Nghiên Cứu và Xây Dựng Mô Hình Các Máy Phát Xung Tiêu Chuẩn Tại HCMUTE

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hcmute nghiên cứu và xây dựng mô hình các máy phát xung tiêu chuẩn, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong lĩnh vực

• Tác giả: Phùng Văn Biển
• Người hướng dẫn: PGS. TS Quyền Huy Ánh
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Mô Hình Máy Phát Xung Tiêu Chuẩn
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn
• 1.2. Phạm vi nghiên cứu
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Các bước tiến hành
• 1.5. Điểm mới của luận văn
• 1.6. Giá trị thực tiễn của luận văn
• 1.7. Nội dung của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC DẠNG XUNG TIÊU CHUẨN VÀ CÁC TIÊU CHUẨN LIÊN QUAN
• 2.1. Xung dòng điện
• 2.2. Định nghĩa đối với thử nghiệm bằng xung dòng điện
• 2.3. Thời gian đầu sóng T1
• 2.4. Điểm gốc giả định O1
• 2.5. Thời gian toàn sóng T2
• 2.6. Các dạng xung dòng tiêu chuẩn
• 2.7. Các tiêu chuẩn liên quan
• 2.8. Tiêu chuẩn IEC 61643-1
• 2.9. Tiêu chuẩn ANSI/IEEE C62
• 2.10. Định nghĩa đối với thử nghiệm bằng xung điện áp
• 2.11. Thời gian đầu sóng T1
• 2.12. Điểm gốc giả định O1
• 2.13. Thời gian toàn sóng T2
• 2.14. Các dạng xung điện áp chuẩn
• 2.15. Các dạng xung 10/160µs, 10/560µs và 9/720µs
• 2.16. Các tiêu chuẩn liên quan
• 2.17. Tiêu chuẩn ITU-T K
• 2.18. Tiêu chuẩn TIA-968-A, TIA-968-B
• 2.19. Xung hỗn hợp dòng - áp (8/20µs và 1,2/50µs)
• 2.20. Xung sét tiêu chuẩn ở một số nước trên thế giới
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN CỦA CÁC DẠNG XUNG TIÊU CHUẨN
• 3.1. Phương trình toán của các dạng xung tiêu chuẩn
• 3.2. Tìm quan hệ giữa (t2/t1) và (b/a)
• 3.3. Tìm quan hệ giữa (b/a) và at1
• 3.4. Tìm mối quan hệ giữa (b/a) và (I1/I)
• 3.5. Các bước thực hiện
• 3.5.1. Xây dựng mô hình toán các dạng xung tiêu chuẩn
• 3.5.2. Xây dựng mô hình toán
• 3.5.3. Tạo Function Block Parameters
• 3.5.4. Mô phỏng các dạng xung
• 3.5.5. Mô phỏng các dạng xung dòng
• 3.5.6. Mô phỏng các dạng xung áp
• 4. CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬT LÝ CỦA CÁC DẠNG XUNG TIÊU CHUẨN
• 4.1. Mô hình máy phát xung dòng
• 4.2. Mô hình máy phát xung áp
• 4.3. Mô phỏng các dạng xung
• 4.4. Xung dòng điện 4/10µs
• 4.5. Xung dòng điện 8/20µs
• 4.6. Xung dòng điện 10/350µs
• 5. CHƯƠNG 5: XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÁY PHÁT XUNG HỖN HỢP (XUNG ÁP 6 kV, 1.2/50µs – XUNG DÒNG 3kA, 8/20µs)
• 5.1. Giả thiết mạch điện cho máy phát xung hỗn hợp
• 5.2. Phân tích mạch
• 5.3. Mô phỏng máy phát xung hỗn hợp bằng Matlab
• 6. CHƯƠNG 6: SO SÁNH DẠNG XUNG MÔ PHỎNG VÀ DẠNG XUNG TỪ MÁY PHÁT XUNG THỰC TẾ
• 6.1. Máy phát xung AXOS8
• 6.2. Thông số kỹ thuật của máy phát xung AXOS8
• 6.3. Vận hành chung
• 6.4. So sánh độ chính xác của xung mô phỏng và xung máy phát thực tế
• 6.5. Xung phát ra từ thiết bị AXOS8
• 6.6. So sánh độ chính xác của xung mô phỏng và xung máy phát thực tế
• 7. CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 7.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan

Mô hình máy phát xung tiêu chuẩn là một phần quan trọng trong nghiên cứu và thử nghiệm các thiết bị bảo vệ chống sét. Để đảm bảo độ chính xác trong việc mô phỏng các xung sét, cần có các mô hình máy phát xung đạt tiêu chuẩn. Luận văn này tập trung vào việc nghiên cứu và xây dựng các mô hình máy phát xung tiêu chuẩn, nhằm đáp ứng yêu cầu thực tiễn trong ngành kỹ thuật điện. Việc nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện độ chính xác của các mô hình mà còn cung cấp một thư viện các loại xung trong môi trường Matlab, phục vụ cho nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình quá độ do sét gây ra lên các hệ thống điện.

1.1 Mục Tiêu và Nhiệm Vụ

Mục tiêu chính của luận văn là nghiên cứu các dạng xung tiêu chuẩn được đề xuất bởi các tổ chức như IEC, IEEE, ITU, TIA. Nhiệm vụ bao gồm xây dựng các mô hình toán và mô hình vật lý cho các dạng xung như 1/5µs, 4/10µs, 8/20µs, 10/350µs và các loại xung áp. Đặc biệt, luận văn sẽ đánh giá độ chính xác của các mô hình này thông qua mô phỏng và so sánh với các xung phát ra từ máy phát xung thực tế AXOS8.

1.2 Phạm Vi Nghiên Cứu

Phạm vi nghiên cứu của luận văn bao gồm các tiêu chuẩn liên quan đến từng loại xung, chức năng và hướng dẫn sử dụng phần mềm Matlab, cũng như việc xây dựng mô hình phát xung trong môi trường này. Nghiên cứu sẽ tập trung vào các dạng xung tiêu chuẩn và xung hỗn hợp, nhằm đảm bảo tính chính xác và khả năng ứng dụng trong thực tiễn.

II. Các Dạng Xung Tiêu Chuẩn

Luận văn đã phân tích các dạng xung tiêu chuẩn như xung dòng điện và xung điện áp, cùng với các tiêu chuẩn liên quan. Các dạng xung này bao gồm 8/20µs, 10/350µs, và các xung áp như 2/10µs, 1.5/700µs. Mỗi dạng xung đều có những yêu cầu cụ thể về thời gian đầu sóng và biên độ, điều này rất quan trọng trong việc thử nghiệm các thiết bị bảo vệ chống sét. Việc nghiên cứu các tiêu chuẩn này giúp đảm bảo rằng các mô hình được xây dựng sẽ đáp ứng được các yêu cầu thực tiễn trong ngành kỹ thuật điện.

2.1 Xung Dòng Điện

Xung dòng điện là một trong những dạng xung quan trọng trong thử nghiệm thiết bị bảo vệ. Các tiêu chuẩn như IEC 61643-1 và ANSI/IEEE C62 quy định rõ ràng về các thông số cần thiết cho các thử nghiệm này. Việc nghiên cứu và xây dựng mô hình cho các dạng xung dòng điện sẽ giúp cải thiện độ chính xác trong các thử nghiệm thực tế.

2.2 Xung Điện Áp

Xung điện áp cũng đóng vai trò quan trọng trong việc thử nghiệm thiết bị bảo vệ. Các dạng xung như 10/160µs, 10/560µs và 9/720µs được quy định bởi các tiêu chuẩn quốc tế. Nghiên cứu các dạng xung này sẽ giúp đảm bảo rằng các thiết bị bảo vệ có thể hoạt động hiệu quả trong các tình huống thực tế.

III. Xây Dựng Mô Hình Toán

Luận văn đã xây dựng các mô hình toán cho các dạng xung tiêu chuẩn, sử dụng các phương trình toán học để mô phỏng các dạng xung này. Việc tìm ra mối quan hệ giữa các thông số như t2/t1 và b/a là rất quan trọng trong việc đảm bảo độ chính xác của mô hình. Các mô hình này không chỉ giúp trong việc mô phỏng mà còn cung cấp cơ sở để so sánh với các xung phát ra từ máy phát thực tế.

3.1 Phương Trình Toán

Các phương trình toán học được sử dụng để mô phỏng các dạng xung tiêu chuẩn sẽ được trình bày chi tiết. Việc tìm ra các mối quan hệ giữa các thông số sẽ giúp cải thiện độ chính xác của mô hình, từ đó nâng cao hiệu quả trong việc thử nghiệm các thiết bị bảo vệ chống sét.

3.2 Mô Phỏng Các Dạng Xung

Mô phỏng các dạng xung trong môi trường Matlab sẽ được thực hiện để kiểm tra độ chính xác của các mô hình đã xây dựng. Việc này không chỉ giúp xác định các sai số có thể xảy ra mà còn cung cấp thông tin quý giá cho việc cải tiến các mô hình trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong lĩnh vực kỹ thuật điện, việc thử nghiệm các thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền trên đường dây truyền tải đòi hỏi phải có mô hình máy phát xung sét với dạng sóng gần giống với xung sét thực tế. Theo báo cáo của ngành, các mô hình vật lý và toán học máy phát xung sét hiện nay chưa đạt được độ chính xác theo tiêu chuẩn quốc tế như IEC, IEEE, ITU, TIA. Tại Việt Nam, các phòng thí nghiệm về quá áp do sét lan truyền còn rất hạn chế, trong khi giá thành máy phát xung sét nhập khẩu rất cao, gây khó khăn cho nghiên cứu và ứng dụng thực tế.

Luận văn thạc sĩ này tập trung nghiên cứu và xây dựng mô hình các máy phát xung tiêu chuẩn, bao gồm các dạng xung dòng và xung áp phổ biến như 1/5µs, 4/10µs, 8/20µs, 10/350µs cho xung dòng và 2/10µs, 1.5/700µs, 10/700µs cho xung áp. Mục tiêu cụ thể là xây dựng thư viện các dạng xung trong môi trường Matlab, phục vụ nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình quá độ do sét gây ra trên các hệ thống điện và tín hiệu. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các tiêu chuẩn quốc tế, mô hình toán học và vật lý (mạch RLC), đồng thời so sánh với dạng xung thực tế từ máy phát xung AXOS8.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp công cụ mô phỏng chính xác, giúp giảm chi phí đầu tư phòng thí nghiệm, đồng thời hỗ trợ đào tạo và nghiên cứu nâng cao trong lĩnh vực kỹ thuật điện. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao độ tin cậy của các thiết bị bảo vệ chống sét, đảm bảo an toàn cho hệ thống điện và viễn thông trong điều kiện thực tế tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và tiêu chuẩn quốc tế về xung sét và quá áp, bao gồm:

• Tiêu chuẩn IEC 61643-1: Định nghĩa các dạng xung dòng và xung áp tiêu chuẩn, các yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử nghiệm thiết bị chống sét trên mạng điện hạ áp.
• Tiêu chuẩn IEEE Std 4 và ANSI/IEEE C62.41: Hướng dẫn lựa chọn các dạng xung đặc trưng và thử nghiệm khả năng chịu đựng xung của thiết bị điện.
• Tiêu chuẩn ITU-T K.20, K.21 và TIA-968-A/B: Áp dụng cho thiết bị viễn thông, quy định các dạng xung điện áp và dòng điện thử nghiệm, đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định trong môi trường có quá áp do sét.
• Mô hình toán học dạng xung: Các dạng xung được mô tả bằng phương trình hàm mũ kép dạng $i(t) = I (e^{-at} - e^{-bt})$ với các tham số được xác định theo tiêu chuẩn, phản ánh đặc tính thời gian đầu sóng và toàn sóng.
• Mô hình vật lý mạch RLC: Mô phỏng các máy phát xung dòng và xung áp tiêu chuẩn dựa trên mạch điện RLC, giúp tái tạo chính xác dạng sóng và tốc độ tăng/giảm dòng, áp.

Các khái niệm chính bao gồm: thời gian đầu sóng T1, thời gian toàn sóng T2, điểm gốc giả định O1, dung sai biên độ và thời gian, xung hỗn hợp dòng - áp, và các tham số đặc trưng như Ipeak, Q (điện tích xung), W/R (năng lượng xung).

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

• Nghiên cứu tài liệu: Thu thập và phân tích các tài liệu, tiêu chuẩn quốc tế, các luận văn và bài báo khoa học liên quan đến xung sét và thiết bị bảo vệ chống sét.
• Phương pháp chuyên gia: Tham khảo ý kiến các giảng viên và chuyên gia trong lĩnh vực kỹ thuật điện và chống xung sét để hoàn thiện mô hình và đánh giá kết quả.
• Mô hình hóa và mô phỏng: Xây dựng mô hình toán học và mô hình vật lý các dạng xung tiêu chuẩn trong môi trường Matlab - Simulink, sử dụng hộp công cụ Sim Power Blockset để mô phỏng các dạng xung dòng và xung áp.
• So sánh và đánh giá: Thực hiện mô phỏng trên máy phát xung thực tế AXOS8, so sánh dạng sóng mô phỏng với dạng sóng thực tế để đánh giá độ chính xác của mô hình.
• Tổng hợp kết quả: Phân tích, tổng hợp các kết quả mô phỏng và so sánh để đưa ra kết luận và đề xuất.

Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các dạng xung tiêu chuẩn phổ biến được quy định trong các tiêu chuẩn IEC, IEEE, ITU, TIA. Phương pháp chọn mẫu dựa trên tính đại diện và phổ biến trong thực tế thử nghiệm thiết bị bảo vệ chống sét. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 05/2014 đến tháng 04/2016, bao gồm các giai đoạn thu thập tài liệu, xây dựng mô hình, mô phỏng và đánh giá.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Xây dựng thành công mô hình toán học các dạng xung tiêu chuẩn
   Các dạng xung dòng 1/5µs, 4/10µs, 8/20µs, 10/350µs và xung áp 2/10µs, 1.5/700µs, 10/700µs được mô tả chính xác bằng phương trình hàm mũ kép với sai số biên độ dưới ±10% và sai số thời gian đầu sóng, toàn sóng trong giới hạn ±20%.
   Ví dụ, xung dòng 8/20µs có thời gian đầu sóng T1 = 8µs ± 20%, thời gian toàn sóng T2 = 20µs ± 20%, phù hợp với tiêu chuẩn IEC 61000-4-5.

2. Mô hình vật lý mạch RLC tái tạo chính xác dạng sóng xung
   Mô hình mạch RLC cho máy phát xung dòng và xung áp thể hiện rõ tốc độ tăng/giảm dòng và áp ở đầu và cuối dạng sóng, điều mà các mô hình trước đây chưa quan tâm đầy đủ.
   Mô phỏng xung dòng 10/350µs và xung áp 1.2/50µs cho kết quả dạng sóng tương đồng với dữ liệu thực tế, sai số biên độ dưới 10%, thời gian đầu sóng và toàn sóng sai lệch không quá 15%.

3. Xây dựng mô hình máy phát xung hỗn hợp (xung áp 6kV, 1.2/50µs – xung dòng 3kA, 8/20µs)
   Mô hình hỗn hợp được thiết kế và mô phỏng trong Matlab cho thấy khả năng phát ra dạng sóng kết hợp đáp ứng các tiêu chuẩn IEC và IEEE, phục vụ thử nghiệm thiết bị chống sét cấp III.
   So sánh với máy phát xung thực tế AXOS8, sai số dạng sóng dưới 5% về biên độ và thời gian, chứng minh tính khả thi của mô hình.

4. Thư viện các dạng xung tiêu chuẩn trong Matlab hoàn chỉnh
   Thư viện bao gồm các dạng xung dòng, xung áp và xung hỗn hợp, được xây dựng dưới dạng function block parameters trong Simulink, giúp dễ dàng tích hợp và sử dụng trong các nghiên cứu và thử nghiệm mô phỏng.
   Thư viện này đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về độ chính xác và tính đa dạng của các dạng xung theo tiêu chuẩn quốc tế.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc bổ sung các dạng xung dòng và xung áp tiêu chuẩn dưới dạng mô hình toán và vật lý là cần thiết để nâng cao độ chính xác trong thử nghiệm thiết bị bảo vệ chống sét. Việc quan tâm đến tốc độ tăng/giảm dòng và áp ở đầu/cuối dạng sóng giúp mô hình phản ánh sát thực tế hơn, khác biệt so với các nghiên cứu trước đây chỉ tập trung vào biên độ đỉnh.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, mô hình xây dựng trong luận văn có độ chính xác cao hơn, đặc biệt khi so sánh với dạng sóng phát ra từ máy phát xung AXOS8. Điều này khẳng định tính ứng dụng thực tiễn của mô hình trong các phòng thí nghiệm và nghiên cứu.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ dạng sóng xung dòng và xung áp, bảng so sánh sai số biên độ và thời gian đầu sóng giữa mô hình và máy phát thực tế, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của mô hình.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển và ứng dụng thư viện mô hình xung trong các phòng thí nghiệm trong nước
   Khuyến nghị các viện nghiên cứu và trường đại học trang bị phần mềm Matlab với thư viện mô hình xung tiêu chuẩn để phục vụ nghiên cứu và thử nghiệm thiết bị bảo vệ chống sét, giảm chi phí nhập khẩu máy phát xung thực tế. Thời gian thực hiện: 1-2 năm.

2. Tổ chức đào tạo chuyên sâu về mô hình hóa và mô phỏng xung sét cho cán bộ kỹ thuật
   Đào tạo kỹ năng sử dụng Simulink và Sim Power Blockset, giúp nâng cao năng lực nghiên cứu và ứng dụng mô hình xung trong thực tế. Chủ thể thực hiện: các trường đại học kỹ thuật, viện nghiên cứu. Thời gian: 6-12 tháng.

3. Mở rộng nghiên cứu xây dựng mô hình xung cho các dạng xung đặc biệt và môi trường phức tạp
   Nghiên cứu các dạng xung bổ sung như EFT Burst, 10/1000µs Long wave, và mô hình xung trong môi trường có nhiều yếu tố nhiễu để nâng cao tính ứng dụng. Thời gian: 2-3 năm.

4. Hợp tác với các nhà sản xuất thiết bị bảo vệ chống sét để tích hợp mô hình vào quy trình thiết kế và thử nghiệm
   Đề xuất hợp tác phát triển phần mềm mô phỏng tích hợp mô hình xung tiêu chuẩn, giúp tối ưu thiết kế và kiểm tra sản phẩm trước khi sản xuất. Chủ thể: doanh nghiệp công nghệ, viện nghiên cứu. Thời gian: 1-2 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật điện
   Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về mô hình xung sét, tiêu chuẩn quốc tế và phương pháp mô phỏng, hỗ trợ học tập và nghiên cứu nâng cao.

2. Kỹ sư và chuyên gia phòng thí nghiệm thiết bị bảo vệ chống sét
   Thư viện mô hình xung trong Matlab giúp thực hiện các thử nghiệm mô phỏng chính xác, giảm chi phí và thời gian thử nghiệm thực tế.

3. Nhà sản xuất và phát triển thiết bị chống sét
   Tài liệu giúp hiểu rõ các tiêu chuẩn và đặc tính dạng sóng xung, hỗ trợ thiết kế sản phẩm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và thử nghiệm.

4. Cơ quan quản lý và xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật
   Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng hoặc cập nhật tiêu chuẩn quốc gia về thiết bị bảo vệ chống sét, phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao cần xây dựng mô hình máy phát xung tiêu chuẩn trong Matlab?
   Mô hình giúp mô phỏng chính xác các dạng xung sét theo tiêu chuẩn quốc tế, phục vụ nghiên cứu và thử nghiệm thiết bị bảo vệ chống sét mà không cần đầu tư máy phát xung thực tế đắt tiền.

2. Các dạng xung tiêu chuẩn phổ biến là gì?
   Bao gồm xung dòng 1/5µs, 4/10µs, 8/20µs, 10/350µs và xung áp 2/10µs, 1.5/700µs, 10/700µs, được quy định trong các tiêu chuẩn IEC, IEEE, ITU, TIA.

3. Mô hình vật lý mạch RLC có ưu điểm gì so với mô hình toán học?
   Mô hình mạch RLC tái tạo được tốc độ tăng/giảm dòng và áp ở đầu/cuối dạng sóng, giúp mô phỏng sát thực tế hơn, trong khi mô hình toán học chủ yếu tập trung vào biên độ.

4. Sai số mô hình so với máy phát xung thực tế có lớn không?
   Sai số biên độ và thời gian đầu sóng, toàn sóng của mô hình so với máy phát thực tế AXOS8 đều dưới 10%, đảm bảo độ chính xác cao cho nghiên cứu và ứng dụng.

5. Luận văn có thể áp dụng cho những lĩnh vực nào?
   Ngoài kỹ thuật điện, mô hình còn hỗ trợ nghiên cứu trong viễn thông, tự động hóa, và các lĩnh vực liên quan đến bảo vệ thiết bị điện khỏi quá áp do sét.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình toán học và vật lý các dạng xung dòng và xung áp tiêu chuẩn theo các tiêu chuẩn quốc tế với độ chính xác cao.
• Mô hình máy phát xung hỗn hợp được phát triển đáp ứng yêu cầu thử nghiệm thiết bị chống sét cấp III.
• Thư viện các dạng xung tiêu chuẩn trong Matlab được hoàn thiện, phục vụ nghiên cứu và thử nghiệm trong điều kiện thiếu phòng thí nghiệm thực tế.
• Kết quả nghiên cứu có giá trị thực tiễn cao, hỗ trợ đào tạo, nghiên cứu và phát triển thiết bị bảo vệ chống sét tại Việt Nam.
• Đề xuất mở rộng nghiên cứu và ứng dụng mô hình trong các lĩnh vực liên quan, đồng thời tổ chức đào tạo và hợp tác phát triển sản phẩm.

Các tổ chức nghiên cứu và đào tạo nên triển khai ứng dụng thư viện mô hình xung trong các dự án nghiên cứu và giảng dạy, đồng thời phối hợp với doanh nghiệp để phát triển các giải pháp bảo vệ chống sét hiệu quả.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan. Chương 2: Các dạng xung tiêu chuẩn và các tiêu chuẩn liên quan. Chương 3: Xây dựng mô hình toán của các dạng xung tiêu chuẩn. Chương 4: Xây dựng mô hình vật lý của các dạng xung tiêu chuẩn.

Chương 5: Xây dựng mô hình máy phát xung hỗn hợp ( Xung áp 6 KV, 1.2/50µs – xung dòng 3 KV, 8/20µs ) Chương 6: So sánh dạng xung mô phỏng và xung từ máy phát xung thực tế. Chương 7: Kết luận. Tài liệu tham khảo. Phụ lục 4 Luan van Chƣơng 2 CÁC DẠNG XUNG TIÊU CHUẨN VÀ CÁC TIÊU CHUẨN LIÊN QUAN 2.

Xung dòng điện 2. Định nghĩa đối với thử nghiệm bằng xung dòng điện 2. Thời gian đầu sóng T1 Thời gian đầu sóng T1 của xung dòng điện là một tham số giả định được xác định bằng 1,25 lần khoảng thời gian T giữa các thời điểm khi xung là 10% và 90% giá trị đỉnh. Điểm gốc giả định O1 Điểm gốc giả định O1 là giao điểm của đường thẳng được vẽ qua các điểm chuẩn 10% và 90% trên đầu sóng với trục thời gian.

Thời gian toàn sóng T2 Thời gian toàn sóng T2 của xung dòng điện là một tham số giả định được xác định bằng khoảng thời gian giữa điểm gốc giả định O1 và thời điểm khi dòng điện đã giảm nữa giá trị đỉnh. Dung sai - Giá trị đỉnh:± 10% - Thời gian đầu sóng T1:± 10% - Thời gian toàn sóng T2:± 10% 5 Luan van Hình 2.1: Dạng xung dòng điện tiêu chuẩn 2. Các dạng xung dòng tiêu chuẩn Là các xung dòng điện được tiêu chuẩn hóa trở thành các xung tiêu chuẩn và thường được mô tả dưới dạng α/β µs trong đó α là thời gian đầu sóng T1 (µs) còn β là thời gian toàn sóng T2 (µs) :  Đối với xung 1/5µs thì T1 = 1 µs và T2 = 5 µs  Đối với xung 4/10µs thì T1 = 4 µs và T2 = 10 µs  Đối với xung 8/20µs thì T1 = 8 µs và T2 = 20 µs  Đối với xung 10/350µs thì T1 = 10 µs và T2 = 350 µs 2. Dạng xung 8/20 µs Theo tiêu chuẩn IEC 61000-4-5 xung 8/20µs được đặc trưng bởi các thông số sau: T = Time B – Time C; T1  1.25T  8 s  20% ; T2  20 s  20% Vọt lố dưới  30% của đỉnh sóng.

6 Luan van Hình 2.2: Dạng xung dòng 8/20µs tiêu chuẩn Dạng xung 8/20µs thường là xung sét cảm ứng do sét đánh vào đường dây trên không cách công trình một khoảng cách xa hoặc do sét đánh vào một vật gần đường dây trên không hoặc do sự gia tăng điện thế đất do sét đánh vào vị trí gần công trình.3: Xung 8/20µs đánh vào đường dây trên không 7 Luan van Hình 2.4: Sét đánh gián tiếp cảm ứng vào công trình Theo tiêu chuẩn IEC 60-2, ANSI/IEEE Std 4-1978 và ANSI C62.1-1984, xung dòng điện 8/20µs được xác định theo công thức gần đúng: i(t )  AI pt 3et / (2.01243 (µs)-3 ; t là thời gian (µs), (t ≥ 0); Ip là giá trị đỉnh của xung dòng điện. Dạng xung 10/350 µs Theo tiêu chuẩn IEC 61312-1 xung 10/350µs được đặc trưng bởi các thông số sau: T = Time B – Time C; T1  1.25T  10 s  20% ; T2  350 s  20%  Theo tiêu chuẩn IEC 61643-1 sử dụng xung dòng 10/350µs để kiểm tra thử nghiệm đáp ứng xung SPDs.  Các thông số của xung 10/350µs được cho trong bảng phụ lục trang 143 tiêu chuẩn IEC 61643-1.  Tiêu chuần IEC 61312-1 dựa các thông số xung dòng 10/350µs, kết quả nghiên cứu và được công bố trên 2 bản tạp chí quốc tế về điện năm 1975 và 1980.

8 Luan van Hình 2.5: Dạng xung dòng 10/350µs tiêu chuẩn Dạng xung 10/350µs thường là xung sét lan truyền do sét đánh trực tiếp vào đường dây trên không lân cận công trình hoặc đánh trực tiếp vào kim thu sét trên đỉnh công trình.6: Xung 10/350µs đánh trực tiếp vào kim thu sét trên đỉnh công trình 9 Luan van Hình 2.7: Xung 10/350µs đánh trực tiếp vào đường dây trên không lân cận công trình Xung dòng điện 10/350µs được xác định theo công thức : 10 t     I  A.075;1  19 s; 2  485 s; I p là giá trị đỉnh của xung dòng điện (A); t là thời gian (s). Dạng xung dòng 5/320 µs: Theo tiêu chuẩn IEC 60060-1, thì xung 5/320µs được đặc trưng bởi các thông số sau: T1  1.25T  5 s  20% ; T2  320 s  20% 10 Luan van Hình 2.8: Dạng xung dòng 5/320µs tiêu chuẩn Hình 2.9: Sơ đồ phát xung dòng 5/320µs 2. Các tiêu chuẩn liên quan Bảng 2.1: Tổng hợp các tiêu chuẩn về xung dòng Surge Standard Condition Edge Time and Amplitude tolerance IEEE Std4 Điện áp hở See note IEC 61643-1 mạch (2005-03) Dòng điện T1 8µs ± 10% ±10% 11 Luan van 8/20 µs ngắn mạch T2 20µs ± 10% 0 ÷ 20% IEC 61000-4-5 Điện áp hở See note IEC 62475 mạch (2005-11) Dòng điện T1 8µs ± 20% ±10% ngắn mạch T2 20µs ± 20% 0 ÷ 30% IEC 61312-1 Điện áp hở See note 10/350 IEC 61643-1 mạch µs (20005-03) Dòng điện Waveform charge ngắn mạch, 0.Iimp C; -10%÷20% ±10% Iimp Waveform I2t 0.25*(Iimp)2A2s; - 10%÷45% 5/320 IEC 60060-1 Điện áp hở See note µs mạch Dòng điện T1 5µs ± 20% 0 ÷ 15% ngắn mạch T2 320µs ± 20% 2. Tiêu chuẩn IEC 61643-1 Đây là tiêu chuẩn thiết bị chống sét sử dụng trên mạng điện hạ áp – các yêu cầu và phương pháp thử nghiệm.

 Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn này áp dụng cho thiết bị chống sét chống lại các ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp của sét hoặc các đột biến điện áp khác. Các thiết bị này được sử dụng để được nối vào nguồn a.c 50/60Hz có điện áp đến 1000 V hiệu dụng hoặc hoặc d.  Nội dung:  Phạm vi áp dụng  Các tài liệu viện dẫn  Các định nghĩa  Điều kiện sử dụng  Phân loại  Các tiêu chuẩn kỹ thuật  Các yêu cầu 12 Luan van  Phương pháp đo thử  Nhận xét: - Tiêu chuẩn IEC 61643-1 nêu ra được phạm vi áp dụng cho các thiết bị bảo vệ xung sử dụng trên mạng điện hạ áp chống lại ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp của sét hoặc điện áp đột biến khác. - Mục đích của các thiết bị bảo vệ xung là bảo vệ thiết bị điện hiện đại được đấu nối đến mạng viễn thông và mạng báo hiệu với điện áp hệ thống danh định nên đến 1000 V(r.c  Một số định nghĩa sử dụng cho IEC 61643  Surge Protective Device (SPD): thiết bị chống sét có tính năng giới hạn quá áp lan truyền (transient ) và chuyển hướng (divert) xung dòng điện, nó chứa ít nhất một phần tử phi tuyến.

 Dòng phóng danh định (nominal discharge current) In: phần xung dòng chạy qua thiết bi chống sét có dạng xung dòng 8/20 µs, dạng xung này để phân loại thiết bị chống sét cấp 2, đồng thời là điều kiện tiên quyết của các thử nghiệm thiết bị cấp 1 và cấp 2.  Dòng xung (impulse current) Iimp: được định nghĩa bởi 3 thông số: dòng cực đại, điện tích và năng lượng của xung. Tham số Iimp được dùng để phân loại cho các thử nghiệm thiết bị chống sét cấp 1.  Dòng phóng cực đại Imax cho các thử nghiệm thiết bị chống sét cấp 2 (maximum discharge current Imax for class II test): phần xung dòng chạy qua thiết bi chống sét có dạng xung dòng 8/20 µs và được phóng đại theo kết quả thử nghiệm thiết bị chống sét cấp 2 làm việc trong thử nghiệm – Imax lớn hơn rất nhiều In.

 Điện áp làm việc liên tục lớn nhất (maximum continuous operating voltage) Uc: là điện áp r.s hoặc điện áp DC lớn nhất đặt lên thiết bị chống sét ở chế độ bảo vệ.  Mức điện áp bảo vệ (voltage protection level) Up: tham số thể hiện đặc tính khả năng làm việc của thiết bị chống sét đối với điện áp giới hạn đặt lên cực của 13 Luan van thiết bị được lựa chọn từ danh sách các giá trị tham số yêu cầu. Tham số này phải lớn hơn giá trị điện áp giới hạn điện áp điều hòa (dòng sin 50 Hz)  Phân loại thử nghiệm xung  Các thử nghiệm cấp I: thử nghiệm được thực hiện với các dạng xung dòng phóng bình thường In, xung áp 1,2/50 µs và dòng xung cực đại Iimp theo định nghĩa về tham số cho các thử nghiệm thiết bị cấp 1.  Các thử nghiệm cấp II: thử nghiệm được thực hiện với các dạng xung dòng phóng bình thường In, xung áp 1,2/50 và dòng xung cực đại Imax theo định nghĩa về tham số thử nghiệm cho thiết bị cấp 2.

 Các thử nghiệm cấp III: thực hiện với dạng xung kết hợp – combination wave (1,2/50µs và 8/20µs) theo định nghĩa xung kết hợp.  Phân loại thiết bị chống sét theo các thử nghiệm SPD cấp I, II và III Thông số yêu cầu cho thử nghiệm cấp I, cấp II và cấp III được mô tả theo Bảng 2.2: Các thử nghiệm cấp I, II và III Quy trình thử nghiệm Thử nghiệm Thông số yêu cầu (xem các mục) Cấp I Iimp (*) Cấp II Imax (**) Cấp III Uoc (***)  Các tham số thử nghiệm tiêu chuẩn  Giá trị tiêu chuẩn của dòng xung đối với thử nghiệm cấp I Iimp.3: Giá trị tiêu chuẩn của dòng xung Iimp Dòng cực đại Ipeak(kA) 1 2 5 10 20 Điện tích xung Q (As) 0,5 1 2,5 5 10  Giá trị tiêu chuẩn của dòng phóng danh định đối với thử nghiệm cấp II In 0,05; 0,1; 0,25; 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 5; 10; 15; 20kA  Giá trị tiêu chuẩn của điện áp hở mạch đối với thử nghiệm cấp III Uoc 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 6; 10; 20kV  Giá trị tiêu chuẩn của mức bảo vệ điện áp Up 14 Luan van 0,08; 0,09; 0,1; 0,12; 0,15; 0,22; 0,33; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1; 1,2; 1,5; 1,8; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10kV  Giá trị tiêu chuẩn của điện áp ( r.c) làm việc liên tục lớn nhất Uc. 52; 63; 75; 95; 110; 130; 150; 175; 220; 230; 240; 250; 260; 275; 280; 320; 420; 440; 460; 510; 530; 600; 630; 690; 800; 900; 1000 và 1500 V  Thử nghiệm dòng xung cấp I(*) Dòng xung thử nghiệm Iimp được xác định bởi các thông số:Cường độ dòng xung cực đại Ipeak , điện tích xung Q và năng lượng xung W/R. Dòng xung đơn cực đạt đỉnh trong thời gian 50µs, thời gian phóng điện tích Q là 10ms và thời gian năng lượng xung chuyển về 0 là 10ms.