấp. Ghi chú: DM (Differential Mode): Trạng thái này thiết bị bảo vệ quá áp được đặt giữa dây pha và dây trung tính của lưới điện; CM (Common Mode): Trạng thái mà thiết bị bảo vệ quá áp được lắp đặt giữa: dây pha và dây bảo vệ nối đất (PE), giữa dây trung tính và dây PE, giữa dây pha và dây PEN. Thiết bị chống quá áp do sét trên đường nguồn hạ áp (SPD) Sét đánh là hiện tượng ngẫu nhiên trong môi trường tự nhiên và không có thiết bị và phương pháp có khả năng ngăn chặn các phóng điện này.

Cho nên sóng quá điện áp có dạng sóng xung gia tăng đột ngột (do sét hay do các thao tác đóng cắt có tải trên lưới) và có khả năng gây hư hỏng các thiết bị, mạng máy tính, các thiết bị trong mạng viễn thông… mà trong vấn đề vận hành rất khó phát hiện, đặc biệt là các thiết bị điện tử rất nhạy cảm. Để bảo vệ an toàn thiết bị điện và thiết bị điện tử cần có giải pháp bảo vệ phù hợp. SPD là một trong các thành phần của hệ thống bảo vệ thiết bị điện.Thiết bị này nối song song với nguồn cấp điện cho tải mà nó cần bảo vệ. SPD có thể sử dụng ở mọi cấp của mạng phân phối điện.

Đây là thiết bị rất hiệu quả để bảo vệ quá áp do sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp (Hình 2. HVTH: Nguyễn Tấn Đức 7 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS. Quyền Huy Ánh Hình 2. Lắp đặt SPD bảo vệ tải nhạy cảm.

Chức năng của SPD là chuyển hướng dòng xung sét xuống đất bằng cách giảm trở kháng nối đất của SPD khi phát hiện xung sét đi vào hệ thống cấp điện. Do đó, giảm được điện áp ngang qua thiết bị cần bảo vệ, giảm thiểu rủi ro hư hỏng do sét. Các loại SPD Có hai loại thiết bị chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp: 1.Thiết bị cắt sét (Shunt Surge Diverters -SSD) Thiết bị cắt sét có các đặc điểm như sau:  Mắc song song với tải;  Tải phần lớn năng lượng sét xuống đất;  Điện áp bảo vệ cao (800-1500V, ứng với xung sét 3kA 8/20µs);  Lắp đặt tại ngõ vào tòa nhà (tủ điện chính), ngõ vào các tầng (Tủ điện tầng),.  Bảo vệ thiết bị điện –cơ  Công nghệ chế tạo: SG, MOV,.

Thiết bị lọc sét ( Surge Reduction Filter - SRF). Thiết bị lọc sét có các đặc điểm như sau:  Mắc nối tiếp với tải;  Điện áp bảo vệ thấp (<240V, ứng với xung sét 3kA 8/20µs);  Công nghệ chế tạo: Cắt sơ cấp-Lọc LC-Cắt thứ cấp;  Bảo vệ thiết bị điện tử nhạy cảm. HVTH: Nguyễn Tấn Đức 8 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS. Quyền Huy Ánh a.

Thiết bị cắt sét (a), thiết bị lọc sét (b). Thiết bị cắt sét (SSD) SSD được mắc song song với đường nguồn điện, thiết bị này có nhiệm vụ tản năng lượng sét vào đất. Khi mạng điện hoạt động bình thường, thiết bị cắt sét là một điện trở có tổng trở rất lớn, nhưng lúc xuất hiện xung sét trên đường dây gây nên sự chênh lệch điện áp trên hai đầu thiết bị, nếu điện áp chênh lệch này vượt quá điện áp ngưỡng sẽ làm cho thiết bị hoạt động và dẫn phần lớn năng lượng sét vào đất. Dòng sét định mức của thiết bị cắt sét từ 10-100kA dạng sóng 8/20µs và điện áp ngang qua thiết bị cắt sét từ 800V đến 1500V, tùy theo công nghệ chế tạo và tùy thuộc dòng xung sét đi qua thiết bị cắt sét.

Do thiết bị cắt sét chỉ có khả năng tiêu tán năng lượng sét và giới hạn điện áp mà không có khả năng giảm tốc độ biến thiên dòng sét di/dt và tốc độ biến thiên điện áp sét dv/dt. Chính tốc độ tăng dòng và tăng áp này là nguyên nhân gây hư hỏng các thiết bị điện nhạy cảm ( như máy tính, PLC, và các thiết bị điện tử,. Vì vậy, cần phải mắc thêm một thiết bị lọc sét vào phía sau thiết bị cắt sét nhằm đưa ra mức điện áp và tốc độ biến thiên dòng, áp thích hợp cho các loại thiết bị cần bảo vệ. Thiết bị lọc sét Thiết bị lọc sét mắc nối tiếp với tải.

Thiết bị lọc sét gồm 3 tầng bảo vệ (Bảng 2. HVTH: Nguyễn Tấn Đức 9 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS. Quyền Huy Ánh Bảng 2. Các tầng bảo vệ của thiết bị lọc sét.

Tầng bảo vệ Diễn giải Chức năng Thiết bị cắt sét Tản năng lượng sét xuống đất và kẹp điện 1 sơ cấp áp tăng. Cân bằng năng lượng của dòng sét giữa các đường dây và đường phụ tải của thiết bị cắt 2 Bộ lọc L-C sét. Làm chậm tốc độ tăng điện áp. Cung cấp bộ lọc thấp qua Tầng kẹp điện áp cuối cùng và bảo vệ chống Thiết bị cắt sét 3 lại sự dội ngược điện áp được tạo ra bởi thứ cấp đường thoát sét.

Thiết bị lọc sét có mức điện áp bảo vệ vào khoảng từ 200V đến 600V. Và là mức đủ thấp để bảo vệ các thiết bị điện tử nhạy cảm. Do thiết bị lọc sét mắc nối tiếp nên điện áp bảo vệ không phụ thuộc vào độ dài của dây dẫn kết nối. Nhưng nó lại phụ thuộc dòng tải của nguồn.

Các yêu cầu kỹ thuật đối với thiết bị cắt sét và lọc sét 2. Yêu cầu kỹ thuật với thiết bị cắt sét  Dòng xung sét tản định mức phải lớn hơn dòng xung sét cực đại tại nơi đặt thiết bị chống sét. Điều kiện này nhằm đảm bảo tuổi thọ và khả năng bảo vệ của thiết bị chống sét. Tại Việt Nam, dòng xung sét cực đại ghi nhận được cho đến nay là 90kA (Số liệu Viện Nghiên cứu Sét Gia Sàng Thái Nguyên, tại Hội thảo quốc tế về Sét và chống Sét tổ chức tại Hà Nội, từ ngày 2426/04/1997).

Ngoài ra, theo Qui phạm chống Sét cho các công trình viễn thông TCN -174:1998 của Tổng cục Bưu điện, điều 10, mục 1.a có qui định về khả năng thoát dòng xung sét dạng sóng 8/20s của thiết bị cắt sét là 12 xung lập lại không nhỏ hơn 20kA. HVTH: Nguyễn Tấn Đức 10 Luan van LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: PGS. Quyền Huy Ánh  Có khả năng cắt nhiều xung lập lại biên độ nhỏ (< 20kA), điều kiện này là do trong thực tế xung sét biên độ lớn (trên 100kA) có xác suất xảy ra rất thấp (1%), còn xung lập lại có biên độ nhỏ rất thường xảy ra (xác suất xuất hiện xảy ra trên 85%).