MỞ ĐẦU I. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong những năm qua, cứ mỗi khi mùa mưa đến, ngoài việc chuẩn bị các biện pháp phòng chống bão lụt chúng ta còn phải quan tâm đến một hiện tượng thiên nhiên khác cũng gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng đến cơ sở vật chất và con người - đó là dông sét. Số ngày dông có ở Việt Nam trên nhiều khu vực thuộc loại khá lớn, số ngày dông cực đại là 113,7 (tại đồng phú), số giờ dông cực đại 433,18 giờ tại Mộc Hóa. Tại việt nam, sét có cường độ mạnh ghi nhận được bằng dao động ký tự động có biên độ Imax = 90,67kA (số liệu của Viện Nghiên cứu Sét Gia Sàng Thái Nguyên).
Thiệt hại do sét rất lớn đôi khi ảnh hưởng mạnh đến nhiều hoạt động kinh tế - xã hội thậm chí sét không những có thể gây thương vong cho con người mà còn có thể phá hủy những tài sản khác như các công trình xây dựng, công trình cung cấp năng lượng, hoạt động hàng không, các thiết bị điện điê ̣n tử , các Đài Truyền thanh – Truyền hình, các hệ thống thông tin liên lạc…Tại Việt Nam, chỉ tính riên năm 2001, đối với ngành điện có 400 sự cố mà 50% do sét gây ra ( báo tiền phong 14/08/2002). Còn đối với ngành Bưu chính viễn thông thì có 53 sự cố do sét (chiếm 27,13% sự cố viễn thông) gây thiệt hại là 4,119 tỷ và tổng thời gian mất liên lạc do sét là 716 giờ. Mọi thiết bị điện khi lắp đặt vào lưới điện đều được lựa chọn dựa vào điện áp định mức của lưới điện mà thiết bị được đấu vào. Tuy nhiên, trong thực tế vận hành, đôi lúc xảy ra quá điện áp tạm thời do nhiều nguyên nhân gây ra, có thể do các sự cố chạm đất, do thao tác đóng cắt, hoặc do sét đánh trực tiếp hay lan truyền.
Trong đó quá điện áp do sét là nguy hiểm nhất, chúng dễ dàng gây ra phóng điện đánh thủng cách điện và phá hủy thiết bị. Tuy nhiên, viê ̣c trang bi ̣các t hiết bị chống sét lan truyền ở Việt Nam chưa được quan tâm một cách đầy đủ, chủ yếu người sử dụng chỉ quan tâm bảo vệ chống sét đánh trực tiếp mà ít hoặc chưa quan tâm đến việc trang bị các thiết bị chống sét lan truyền. Một thực tế nữa là ở Việt Nam các mô hình thử nghiệm hay máy phát xung sét chưa có hoặc có nhưng được giữ bản HVTH: Hoàng Thị Trang Trang: 1 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh quyền bởi các hãng sản xuất thiết bị chống sét nước ngoài nên việc đánh giá các thiết bị chống sét trong ma ̣ng ha ̣ áp nói riêng còn hạn chế. Hiện nay, cũng có nhiều nhà nghiên cứu và một số nhà sản xuất thiết bị chống sét trên đường nguồn hạ áp đã đi sâu nghiên cứu và đưa ra những mô hình thiết bị chống sét nguồn hạ áp với mức độ chi tiết và quan điểm xây dựng mô hình khác nhau.
Tuy nhiên, tùy thuộc vào phạm vi ứng dụng của mỗi mô hình, và các yêu cầu về mức độ tương đồng giữa mô hình và nguyên mẫu mà các phương pháp xây dựng mô hình và mô phỏng các phần tử chống sét nguồn hạ áp vẫn còn tiếp tục nghiên cứu và phát triển. Hơn nữa, vấn đề khó khăn trong xây dựng mô hình là xác định các thông số của mô hình và các thông số được cho trong catalogue của nhà chế tạo thường không đầy đủ. Vì vậy, việc đề ra các giải pháp phòng chống sét và lựa chọn các thiết bị chống sét phù hợp. Cần bảo vệ thiết bị khỏi các tác hại quá điện áp do sét, việc nghiên cứu về mô hiǹ h máy phát xu ng sét , các dạng xung sét , thiết bị chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp đặc biệt là MOV.
Vị trí lắp đặt và khả năng cắt giảm biên độ lọc dòng sét trên đường cấp nguồn được thực hiện bằng cách lắp đặt thiết bị cắt sét và thiết bị lọc sét ở điểm dẫn vào tòa nhà. Do đó giảm được sự phá hoại các trang thiết bị, giảm tổn thất trong vận hành và kinh tế. Từ đó, người thực hiện quyết định lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến việc lựa chọn và lắp đặt thiết bị chống sét trên đƣờng nguồn hạ áp”. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN Mục tiêu của luận văn là tìm ra các yếu tố ảnh hưởng đến việc lắp đặt thiết bị chống sét hiệu quả, bảo vệ chống sét trên đường nguồn hạ áp.
Nhằm tối ưu hóa các tính năng bảo vệ và nâng cao độ tin cậy trong quá trình vận hành. Cụ thể luận văn có các nhiệm vụ như sau: 1. Nghiên cứu các dạng xung tiêu chuẩn và mô hình máy phát xung dòng. Nghiên cứu mô hình MOV (Metal Oxide Varistor) hạ thế.
Nghiên cứu thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồ n hạ áp. HVTH: Hoàng Thị Trang Trang: 2 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh 4. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp. Lập mô hình mạch thí nghiệm, thiế t lâ ̣p các kiể u phối hợp bảo vệ của các thiết bị cắ t sét và lọc sét.
So sánh, đánh giá và rút ra kết luận. PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1. Nghiên cứu tính năng, phối hợp bảo vệ của các thiết bị chống sét trên đường nguồn hạ áp. Tìm hiểu các tiêu chuẩn chống sét trong và ngoài nước.
Sử dụng phần mềm Matlab xây dựng mô hình hóa mô phỏng. Mô hình thử nghiệm là một tòa nhà nằm trong khu vực nội thành. CÁC BƢỚC TIẾN HÀNH 1. Thu thập, chọn lọc tài liệu liên quan cần thiết.
Tổng hợp và phân tích các tài liệu sau khi đã chọn lọc. Khảo sát các ứng dụng bổ trợ của phần mềm dự kiến thực hiện. Nghiên cứu các tiêu chuẩn chống sét trong và ngoài nước. Nghiên cứu mô hình MOV hạ thế.
Nghiên cứu thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến thiết bị chống sét trên đường nguồn hạ áp. Nghiên cứu về sự ảnh hưởng của thiết bị lọc sét. Đánh giá, kết luận, rút ra các yếu tố ảnh hưởng đến thiết bị bảo vệ chống sét trên đường cấp nguồn hạ áp.
ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN VĂN 1. Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn hợp lý thiết bị chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp. HVTH: Hoàng Thị Trang Trang: 3 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh 2. Lập mô hình phối hợp bảo vệ của các thiết bị chống quá áp.
Lập mô hình đánh giá ảnh hưởng thiết bị cắ t sét và lọc sét. GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Đề tài dự kiến sẽ đạt được những kết quả mang tính thực tiễn như sau: 1. Kết quả nghiên cứu phần nào đáp ứng công tác nghiên cứu lựa chọn, phối hợp và kiểm tra hiệu quả các thiết bị bảo vệ chống sét trên đường nguồn hạ áp một cách chính xác trong điều kiện thiếu phòng thí nghiệm như hiện nay. Cung cấp một công cụ mô phỏng hữu ích cho những ai quan tâm đến việc nghiên cứu đáp ứng của thiết bị chống sét, dưới tác dụng của xung xét mà đánh giá hiệu quả của các hệ thống thiết bị bảo vệ chống sét trên đường nguồn hạ áp trong các công trình.
Tối ưu hóa các tính năng bảo vệ của thiết bị chống sét và nâng cao độ tin cậy trong quá trình vận hành đối với việc bảo vệ thiết bị chống sét trên đường nguồn hạ áp cho một tòa nhà cao tầng. Đề tài có khả năng phát triển ở những cấp nghiên cứu cao hơn trong điều kiện cho phép. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN Chương: Mở đầu Chương 1: Các dạng xung tiêu chuẩn Chương 2: Mô hình MOV hạ thế Chương 3: Thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền hạ áp (SPD) Chương 4: Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả bảo vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp Chương 5: Kết luận và hướng nghiên cứu phát triển TÀI LIỆU THAM KHẢO HVTH: Hoàng Thị Trang Trang: 4 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh Chƣơng 1 CÁC DẠNG XUNG TIÊU CHUẨN 1. XUNG DÒNG Khi thiết kế và lựa chọn thiết bị chống sét trên đường nguồn hạ áp và đường tín hiệu cần quan tâm đến các thông số chính là dạng xung sét và cường độ xung sét.
Xung sét phụ thuộc vào cách thức sét cảm ứng lên đường dây tải điện. Xung sét cảm ứng thường là dạng sóng 8/20µs và xung sét lan truyền do sét đánh trực tiếp vào đường dây thường là dạng sóng 10/350µs. Các dạng xung Dạng xung 8/20µs Dạng xung 8/20µs thường là xung sét cảm ứng do sét đánh vào đường dây trên không cách vị trí công trình một khoảng cách xa (Hình 1.1) hoặc do sét đánh vào một vật gần đường dây trên không (Hình 1.2) hoặc do sự gia tăng điện thế đất do sét đánh vào vị trí gần công trình. Sét đánh vào đƣờng dây Hình 1.
Sét đánh gián tiếp cảm trên không ở vị trí cách xa công ứng vào công trình. HVTH: Hoàng Thị Trang Trang: 5 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh Dạng xung 8/20µs được biểu diễn trong (Hình 1. Dạng xung 8/20µs Hình 1. Dạng xung 8/20µs Dạng xung 10/350µs Được thiết kế lắp đặt cho những nơi có khả năng bị ảnh hưởng bởi dòng sét đánh thẳng, đặc biệt là với những tòa nhà đã trang bị kim chống sét bên ngoài.
Theo tiêu chuẩn IEC 61643-11 và 61643-11 yêu cầu phải sử dụng cắt sét và có khả năng chịu được các dòng xung lan truyền dạng 10/350µs được tạo ra dòng sét đánh xuống (Hình 1.5), chịu được các dòng xung điện với cường độ rất cao. Sét đánh trực kiếp vào kim thu sét Hình 1. Sét đánh trực tiếp vào đường dây trên đỉnh công trình. trên không lân cận công trình.
HVTH: Hoàng Thị Trang Trang: 6 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh Dạng xung 10/350µs được biểu diễn trong (Hình 1. Dạng xung 10/350µs Hình 1. Cƣờng độ xung Đối với thiết bị chống sét trên đường nguồn phải chịu được cường độ xung lớn nhất trong khu vực. Theo tiêu chuẩn TCN68-174/1998 tiêu chuẩn chống sét của Tổng cục Bưu Điện.
TCXD 46- 1984 tiêu chuẩn chống sét của Bộ Xây Dựng. NFC 17-102/1995 tiêu chuẩn chống sét an toàn Quốc gia Pháp. TCVN 4756-1989 tiêu chuẩn nối đất an toàn điện hiện hành của Việt Nam.