Lý do lựa chọn đề tài
Việt Nam là một trong những quốc gia có hoạt động dông sét cao trên thế giới, với số ngày dông trung bình lớn và cực đại lên tới 113,7 ngày tại Đồng Phú Số giờ dông cực đại ghi nhận được là 433,18 giờ tại Mộc Hóa, trong khi cường độ sét mạnh nhất đạt 90,67 kA Thiệt hại do sét gia tăng đáng kể khi đất nước tiến hành công nghiệp hóa, hiện đại hóa, dẫn đến việc sử dụng nhiều thiết bị điện và điện tử nhạy cảm Do đó, nghiên cứu và phát triển các giải pháp phòng chống sét hiệu quả không chỉ có giá trị khoa học mà còn rất cần thiết cho cuộc sống hàng ngày.
Khi lắp đặt thiết bị điện vào lưới điện, việc lựa chọn thiết bị phụ thuộc vào điện áp định mức của lưới Tuy nhiên, trong quá trình vận hành, có thể xảy ra quá điện áp tạm thời do nhiều nguyên nhân như sự cố chạm đất, thao tác đóng cắt, hoặc sét đánh Trong số đó, quá điện áp do sét là nguy hiểm nhất, có thể gây phóng điện, đánh thủng cách điện và phá hủy thiết bị Mặc dù thời gian xảy ra quá độ ngắn, nhưng nó rất quan trọng đối với các phần tử của mạng điện hoạt động với điện áp và dòng điện lớn, có thể dẫn đến hư hỏng thiết bị, thiết bị không khởi động, ngừng hoạt động của nhà máy hoặc mất điện.
Chống sét lan truyền là yếu tố thiết yếu trong mạng phân phối, giúp bảo vệ thiết bị khỏi quá áp do sét Thiết bị chống sét van thường được sử dụng để bảo vệ máy biến áp, đặc biệt khi được lắp đặt ở đầu cực của nó Ngoài việc bảo vệ máy biến áp, chống sét van còn cần phải bảo vệ các phần tử khác trong mạng phân phối để đảm bảo an toàn toàn diện.
Trong hệ thống HVTH: HỒ VĂN THẮNG 2, việc xác định khoảng cách giữa chống sét van và máy biến áp là rất quan trọng Trước đây, các nghiên cứu đã dựa vào đánh giá điện áp xung tại đầu cực máy biến áp cùng với thời gian hư hỏng của thiết bị để xác định vị trí lắp đặt chống sét van Mặc dù các phương pháp này đã xem xét các yếu tố như hệ số che chắn và điện cảm dây nối, nhưng chúng vẫn có nhược điểm khi tính toán điện áp tại các nút một cách giản lược, bỏ qua vận tốc truyền sóng và giả định rằng điện áp tại chống sét van luôn là điện áp dư.
Hiện nay, nhiều nhà nghiên cứu và nhà sản xuất thiết bị triệt xung lan truyền trong mạng điện phân phối đã tiến hành nghiên cứu và phát triển các mô hình thiết bị triệt xung với nhiều mức độ chi tiết và quan điểm khác nhau Tuy nhiên, việc xây dựng mô hình và mô phỏng các phần tử triệt xung trong mạng điện phân phối vẫn cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển, tùy thuộc vào phạm vi ứng dụng và yêu cầu về độ tương đồng giữa mô hình và nguyên mẫu Do đó, nghiên cứu “Các biện pháp bảo vệ quá độ do sét trong mạng phân phối” là một chủ đề quan trọng và cần thiết trong bối cảnh hiện nay.
Chương trình ATP/EMTP là một trong những phần mềm mô phỏng phổ biến nhất trên thế giới, được sử dụng để phân tích các hiện tượng quá độ điện từ, điện cơ và sét đánh trong hệ thống điện Luận văn này sẽ áp dụng chương trình ATP/EMTP để thực hiện các nghiên cứu liên quan.
Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc, tính năng kỹ thuật và ưu nhược điểm của chống sét van
- Nghiên cứu phần mềm mô phỏng ATP/EMTP
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả bảo vệ chống sét lan truyền trên mạng điện phân phối
- Lập mô hình và mô phỏng để xác định hiệu quả bảo vệ chống sét trên mạng điện phân phối
Phương pháp nghiên cứu
- Tổng hợp các tài liệu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài
- Sử dụng phương pháp mô hình hóa và mô phỏng.
Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu phần mềm mô phỏng ATP/EMTP
- Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý làm việc của chống sét van
- Nghiên cứu các tiêu chuẩn lựa chọn chống sét trên lưới phân phối
- Khảo sát mạng điện phân phối
- Lập mô hình các phần tử của cấu trúc thử nghiệm mạng điện phân phối
- Đánh giá, nhận xét, kết luận.
Ý nghĩa của đề tài
Đánh giá biện pháp bảo vệ chống sét trong mạng phân phối cần xem xét các yếu tố ảnh hưởng như vị trí sét đánh, giá trị điện trở đất, dạng xung và biên độ xung sét Việc thực hiện đánh giá này có thể sử dụng phần mềm ATP/EMTP để đảm bảo hiệu quả và độ chính xác trong thiết kế hệ thống bảo vệ.
Nghiên cứu này cung cấp tài liệu tham khảo quý giá cho học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật điện, đặc biệt trong việc đánh giá hiệu quả của các biện pháp bảo vệ chống sét trong mạng phân phối, đồng thời xem xét các yếu tố ảnh hưởng.
Cấu trúc luận văn
Luận văn được chia làm 4 chương cụ thể như sau:
+ Chương 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
+ Chương 2: MÔ HÌNH CÁC PHẦN TỬ CHÍNH TRONG NGHIÊN CỨU QUÁ ĐỘ VỚI PHẦN MỀM ATP-EMTP
+ Chương 3: MÔ HÌNH HÓA MÔ PHỎNG QUÁ ĐỘ VÀ HIỆU QUẢ BẢO VỆ TRONG MẠNG PHÂN PHỐI
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan về sét
1.1.1 Nguồn gốc của sét trong tự nhiên
Sét là hiện tượng phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và mặt đất hoặc giữa các đám mây mang điện tích khác dấu, có thể xuất hiện trong các trận phun trào núi lửa hay bão bụi Tia sét di chuyển với tốc độ 36.000 km/s, nhanh hơn nhiều so với âm thanh chỉ di chuyển với tốc độ 1.230 km/h, trong khi ánh sáng đạt 299.792 km/s Nhiệt độ của sét có thể lên tới 30.000 °C, gấp 20 lần nhiệt độ cần thiết để biến cát silica thành thủy tinh Khi sét đánh vào cát, nó tạo ra các viên đá gọi là fulgurite, thường có dạng hình ống do sét di chuyển vào lòng đất.
Lý do hình thành sét và nguồn gốc của nó vẫn là một vấn đề gây tranh luận Các nhà khoa học đã nghiên cứu nhiều yếu tố như gió, độ ẩm, ma sát và áp thấp khí quyển, cũng như ảnh hưởng của gió, mặt trời và các hạt tích điện trong năng lượng mặt trời Một trong những yếu tố quan trọng trong việc hình thành tia sét có thể là các tinh thể băng trong đám mây, vì chúng tạo ra môi trường tích điện trái dấu, dẫn đến sự hình thành sét.
Khi hai đám mây tích điện trái dấu lại gần nhau, hiệu điện thế giữa chúng có thể lên tới hàng triệu volt, dẫn đến hiện tượng phóng tia lửa điện và tạo ra tia chớp Tiếng nổ "sấm" sẽ xuất hiện vài giây sau, do ánh sáng di chuyển nhanh hơn âm thanh Nếu đám mây dông tích điện gần mặt đất và gặp các vật thể cao như cột điện, cây cối hay người, sẽ xảy ra hiện tượng sét đánh giữa đám mây và mặt đất.
Kết quả quan trắc cho thấy phần dưới của các đám mây dông chủ yếu chứa điện tích âm, tạo ra cảm ứng điện tích dương trên mặt đất và hình thành tụ điện không khí khổng lồ Cường độ điện trường trung bình thường dưới 1kV/cm, nhưng ở những khu vực có mật độ điện tích cao hoặc vật dẫn điện nhô lên, điện trường cục bộ có thể vượt quá ngưỡng ion hóa không khí, đạt khoảng 25-30kV/cm ở mặt đất và giảm dần theo độ cao Khi điện trường đạt ngưỡng này, sẽ xảy ra ion hóa không khí, hình thành dòng plasma và khởi đầu quá trình phóng điện sét giữa mây dông và mặt đất.
Sét là hiện tượng phóng điện tia lửa trong không khí với khoảng cách lớn, thường dài từ 3 đến 5 km, chủ yếu xảy ra trong các đám mây dông Quá trình này tương tự như phóng điện tia lửa trong một điện trường không đồng nhất với khoảng cách phóng điện lớn.
1 Sét tỏa ra một nhiệt lượng rất lớn
Sét đánh có thể tạo ra nhiệt lượng cực lớn, với nhiệt độ lên tới hàng nghìn độ C, gây ra nhiều hiểm họa nghiêm trọng Hiện tượng như sét đánh vào cây gây cháy rừng cho thấy sức mạnh của nó, có khả năng làm nóng chảy kim loại, vặn cong cột điện và thậm chí đánh sập nhà trong tích tắc.
2 Sét là sự phóng điện từ các đám mây dông xuống đất
Q = I 2 R.t (1.1) Trong đó: Q là nhiệt lượng tỏa ra (J); I là cường độ dòng điện (A); R là điện trở (); t là thời gian (s)
Nhiệt lượng từ sét phát ra rất cao, và sét xảy ra trong thời gian ngắn, khoảng 100 lần mỗi giây Do đó, theo công thức (1.1), cường độ dòng điện chạy qua cây sẽ rất lớn.
HVTH: HỒ VĂN THẮNG 7 cối xuống đất rất lớn (khoảng 10000A – 50000A) Một tia sét thông thường có thể thắp sáng bóng đèn 100W trong 3 tháng
3 Sét không bao giờ đánh theo đường thẳng Đường đi của sét cong queo vì nó phải chọn con đường nào cản điện ít nhất, nghĩa là đi vào các nơi tập trung nhiều phần tử dẫn điện nhất
4 Những nơi sét thường đánh vào
Sét thường xuất hiện tại những khu vực có điện trở thấp, điển hình là các cây có rễ sâu và phát triển mạnh, chẳng hạn như cây đa và cây sồi.
5 Sét cũng đánh vào những nơi dẫn điện tốt
- Sét hay đánh vào những cây chứa nhiều nước
- Những nơi ẩm ướt (những khe núi, vực sâu, vì ở đáy những khe, vực tập trung nhiều hơi ẩm hay những nguồn nước…)
- Những vùng đất sét thường dẫn điện nhiều hơn đất cát, do vậy sét hay đánh xuống đó hơn
- Đất có nhiều mạch nước ngầm và dòng cát chảy (lưu sa) ở phía dưới cũng là mồi ngon của sét
1.1.3 Cường độ hoạt động của Sét tại Việt Nam
Việt Nam nằm ở tâm dông châu Á, là một trong ba khu vực trên thế giới có hoạt động dông sét mạnh mẽ Mùa dông ở Việt Nam kéo dài từ tháng 4 đến tháng 10, với trung bình khoảng 100 ngày dông và 250 giờ dông mỗi năm Sự chênh lệch về mức độ hoạt động dông giữa các vùng là đáng kể, chủ yếu do ảnh hưởng của địa hình, như các dãy núi cao, làm tăng cường hoạt động dông ở một số khu vực trong khi hạn chế ở những nơi khác Những vùng có hoạt động dông mạnh thường có những đặc điểm khí hậu và địa lý riêng biệt.
Hồ Văn Thắng 8 là khu vực có nhiễu động khí quyển mạnh mẽ và địa hình thuận lợi cho việc hình thành các dòng sét Tại Việt Nam, có thể ghi nhận lên đến 2 triệu cú sét đánh xuống đất mỗi năm Theo số liệu thống kê chưa đầy đủ của Viện Vật lý Địa cầu vào năm 2004, trong vòng 10 năm qua, cả nước đã ghi nhận 820 vụ sét đánh gây thiệt hại nhiều tỷ đồng và làm gián đoạn dịch vụ viễn thông, điện lực Một số khu vực như Cổ Dũng (Hải Dương), Sơn Lộc (Hà Tĩnh), và đồng bằng sông Cửu Long thường xuyên xảy ra các vụ sét đánh, gây thiệt hại cho mùa màng và tính mạng con người, đồng thời tạo ra tâm lý hoang mang trong cộng đồng.
Dông sét ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động kinh tế - xã hội, vừa có lợi vừa có hại Mặc dù dông mang lại lượng nước mưa và cung cấp nitrat từ phóng điện sét, giúp nông nghiệp phát triển với nguồn đạm phong phú, nhưng nó cũng gây ra những tác động tiêu cực Những trận dông kéo dài có thể dẫn đến lũ lụt, trong khi sét thường xuyên gây thiệt hại về người và tài sản.
Nhiều thiết bị khoa học hiện đại đã được sử dụng để đo lường dòng sét, cho thấy giá trị dòng điện dao động từ 1000A đến 200kA, phản ánh tính khó đoán của biên độ sét Phân tích cho thấy dòng chạy qua chống sét van chỉ chiếm khoảng 1/10 tổng giá trị dòng điện sét, với khoảng 5% số sét trên lưới điện phân phối vượt quá 10kA Để tính số lần phóng điện xuống đất, cần biết số lần sét đánh trên 1 km² trong một ngày, ước tính khoảng 0,1 đến 0,15 lần/km²/ngày sét, từ đó tính được số lần sét đánh vào các công trình tải điện, với kết quả tính toán cho giá trị trung bình (Bảng 1.1).
Bảng 1.1 Mật độ sét trung bình năm tại Việt Nam(Nguồn: Viện Vật lý địa cầu) STT Tỉnh, thành phố Địa điểm
(Tên trạm khí tượng) Mật độ sét
6 Bà Rịa Vũng Tàu Vũng Tàu 7,1
16 Đăk Lăk Ban Mê Thuột 13,0
Ảnh hưởng của Sét đến mạng phân phối
1.2.1 Cấp phân phối của hệ thống điện
Cấp phân phối biểu diễn cho cấp cấu trúc thấp nhất của hệ thống điện, thường gồm có hai cấp điện áp
- Điện áp sơ cấp hay điện áp phát tuyến tương đối cao (chẳng hạn 15kV, 22kV)
- Điện áp thứ cấp hay điện áp tiêu thụ là điện áp thấp (chẳng hạn 110V, 220V, 380V)
Cấp phân phối có nhiệm vụ cung cấp điện năng cho các phụ tải nhỏ như sinh hoạt và các phụ tải thương mại, công nghiệp nhỏ Các phụ tải lớn thường được cung cấp trực tiếp từ các cấp cao hơn như cấp truyền tải Mặc dù phần lớn điện năng sản xuất được bán cho cấp phân phối, nhưng cấp này lại được chia thành nhiều mảng độc lập, mỗi phần nhỏ hoạt động riêng biệt.
HVTH: HỒ VĂN THẮNG 10 chỉ tiếp nhận một lượng công suất vừa phải và chỉ liên kết về điện với nhau thông qua cấp truyền tải phụ
Mạch phân phối là một phần của cấp phân phối, thường được phân chia theo địa lý, cung cấp dịch vụ riêng biệt cho từng khu vực Tuy nhiên, có thể xảy ra sự chồng chéo giữa các vùng, như trong trường hợp mạng điện một chiều và điện xoay chiều phục vụ cùng một khu vực Hiện nay, các mạch phân phối thường được cung cấp từ một nguồn riêng gọi là trạm phân phối (trạm biến áp), với tải trọng được giữ ở mức nhỏ để có thể cắt điện mà không ảnh hưởng đến các phần mạch khác Điều này giới hạn khối công suất của mỗi mạch phân phối ở mức tương đối nhỏ so với khối công suất duy trì trong cấp truyền tải.
Hệ thống phân phối thông dụng có thể được phân loại như sau:
Hệ thống phân phối này thường được áp dụng tại các khu vực có mật độ phụ tải thấp, như nông thôn và thị trấn nhỏ, đồng thời cũng phổ biến ở những vùng có mật độ phụ tải trung bình, bao gồm các khu ngoại ô và đô thị lớn.
Hệ thống phân phối hình tia có chi phí xây dựng thấp nhất nhưng hạn chế về tính linh hoạt và khả năng cung cấp điện liên tục Hình 1.1 minh họa cấu trúc của hệ thống này, bao gồm một mạch đường dây nhánh và các mạch thứ cấp kết nối với nó Điện năng được cung cấp vào đường dây nhánh tại điểm nối với thanh cái của trạm biến áp phân phối Đoạn mạch sơ cấp giữa thanh góp của trạm và điểm kết nối đầu tiên với máy biến áp phân phối được gọi là mạch nhánh hay phát tuyến, trong khi các nhánh rẽ của đường dây nhánh tạo thành mạng lưới phân phối điện.
HVTH: HỒ VĂN THẮNG 11 là dây nhánh phụ hay nhánh rẽ Tên gọi đường dây sơ cấp được dùng để gọi chung cho dây nhánh và dây nhánh phụ.
Hình 1.1 Hệ thống phân phối hình tia[6]
2 Hệ thống vòng kín a Vòng kín thứ cấp
Khi có nhiều phụ tải điện sử dụng động cơ điện, hiện tượng nhấp nháy ánh sáng xuất hiện, đòi hỏi phải điều chỉnh hệ thống phân phối hình tia Trong hệ thống này, mỗi đường dây cái thứ cấp được cấp từ một máy biến áp riêng biệt, không liên quan đến các đường dây khác Điều này dẫn đến dòng khởi động lớn của động cơ gây sụt áp đột ngột và chớp đèn Tuy nhiên, nếu các dây cái thứ cấp được nối vòng, dòng khởi động từ một trong ba dây cái thứ cấp sẽ được phân chia giữa ba máy biến áp, giúp giảm thiểu độ sụt áp.
Hình 1.2 Mạch vòng thứ cấp[6] b Vòng kín sơ cấp hay vòng kín các phát tuyến
Mạch vòng sơ cấp được dùng ở các khu vực có mật độ phụ tải trung bình và lớn
Mạch vòng các đường dây nhánh có hai dạng, trong đó dạng thứ nhất là việc đóng thường xuyên một nhánh nối khẩn cấp với máy cắt b để bảo vệ khi quá dòng Các đường nhánh phụ và đường rẽ vẫn giữ nguyên như trong mạch hình tia, nhằm cân bằng phụ tải giữa hai đường nhánh thông qua đường dây nối thường trực Điều này giúp ổn định điện áp theo thời gian, đặc biệt khi có sự khác biệt về thời gian giữa các phụ tải đỉnh Khi xảy ra sự cố, máy cắt sẽ mở tức thời, tách rời hai đường dây nhánh để đảm bảo an toàn.
Hình 1.3 Phát tuyến nối vòng bằng máy cắt thường đóng trên đường nối khẩn cấp[6]
Một dạng khác của mạch vòng đường dây nhánh được trình bày trong Hình 1.4, chủ yếu phục vụ cho các phân đoạn có phụ tải công nghiệp Mục tiêu của thiết kế này là cải thiện độ sụt áp và tăng cường độ tin cậy trong cung cấp điện Để đạt được điều này, hệ thống sử dụng một số máy cắt có trang bị bảo vệ quá dòng có hướng Khi xảy ra sự cố ở bất kỳ phân đoạn nào, hai máy cắt ở hai đầu sẽ tự động mở ra, giúp loại trừ sự cố mà không làm mất điện cho bất kỳ phụ tải nào.
Hình 1.4 Phát tuyến nối mạch vòng[6]
Hệ thống mạng điện thứ cấp là hệ thống phân phối đáng tin cậy nhất, với đặc tính điện áp ổn định và khả năng chống nhấp nháy ánh sáng tốt Mặc dù có chi phí xây dựng cao, mạng điện này chủ yếu phục vụ cho các khu vực có mật độ phụ tải lớn như khu dân cư và thương mại trong thành phố, cũng như các khu công nghiệp có yêu cầu cao về điện áp và tính liên tục trong cung cấp điện Điện áp trong mạng phân phối thứ cấp thường là 380/220V hoặc 220/127V với cấu trúc ba pha bốn dây, các đường dây cái thứ cấp được kết nối thành mạng lưới theo hình thức gần như song song với đường phố Mỗi phân đoạn của lưới được gọi là dây cái thứ cấp, có thể được lắp đặt dưới dạng đường dây trên không hoặc cáp ngầm.
Hình 1.5 Những nét chính của hệ thống mạng phân phối thứ cấp[6]
Các đoạn dây điện vào nhà được kết nối qua đường dây cái, đi kèm với cầu dao, thiết bị bảo vệ và đo lường Đường dây cái không sử dụng cầu chì bảo vệ do kinh nghiệm cho thấy rằng sự cố ngắn mạch trên mạng lưới điện áp thấp có thể gây cháy thiết bị, nhưng vẫn cho phép đường dây hoạt động bình thường nếu dòng ngắn mạch đủ lớn Tuy nhiên, trong một số mạng điện hoặc phân đoạn cụ thể, dòng ngắn mạch có thể không đủ lớn để gây cháy và dẫn đến hư hỏng dây dẫn Để khắc phục vấn đề này, các bộ "hạn chế" được lắp đặt tại các điểm nối trên đường dây cái Bộ hạn chế là cầu chì đặc biệt với đặc tính thời gian trì hoãn, chỉ đứt khi có ngắn mạch duy trì.
Lưới thứ cấp được cung cấp từ hệ thống phân phối sơ cấp qua các máy biến áp (MBA) phân phối, thường là MBA ba pha có công suất từ 150kVA đến 1500kVA, cùng với một số MBA một pha, được phân bố đều trên mạng điện Tùy thuộc vào mật độ phụ tải, các MBA có thể được bố trí dày hơn hoặc thưa hơn Các MBA nhận điện từ các phát tuyến sơ cấp có điện áp cao từ 4kV đến 20kV, thường được thiết kế theo hình tia, không kết nối với nhau ngoại trừ tại thanh góp của trạm biến áp phân phối Phát tuyến thường là đường dây ba pha ba dây hoặc bốn dây, có thể là trên không hoặc cáp ngầm, và chỉ được đóng cắt bởi máy cắt bảo vệ quá dòng tại đầu đường dây Máy cắt này không thể tự giải trừ sự cố ngắn mạch, vì tình trạng ngắn mạch vẫn tồn tại từ mạng thứ cấp qua máy biến áp phân phối Để khắc phục, “bộ bảo vệ mạng điện” là một máy cắt điện áp thấp tự động mở khi có dòng công suất chạy ngược từ mạng hạ áp về MBA Dao cách ly thao tác bằng tay được đặt giữa khi không có dòng điện.
HVTH: HỒ VĂN THẮNG 16 là một hệ thống phát tuyến và MBA Trong quá trình sửa chữa đường dây, dao cách ly được mở ra để đảm bảo an toàn, trong khi dao thường được nối đất nhằm bảo vệ an toàn cho các kỹ thuật viên trong công việc sửa chữa.
Hình 1.6 Hệ thống mạng phân phối sơ cấp[6]
Hệ thống phân phối mạng điện sơ cấp được áp dụng trong khu vực thành phố, yêu cầu nhiều trạm biến áp công suất nhỏ và các mạch truyền tải phụ Hệ thống này có ưu điểm về điện áp, cung cấp điện liên tục và kinh tế hơn so với hệ thống hình tia khi mật độ phụ tải vượt 1000 kVA/km² Cấu trúc mạng sơ cấp tương tự như mạng thứ cấp, nhưng sử dụng các đường dây nhánh thay vì đường dây cái thứ cấp MBA phân phối được kết nối dọc theo dây cái sơ cấp, cung cấp điện vào nhà qua các mạch thứ cấp hình tia.
1.2.3 Ảnh hưởng của sét đến mạng phân phối tại Việt Nam
Dông sét là nguồn sinh nhiệt lớn khi dòng điện sét đi qua vật thể, đồng thời phóng điện sét còn mang theo lượng điện tích lớn di chuyển trong không gian, tạo ra điện từ trường mạnh mẽ.
HVTH: HỒ VĂN THẮNG 17 là một nguồn gây nhiễu loạn vô tuyến và các thiết bị điện tử, với ảnh hưởng rộng rãi, lan tỏa đến những khu vực cách xa hàng trăm km.
Khi sét đánh vào đường dây điện hoặc gần đó, sóng điện từ sinh ra có thể gây quá điện áp lên cách điện của đường dây, dẫn đến hư hỏng và gây ra ngắn mạch pha-đất hoặc pha-pha Điều này đặc biệt nguy hiểm với các đường dây truyền tải công suất lớn, vì có thể gây mất ổn định hệ thống điện và rã lưới Sóng sét cũng có thể truyền vào trạm biến áp, gây phóng điện trên cách điện và dẫn đến sự cố nghiêm trọng tương đương với ngắn mạch trên thanh góp Nếu chống sét van (CSV) tại đầu cực máy biến áp hoạt động không hiệu quả, cách điện của máy biến áp có thể bị chọc thủng, gây thiệt hại lớn.
Chống sét van MOV (Metal oxide varitor) không khe hở
CSV có nhiều ứng dụng quan trọng liên quan đến các yếu tố như kiến thức về quá điện áp tạm thời trong hệ thống, sự chuyển mạch, xung sét, hệ thống nối đất và điện trở nối đất của lưới điện mà CSV kết nối Ngoài ra, các thiết bị được bảo vệ và các đặc tính của CSV cũng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hiệu quả hoạt động và an toàn cho hệ thống điện.
Các CSV có thể được áp dụng tại:
- Điểm khởi đầu và điểm cuối cùng đường dây truyền tải
- Cột điện đường dây trên không- truyền tải và phân phối
- Bảo vệ trạm biến áp (truyền tải, phân phối, công nghiệp, hoặc trạm phát điện)
- Điểm kết nối của đường dây trên không và cáp điện, trong phân phối đường dây trên không
- Bộ tụ điện mắc nối tiếp và song song
- Các máy cắt-điều khiển TRV và công tắc tơ chân không trung thế
- Máy điện quay, động cơ, và máy phát điện
- Trạm biến áp cách điện bằng khí
Biến thế logic bao gồm nhiều loại thiết bị như phát, tăng áp, giảm áp, phân phối, trạm treo, và trạm biến áp, cùng với các kết nối cuộn dây, máy biến áp tự ngẫu và bộ điều chỉnh điện áp bước Những thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh và phân phối điện năng một cách hiệu quả.
- Bộ điện kháng nối tiếp
- Bảo vệ hệ thống truyền dẫn
- Bảo vệ hệ thống điện áp thấp
Mỗi ứng dụng của bộ CSV đều có những điểm chung và chi tiết riêng, nhưng không có một thực nghiệm nào bao quát toàn bộ ứng dụng của nó Bộ CSV hoạt động như một điện trở có giá trị lớn vô hạn, điều chỉnh chính xác theo điều kiện quá áp để dẫn dòng điện một cách hiệu quả Sự chuyển đổi này diễn ra ngay lập tức mà không làm xáo trộn hệ thống điện, giúp các thiết bị hoạt động ổn định mà không gặp sự cố như quá tải hay quá dòng Ngoài ra, xung đột bên ngoài khu vực bảo vệ không gây phóng điện hồ quang trong khu vực này, và việc đóng cắt trong khu vực bảo vệ cũng không gây phóng điện bên trong hoặc bên ngoài.
Bảo vệ chống xung đột biến trong thực tế thường phản ánh lý tưởng này Các chức năng chính của CSV là giới hạn điện áp quá độ ở mức thấp hơn, tùy thuộc vào đặc tuyến của CSV, được gọi là cấp bảo vệ.
Điện áp của hệ thống sẽ cao hơn một chút và điều này rất quan trọng trong việc phối hợp cách điện Trong quá trình hoạt động, CSV có khả năng tiêu tán năng lượng mà không bị hư hại khi năng lượng quá độ đi qua chúng.
1.3.1 Cấu tạo và hoạt động
Chống sét van MOV (Metal oxide varitor) bao gồm các phần tử oxit kim loại kết nối với đất, giúp bảo vệ hệ thống điện Hình 1.7 minh họa mặt cắt ngang của bộ chống sét, trong khi Hình 1.8 mô tả đặc tính VI của nguyên tố kẽm, với khoảng 90% là oxit kẽm (ZnO) và 10% là các oxit kim loại khác như nhôm, antimon, bari, bismuth, và coban Đặc tính VI cho thấy rằng ở dòng điện thấp, thiết bị bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ và tần số, trong khi ở dòng trên 1A, đặc tính VI trở nên phi tuyến cao và điện áp giảm ổn định trong một phạm vi dòng rộng Tuy nhiên, ở khu vực mật độ dòng cao, thiết bị mất tính phi tuyến do trở kháng tuyến tính của các hạt ZnO.
Hình 1.7 Mặt cắt ngang bộ chống sét MOV
Hình 1.8 Đặc tính VI của bộ chống sét oxit kim loại
Bộ chống sét MOV có khả năng phân tán công suất hiệu quả khi dòng điện rò xuyên qua Thiết bị này nhạy cảm với biến đổi nhiệt độ và có cấu trúc tương tự như bộ chống sét khe hở silicon carbide, với điểm khác biệt chính là không có khe khí.
Mạch tương đương của các bộ chống sét MOV cho thấy dòng điện rò chủ yếu là điện dung, với điện dung Cp biến đổi từ 400-2000pF Điện cảm LE dao động từ 10 đến 20nH và có thể bỏ qua ở tần số 60 Hz Các thành phần C1 và C2 là hằng số, trong khi I đại diện cho dòng điện chống sét.
Hình 1.9 Mạch tương đương của một phần tử oxit kim loại
Khi tính phi tuyến được tăng cường, sự biến dạng trong các thành phần điện trở dẫn đến sự gia tăng dòng điện Sự thay đổi này diễn ra ở các cấp điện áp khác nhau.
Phương trình đặc tính VI của bộ chống sét MOV:
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về các thành phần quan trọng trong hệ thống chống sét, bao gồm sụt áp V, dòng điện sét I và điện kháng tương đương R của van chống sét Hằng số C1 và C2 có thể thay đổi tùy theo nhà sản xuất và kích thước của bộ chống sét.
1.3.3 Khả năng hấp thụ năng lượng
Bộ chống sét MOV có ưu điểm nổi bật là khả năng hấp thụ năng lượng vượt trội so với bộ chống sét khe khí Khả năng xử lý năng lượng của chúng được xác định bởi các nhà sản xuất, dựa vào giới hạn ổn định nhiệt và giới hạn sốc nhiệt của thiết bị Dưới đây là danh sách các khoảng giới hạn điển hình.
- Dạng phân phối: 1-1,9 kJ/kV (MCOV)
- Dạng trung gian: 2,7-3,4 kJ/kV (MCOV)
- Dạng trạm (2,7-48 kV): 5 kJ/kV (MCOV)
- Dạng trạm(54-36 kV): 9 kJ/kV (MCOV)
Giá trị MCOV (Maximum Continuous Operating Voltage) là yếu tố quan trọng trong việc đánh giá bộ chống sét, như đã trình bày ở phần 1.3.4 Khi lựa chọn bộ chống sét, cần chú ý đến giới hạn dòng giảm áp lực, không được vượt quá trong thời gian và dòng ngắn mạch của hệ thống Nếu khả năng giảm áp lực bị vượt quá, các đĩa có thể bị nứt hoặc vỡ, dẫn đến giảm điện trở xả bên trong bộ chống sét Đặc biệt, trong nhiều ứng dụng như bảo vệ dãy tụ điện, khả năng xử lý năng lượng trở thành yếu tố then chốt.
Các nhà sản xuất không xác định một ngưỡng dẫn cụ thể cho sự phân tán năng lượng quá điện áp thao tác Điện áp ngưỡng dẫn được hiểu là điện áp đầu cực tức thời hoặc điện áp phóng điện, tại đó dòng điện qua bộ chống sét đạt 10A Các vấn đề liên quan đến quá điện áp thao tác trở nên quan trọng khi có sự xuất hiện của những yếu tố nhất định.
Vs là giá trị dẫn của quá áp chuyển mạch xung sét, trong khi Vow là giá trị điện áp ở tần số công nghiệp mà bộ chống sét có thể chịu đựng trong 10 giây (kV rms).
Vds là giá trị đỉnh điện áp phóng điện xung cực đại (kV) tại 500A cho bộ chống sét dạng trung gian và 1000A cho dạng trạm Phương trình (1.3) áp dụng cho bộ chống sét dạng trạm và dạng trung gian, trong khi phương trình (1.4) được sử dụng cho bộ chống sét dạng phân phối.
1.3.4 Điện áp vận hành liên tục cực đại MCOV (Maximum Continuous Operating Voltage)
Xung dòng điện
1.5.1 Định nghĩa đối với thử nghiệm bằng xung dòng điện
Thời gian đầu sóng T1 của xung dòng điện được xác định là 1,25 lần khoảng thời gian T giữa các thời điểm khi xung đạt 10% và 90% giá trị đỉnh.
2 Điểm gốc giả định O 1 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 của xung dòng điện là một tham số quan trọng, được xác định bằng khoảng thời gian từ điểm gốc giả định O1 cho đến khi dòng điện giảm xuống còn một nửa giá trị đỉnh.
Hình 1.13 Dạng xung dòng điện tiêu chuẩn
1.5.2.Các dạng xung dòng tiêu chuẩn
Các xung dòng điện được tiêu chuẩn hóa thành các xung tiêu chuẩn, thường được mô tả dưới dạng α/β, trong đó α là thời gian đầu súng T1 (às) và β là thời gian toàn súng T2 (às).
- Đối với xung 8/20às thỡ T1 = 8às và T2 = 20às
- Đối với xung 10/350às thỡ T1 = 10às và T2 = 350às
Theo tiờu chuẩn IEC 61000-4-5 xung 8/20às được đặc trưng bởi cỏc thụng số sau:
Vọt lố dưới 30% của đỉnh sóng
Hỡnh 1.14 Dạng xung dũng 8/20às tiờu chuẩn
Dạng xung 8/20às thường là xung sột cảm ứng, xảy ra khi sét đánh vào đường dây trên không mà không cách công trình một khoảng cách an toàn, hoặc khi sét đánh vào vật gần đường dây Ngoài ra, sự gia tăng điện thế đất do sét đánh gần công trình cũng có thể gây ra hiện tượng này.
Hỡnh 1.15 Xung 8/20às đỏnh vào đường dõy trờn khụng
Hình 1.16 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 dũng điện 8/20às được xỏc định theo cụng thức gần đỳng:
Trong đú: 3.911 s ; A = 0.01243 (às) -3 ; t là thời gian (às), (t ≥ 0); I p là giỏ trị đỉnh của xung dòng điện.
Theo tiờu chuẩn IEC 61312-1 xung 10/350às được đặc trưng bởi cỏc thụng số sau:
Hỡnh 1.17 Dạng xung dũng 10/350às tiờu chuẩn
Dạng xung 10/350às thường xảy ra khi có xung sột lan truyền, gây ra bởi sột đỏnh trực tiếp vào đường dây trên không gần công trình hoặc khi đánh trực tiếp vào kim thu sét trên đỉnh công trình.
Hỡnh 1.18 Xung 10/350às đỏnh trực tiếp vào kim thu sột trờn đỉnh cụng trỡnh
Hỡnh 1.19 Xung 10/350às đỏnh trực tiếp vào đường dõy trờn khụng lõn cận cụng trỡnh
Xung dũng điện 10/350às được xỏc định theo cụng thức :
Trong đó: A 1.075; 1 19 s ; 2 485 s I ; p là giá trị đỉnh của xung dòng điện (A); t là thời gian (s).
MÔ HÌNH CÁC PHẦN TỬ CHÍNH TRONG NGHIÊN CỨU QUÁ ĐỘ VỚI PHẦN MỀM ATP-EMTP
Giới thiệu phần mềm ATP
2.1.1 Lịch sử phát triển của chương trình ATP-EMTP
Chương trình quá độ điện từ trong hệ thống điện (EMTP - Electromagnetic Transients Programme) là một phần mềm chuyên dụng để mô phỏng các quá trình quá độ điện từ, điện cơ và sự ảnh hưởng của sét đánh đến hệ thống điều khiển trong các hệ thống điện nhiều pha.
Chương trình EMTP được phát triển vào những năm cuối của thập kỷ 60 thế kỷ
XX bởi tiến sĩ Hermann Dommel, ông đã mang chương trình này đến BonnevillePower Administration (BPA)
Vào năm 1973, khi giáo sư Dommel rời BPA để gia nhập đại học British Columbia (UBC), hai phiên bản của chương trình EMTP đã được hình thành: phiên bản nhỏ UBC chủ yếu phục vụ cho việc phát triển mô hình, và phiên bản BPA mở rộng để đáp ứng nhu cầu của các kỹ sư điện Phiên bản BPA được phát triển nhờ sự hợp tác của tiến sỹ Scott Meyer và tiến sỹ Tsu-huei Liu, cùng với sự đóng góp từ nhiều công ty điện lực và trường đại học Bắc Mỹ Để tối ưu hóa quá trình phát triển và thu hút tài trợ từ các công ty điện lực, nhóm phát triển chương trình EMTP (DCG) đã được thành lập vào năm 1982 và chính thức thương mại hóa vào năm 1984.
In 1986, Dr Scott Meyer left DCG and actively advocated for the development of an independent version of EMTP known as the Alternative Transients Programme (ATP).
Năm 1989, UBC đã phát triển và thương mại hóa phiên bản đầu tiên của EMTP cho dòng máy PC, mang tên MicroTran Vào giữa những năm 80, sự chuyển mình này đánh dấu một bước tiến quan trọng trong công nghệ mô phỏng điện.
Hồ Văn Thắng 32 năm trước, Trung tâm Nghiên cứu HVDC Manitoba đã phát triển phiên bản EMTP (EMTDC) chủ yếu để mô phỏng hệ thống điện một chiều HVDC.
ATP là một trong những chương trình mô phỏng điện tử được sử dụng phổ biến trên toàn cầu, giúp nghiên cứu các hiện tượng quá độ điện từ, điện cơ và sét đánh trong hệ thống điện Việc tính toán trong miền thời gian rất quan trọng, đặc biệt khi phân tích sóng hài và các phần tử phi tuyến tính.
2.1.2 Các thành phần trong thư viện của ATP
- Các phần tử R, L, C tuyến tính và phi tuyến
- Các thiết bị đo: đo dòng, đo áp, Tacs, Models
- Các mô hình đường dây truyền tải
- Các công tắc điều khiển theo thời gian, điện áp, công tắc từ, công tắc thống kê v.v…
- Mô hình máy biến áp: MBA lý tưởng, MBA bão hòa, MBA tự ngẫu v.v…
- Mô hình các nguồn áp, nguồn dòng, các nguồn phân tích: hàm dốc, hàm mũ, hàm sin
- Mô hình máy điện quay: động cơ đồng bộ, không đồng bộ 1pha, 3 pha
- Các van : diodes, thyristor, triacs v.v
- Ngoài ra người sử dụng còn có thể tạo ra các thành phần điện khác để thực hiện mô phỏng
2.1.3 Mô hình hợp nhất các modile mô phỏng của ATP
ATP có các chương trình phụ (Supporting programs): Đó là các thủ tục con cho sự chuẩn bị dữ liệu vào của một số hệ thống thành phần
ATP tương tác với TACS và MODELS để phân tích hệ thống điều khiển ATPDraw được sử dụng để tạo ra các mô hình mạch điện, hỗ trợ giao tiếp giữa ATP, TACS và MODELS trong quá trình mô phỏng.
MODELS là một ngôn ngữ mô tả linh hoạt, được hỗ trợ bởi nhiều công cụ mô phỏng, giúp trình bày và nghiên cứu các hệ thống biến đổi theo thời gian một cách hiệu quả.
Cấu trúc mỗi mô hình cho phép sử dụng những định dạng tự do, cấu trúc từ khóa và những văn bản riêng biệt
Các mô hình trong ATP mô tả các thành phần điều khiển và mạch điện do người dùng thiết lập, tạo ra một giao diện đơn giản để kết nối với các chương trình hoặc module khác trong ATP.
MODELS là một công cụ lập trình đa năng, có khả năng xử lý các kết quả mô phỏng trong cả miền tần số và miền thời gian.
TACS (Transient Analysis of Control Systems) là mô hình mô phỏng hệ thống điều khiển trong miền thời gian, ban đầu được phát triển để mô phỏng các bộ điều khiển biến đổi HVDC Mô hình này có khả năng mô phỏng nhiều loại hệ thống điều khiển khác nhau, giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy của các ứng dụng trong lĩnh vực điện lực.
- Những bộ biến đổi điều khiển HVDC
- Những hệ thống kích thích của máy đồng bộ
- Năng lượng điện và điều khiển
Giao diện giữa mạng điện và TACS được thiết lập thông qua việc trao đổi các tín hiệu quan trọng như điện áp nút, dòng điện đóng cắt, trạng thái đóng cắt, điện trở thay đổi theo thời gian, cũng như nguồn áp và dòng.
Hình 2.1 Mô hình hợp nhất ATP
2.1.4 Những module chính trong ATP
Hình 2.2 Giao diện ATPDraw ModulePLOT XY:
Các nguồn áp Các nguồn dòng Công tắc điều khiển
Trạng thái của các công tắc
Module ATP CONTROL CENTER (ATPCC):
Hình 2.4 Giao diện ATP Control Center Module PCPLOT:
Hình 2.5 Giao diện PCPlot Module GTPPLOT:
Module PROGRAMMER’SFILE EDITOR (PFE):
Trong 6 module trên, module đóng vai trò nền tảng cho các module khác chính là ATPDraw
Hình 2.8 Mối tương quan giữa ATPDraw với các Module khác 2.1.5 Một số ứng dụng quan trọng của ATP
- Quá điện áp do sét đánh (Lightning overvoltage studies)
- Quá độ do đóng cắt và sự cố (Switching transients and faults)
- Quá điện áp đồng bộ và tĩnh (Statistical and systematic oveervoltage studies)
- Quá độ thay đổi nhanh trong GIS và nối đất (Very fast transients in GIS and groundings)
- Xây dựng mô hình máy điện (Machine modeling).Ổn định quá độ và khởi động động cơ (Transient stability, motor startup)
- Các dao động xoắn trục (Shaft torsional oscillations)
- Đóng cắt máy biến áp và kháng điện/tụ điện (Transformer and shunt reactor/capacitor switching)
- Cộng hưởng sắt từ (Ferroresonance)
- Những ứng dụng của thiết bị điện tử công suất (Power electronic applications)
- Chế độ máy cắt (hồ quang điện), sự thay đổi nhanh của dòng điện (Circuit breaker duty (electric arc), current chopping)
- Thiết bị FACS: Xây dựng mô hình STARTCOM, SVC, UPFC, TCSC
- Phân tích hài, cộng hưởng lưới (Harmonic analysis, network resonances)
- Thử nghiệm thiết bị bảo vệ (Protective device testing)
ATPDraw là một phần mềm đồ họa, phiên bản ATP của EMTP trên nền tảng Windows, được phát triển bằng ngôn ngữ Borland Delphi 2.0 Người dùng có thể dễ dàng thiết kế mạch điện bằng chuột và lựa chọn các thành phần từ thư viện có sẵn, sau đó ATPDraw tự động tạo file vào ATP theo định dạng chính xác Phần mềm này tự quản lý các nút trong mạch điện, cho phép người dùng đặt tên cho các nút quan trọng Ngoài ra, chương trình mô phỏng và đồ thị trong ATP đều tương thích hoàn toàn với ATPDraw.
ATPDraw cung cấp nhiều kiểu mạch mẫu, cho phép hoạt động đồng thời trên nhiều mạch và sao chép thông tin giữa chúng Các thao tác trên mạch rất đơn giản, bao gồm sao/chép, xoay, và xuất/nhập dữ liệu.
HVTH: HỒ VĂN THẮNG 38 cho phép người dùng thao tác nhóm/không nhóm, trở về/tiến lên và in ấn ATPDraw cung cấp thư viện hồ sơ và tập tin xuất cho Windows, cho phép lưu trữ mạch vẽ thành các tập tin riêng biệt, bao gồm đầy đủ các thiết bị mô phỏng và lựa chọn Các tập tin này được nén lại, giúp việc chia sẻ dễ dàng với nhiều chương trình khác.
Mô hình các phần tử chính trong nghiên cứu quá độ
2.2.1 Mô hình phát xung sét chuẩn
Dòng sét lan truyền và dòng sét đánh trực tiếp vào đường dây trung áp trên không được mô phỏng bằng nguồn phát xung dòng lý tưởng với các thông số 10/350μs và 8/10μs Trong các tài liệu về chống sét trước đây, nguồn phát xung thường được mô tả qua hàm mũ.
Mặc dù phương thức mô phỏng dạng sóng bằng công thức (a bt) i I m e e không hoàn toàn phù hợp với tiêu chuẩn sóng tiêu chuẩn quốc tế về chống sét, đặc biệt trong giai đoạn xung dòng từ 0% đến 10% giá trị biên độ đỉnh, nhưng có thể cải thiện bằng cách áp dụng mô hình nguồn phát xung sét chuẩn Mô hình này được đề xuất dựa trên hàm toán học của Heidler, giúp khắc phục những nhược điểm hiện tại.
Dòng sét được mô tả bởi biểu thức:
(2.1) Trong đó: Imax là dòng điện đỉnh; t là thời gian; 1 là hằng số thời gian đầu sóng;
Hằng số thời gian suy giảm được ký hiệu là 2, trong khi h là hệ số hiệu chỉnh cho dòng điện đỉnh, phụ thuộc vào thời gian tăng và thời gian suy giảm của dạng sóng.
Dưới đây hướng dẫn sử dụng phần mềm ATPDraw mô phỏng sét loại Heidler type 15 như sau:
+ Bước 1: Từ màn hình chương trình ATP chọn mô hình Heidler type 15 từ thư viện thiết bị
+ Bước 2: Cài đặt thông số cho nguồn sét Heidler type 15
+ Bước 3: Mô hình nguồn sét hoàn chỉnh dùng trong mô phỏng
Dạng xung dòng 10kA – 8/20μs và Dạng xung dòng 10kA – 10/350μs trình bày ở
Hình 2.28 (a) Dạng xung dòng 10kA – 8/20μs và (b) Dạng xung dòng 10kA – 10/350μs
-Amplitude: giá trị xung sét dòng điện (A)
-T_f : thời gian đỉnh xung sét -tau: thời gian đuôi xung sét
- n : số lượng xung sét khảo sát -Tstat: thời gian bắt đầu sét đánh
- Tstop: thời gian kết thúc sét
- Type of source: loại nguồn
2.2.2 Mô hình chống sét van
1 Mô hình CSV đơn giản [10]
CSV được mô hình bằng điện trở phi tuyến với đặc tính phi tuyến V-A có dạng hàm mũ theo biểu thức sau:
Dòng điện (I) và điện áp (V) của CSV tuân theo mối quan hệ I = kV^α, với α > 1 Trong đó, k là hằng số phụ thuộc vào loại CSV, và α là hệ số mũ phi tuyến được tính theo công thức cụ thể.
Các trị số điện áp, dòng điện này xác định được từ đặc tính V-A theo xung dòng điện sét chuẩn
2 Mô hình CSV theo IEEE [10]
Theo IEEE 3.4.11-1992, CSV được mô hình bằng một mạch điện phi tuyến với các thông số kết nối với nhau như trên Hình 2.29
Hình 2.29 Mô hình CSV theo IEEE
Các thông số trong mô hình CSV Hình 2.29 xác định theo công thức:
Chiều cao của chống sét được ký hiệu là d (m), trong khi n là số lượng đĩa điện trở phi tuyến ô-xít kim loại có trong thiết bị Các điện trở phi tuyến A0 và A1 được xác định dựa trên đặc tính phi tuyến V-A do nhà sản xuất cung cấp.
3 Mô hình CSV theo Pianceti - Gianettoni [10]
Theo Pianceti - Gianettoni, CSV cũng được mô hình bằng mạch điện với các thông số kết nối với nhau như trên Hình 2.30
So với mô hình IEEE, mô hình này loại bỏ điện dung C và điện trở R0 cùng R1 (khoảng 1MΩ) mắc song song với điện cảm L0 và L1 Đặc tính của điện trở phi tuyến A0 và A1 vẫn tương tự như trong mô hình IEEE.
Hình 2.30 Mô hình CSV theo Pianceti – Gianettoni
Thành phần điện cảm được xác định theo công thức sau:
Điện áp định mức của CSV được ký hiệu là Vn, trong khi đó, Vr(8/20) đại diện cho điện áp dư ứng với dạng xung dòng thử nghiệm 10kA, 8/20μs Ngoài ra, Vr(1/T2) cũng là điện áp dư ứng nhưng cho dạng xung dòng thử nghiệm 10kA, 1/T2μs.
4 Mô hình CSV theo Fernandez and Diaz [10]
Hình 2.31 Mô hình CSV theo Fernandez and Diaz
5 Lựa chọn mô hình CSV
Theo nghiên cứu, các mô hình CSV không có sự khác biệt đáng kể trong việc hạn chế quá điện áp do sét Do đó, để đơn giản hóa mô phỏng, mô hình CSV đơn giản sẽ được sử dụng, thay thế bằng điện trở phi tuyến có sẵn trong thư viện ATP/EMTP (mô hình MOV type 92) Khi sử dụng, cần khai báo quan hệ phi tuyến V-A của CSV phù hợp với cấp điện áp, và đường đặc tuyến V-A của CSV được khai báo trong chương trình ATP như Hình 2.32.
Bảng 2.1 Kết quả so sánh sai số điện áp dư ứng với các mô hình CSV và dạng xung dòng khác nhau [11]
Mụ hỡnh 8x20às - 10 kA 1x2às - 10 kA Điện áp [kV] Sai số Điện áp [kV] Sai số
Hình 2.32 Mô hình và đường đặc tính V-A của CSV sử dụng trong mô phỏng
2.2.3 Mô hình nguồn phát điện áp
Sử dụng phần mềm mô phỏng nguồn phát điện áp 110kV như hình 2.33:
Hình 2.33 Mô hình nguồn phát điện áp 2.2.4 Mô hình máy biến áp (MBA)
Trong mạng điện phân phối, thường có các loại MBA sau:
- MBA trung gian: Có chức năng kết nối lưới điện phân phối trung thế với lưới điện quốc gia điện áp 110kV hoặc 220kV (lưới điện truyền tải)
- MBA hạ áp: Được lắp đặt tại các nhánh rẽ trong mạng phân phối cung cấp nguồn hạ thế đến hộ tiêu dùng
Mô hình MBA cho nghiên cứu phân tích quá độ điện từ do sét được biểu diễn dưới dạng mạch điện với các thông số tần số như trong Hình 2.34 Điện dung giữa cuộn dây hạ áp với đất là C H0, cuộn dây cao áp với đất là C C0, và giữa cuộn dây hạ áp và cao áp là C CH Các giá trị điện dung này thường được cung cấp bởi các nhà sản xuất MBA hoặc xác định qua phương pháp đo lường trực tiếp Bảng 2.2 trình bày các trị số điện dung điển hình cho MBA có dung lượng từ 1 đến 75 MVA.
Hình 2.34 Mô hình MBA Bảng 2.2 Trị số điện dung ký sinh điển hình của MBA theo dung lượng [12]
Dung lượng MBA Điện dung (nF)
Nghiên cứu này tập trung vào việc mô phỏng sử dụng máy biến áp MBA 110/22kV, kết nối lưới truyền tải với lưới 22kV, và máy biến áp MBA 22/0,4kV, kết nối lưới trung thế với lưới hạ thế 0,4kV.
Hình 2.35 Mô hình máy biến áp sử dụng mô phỏng
- Kết cấu đường dây phân phối trên không 22kV như sau
Kích thước dây dây pha 22kV là 185mm 2
Chuỗi sứ, thanh xà ngang(thép)
- Dưới đây hướng dẫn sử dụng phần mềm ATPDraw mô phỏng đường dây 22kV như sau:
+ Bước 1: Từ màn hình chương trình ATP chọn mô hình đường dây PI từ thư viện thiết bị
+ Bước 2: Cài đặt thông số cho mô hình đường dây
2.2.6 Mô hình hệ thống nối đất
Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích hiện tượng quá điện áp do sét cảm ứng trong hệ thống điện phân phối Toàn bộ hệ thống nối đất của mạng điện được mô hình hóa bằng điện trở không đổi Qua quá trình mô phỏng, nghiên cứu sẽ đánh giá mức độ quá điện áp trên cách điện tại từng giá trị điện trở nối đất khác nhau.
Hình 2.36 Mô hình hệ thống nối đất sử dụng mô phỏng
