Luận văn thạc sĩ mô hình hóa và mô phỏng thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền trên đường điện thoại

Luận văn thạc sĩ trình bày mô hình hóa và mô phỏng thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền trên đường điện thoại, góp phần nâng cao an toàn hệ thống.

• Tác giả: Nguyễn Văn Quang
• Người hướng dẫn: PGS.TS Quyền Huy Ánh
• Trường học: Không có thông tin
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Mô Hình Hóa Và Mô Phỏng Thiết Bị Bảo Vệ Chống Sét Lan Truyền Trên Đường Điện Thoại
• Loại tài liệu: Luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan và tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu và nhiện vụ của luận văn
• 1.3. Phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Các bước tiến hành
• 1.5. Điểm mới của luận văn
• 1.6. Giá trị thực tiễn của đề tài
• 1.7. Nội dung của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC TIÊU CHUẨN CHỐNG SÉT TRÊN ĐƯỜNG THOẠI
• 2.1. Tiêu chuẩn TIA-968-A, TIA-968-B
• 2.2. Tiêu chuẩn GR 1089
• 2.3. Tiêu chuẩn ITU-T K
• 2.4. Tiêu chuẩn UL 60950
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH MÁY PHÁT XUNG CHUẨN
• 3.1. Các dạng xung sét tiêu chuẩn
• 3.2. Các thông số của xung áp sét tiêu chuẩn
• 3.3. Các thông số của xung dòng sét tiêu chuẩn
• 3.4. Mô hình máy phát xung sét
• 3.5. Mô hình máy phát xung dòng
• 3.6. Mô hình máy phát xung áp
• 3.7. Mô phỏng các dạng xung sét tiêu chuẩn
• 3.8. Máy phát xung dòng 8/20 us và dạng sóng mô phỏng 1.2/50 us và dạng sóng mô phỏng
• 3.9. Máy phát xung áp 10/700us và dạng sóng mô phỏng
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG DÂY THOẠI
• 4.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
• 4.2. Thiết bị chống sét trên đường dây thoại kiểu kết nối vặn vít (UTB-TA)
• 4.3. Thiết bị chống sét trên đường Modem kiểu kết nối vặn vít (UTB-SA)
• 4.4. Thiết bị chống sét cho 1 cặp dây thoại (SLP1K2) và 10 cặp dây thoại (SLP10-K1F) kiểu kết nối giá Krone
• 4.5. Thiết bị chống sét cho đường dây thoại kiểu kết nối RJ11
• 4.6. Yêu cầu kỹ thuật và điều kiện lựa chọn
• 4.7. Yêu cầu kỹ thuật
• 4.8. Điều kiện lựa chọn
• 5. CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THIẾT BỊ CHỐNG SÉT TRÊN ĐƯỜNG THOẠI
• 5.1. Mô hình ống phóng điện khí GDT
• 5.2. Tổng quan về ống phóng điện khí
• 5.3. Các loại mô hình ống phóng khí
• 5.4. Mô hình TVS Zener Diode
• 5.5. Mô hình thiết bị chống sét lan truyền trên đường thoại (UTB, SLP)
• 5.6. Giải pháp bảo vệ chống sét lan truyền trên đường thoại
• 5.7. Vị trí lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền
• 5.8. Chọn thiết bị cho một vị trí chỉ định
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về mô hình hóa thiết bị bảo vệ chống sét

Mô hình hóa thiết bị bảo vệ chống sét trên đường điện thoại là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong ngành viễn thông. Sét có thể gây ra những thiệt hại nghiêm trọng cho các thiết bị điện tử và hệ thống viễn thông. Việc xây dựng mô hình chính xác giúp đánh giá hiệu quả của các thiết bị bảo vệ, từ đó nâng cao độ tin cậy của hệ thống. Mô hình hóa không chỉ giúp hiểu rõ hơn về hành vi của thiết bị mà còn hỗ trợ trong việc phát triển các giải pháp bảo vệ hiệu quả hơn.

1.1. Khái niệm về thiết bị bảo vệ chống sét

Thiết bị bảo vệ chống sét là các thiết bị được thiết kế để ngăn chặn hoặc giảm thiểu tác động của sét đến các thiết bị điện tử. Các thiết bị này thường bao gồm ống phóng điện khí (GDT), diode Zener (TVS), và các thiết bị bảo vệ khác. Mỗi loại thiết bị có nguyên lý hoạt động và ứng dụng riêng, giúp bảo vệ các hệ thống viễn thông khỏi các xung điện áp nguy hiểm.

1.2. Tầm quan trọng của mô hình hóa trong bảo vệ chống sét

Mô hình hóa giúp các kỹ sư và nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của thiết bị bảo vệ chống sét. Thông qua mô hình, có thể dự đoán được hiệu quả bảo vệ trong các tình huống khác nhau, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu cho việc lắp đặt và sử dụng thiết bị. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh Việt Nam, nơi có tần suất sét đánh cao.

II. Vấn đề và thách thức trong bảo vệ chống sét

Mặc dù có nhiều thiết bị bảo vệ chống sét, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc bảo vệ hệ thống viễn thông. Một trong những vấn đề lớn nhất là sự thiếu hụt thông tin về các tiêu chuẩn và mô hình thử nghiệm. Nhiều thiết bị hiện có chưa được kiểm nghiệm đầy đủ trong điều kiện thực tế, dẫn đến việc đánh giá hiệu quả bảo vệ không chính xác.

2.1. Thiếu hụt thông tin về tiêu chuẩn chống sét

Việc thiếu hụt thông tin về các tiêu chuẩn chống sét có thể dẫn đến việc lựa chọn thiết bị không phù hợp. Các tiêu chuẩn như TIA-968-A, TIA-968-B, và ITU-T K không được áp dụng đồng bộ, gây khó khăn trong việc đánh giá hiệu quả của thiết bị bảo vệ.

2.2. Khó khăn trong việc mô phỏng và thử nghiệm

Mô phỏng và thử nghiệm các thiết bị bảo vệ chống sét trong điều kiện thực tế là một thách thức lớn. Nhiều nhà sản xuất không cung cấp đầy đủ thông số kỹ thuật, khiến cho việc xây dựng mô hình chính xác trở nên khó khăn. Điều này ảnh hưởng đến khả năng đánh giá hiệu quả của thiết bị trong thực tế.

III. Phương pháp mô hình hóa thiết bị bảo vệ chống sét

Để xây dựng mô hình hóa thiết bị bảo vệ chống sét, cần áp dụng các phương pháp khoa học và công nghệ hiện đại. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng như Matlab giúp tạo ra các mô hình chính xác và đáng tin cậy. Các mô hình này có thể được kiểm nghiệm và so sánh với các dữ liệu thực tế để đảm bảo tính chính xác.

3.1. Sử dụng phần mềm Matlab trong mô hình hóa

Phần mềm Matlab là công cụ mạnh mẽ cho việc mô phỏng các thiết bị bảo vệ chống sét. Nó cho phép xây dựng các mô hình phức tạp và thực hiện các phép tính cần thiết để đánh giá hiệu quả của thiết bị. Việc sử dụng Matlab giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình nghiên cứu.

3.2. Xây dựng mô hình GDT và TVS Zener Diode

Mô hình hóa các thiết bị như GDT và TVS Zener Diode là rất quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả bảo vệ. Các mô hình này cần được xây dựng dựa trên các thông số kỹ thuật cụ thể và được kiểm nghiệm với các dữ liệu thực tế để đảm bảo tính chính xác.

IV. Ứng dụng thực tiễn của mô hình hóa thiết bị bảo vệ chống sét

Mô hình hóa thiết bị bảo vệ chống sét không chỉ có giá trị trong nghiên cứu mà còn có ứng dụng thực tiễn trong việc thiết kế và lắp đặt hệ thống viễn thông. Các kết quả từ mô hình hóa có thể giúp các kỹ sư đưa ra quyết định chính xác hơn trong việc lựa chọn thiết bị và vị trí lắp đặt, từ đó nâng cao hiệu quả bảo vệ.

4.1. Tối ưu hóa thiết kế hệ thống bảo vệ

Thông qua mô hình hóa, có thể tối ưu hóa thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét. Việc lựa chọn thiết bị và vị trí lắp đặt phù hợp giúp giảm thiểu thiệt hại do sét gây ra, đồng thời nâng cao độ tin cậy của hệ thống viễn thông.

4.2. Đánh giá hiệu quả bảo vệ trong thực tế

Mô hình hóa cũng giúp đánh giá hiệu quả bảo vệ của các thiết bị trong điều kiện thực tế. Các kết quả từ mô hình có thể được so sánh với dữ liệu thực tế để xác định mức độ bảo vệ của hệ thống, từ đó đưa ra các điều chỉnh cần thiết.

V. Kết luận và hướng nghiên cứu tương lai

Mô hình hóa thiết bị bảo vệ chống sét trên đường điện thoại là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng và cần thiết. Các kết quả từ nghiên cứu không chỉ giúp nâng cao hiệu quả bảo vệ mà còn mở ra hướng nghiên cứu mới trong việc phát triển các thiết bị bảo vệ hiện đại. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các mô hình mới để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong lĩnh vực viễn thông.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc phát triển các mô hình mới và cải tiến các thiết bị bảo vệ hiện có. Việc này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả bảo vệ mà còn đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong ngành viễn thông.

5.2. Hướng phát triển công nghệ bảo vệ chống sét

Công nghệ bảo vệ chống sét cần được phát triển để đáp ứng các thách thức mới trong ngành viễn thông. Việc áp dụng công nghệ mới và cải tiến thiết kế sẽ giúp nâng cao hiệu quả bảo vệ và giảm thiểu thiệt hại do sét gây ra.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày 05 tháng 10 năm 2017 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyễn Văn Quang ii Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh LỜI CẢM ƠN Điều trước tiên, tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Quyền Huy Ánh, người Thầy đã tận tình trực tiếp hướng dẫn, cung cấp những tài liệu vô cùng quí giá và dìu dắt tôi thực hiện hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Xin chân thành cám ơn đến tất cả Quí Thầy, Cô đã giảng dạy, trang bị cho tôi những kiến thức rất bổ ích và quí báu trong suốt quá trình học tập cũng như nghiên cứu sau này.

Xin cảm ơn Gia đình đã tạo mọi điều kiện để tôi yên tâm học tập tốt trong suốt thời gian vừa qua. Xin cảm ơn Ban giám hiệu, quí thầy cô cùng các bạn đã động viên, tạo điều kiện thuận lợi và hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong quá trình học tập, công tác cũng như trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Xin cảm ơn các Anh Chị em học viên cao học khóa (2016 - 2018), những người luôn dành những tình cảm sâu sắc nhất, luôn bên cạnh, động viên và khuyến khích tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2017 Người thực hiện Nguyễn Văng Quang iii Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh TÓM TẮT Luận văn “Mô hình hóa và mô phỏng thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền trên đường điện thoại” đi sâu vào nghiên cứu và lập mô hình các máy phát xung áp sét dạng sóng 1.2/50us, 10/700us, và xung dòng sét dạng sóng 8/20us phù hợp với các tiêu chuẩn viễn thông; mô hình các phần tử bảo vệ được sử dụng trong thiết bị chống sét lan truyền trên đường điện thoại như: GDT, TVS Zener Diode, và mô hình các thiết bị bảo vệ như: UTB, SLP. Mức tương thích của các mô hình so với nguyên mẫu, được kiểm nghiệm bằng cách phân tích kết quả mô phỏng với các số liệu thử nghiệm được cung cấp bởi các nhà sản xuất.

Độ chính xác của mô hình các phần tử bảo vệ: GDT thấp hơn 1%, TVS Zener Diode thấp hơn 4%, và của mô hình thiết bị bảo vệ: UTB thấp hơn 7%, SLP1RJ thấp hơn 4%. Luận văn cũng phân tích và có các nhận xét cụ thể về hiệu quả bảo vệ chống sét của từng mô hình cụ thể trên đường thoại. Luận văn cung cấp công cụ mô hình hoá và mô phỏng hữu ích trong môi trường Matlab cho các nhà nghiên cứu, các NCS, và các học viên cao học ngành Kỹ thuật điện trong việc nghiên cứu các hành vi và đáp ứng của thiết bị chống sét lan truyền trên đường thoại dưới tác động của xung sét lan truyền trong điều kiện không thể đo thử thực tế. iv Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh ABSTRACT Thesis "Modeling and simulation equipment protection against lightning spreading over the telephone line" going into the study and modeling of the pulse generator voltage lightning waveforms 1.2 / 50us, 10 / 700us, and lightning current pulse waveform 8 / 20us accordance with telecommunications standards; model protection elements used in lightning protection devices spread over the phone line like: GDT, TVS Zener Diode, and models of protective equipment such as: UTB, SLP.

Compatibility level of the model than the prototype, tested by analyzing the simulation results with the experimental data provided by the manufacturers. The accuracy of the model elements of protection: GDT lower than 1%, TVS Zener Diode 4% lower, and the protective device model: UTB lower than 7%, 4% lower SLP1RJ. Thesis also analyzes and specific comments on the effectiveness of lightning protection each specific model on the phone line. Thesis provides tools to model and simulate useful in Matlab environment for the researchers, PhD student, and graduate students in Electrical Engineering in the study of the behavior and response of the equipment Surge protection on telephone lines under the impact of surge propagation conditions can not practical test.

v Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh MỤC LỤC Trang LÝ LỊCH KHOA HỌC. i LỜI CAM ĐOAN. ii LỜI CẢM ƠN. iv MỤC LỤC.

vi DANH SÁCH HÌNH. ix DANH SÁCH BẢNG. xi DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT. xii Chương: 1.

Tổng quan và tính cấp thiết của đề tài. Mục tiêu và nhiện vụ của luận văn. Phạm vi nghiên cứu. Các bước tiến hành.

Điểm mới của luận văn. Giá trị thực tiễn của đề tài. Nội dung của luận văn .5 CÁC TIÊU CHUẨN CHỐNG SÉT TRÊN ĐƯỜNG THOẠI. Tiêu chuẩn TIA-968-A, TIA-968-B.

Tiêu chuẩn GR 1089. Tiêu chuẩn ITU-T K. Tiêu chuẩn UL 60950 .13 MÔ HÌNH MÁY PHÁT XUNG CHUẨN. Các dạng xung sét tiêu chuẩn.13 vi Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh 3.

Các thông số của xung áp sét tiêu chuẩn. Các thông số của xung dòng sét tiêu chuẩn. Mô hình máy phát xung sét. Mô hình máy phát xung dòng.

Mô hình máy phát xung áp. Mô phỏng các dạng xung sét tiêu chuẩn. Máy phát xung dòng 8/20 us và dạng sóng mô phỏng.2/50 us và dạng sóng mô phỏng. Máy phát xung áp 10/700us và dạng sóng mô phỏng .24 THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG DÂY THOẠI.

Cấu tạo và nguyên lý làm việc. Thiết bị chống sét trên đường dây thoại kiểu kết nối vặn vít (UTB-TA). Thiết bị chống sét trên đường Modem kiểu kết nối vặn vít (UTB-SA) 25 4. Thiết bị chống sét cho 1 cặp dây thoại (SLP1K2) và 10 cặp dây thoại (SLP10-K1F) kiểu kết nối giá Krone .Thiết bị chống sét cho đường dây thoại kiểu kết nối RJ11.

Yêu cầu kỹ thuật và điều kiện lựa chọn .Yêu cầu kỹ thuật. Điều kiện lựa chọn .30 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THIẾT BỊ CHỐNG SÉT TRÊN ĐƯỜNG THOẠI. Mô hình ống phóng điện khí GDT. Tổng quan về ống phóng điện khí.

Các loại mô hình ống phóng khí. Mô hình TVS Zener Diode. Mô hình thiết bị chống sét lan truyền trên đường thoại (UTB, SLP) .48 vii Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh 5. Giải pháp bảo vệ chống sét lan truyền trên đường thoại.

Vị trí lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền. Chọn thiết bị cho một vị trí chỉ định.54 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 55 viii Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh DANH SÁCH HÌNH Trang Hình 2. Sơ đồ nối dây máy phát kiểm tra thiết bị.

Dạng xung điện áp sét tiêu chuẩn. Dạng xung dòng sét tiêu chuẩn. Mô hình máy phát xung dòng sét. Sơ đồ mạch phát xung áp .Giai đoạn đầu sóng của dạng sóng áp .Thời gian toàn sóng.

Sơ đồ máy phát xung dòng 8/20us. Giao diện máy phát xung dòng 3kA 8/20us. Dạng sóng mô phỏng. Sơ đồ máy phát xung áp 5kV 1.

Giao diện máy phát xung áp 5kV 1. Dạng sóng mô phỏng máy phát xung áp 5kV 1. Sơ đồ máy phat xung áp 5kA 10/700us. Giao diện máy phát 5kv 10/700us.

Dạng sóng mô phỏng máy phát 5kv 10/700us. Cấu tạo thiết bị chống sét lan truyền trên đường dây thoại. Cấu tạo thiết bị chống sét lan truyền trên đường Modem. Cấu tạo thiết bị chống sét cho 1 cặp/10 cặp dây thoại.

Cấu tạo thiết bị chống sét cho đường dây thoại kiểu kết nối RJ11. Mặt cắt ngang của ống phóng khí. Thời gian đáp ứng của ống phóng khí. Mô hình ống phóng khí SPICE của Kraft.

Mô hình ống phóng khí bằng SPICE của Larsson. Mô hình ống phóng điện khí đề nghị. Sơ đồ khối điều khiển SC. Giao diện khối Breaker.

Sơ đồ mô phỏng phóng điện khí trong MATLAB. Giao diện Mask Editor trong MATLAB. Tạo biểu tượng cho mô hình trong MatLab. Biểu tượng ống phóng khí đơn.

Mô hình ống phóng khí đôi. Sơ đồ mạch thiết bị chống sét SLP10-K1F. Dạng sóng điện áp dư của thiết bị chống sét SLP110K1Fứng với xung ngõ vào 5kV 10/700us. Mô hình thiết bị chống sét SLP10K1F.

Dạng sóng điện áp dư của mô hình thiết bị chống sét SLP10K1F. Mặt cắt ngang của Diode Zener. 41 ix Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh Hình 5. Các dạng khuôn mẫu TVS Zener Diode.

Ghép Zener Diode với 2 diode. Biểu tượng mô hình Zener Diode. Giao diện nhập thông số Zener Diode. Sơ đồ mô phỏng đáp ứng của TVS Zener Diode.

Điện áp ổn áp của P4KE30 với xung áp 5kV 10/700us. Điện áp ổn áp của P4KE20 với xung áp 5kV 10/700us. Điện áp ổn áp của BZY91C68với xung áp 5kV 10/700us. Điện áp ổn áp của BZY91C39 với xung áp 5kV 10/700us.

Sơ đồ mô phỏng đáp ứng của UTB TA 3kA 8/20us. Dạng sóng điện áp dư của UTB -TA 3kA 8/20us. Sơ đồ mô phỏng đáp ứng của UTB - SA 3kA 8/20us. Dạng sóng điện áp dư của UTB -SA 3kA 8/20us.

Dạng sóng điện áp dư của SLP1RJ11 0. Dạng sóng điện áp dư của SLP1RJ11A 0. Giải pháp chống sét tổng thể cho các đường thoại. 52 x Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh DANH SÁCH BẢNG Bảng 2.

Các dạng xung thử theo TIA-968-A, TIA-968-B. Cách kết nối các điều kiện thử nghiệm. Cách kết nối tới máy phát kiểm tra. Thông số thử nghiệm kiểm tra xung sét cấp thứ nhất.

Thông số thử nghiệm kiểm tra xung sét cấp thứ hai. Các điều kiện kiểm tra giới hạn dòng. Các thử nghiệm theo ITU-T K. Các thử nghiệm theo ITU-T K.

Các kiểm tra quá áp theo UL 60950. Thông số các phần tử trong mạch phát xung dòng sét dạng sóng 8/20us 18 Bảng 3.Thông số các phần tử trong máy phát xung áp với các dạng khác nhau. Kết quả so sánh điện áp dư của mô hình thiết bị chống sét SLP10K1F ứng với xung áp 5kV 10/700us. Thông số kỹ thuật TVS Zener Diode của Hãng Vishay.

Kết quả so sánh khi mô TVS Zener Diode của Hãng Vishay. Thông số kỹ thuật TVS Zener Diode của Hãng Crydrom. Kết quả so sánh khi mô phỏng Zener Diode của Hãng Crydom. Kết quả so sánh điện áp dư của mô hình thiết bị chống sét UTB -TA ứng với xung dòng 3kA 8/20us.

Kết quả so sánh điện áp dư của mô hình thiết bị chống sét UTB -SA ứng với xung dòng 3kA 8/20us. Kết quả so sánh điện áp dư của mô hình thiết bị chống sét SLP1RJ11ứng với xung dòng 0.