Luận văn nghiên cứu bảo vệ quá áp trên đường nguồn hạ áp khi sét đánh vào đường dây trung áp

Chuyên khảo phân tích Luận vănnghiên cứu bảo vệ quá áp trên đường nguồn hạ áp khi sét đánh trực tiếp vào đường dây trung, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên

• Tác giả: Nguyễn Trung Lục
• Người hướng dẫn: PGS.TS Quyền Huy Ánh
• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP. HCM
• Chuyên ngành: Thiết bị, mạng & Nhà máy điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Bảo Vệ Quá Áp Cho Đường Nguồn Hạ Áp Khi Sét Đánh Vào Đường Dây Trung Áp
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Nghiên cứu về bảo vệ quá áp cho đường nguồn hạ áp khi sét đánh vào đường dây trung áp là một vấn đề quan trọng trong lĩnh vực hệ thống điện. Quá điện áp do sét có thể gây ra hư hỏng nghiêm trọng cho các thiết bị điện, dẫn đến gián đoạn trong cung cấp điện năng. Luận văn này nhằm mục đích xây dựng mô hình mô phỏng và đánh giá hiệu quả của các biện pháp bảo vệ quá áp, đặc biệt là việc sử dụng thiết bị bảo vệ điện như MOV (Metal Oxide Varistor).

1.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu

Quá điện áp là nguyên nhân chính gây ra sự cố trong lưới điện, ảnh hưởng đến độ tin cậy và an toàn của hệ thống. Việc nghiên cứu và phát triển các biện pháp bảo vệ điện là cần thiết để giảm thiểu thiệt hại do sét đánh. Hệ thống bảo vệ quá áp không chỉ bảo vệ thiết bị mà còn đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Nghiên cứu này sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về các phương pháp bảo vệ và ứng dụng thực tiễn của chúng trong hệ thống điện.

II. Tổng quan về sét

Sét là hiện tượng tự nhiên gây ra các xung điện mạnh, có thể gây ra quá áp điện trong hệ thống điện. Khi sét đánh vào đường dây trung áp, nó có thể lan truyền qua các thiết bị và gây ra hư hỏng. Nghiên cứu này sẽ phân tích các đặc điểm của sét và cách mà nó ảnh hưởng đến hệ thống điện. Các phương pháp bảo vệ hiện có sẽ được xem xét để đánh giá hiệu quả của chúng trong việc giảm thiểu thiệt hại do quá áp điện.

2.1. Đặc điểm của sét

Sét có thể được phân loại thành nhiều loại khác nhau, mỗi loại có đặc điểm riêng về cường độ và thời gian. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng sét đánh có thể tạo ra các xung điện với cường độ lên đến hàng trăm kA, gây ra quá áp lớn trong hệ thống điện. Việc hiểu rõ về đặc điểm của sét là rất quan trọng để phát triển các biện pháp bảo vệ hiệu quả.

III. Xây dựng mô hình nguồn phát xung sét tiêu chuẩn

Mô hình nguồn phát xung sét tiêu chuẩn được xây dựng nhằm mục đích mô phỏng các điều kiện thực tế khi sét đánh. Mô hình này sử dụng các thông số chuẩn để tạo ra các xung điện tương tự như xung sét thực tế. Việc mô phỏng này giúp đánh giá hiệu quả của các thiết bị bảo vệ quá áp trong các tình huống khác nhau. Sử dụng phần mềm Matlab, mô hình sẽ được kiểm tra và điều chỉnh để đảm bảo tính chính xác.

3.1. Phương pháp mô phỏng

Phương pháp mô phỏng sử dụng các thông số chuẩn của xung sét để tạo ra mô hình điện. Các thông số như giá trị đỉnh, thời gian đạt đỉnh và thời gian đạt ½ đỉnh sẽ được xác định và sử dụng trong mô hình. Kết quả mô phỏng sẽ được so sánh với các dữ liệu thực tế để đánh giá độ chính xác của mô hình. Điều này giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của bảo vệ quá áp trong hệ thống điện.

IV. Nghiên cứu bảo vệ quá áp trên đường nguồn hạ áp

Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá hiệu quả của các thiết bị bảo vệ quá áp như MOV trong việc bảo vệ đường nguồn hạ áp khi có sét đánh vào đường dây trung áp. Các mô hình sẽ được xây dựng để mô phỏng các tình huống khác nhau và đánh giá hiệu quả của các biện pháp bảo vệ. Kết quả sẽ cung cấp thông tin quý giá cho các kỹ sư và nhà nghiên cứu trong việc thiết kế và cải thiện hệ thống bảo vệ.

4.1. Hiệu quả của MOV trong bảo vệ quá áp

MOV là một trong những thiết bị phổ biến nhất được sử dụng để bảo vệ quá áp. Nghiên cứu cho thấy rằng việc lắp đặt MOV có thể giảm thiểu đáng kể mức độ quá áp do sét đánh. Các mô phỏng cho thấy rằng khi có MOV, điện áp dư trên các thiết bị điện giảm xuống dưới mức cho phép, đảm bảo an toàn cho hệ thống. Điều này chứng tỏ rằng MOV là một giải pháp hiệu quả trong việc bảo vệ hệ thống điện khỏi thiệt hại do sét.

V. Kết luận và hướng nghiên cứu phát triển

Nghiên cứu này đã chỉ ra tầm quan trọng của việc bảo vệ quá áp trong hệ thống điện, đặc biệt là khi có sét đánh. Các mô hình và phương pháp mô phỏng đã được phát triển để đánh giá hiệu quả của các thiết bị bảo vệ như MOV. Kết quả cho thấy rằng việc sử dụng MOV có thể giảm thiểu thiệt hại do quá áp. Hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc cải thiện các mô hình và phát triển các công nghệ mới trong lĩnh vực bảo vệ điện.

5.1. Đề xuất cho nghiên cứu tương lai

Nghiên cứu tương lai nên tập trung vào việc phát triển các thiết bị bảo vệ mới với hiệu suất cao hơn. Cần có thêm các nghiên cứu thực nghiệm để xác định hiệu quả của các thiết bị trong các điều kiện thực tế. Việc kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn sẽ giúp nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện và bảo vệ an toàn cho người sử dụng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề  Mô hình MOV đã xây dựng trước đây được áp dụng cho cấp hạ áp.  Khi dùng mô hình này để mô phỏng cho MOV trung thế sẽ sinh ra sai số rất lớn.  Khó khăn cho việc mô phỏng nghiên cứu phối hợp các thiết bị bảo vệ quá áp, cũng như nghiên cứu tính năng bảo vệ của MOV trên mạng cao áp. Đề nghị một mô hình MOV trung thế với mục đích nhằm phần nào giải quyết được vấn đề này.

XÂY XÂYDỰNG DỰNG MÔ MÔ HÌNH HÌNH MOV MOV TRUNG TRUNG THẾ THẾ Mô hình được xây dựng dựa trên mô hình IEEE, tụ điện C được loại bỏ do ảnh hưởng của nó đến mô hình không đáng kể. Mô hình gồm hai điện trở phi tuyến A0 và A1. Giữa các phần tử Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý mô hình MOV phi tuyến A0 và A1 là các trung thế. bộ lọc R-L, điện trở Rp là L1 = Vn * (Vs -Vl)/(4 * Vl * 10^6) điện trở của MOV trong L0 = Vn * (Vs -Vl)/(12 * Vl * 10^6) vùng dòng điện rò.

XÂY XÂYDDỰNG ỰNG MÔ MÔ HÌNH HÌNH MOV MOV TRUNG TRUNG THẾ THẾ Hình 4.2: Hộp thoại của MV_MOV Hình 4.3: Biểu tượng mô hình MOV trung thế 4. XÂY XÂYDỰNG DỰNG MÔ MÔ HÌNH HÌNHMOV MOV TRUNG TRUNG THẾ THẾ Kết quả mô phỏng Hình 4.4: Sơ đồ mô phỏng đáp ứng của MOV trung thế đề nghị 17 - 4. XÂY XÂYDỰNG DỰNG MÔ MÔ HÌNH HÌNHMOV MOV TRUNG TRUNG THẾ THẾ Kết quả mô phỏng Hình 4.5: Điện áp dư và dòng điện qua mô hình MV-MOV khi mô phỏng MOV hãng COOPER với xung 5kA – 8/20µs. XÂY XÂYDỰNG DỰNG MÔ MÔ HÌNH HÌNHMOV MOV TRUNG TRUNG THẾ THẾ Kết quả mô phỏng Hình 4.6: Điện áp dư và dòng điện qua mô hình MV-MOV khi mô phỏng MOV hãng COOPER với xung 10kA – 8/20µs.

XÂY XÂYDỰNG DỰNG MÔ MÔ HÌNH HÌNH MOV MOV TRUNG TRUNG THẾ THẾ Kết quả mô phỏng Hình 4.7: Điện áp dư và dòng điện qua mô hình MV-MOV khi mô phỏng MOV hãng COOPER với xung 20kA – 8/20µs. XÂY XÂYDỰNG DỰNG MÔ MÔ HÌNH HÌNHMOV MOV TRUNG TRUNG THẾ THẾ Kết quả mô phỏng Bảng 4.1: Kết quả so sánh khi mô phỏng MOV trung thế của hãng COOPER Dạng sóng dòng phóng điện 8/20µs Biên độ dòng điện (kA) 5 10 20 Điện áp dư của nhà sản xuất Urman (kV) 50,2 53,8 59,4 Điện áp dư mô phỏng 51,14 54,42 59,36 Ursim (kV) Sai số % (εr) 1,87 1,28 0,06 19 - 4. XÂY XÂYDỰNG DỰNG MÔ MÔ HÌNH HÌNH MOV MOV TRUNG TRUNG THẾ THẾ Kết quả mô phỏng Bảng 4.2: Kết quả so sánh khi mô phỏng MOV trung thế của hãng ELPRO Dạng sóng dòng phóng điện 8/20µs Biên độ dòng điện (kA) 5 10 20 Điện áp dư của nhà sản xuất Urman (kV) 75,0 79,0 87,0 Điện áp dư mô phỏng Ursim (kV) 72,2 77,63 84,76 Sai số % (εr) 3,73 1,73 2,57 Bảng 4.3: Kết quả so sánh khi mô phỏng MOV trung thế của hãng GE Dạng sóng dòng phóng điện 8/20µs Biên độ dòng điện (kA) 3 5 10 20 Điện áp dư của nhà sản xuất Urman 64,90 67,9 73,1 80,9 (kV) Điện áp dư mô phỏng U (kV) 66,01 67,62 72,08 78,17 rsim Sai số % (εr) 1,71 0,41 1,39 3,37 4. XÂY XÂYDỰNG DỰNG MÔ MÔ HÌNH HÌNH MOV MOV TRUNG TRUNG THẾ THẾ Bảng 4.4: Kết quả so sánh khi mô phỏng MOV trung thế của hãng COOPER Dạng sóng dòng phóng điện 8/20µs Biên độ dòng điện (kA) 3 5 10 Điện áp dư của nhà sản xuất 69,4 72,0 77,1 Urman (kV) Điện áp dư mô phỏng 69,05 70,8 76,06 Ursim (kV) Sai số % (εr) 0,5 1,67 1,35 Dạng sóng dòng phóng điện 8/20µs 1/5µs Biên độ dòng điện (kA) 20 10 Điện áp dư của nhà sản xuất 85,0 90,1 Urman (kV) Điện áp dư mô phỏng 83,3 90,0 Ursim (kV) Sai số % (εr) 2,0 0,01 20 - 4.

XÂY XÂYDỰNG DỰNG MÔ MÔ HÌNH HÌNHMOV MOV TRUNG TRUNG THẾ THẾ *Nhận xét:  Kết quả mô phỏng MOV được so sánh với kết quả thí nghiệm của nhà sản xuất, chứng tỏ mô hình khá chính xác với sai số lớn nhất là 4,5% cho LV_MOV và 3,73 % cho MV_MOV.  Điện áp dư trên chống sét van sẽ tăng lên khi thời gian đạt đỉnh của dòng phóng điện giảm.  Đối với mô hình chống sét van trong MATLAB khi mô phỏng với xung dầu sóng tăng nhanh, các đặc tính động không được thể hiện nên sao số của mô hình là rất lớn. KH ẢO SSÁT KHẢO ÁT HỆ TH HỆ ỐNG B THỐNG ẢO VVỆ BẢO Ệ QU QUÁÁÁP ÁP Theo thống kê, 80% hư hỏng do sét gây ra là bởi sét đánh lan truyền theo đường cấp nguồn và đường tín hiệu Đường Đường Tủ Cáp dây cáp cung Bảng thông điện cấp tin vàđiện cấp bị hư nguồn thông cáptin bị hư bị hỏng ngầm hư bịhưhưhỏng hỏng hỏng do dodo sét hỏng đánh dosét sét do sétđánh đánh đánh sét đánh Công trình bị hư hỏng do sét đánh 21 - 5.

KH ẢO SSÁT KHẢO Ệ TH ÁT HHỆ ỐNG BBẢO THỐNG ẢO VVỆ Ệ QU QUÁÁ ÁÁP P Khảo sát hệ thống bảo vệ quá áp trên đường nguồn hạ áp khi sét đánh trực tiếp tới đường dây trung áp 5. KH ẢO SSÁT KHẢO ÁT HỆ TH HỆ ỐNG B THỐNG ẢO VVỆ BẢO Ệ QU QUÁÁÁP ÁP Hình 5.1: Sơ đồ hệ thống bảo vệ quá áp khi không có van chống sét hạ áp 22 - 5. KH ẢO SSÁT KHẢO ÁT HỆ TH HỆ ỐNG B THỐNG ẢO VVỆ BẢO Ệ QU QUÁÁÁP ÁP Hình 5.2: Sơ đồ mạch tương đương hệ thống bảo vệ quá áp 5. KH ẢO SSÁT KHẢO ÁT HỆ TH HỆ ỐNG B THỐNG ẢO VVỆ BẢO Ệ QU QUÁÁÁP ÁP Hình 5.3: Sơ đồ mạch mô phỏng hệ thống bảo vệ quá áp 23 - 5.

KH ẢO SSÁT KHẢO Ệ TH ÁT HHỆ ỐNG BBẢO THỐNG ẢO VVỆ Ệ QU QUÁÁ ÁÁP P Điện áp trên các pha phía sơ cấp máy biến áp Hình 5.4: Điện áp trên pha A phía sơ cấp máy biến áp Hình 5.5: Điện áp trên pha B phía sơ cấp máy biến áp Hình 5.6: Điện áp trên pha C phía sơ cấp máy biến áp Hình 5.7: Điện áp trên các pha khi không có chống sét van MV_MOV 5. KH ẢO SSÁT KHẢO ÁT HỆ TH HỆ ỐNG B THỐNG ẢO VVỆ BẢO Ệ QU QUÁÁÁP ÁP Nhận xét: Khi mô phỏng với dòng xung sét _10kA Khi có sét đánh trực tiếp vào đường dây trung áp van chống sét trung áp kẹp điện áp quá độ do xung sét đánh trực tiếp xuống dưới 130kV, nhỏ hơn mức cách điện cơ bản của thiết bị (MBA) được bảo vệ (178kV), như vậy thiết bị được bảo vệ an toàn. Khi không lắp đặt van chống sét MV_MOV điện áp tại các pha phía sơ cấp Máy biến áp lớn hơn mức cách điện cơ bản của MBA có thể phá hỏng MBA. KH ẢO SSÁT KHẢO ÁT HỆ TH HỆ ỐNG B THỐNG ẢO VVỆ BẢO Ệ QU QUÁÁÁP ÁP * Qúa điện áp do sét lan truyền qua mạng hạ áp Tiến hành mô phỏng khi lần lượt thay đổi các vị trí khác nhau mà tại đó sét đánh trực tiếp tới đường dây trung áp dẫn vào trạm biến áp phân phối.

Điện áp tại tủ phân phối hạ áp thu được, trình bày trong bảng 5.1: Quá điện áp Khoảng cách từ Điện áp cực đại của các pha tại tủ phân phối hạ áp điểm sét đánh tới trên tải khi khoảng trạm biến áp (m) Pha A (V) Pha B (V) Pha C (V) cách từ vị trí sét đánh 9000 2305 969 1397 tới trạm biến áp thay 8000 2225 1000 1377 đổi 7000 2190 949 1351 6000 2114 942,8 1336 5000 2126 922 1342 4000 2077 922,3 1296 3000 2027 906 1307 2000 2095 888,7 1321 1000 2188 887,8 1303 500 2205 882 1292 50 2000 793 1192 10 2000 787 1193 5. KH ẢO SSÁT KHẢO ÁT HỆ TH HỆ ỐNG B THỐNG ẢO VVỆ BẢO Ệ QU QUÁÁÁP ÁP Hình 5.8: Sơ đồ hệ thống bảo vệ quá áp khi có LV-MOV 25 - 5. KH ẢO SSÁT KHẢO ÁT HỆ TH HỆ ỐNG B THỐNG ẢO VVỆ BẢO Ệ QU QUÁÁÁP ÁP Hình 5.9: Sơ đồ mạch tương đương hệ thống khi có lắp LV_MOV 5. KH ẢO SSÁT KHẢO ÁT HỆ TH HỆ ỐNG B THỐNG ẢO VVỆ BẢO Ệ QU QUÁÁÁP ÁP Hình 5.10: Sơ đồ mạch mô phỏng hệ thống khi có lắp LV_MOV 26 - 5.

KH ẢO SSÁT KHẢO ÁT HỆ TH HỆ ỐNG B THỐNG ẢO VVỆ BẢO Ệ QU QUÁÁÁP ÁP Đánh giá hiệu quả bảo vệ của LV-MOV Khi Khicó códòng dòngxung xungsét sétlan lantruyền truyền gây gây ra quá điện áp trong ra quá điện áp trong hệ hệ thống hạ áp thống hạ áp LV_MOV LV_MOV dẫn dẫn xung xung dòng dòng điện điện sét sét vào hệ thống nối đất hạ áp vào hệ thống nối đất hạ áp đảm bảo an toàn cho các đảm bảo an toàn cho các thiết thiết bị bị điện điện–– điện điệntửtử trong tronghệ hệ thống thống hạ áp.11: Điện áp dư trên các van chống sét hạ áp LV_MOV 5. KH ẢO SSÁT KHẢO ÁT HỆ TH HỆ ỐNG B THỐNG ẢO VVỆ BẢO Ệ QU QUÁÁÁP ÁP Điều chỉnh vị trí lắp đặt LV-MOV Việc Việc lắp lắp đặt đặt van van chống chống GIảm GIảmquáquáđiện điệnáp ápngay ngaytạitạicuộn cuộn sét dây dây thứ thứ cấp cấp của của máy máy biến biến áp áp sét hạ hạ ápáp có có thể thể bảo bảo vệvệ bằng cách lắp đặt van chống quá áp cho các thiết bị bằng cách lắp đặt van chống quá áp cho các thiết bị sét sét hạ hạ áp áp ngay ngay tại tại đầu đầu hạ hạ áp áp điện.Tuy nhiên nhiên vẫnvẫn xuất xuất của máy biến áp. hiện hiện các các dao dao động động điện điện do các thành phần do các thành phần cảm cảm kháng kháng và và dung dung kháng kháng trên hệ thống điện, những trên hệ thống điện, những dao dao động động này này vẫn vẫn có có thể thể gây gây nguy nguy hiểm hiểm chocho các các thiết bị điện tử nhạy cảm. thiết bị điện tử nhạy cảm.12: Điện áp dư trên các van chống sét hạ áp khi lắp đặt LV_MOV ngay tại đầu của Máy biến áp.

KH ẢO SSÁT KHẢO ÁT HỆ TH HỆ ỐNG B THỐNG ẢO VVỆ BẢO Ệ QU QUÁÁÁP ÁP Kết luận  Khi có quá điện áp sét truyền theo đường dây, van chống sét trung áp sẽ làm việc, hạn chế trị số của quá điện áp sét xuống dưới một trị số cho phép bảo đảm an toàn cho các thiết bị trong trạm.  Mặc dù đã có gắn van chống sét trung áp, quá độ điện áp vẫn xảy ra bên phía hạ áp do sự lan truyền dòng điện sét qua máy biến áp gây ra những dao động điện áp trên hệ thống hạ áp.  Để bảo vệ quá áp trên đường nguồn hạ áp, việc lắp đặt van chống sét hạ áp là cần thiết.