TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Theo các chuyên gia, mỗi giây trên toàn cầu có khoảng 100 lần sét đánh xuống mặt đất Sét không chỉ gây nguy hiểm cho con người mà còn có khả năng phá hủy tài sản, bao gồm các công trình xây dựng, cơ sở hạ tầng năng lượng, hoạt động hàng không, thiết bị điện, đài truyền thanh - truyền hình và hệ thống thông tin liên lạc.
Việt Nam, với khí hậu nhiệt đới ẩm, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát sinh và phát triển của dông sét Nước ta có số ngày dông khá lớn, với mức cực đại lên tới 113,7 ngày tại Đồng Phú và 433,18 giờ dông tại Mộc Hóa Cường độ sét mạnh nhất được ghi nhận đạt 90,67kA, theo số liệu từ Viện Nghiên Cứu Sét Gia Sàng Thái Nguyên.
Hàng năm, ngành điện Việt Nam ghi nhận hàng nghìn sự cố, trong đó 50% nguyên nhân do sét Một sự cố nghiêm trọng xảy ra vào ngày 4/6/2001 khi sét đánh nổ máy cắt 220 KV tại Nhà máy Thủy điện Hòa Bình, dẫn đến việc lưới điện miền Bắc bị tan rã mạch và nhiều nhà máy điện bị tách ra khỏi hệ thống.
Khi lắp đặt thiết bị điện vào lưới điện, cần chú ý đến điện áp định mức, nhưng thực tế có thể xảy ra quá điện áp tạm thời do nhiều nguyên nhân như chạm đất, thao tác đóng cắt, hoặc sét đánh Quá điện áp do sét là nguy hiểm nhất, có thể gây phóng điện và phá hủy thiết bị, ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống Để bảo vệ cách điện của thiết bị khỏi tác hại này, việc sử dụng mô hình chống sét van là cần thiết Nghiên cứu các phương pháp và thiết bị chống sét đánh trực tiếp hay lan truyền luôn quan trọng để lựa chọn thiết bị bảo vệ phù hợp, đặc biệt khi sử dụng nhiều thiết bị điện tử công suất nhạy cảm như thiết bị bù trơn, Scada, bộ UPS, bộ bù bằng Thyristor và bộ lọc sóng hài Do đó, việc tính toán và kiểm tra chính xác các thiết bị chống sét là rất cần thiết để tránh hư hỏng cho các thiết bị này.
Việc mô hình hóa và mô phỏng các thiết bị chống sét lan truyền trong các thiết bị điện tại Việt Nam vẫn còn thiếu sót, đặc biệt là ở các trường đại học lớn, nơi mà phần mềm mô phỏng và tài liệu tham khảo rất hạn chế Một trong những thách thức lớn trong việc mô phỏng các phần tử này là sự thiếu hụt mô hình, hoặc nếu có thì thường bị giữ bản quyền bởi các nhà sản xuất thiết bị chống sét lan truyền quốc tế, cũng như máy phát xung sét chuẩn.
Nghiên cứu về hiện tượng sét đánh lan truyền từ đường dây vào trạm biến áp và cảm ứng trên đường dây tải điện là rất quan trọng trong việc lựa chọn thiết bị bảo vệ thích hợp Để bảo vệ trạm biến áp khỏi sóng lan truyền, hệ thống điện cần sử dụng nhiều thiết bị chống sét van Tuy nhiên, do tính phi tuyến của thiết bị chống sét, việc đánh giá các phản ứng đầu ra đối với các dạng xung sóng sét gặp nhiều khó khăn theo phương pháp truyền thống Do đó, mô hình hóa và mô phỏng đáp ứng của các thiết bị này là phương pháp hiệu quả để thực hiện đánh giá một cách trực quan.
Hiện nay, nhiều nhà nghiên cứu và nhà sản xuất thiết bị chống sét lan truyền trên đường dây trung thế đã tiến hành nghiên cứu sâu và đề xuất các mô hình thiết bị với mức độ chi tiết và quan điểm khác nhau Tùy thuộc vào phạm vi ứng dụng và yêu cầu về độ tương đồng giữa mô hình và nguyên mẫu, các phương pháp xây dựng mô hình và mô phỏng các phần tử chống sét lan truyền vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu và phát triển Một trong những thách thức lớn trong việc xây dựng mô hình là xác định các thông số, vì thông tin trong catalogue của nhà chế tạo thường không đầy đủ.
Một số phần mềm mô phỏng hiện nay hỗ trợ xây dựng mô hình cho các thiết bị chống sét Tuy nhiên, các mô hình này thường chỉ phù hợp với sản phẩm của một nhà sản xuất cụ thể, không thể đại diện cho tất cả các thiết bị chống sét từ các nhà chế tạo khác nhau và ở các cấp điện áp khác nhau.
Đề tài "Xây dựng và đánh giá các mô hình chống sét van trung áp" nghiên cứu sâu về mô hình thiết bị chống sét van cấp trung thế dạng MOV, sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng Mục tiêu là tạo ra mô hình cho thiết bị chống sét van từ các thông số trong catalogue của nhà chế tạo, cung cấp công cụ mô phỏng hữu ích cho các nhà nghiên cứu, kỹ sư và sinh viên Do tính chất động của chống sét van, việc mô phỏng bằng điện trở phi tuyến tính gặp khó khăn, vì vậy các mô hình như IEEE và Pinceti được đề xuất để mô phỏng đặc tính động của chúng Để xác định các thông số chống sét van, một thuật toán mới được phát triển và so sánh giữa các mô hình IEEE, Pinceti và P-K.
NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI
- Nghiên cứu phối hợp cách điện, so sánh ƣu nhƣợc điểm của một số loại chống sét van
- Nghiên cứu cấu tạo và tính năng kỹ thuật của thiết bị chống sét van MOV
- Nghiên cứu các mô hình chống sét van MOV phụ thuộc tần số
- Cải tiến mô hình chống sét van trong Matlab
- Xác định các thông số chống sét bằng cách đƣa ra một thuật toán mới đã đƣợc đề xuất so sánh giữa các mô hình.
GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
- Nghiên cứu bảo vệ quá điện áp của chống sét van
- Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý làm việc của chống sét van MOV
- Nghiên cứu các mô hình chống sét van phụ thuộc tần số
- Mô hình hóa và mô phỏng chống sét van dạng MOV bằng Simulink trong Matlab
- Xác định các thông số của các mô hình
- Kiểm chứng, đánh giá độ chính xác của các mô hình.
CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH
- Nghiên cứu phần mềm hỗ trợ Matlab
- Nghiên cứu các tiêu chuẩn lựa chọn chống sét trên lưới trung thế
- Nghiên cứu cấu tạo thiết bị chống sét van kiểu biến trở ôxít kim loại (MOV)
- Thu thập tài liệu và nghiên cứu các mô hình chống sét dạng MOV
- Lập mô hình các phần tử của thiết bị chống sét dạng MOV
- Lập mô hình thiết bị phát xung sét tiêu chuẩn
TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI
- Nghiên cứu đặc tính đáp ứng động (hay phụ thuộc tần số) của chống sét van dùng trong nghiên cứu phối hợp cách điện
- Lập mô hình bộ chống sét van MOV đạt mức độ chính xác theo các thông số kỹ thuật của nhà sản xuất
- Đƣa ra thuật toán mới so sánh các mô hình chống sét van MOV.
TÍNH THỰC TIỄN
- Là một công cụ rất hữu ích để phân tích các thí nghiệm về sét đánh cảm ứng
- Là công cụ rất quan trọng trong việc xem xét phối hợp cách điện và nghiên cứu xung đầu dốc
Phần mềm Matlab, một công cụ phổ biến và dễ sử dụng, hỗ trợ hiệu quả cho việc nghiên cứu và giảng dạy trong lĩnh vực điện, mang lại lợi ích thiết thực cho giáo viên và sinh viên.
NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI
Chương 1: Các đặc tính kỹ thuật của chống sét van
Chương 2: Cấu tạo và nguyên lý làm việc của chống sét van MOV
Chương 3: Các mô hình chống sét van
Chương 4: Xây dựng các mô hình mô phỏng chống sét van MOV bằng Matlab
Chương 5: Mô phỏng so sánh các mô hình chống sét van trung áp của các nhà sản xuất
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Đề tài sử dụng các phương pháp sau:
Phương pháp nghiên cứu tài liệu đóng vai trò chủ đạo trong quá trình nghiên cứu Phương pháp này sử dụng các tài liệu có sẵn, bao gồm tài liệu trên internet và các bài báo khoa học, nhằm phục vụ cho đề tài nghiên cứu.
Phương pháp chuyên gia là một phương pháp hỗ trợ quan trọng, giúp thu thập ý kiến từ các giáo viên hướng dẫn, giảng viên và chuyên gia trong lĩnh vực chống sét Việc tham khảo ý kiến chuyên môn này không chỉ nâng cao chất lượng thông tin mà còn đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong quá trình áp dụng.
- Phương pháp mô hình hóa: Sử dụng phần mềm Matlab và mô phỏng chống sét van dưới tác dụng của các dạng xung sét không chu kỳ
Phương pháp tổng hợp là một phương pháp bổ trợ quan trọng, giúp tổng hợp ý kiến để đưa ra kết luận về các vấn đề đang được nghiên cứu Qua đó, phương pháp này không chỉ hoàn thiện nội dung mà còn đáp ứng yêu cầu của đề tài một cách hiệu quả.
CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA CHỐNG SÉT VAN
ĐẶT VẤN ĐỀ
Khi lắp đặt thiết bị điện, người ta thường dự kiến vận hành chúng ở một cấp điện áp nhất định, dựa trên điện áp định mức của lưới điện kết nối Tuy nhiên, trong quá trình hoạt động, có thể xảy ra hiện tượng quá điện áp tạm thời do nhiều nguyên nhân như sự cố chạm đất, thao tác không đúng hoặc sét đánh Trong số đó, quá điện áp do sét là nguy hiểm nhất vì nó có thể gây phóng điện, đánh thủng cách điện và làm hỏng thiết bị.
Ba yếu tố quan trọng trong việc bảo vệ quá áp bao gồm thiết kế tổng quan lưới điện, cấp độ cách điện xung cơ bản (BIL) của thiết bị như máy biến áp, bộ điều áp, và dàn tụ bù, cùng với thiết bị bảo vệ như chống sét van và dây chống sét.
Khả năng cách điện của hệ thống phụ thuộc vào các đặc tính kỹ thuật của các bộ phận như cực cách điện và dây dẫn, cùng với cấu trúc và khoảng cách trong thiết kế Hệ thống cách điện cần phải chịu được điện áp tần số nguồn liên tục trong nhiều năm và dưới nhiều điều kiện khí quyển Để đảm bảo tính ổn định lâu dài, lưới điện phải được thiết kế để chịu được điện áp cao hơn mức bình thường Tuy nhiên, việc thiết kế lưới điện có khả năng chịu điện áp cao trong trường hợp quá áp quá độ gặp khó khăn về mặt kinh tế.
Cấp cách điện của thiết bị phân phối được thiết kế để chịu điện áp cao hơn mức bình thường, tuy nhiên, phương pháp này chỉ hiệu quả đến một mức nhất định Sau đó, việc tăng cường cấp cách điện BIL sẽ trở nên không khả thi về mặt kinh tế do chi phí gia tăng.
Cấp bảo vệ quá áp cần được cải thiện bằng cách lắp đặt thiết bị bảo vệ để giới hạn điện áp mà thiết bị hoặc đoạn đường dây phải chịu Phương pháp này không chỉ giúp giảm cấp độ cách điện của thiết bị mà còn tạo ra một sơ đồ bảo vệ quá áp tiết kiệm hơn Các công ty Điện lực áp dụng nhiều thực tế khác nhau nhưng cần chú ý đến ba yếu tố cơ bản: phục vụ khách hàng, khả năng chịu đựng điện áp (đặc biệt là quá áp do sét) và yếu tố kinh tế.
Việc thiết kế một lưới điện không thể đảm bảo mọi quá điện áp đều dưới mức chịu đựng của cách điện, vì điều này sẽ làm tăng chi phí Do đó, trong quá trình thiết kế lưới điện và chọn thiết bị, cần hạn chế tối thiểu các tác hại từ quá áp bằng cách phối hợp giữa các quá áp dự kiến và khả năng chịu đựng của thiết bị Để đạt được điều này, cần thực hiện hai bước quan trọng.
- Thiết kế lưới điện thích hợp để có thể kiểm soát và hạn chế tối thiểu các quá áp
- Sử dụng các thiết bị bảo vệ quá áp
Tổng hợp hai bước trên được gọi là bảo vệ quá áp hay phối hợp cách điện
Khi quá áp vượt quá mức cho phép, nó có thể gây phóng điện đánh thủng cách điện của thiết bị Do đó, việc bảo vệ quá áp cần được thực hiện thông qua thiết kế phối hợp lưới điện và lắp đặt các thiết bị bảo vệ ở những vị trí chiến lược Mục tiêu chính là hạn chế quá áp, đồng thời tránh hoặc giảm thiểu hư hỏng cách điện Thiết kế phối hợp là yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.
- Hệ thống nối đất phải đảm bảo hiệu quả
- Dùng dây, kim thu sét
- Điều khiển góc thao tác các máy cắt
- Sử dụng các tụ điện xung
Các thiết bị bảo vệ bao gồm :
- Các loại van chống sét
Mục tiêu chính của các thiết bị bảo vệ quá áp trong hệ thống điện là ngăn chặn hư hỏng cách điện, đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định và tránh sự cố hư hỏng.
CÁC LOẠI CÁCH ĐIỆN
Cách điện thiết bị được phân thành hai loại chính: cách điện ngoài và cách điện trong Hiện nay, các vật liệu cách điện phổ biến được sử dụng trong thiết bị điện bao gồm:
- Cách điện ngoài: không khí, gốm, thủy tinh, chất rắn
- Cách điện trong: dầu, SF6, mica, chân không
Khi bị phóng điện, cách điện ngoài có khả năng tự phục hồi, trong khi cách điện trong thường bị hư hỏng nặng nề và có thể dẫn đến tổn thất vĩnh viễn cho thiết bị Do đó, cần có các phương pháp bảo vệ quá áp khác nhau cho cả hai loại cách điện Đối với cách điện ngoài, mục tiêu là giảm thiểu số lượng phóng điện trong giới hạn kinh tế, dẫn đến việc phát triển nhiều phương pháp tinh vi cân nhắc giữa độ tin cậy và chi phí Các phương pháp xác suất thống kê thường được sử dụng do sự ảnh hưởng của các yếu tố ngoại lai như cường độ chống sét và đặc tính đất Ngược lại, bảo vệ cách điện trong tập trung vào việc thiết kế để ngăn chặn hoàn toàn phóng điện Tuy nhiên, cách điện trong và ngoài không phải lúc nào cũng tách biệt rõ ràng trong một thiết bị điện, ví dụ như máy biến áp có dây quấn ngâm trong dầu và các đầu cực tiếp xúc với không khí qua sứ xuyên.
Khi đánh giá khả năng chịu đựng của thiết bị, cần lưu ý rằng không thể xác định điện môi nào sẽ bị phóng điện trước Mặc dù đây là một yếu tố quan trọng trong quá trình thiết kế, nhưng cần đặt câu hỏi về điện áp mà các phần tử cách điện của thiết bị sẽ chịu đựng trước khi xảy ra hiện tượng phóng điện.
KHÁI NIỆM VỀ SÉT
Hầu hết nguyên nhân gây ra quá áp có tính chất tạm thời, kéo dài từ vài microgiây đến vài chu kỳ, xuất phát từ cả hệ thống và bên ngoài Nguồn bên ngoài chủ yếu là dông sét, một hiện tượng khó dự đoán, gây áp lực lớn lên các hệ thống điện Trong khi đó, các nguyên nhân bên trong như thao tác đóng cắt mạch điện và sự cố pha đất cũng góp phần gây ra quá áp, nhưng thường ít nghiêm trọng hơn Đặc biệt, việc đóng cắt cụm tụ điện là một nguồn phổ biến, nhưng không gây áp lực cho thiết bị như dông sét Vì vậy, dông sét vẫn được xem là nguyên nhân chính gây ra quá áp có nguy cơ cao cho hệ thống.
Dông sét là nguyên nhân chính gây ra quá áp có hại trên lưới phân phối điện, có thể xuất hiện do sét đánh trực tiếp hoặc do hiện tượng cảm ứng Xung điện áp tạo ra từ dông sét có thể dao động từ mức tương đối nhỏ đến lớn gấp nhiều lần điện áp pha đất bình thường, tùy thuộc vào khả năng cách điện của hệ thống.
Khi sét đánh vào đường dây, một khu vực rộng lớn xung quanh vị trí sét sẽ bị ảnh hưởng do điện áp vượt quá mức cách điện của đường dây Hồ quang của dòng sét sẽ ngay lập tức chạy xuống đất, trong khi các sóng điện sét cảm ứng lan truyền dọc theo đường dây Những sóng này bao gồm hai thành phần chính: điện áp và dòng điện, với biên độ điện áp bằng biên độ dòng điện nhân với trở kháng sóng của đường dây Giá trị này thường nhỏ hơn điện áp phóng điện hồ quang của hệ thống cách điện Các xung điện này di chuyển trên đường dây với tốc độ ánh sáng.
Hiểu rõ các đặc tính của sét giúp nâng cao hiệu quả lắp đặt thiết bị bảo vệ Các nhà khoa học đã nghiên cứu và phân loại các xung sét dựa vào kích thước và phạm vi của xung quá điện áp Một xung sét điển hình có đỉnh sóng rất dốc, với điện áp tăng nhanh chóng, lên tới hàng triệu vôn trong một giây Đáng chú ý, 15% các đỉnh sét xảy ra trong khoảng thời gian dưới 1 microgiây Sau đỉnh sóng, xung sét sẽ có một đuôi sóng ngắn, với thời gian giảm xuống còn một nửa giá trị điện áp đỉnh diễn ra trong khoảng thời gian ngắn.
Sét có điện áp cực kỳ lớn, nhưng dòng điện sét được đo lường dựa trên tác động của nó lên các thiết bị Các thiết bị nhạy cảm với sét như MOV cho phép dòng sét chạy qua Chống sét van MOV hoạt động bằng cách sử dụng vật dẫn điện có điện trở rất thấp trong thời gian xảy ra sét Các đặc tính chính của bảo vệ chống sét được thể hiện qua dòng xung phóng điện.
Nhiều thiết bị khoa học hiện đại đã được sử dụng để đo lường dòng sét, cho thấy giá trị dòng điện có thể dao động từ 1000A đến 200kA, điều này chứng tỏ mức độ khó đoán của biên độ sét Nghiên cứu cho thấy dòng điện chạy qua chống sét van MOV chỉ chiếm khoảng 1/10 tổng giá trị dòng điện sét, tuy nhiên, khoảng 5% số sét trên lưới điện phân phối vượt quá 10kA Đặc biệt, dòng điện sét chạy qua chống sét van MOV phân phối thường lớn hơn dòng chạy qua chống sét van trong trạm, do chúng được lắp đặt trên đường dây và ít được che chắn hơn.
THIẾT BỊ CHỐNG SÉT VAN
Chống sét van là thiết bị bảo vệ quá áp, được định nghĩa bởi ANSI là “Thiết bị bảo vệ để hạn chế điện áp trên thiết bị điện bằng cách phóng hay dẫn dòng điện xung theo mạch phân dòng.” Để đảm bảo hiệu quả, dòng điện chạy qua chống sét van cần được ngắt nhanh chóng nhằm tránh tác động nhầm của máy cắt trong trường hợp xảy ra sự cố chạm đất, giúp hệ thống trở về chế độ bình thường.
Theo tiêu chuẩn ANSI, chống sét van được phân loại thành ba loại chính: cấp phân phối, cấp trung gian và cấp dùng cho trạm Sự khác biệt giữa các loại này được xác định bởi điện áp định mức, đặc tính bảo vệ và khả năng chịu áp lực cũng như khả năng chịu đựng dòng ngắn mạch.
1 Chống sét van phân phối (Distribution class) đƣợc sử dụng phổ biến nhất, xác định bởi tiêu chuẩn là chống sét có định mức từ 1kV đến 30kV So với các cấp khác, chống sét van cấp phân phối có điện áp dƣ cao nhất (do đó gây nên điện áp cao đặt lên thiết bị) tương ứng với một xung đầu vào cho trước Không có yêu cầu về bộ an toàn áp lực (pressure relief)
2 Chống sét van trung gian (Intermediated class) đƣợc xác định có điện áp định mức từ 3kV đến 120kV Loại chống sét van này có đặc tính bảo vệ tốt hơn chống sét van cấp phân phối Tính năng an toàn áp lực thực sự rất cần thiết dù rằng vài loại chống sét van trung gian đặc biệt dùng bảo vệ hệ thống cáp ngầm không có thiết bị an toàn áp lực
3 Chống sét van dùng cho trạm (Station class) có điện áp dƣ nhỏ nhất (do đó điện áp đặt trên thiết bị khi xảy ra phóng điện sẽ thấp) và nhƣ thế sẽ cung cấp mức bảo vệ cao nhất Theo tiêu chuẩn, loại này có định mức từ 3kV đến 648kV và phải có tính năng an toàn áp lực Đối với chống sét van dùng để ngăn ngừa không cho điện áp tăng lên quá cao ở các thiết bị được bảo vệ, đương nhiên đặc tính kỹ thuật phải phối hợp với mức chịu đựng xung cơ bản BIL (Basic Impulse Level) của thiết bị đó Nghĩa là quy trình chọn chống sét van phải tính đến khả năng chịu quá áp của thiết bị, và đảm bảo cho chống sét van hoạt động tốt trong giới hạn cách điện của thiết bị
Hình 1.1: Chức năng phối hợp cách điện của chống sét van 1.5 ƢU NHƢỢC ĐIỂM CỦA CÁC LOẠI CHỐNG SÉT
Bảo vệ quá áp trong hệ thống điện đã được phát triển từ cuối thế kỷ 19, nhằm ngăn chặn hư hỏng do sét đánh vào các đường dây trên không Các thiết bị bảo vệ, như chống sét, đã không ngừng được cải tiến về thiết kế, công nghệ và định mức làm việc để nâng cao hiệu quả bảo vệ.
Sau đây là một vài mốc thời gian trong quá trình phát triển công nghệ chế tạo chống sét :
- 1909 : Khe hở phóng điện (Spark air gap arrester)
- Thập niên 1920 : Chống sét ống (Expulsion gas arrester)
- Thập niên 1930 : Chống sét van Cacbua-Silic (SiC)
- Thập niên 1960 : Chống sét SiC có khe hở kèm điện trở (Resistance graded gapped silicon carbide)
- Thập niên 1970 : Chống sét không khe hở Oxit Kim loại (Gapless metal oxide varistor MOV)
- Thập niên 1980 : Chống sét MOV vỏ bọc polymer cho lưới phân phối
ƢU NHƢỢC ĐIỂM CỦA CÁC LOẠI CHỐNG SÉT
Bảo vệ quá áp là hình thức đầu tiên sử dụng khe hở phóng điện, cho phép điện áp tăng đến mức cần thiết để phóng điện qua khe hở giữa hai điện cực Kích cỡ của khe hở cần được xác định sao cho phóng điện xảy ra trước khi xảy ra phóng điện đường dây Ưu điểm của phương pháp này là đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.
- Là phương tiện kiểm soát phóng điện bề mặt và tạo đường dẫn dòng sét xuống đất
Mức phóng điện biến đổi theo điều kiện môi trường xung quanh, và sau mỗi lần phóng điện, điện cực sẽ bị ăn mòn, dẫn đến sự thay đổi khoảng cách phóng điện.
Khi một khe hở phóng điện xảy ra do quá áp, hồ quang điện sẽ hình thành và tồn tại cho đến khi được cắt bởi các thiết bị bảo vệ lưới điện Hiện tượng này gây ra sự cố pha – đất trong lưới trung tính được nối đất trực tiếp, dẫn đến việc ngừng cung cấp điện.
Khe hở trong thiết bị tạo ra sóng xung, làm tăng khả năng phát sinh sóng xung gần các cực của thiết bị được bảo vệ Điều này đặc biệt quan trọng khi xem xét cách điện phía cao áp của các thiết bị có dây quấn như máy biến áp và cuộn kháng.
Để hạn chế nguy cơ hồ quang lây lan từ pha này sang pha khác, việc bố trí các khe hở phóng điện cho mỗi pha cần được lựa chọn một cách hợp lý Điều này nhằm ngăn chặn biến hư hỏng của một pha thành hư hỏng của cả ba pha.
Chống sét ống lần đầu được áp dụng vào năm 1920, ban đầu chủ yếu cho các đường dây truyền tải và máy biến áp Sau đó, công nghệ này đã được điều chỉnh và sử dụng rộng rãi hơn cho đường dây phân phối và máy biến áp.
Chống sét ống được cấu tạo từ một ống có hai cực ở hai đầu, tạo ra khe hở cho xung phóng điện, với mức chịu xung thấp hơn so với cách điện được bảo vệ Bên ngoài có khe hở nối tiếp với khe hở trong, khe hở ngoài giúp cách ly với đất, trong khi khe hở trong dùng để cắt khi điện áp vượt mức quy định Cả hai khe hở đều bị phóng điện, và khi dòng xung chạy xuống đất, nó gây ra ion hóa và phát sinh khí Khi dòng điện theo tần số công nghiệp, khí sẽ gia tăng áp suất, dẫn đến hiện tượng hồ quang phóng ra ngoài.
- Chống sét có thể cắt dòng theo sau tần số công nghiệp mà không cần dùng thêm cầu chì
Chống sét có khả năng hạn chế dòng ngắn mạch tối đa khoảng 3000A, nhưng tuổi thọ của thiết bị này thường ngắn do dòng điện sau mỗi lần tác động gây ăn mòn ống.
Độ kín chống sét của ống không tốt, dẫn đến việc đặc tính của nó bị biến đổi do ảnh hưởng của hơi nước và các yếu tố môi trường khác.
Với các tính năng hạn chế nhƣ trên cả khe hở phóng điện và chống sét ống ngày nay rất ít đƣợc sử dụng
Chống sét SiC, lần đầu tiên được sản xuất vào năm 1908, đã trải qua sự cải tiến đáng kể vào năm 1930 với mục tiêu bảo vệ các máy biến áp lớn khỏi sét Thiết bị này sử dụng một khe hở phóng điện để xác định điện áp phóng và kết hợp với một phần tử van nhằm dập tắt dòng điện Phần tử van được chế tạo từ vật liệu có điện trở phi tuyến, cụ thể là Silicon carbide, và cả khe hở lẫn phần tử van đều được bọc kín trong một vỏ sứ bảo vệ.
Ban đầu, các thiết bị chống sét sử dụng khe hở phóng điện bên ngoài Tuy nhiên, để cải thiện việc kiểm soát các đặc tính phóng điện, khe hở đã được chuyển vào bên trong vỏ.
1.5.3.1 Cấu trúc của đĩa van SiC Đĩa SiC đƣợc cấu tạo bằng cách pha trộn các tinh thể SiC với một vật liệu cách điện và đƣợc nén thành đĩa van SiC
Tính phi tuyến của đĩa SiC được giải thích qua sự hấp thu nhiệt của các liên kết giữa các tinh thể Khi dòng xung có năng lượng lớn đi qua, các hạt SiC nhanh chóng nóng lên, dẫn đến giảm điện trở và cho phép dòng xung chạy qua dễ dàng với thay đổi điện áp nhỏ Sau khi dòng xung đi qua, các liên kết nguội nhanh và điện trở của đĩa tăng vọt, hạn chế dòng điện theo tần số công nghiệp ở mức vài trăm Ampe, đủ để các khe hở cắt dòng điện này.
1.5.3.2 Cấu trúc của khe hở
Các đĩa SiC được thiết kế với cấu trúc khe hở nối tiếp, giúp chống sét và giải trừ dòng điện theo sau Cấu trúc khe hở là yếu tố cần thiết trong thiết kế van chống sét SiC, nếu thiếu, dòng điện theo sau với tần số công nghiệp có thể không được giải trừ, dẫn đến việc đĩa SiC bị đốt nóng và hư hỏng.
Các chức năng của khe hở là:
Trong quá trình vận hành ở chế độ xác lập, cấu trúc khe hở phải chịu đựng 100% điện áp pha – đất mà không xảy ra phóng điện Điều này đảm bảo rằng thiết bị có thể hoạt động ổn định dưới điện áp vận hành bình thường.
- Phóng điện ở mức yêu cầu để dẫn dòng chạy qua đĩa van SiC xuống đất
- Trở lại điện áp của lưới sau khi sự phóng điện chấm dứt
1.5.3.3 Thiết kế khe hở kèm theo điện trở
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CHỐNG SÉT VAN
CẤU TẠO CƠ BẢN MOV
MOV (Metal Oxide Varistor) là thiết bị phi tuyến hoạt động như hai diode đấu ngược, với đặc tính đối xứng và vùng đánh thủng dốc, cho phép khử xung quá độ hiệu quả Trong điều kiện bình thường, MOV có trở kháng cao gần như hở mạch, nhưng khi xuất hiện xung đột biến quá áp, nó nhanh chóng chuyển thành đường dẫn có trở kháng thấp để triệt tiêu xung Nhờ khả năng hấp thu năng lượng xung quá độ, MOV bảo vệ các thành phần trong mạch khỏi hư hại.
Biến trở chủ yếu được cấu tạo từ ZnO, kèm theo một lượng nhỏ bismuth, cobalt, mangan và các ôxít kim loại khác Cấu trúc của biến trở bao gồm ma trận hạt dẫn ZnO, được kết nối qua các biên hạt để tạo ra đặc tính tiếp giáp P-N của chất bán dẫn Những biên này là nguyên nhân khiến biến trở không dẫn điện ở điện áp thấp, đồng thời hoạt động như một nguồn dẫn phi tuyến khi điện áp cao.
Hình 2.1:Cấu trúc của biến trở và đặc tính V-I
MOV được chế tạo từ ZnO, trong đó mỗi hạt ZnO hoạt động như tiếp giáp bán dẫn tại vùng biên của các hạt Hình ảnh vi cấu trúc của ceramic cho thấy các biên hạt ZnO, nơi xảy ra hành vi phi tuyến về điện Biến trở được coi là một thiết bị nhiều tiếp giáp, hình thành từ các liên kết nối tiếp và song song tại biên hạt Hành vi điện của thiết bị có thể được phân tích chi tiết dựa trên vi cấu trúc, kích thước hạt và phân bố kích thước hạt, đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất điện.
Hình 2.2: Vi cấu trúc của ceramic
Hỗn hợp rắn ôxýt kẽm với ôxýt kim loại khác tạo ra ceramic đa tinh thể dưới điều kiện đặc biệt, và điện trở của chất này phụ thuộc vào điện áp, được gọi là hiệu ứng biến trở Hạt ôxýt kẽm có khả năng dẫn điện tốt (đường kính khoảng 15 – 100 μm), trong khi ôxýt kim loại khác có điện trở cao Tại các điểm tiếp xúc của ôxýt kẽm, hiện tượng “vi biến trở” xảy ra, tương tự như hai diode zener đối xứng với mức bảo vệ khoảng 3,5V Việc kết nối nối tiếp hoặc song song các vi biến trở giúp MOV có khả năng tải dòng điện cao hơn so với chất bán dẫn, hấp thụ nhiệt tốt và chịu đựng được dòng xung đột biến cao.
MOV được sản xuất bằng cách hình thành và tạo hạt ZnO dạng bột trong các thành phần ceramic Các hạt ZnO có kích thước trung bình là d, trong khi bề dày biến trở là
D, ở hai bề mặt khối MOV đƣợc áp chặt bằng hai phiến kim loại phẳng Hai phiến kim loại này lại đƣợc hàn chắc chắn với hai chân nối ra ngoài Điện áp của MOV được xác định bởi bề dày của MOV và kích thước của hạt ZnO Một đặc tính cơ bản của biến trở ZnO là điện áp rơi qua biên tiếp giáp giữa các hạt ZnO gần nhƣ là hằng số, và khoảng từ (2-3,5)V Mối liên hệ này đƣợc xác định nhƣ sau: Điện áp biến trở : V N = (3,5)n (2.1)
Và bề dày của biến trở: D = (n+1)d (V N d)/3,5 (2.2)
Trong đó, n đại diện cho số tiếp giáp trung bình giữa các hạt ZnO, d là kích thước trung bình của hạt, và V N là điện áp rơi trên MOV khi nó chuyển từ vùng dòng rò tuyến tính sang vùng không tuyến tính cao Điểm này được xác định trên đường đặc tính V-I với dòng điện 1mA (Hình 2.8).
Biên tiếp giáp hạt ZnO của vi cấu trúc là rất phức tạp Chúng gồm 3 vùng cấu trúc (Hình 2.3):
- Vùng I: biên có độ dày khoảng (100-1000) nm và đây là lớp giàu bột
- Vùng II: biên có độ mỏng khoảng (1-100) nm và đây là lớp giàu bột Bi 2 O 3
Vùng III có đặc điểm tiếp xúc trực tiếp với các hạt ZnO, đồng thời chứa Bi, Co và một lượng ion oxy xen giữa, với độ dày chỉ vài nanomet.
TÍNH NĂNG HOẠT ĐỘNG CỦA BIẾN TRỞ ZNO
Biến trở ZnO là một thiết bị phức tạp với nhiều thành phần, và hành vi điện của các ôxýt ceramic đa tinh thể phụ thuộc vào vi cấu trúc và quá trình xảy ra tại các biên tiếp giáp hạt ZnO Thành phần chủ yếu của biến trở là ZnO, chiếm từ 90% trở lên, trong khi phần còn lại bao gồm các ôxít kim loại khác Một hỗn hợp tiêu biểu có thể chứa 97mol- ZnO.
%ZnO, 1mol-% Sb 2 O 3 , 0,5mol-% mỗi Bi 2 O 3 ,CoO, MnO, và Cr 2 O 3
Quá trình chế tạo biến trở ZnO theo tiêu chuẩn kỹ thuật ceramic bao gồm việc trộn các thành phần thành hỗn hợp, sau đó xay thành bột và làm khô Bột được nén thành hình dạng mong muốn và vón cục ở nhiệt độ từ 1000-1400 độ C Hai phiến kim loại, thường là bạc, được sử dụng làm điện cực tiếp xúc với các hạt vón cục bên ngoài, sau đó được hàn chắc chắn với hai chân nối ra ngoài Cuối cùng, thiết bị được đóng gói bằng vật liệu tổng hợp và sản phẩm hoàn thành được kiểm tra để đảm bảo đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật.
Hình 2.4:Chống sét van trung thế của Ohio Brass
Hình 2.5:Mặt cắt cấu tạo của chống sét van
(Trích Datasheet Dyna Arester của Hãng Ohio Brass)
Cấu trúc của biến trở ôxít kim loại đa tinh thể tự nhiên làm cho hoạt động vật lý của nó phức tạp hơn so với chất bán dẫn thông thường Nguyên lý hoạt động của biến trở ZnO được giải thích qua hiện tượng điện tại vùng biên tiếp giáp của các hạt ôxýt kẽm, với lý thuyết ban đầu dựa trên hiện tượng xuyên hầm Cấu trúc cơ bản của biến trở ZnO hình thành từ quá trình tạo hạt ZnO, trong đó vi cấu trúc vùng gần biên có điện trở suất rất cao (ρ = 10^10 - 10^12 Ωcm), trong khi bên trong hạt có tính dẫn điện cao (ρ = (0,1-10) Ωcm) Điện trở suất giảm mạnh từ biên đến hạt trong khoảng cách 50-100 nm, tạo ra vùng hẹp tại biên hạt Sự tồn tại của vùng hẹp này, nơi thiếu hụt điện tử tự do, dẫn đến hình thành vùng nghèo điện tích không gian gần các biên tiếp giáp của các hạt ôxít kẽm, tương tự như tiếp giáp p-n của diode bán dẫn Điện dung của lớp tiếp giáp này phụ thuộc vào điện áp đặt vào theo biểu thức: sN q.
(2.3) Ở đây: V b là điện thế rào; V là điện áp đặt vào; q là điện tích điện tử; s là hằng số điện môi của chất bán dẫn; N là mật độ hạt dẫn
Mật độ hạt dẫn N của ZnO được xác định khoảng 2x10^17/cm^3, với các hạt dẫn trôi tự do trong các vùng hẹp, dẫn đến dòng điện rò Dòng rò này xuất hiện khi các hạt dẫn tự do di chuyển qua điện trường rào thấp, được kích hoạt bởi nhiệt độ tối thiểu là 25°C.
Hình 2.6 mô tả sơ đồ năng lượng của cấu trúc ZnO-biên tiếp giáp-ZnO, trong đó điện áp phân cực thuận VL nằm ở bên trái hạt và điện áp phân cực ngược VR ở bên phải Độ rộng vùng nghèo được xác định là XL và XR, với điện thế rào tương ứng là ΦL.
Điện thế phân cực tại gốc là o Khi điện áp phân cực tăng, điện thế rào giảm và điện thế tại điểm L giảm, dẫn đến sự gia tăng dẫn điện.
Hình 2.6 minh họa sơ đồ năng lượng tiếp giáp ZnO –biên –ZnO Độ lớn điện thế rào L của biến trở phụ thuộc vào điện áp, như thể hiện trong Hình 2.7 Sự giảm nhanh của điện thế rào ở điện áp cao đánh dấu sự khởi đầu của vùng dẫn phi tuyến.
Cơ chế vận chuyển trong vùng phi tuyến rất phức tạp và vẫn đang được nghiên cứu Tại vùng dẫn cao, điện trở giới hạn phụ thuộc vào tính dẫn điện của các hạt bán dẫn ZnO, với mật độ hạt dẫn khoảng 10^17 - 10^18 /cm^3 Điện trở suất của ZnO có giá trị dưới 0,3 Ωcm.
Hình 2.7: Quan hệ điện thế rào với điện áp đặt vào.
ĐẶC TÍNH V-I
Đặc tính V-I của MOV như hình 2.8, đặc tính V-I được biểu diễn bằng phương trình dạng hàm mũ (2.4):
I= KV > 1 (2.4) Ở đây: I là dòng qua biến trở; V là điện áp đặt lên biến trở; K là hệ số phụ thuộc vào loại biến trở; là hệ số phi tuyến
Nguyên lý bảo vệ của biến trở thể hiện qua điện áp phụ thuộc giá trị điện trở:
Theo Manfred Holzer và Willi Zapsky, đặc tính V/I của biến trở có thể được xấp xỉ bằng phương trình: log V = B1 + B2 log(I) + B3 e^(-log(I)) + B4 e^(log(I)), với I > 0.
Hình 2.8: Đặc tính V-I của MOV.
THỜI GIAN ĐÁP ỨNG
Biến trở hoạt động dựa trên cơ chế dẫn điện tương tự như các thiết bị bán dẫn khác, với sự dẫn điện diễn ra nhanh chóng trong khoảng thời gian tính bằng nano giây Hình ảnh dưới đây minh họa trường hợp có biến trở không đồng bộ với đường (1), cho thấy ảnh hưởng của điện áp kẹp xảy ra rất nhanh.
Tuy nhiên thời gian đáp ứng của MOV bị thay đổi do một số lý do:
Điện áp cảm ứng tại đầu dây nối đóng vai trò quan trọng trong việc gia tăng điện áp qua đầu cực của biến trở, đặc biệt trong các trường hợp xung dòng cao và độ dốc sườn trước lớn.
- Điện dung ký sinh của chính bản thân MOV
Trở kháng ngoài của mạch ảnh hưởng đến đáp ứng và điện áp kẹp của biến trở, đặc biệt là khi có sự thay đổi của dạng sóng dòng điện và độ vọt lố điện áp cực đại tại đầu cực của biến trở trong quá trình tăng dòng điện, như thể hiện trong Hình 2.10.
Hình 2.9:Đáp ứng của biến trở ZnO xung tốc độ cao
Hình 2.10 minh họa đáp ứng của biến trở, bao gồm đặc tính V-I của biến trở ZnO khi thời gian tăng xung dòng thay đổi Bên cạnh đó, điện áp kẹp cũng thay đổi tương ứng với đỉnh dòng xung 8/20µs.
CÁC MÔ HÌNH CHỐNG SÉT VAN
ĐẶT VẤN ĐỀ
Mô hình MOV được sử dụng để bảo vệ hệ thống điện trung và cao thế khỏi quá áp do sét hoặc xung đóng cắt Việc sử dụng các công cụ mô phỏng là cần thiết để nghiên cứu cách điện trên hệ thống Hiện tại, đã có một số mô hình chống sét van được đề xuất nhằm mô tả hành vi của chúng dưới các xung điện áp và dòng điện khác nhau Tuy nhiên, thách thức lớn nhất là xác định mô hình động cho các xung sét và các xung đầu sóng tăng nhanh.
Khi xây dựng mô hình mô phỏng, một trong những thách thức lớn là xác định các thông số từ dữ liệu của nhà sản xuất Mô hình MOV của IEEE được mô tả như hai điện trở phi tuyến kết hợp với bộ lọc R-L Các thành phần của bộ lọc này được xác định thông qua phương pháp lặp Giá trị ban đầu có thể được tính toán dựa trên điện áp dư và dữ liệu vật lý của chống sét van Tuy nhiên, quy trình xấp xỉ các thông số là một trở ngại, khi phương pháp lặp phải được áp dụng với nhiều phần tử khác nhau cho đến khi đạt yêu cầu.
Dựa trên mô hình chuẩn của IEEE, nhiều tác giả đã phát triển các mô hình khác như Pinceti, P-K, Ikmo Kim và W Schmidt Những mô hình này không chỉ cải tiến từ mô hình IEEE mà còn đề xuất các phương pháp xác định thông số đa dạng.
Hầu hết các tác giả phát triển thuật toán để xác định thông số mô hình với độ chính xác cao Tuy nhiên, trong một số trường hợp, việc tính toán và điều chỉnh các thông số này yêu cầu quy trình lặp lại, thí nghiệm thực tế, hoặc cần những thông số khó có thể lấy từ nhà sản xuất.
Mục đích của nghiên cứu này là so sánh các mô hình chống sét van để đánh giá hiệu quả của chúng trước sự gia tăng đột biến Kết quả cho thấy tất cả các mô hình đều có hiệu quả tương tự khi đối mặt với hiện tượng này Bài viết cũng đề cập đến những ưu điểm, nhược điểm và các lỗi liên quan đến việc sử dụng các mô hình chống sét van Đổi mới chính của nghiên cứu nằm ở việc so sánh kỹ thuật các mô hình với kết quả từ một nghiên cứu phối hợp cách điện ở điện áp 500 kV trong điều kiện dòng sét gia tăng nhanh chóng Dưới đây, bài viết sẽ phân tích một số mô hình chống sét van đã được đề xuất.
CÁC MÔ HÌNH ĐƢỢC ĐỀ NGHỊ
3.2.1 Mô hình truyền thống ATP
Trong chương trình ATP, thiết bị điện trở phi tuyến theo cấp số nhân là loại mô hình chống sét van phổ biến nhất, mặc dù có nhiều loại khác nhau Các đặc tính điện áp-dòng điện của thiết bị này được biểu diễn qua nhiều phần theo cấp số nhân, mỗi phần được xác định bởi phương trình (3.1).
Trong mô hình này, q đại diện cho số mũ, p là thừa số, và Vref là điện áp tham chiếu Giai đoạn đầu tiên cho thấy thiết bị hoạt động tuyến tính với tốc độ mô phỏng tăng Giai đoạn tiếp theo được xác định bởi các thông số p, q cùng với một mức điện áp tối thiểu Khi điện áp của chống sét van đạt đến mức tối thiểu đã xác định, thuật toán sẽ tìm phương pháp giải cho phương trình Số lượng mũ trong mô hình càng nhiều thì kết quả càng chính xác Mô phỏng cho thấy, trong trường hợp dòng sét mạnh, điện áp và dòng điện đỉnh xảy ra đồng thời, điều này cho thấy hiện tượng này là tần số phụ thuộc và không phù hợp để biểu diễn.
3.2.2 Mô hình đƣợc đề nghị bởi IEEE Đáp động rất quan trọng đối với các dạng sóng dòng điện có đỉnh trong phạm vi 8s hay nhanh hơn, dữ liệu về dạng sóng dòng đạt đỉnh nhanh tới 0,5s cũng đƣợc quan tâm Các số liệu ở thời gian s không nghiên cứu vì rất khó để thí nghiệm đo lường một cách tin cậy Đối với các dòng điện có thời gian đạt đỉnh từ 0,5s đến 4s hay thấp hơn, thì bất kỳ một điện cảm ký sinh trong mạch đo có thể cho kết quả đo có giá trị mà thực sự cũng xảy ra trong chống sét van Sai số này làm rõ thêm các hiệu ứng động đƣợc đề cập ở trên Các số liệu đo đạc đƣợc từ thí nghiệm cho thấy điện áp dƣ đối với bất kỳ biên độ dòng điện nào sẽ tăng lên xấp xỉ
6% khi thời gian đạt đỉnh của dòng điện giảm từ 8s đến 1,3s
Mô hình phụ thuộc tần số thể hiện đặc tính V-I phi tuyến của chống sét van thông qua hai điện trở phi tuyến A0 và A1.
Hình 3.1:Mô hình của IEEE
Hai phần tử điện trở phi tuyến được tách ra bởi bộ lọc R-L, với trở kháng nhỏ khi có xung đầu dốc thấp, dẫn đến A0 và A1 hoạt động như mắc song song Ngược lại, với xung đầu dốc cao, điện kháng lớn của bộ lọc cho phép dòng điện chạy qua A0 nhiều hơn A1, làm cho điện áp rơi trên A0 cao hơn A1 Kết quả là điện áp dư trên mô hình chống sét van sẽ cao hơn, phù hợp với tính chất của chống sét van MOV Mặc dù có thể tạo ra nhiều phiên bản của mô hình bằng cách thêm phần tử điện trở phi tuyến, mô hình hai phần tử vẫn cho kết quả chính xác nhất với số liệu thí nghiệm Bước tiếp theo là xác định các thông số của mô hình.
3.2.2.2 Xác định các thông số
Kết quả từ các số liệu thu thập cho thấy mô hình phụ thuộc tần số phản ánh chính xác các dòng điện với biên độ và thời gian đạt đỉnh khác nhau Tuy nhiên, thách thức đặt ra là lựa chọn đúng các thông số cho mô hình.
Dưới đây là các công thức lựa chọn thông số dựa trên chiều cao và số cột song song của các lớp MO Điện cảm L1 và điện trở R1 trong mô hình tạo thành bộ lọc giữa hai điện trở phi tuyến A0 và A1 Các công thức để xác định hai thông số này sẽ được trình bày chi tiết.
Chiều cao của chống sét van được ký hiệu là d (m), trong đó n là số cột MOV song song Điện cảm L0 đại diện cho điện cảm tương ứng với trường điện từ xung quanh chống sét van, trong khi điện trở R0 được sử dụng để ngăn chặn dao động số trong quá trình chạy mô hình trên máy tính Cuối cùng, điện dung C là điện dung giữa các cực đối.
(Trích Tài liệu tham khảo [1])
Các đặc tuyến V-I phi tuyến của A 0 và A 1 có thể nhận được từ các đường cong đơn vị
Hình 3.2: Đặc tuyến đơn vị của phần tử phi tuyến A 0 và A 1
Các thông số được chọn không phải lúc nào cũng mang lại kết quả chính xác trong quá trình hiệu chỉnh mô hình với dữ liệu phòng thí nghiệm Tuy nhiên, chúng là điểm khởi đầu tốt để tính toán các thông số cần thiết Kết quả thí nghiệm cho thấy L1 là thông số có ảnh hưởng lớn nhất đến đáp ứng của mô hình, trong khi các thông số khác có tác động ít hơn Do đó, có chương trình được đề xuất để lựa chọn thông số của mô hình phụ thuộc vào tần số.
1 Dùng công thức đƣợc cho ở trên để nhận giá trị đầu tiên của L 0 , R 0 , L 1 , R 1 ,
C và đặc tính phi tuyến của A0 và A 1
2 Hiệu chỉnh giá trị đơn vị trên đường cong đặc tính A0 và A 1 để cho kết quả thích hợp nhất đối với điện áp phóng được cho tương ứng dòng phóng điện xung đóng cắt (thời gian đạt đỉnh xấp xỉ 45s)
3 Hiệu chỉnh giá trị L 1 để cho biết kết quả khớp với điện áp dƣ cho bởi nhà chế tạo đối với các dòng phóng điện 8/20s
Các thông số cuối cùng nhận đƣợc sẽ cho kết quả phù hợp đối với các xung có thời gian đạt đỉnh trong phạm vi từ 0,5s đến 45s
Các thí nghiệm đã được thực hiện để đo điện áp phóng qua một chống sét van MOV khi có dòng điện phóng có biên độ từ 1kA đến 20kA và thời gian đạt đỉnh giảm từ 30μs xuống 2μs.
3.2.3 Mô hình đƣợc đề nghị bởi Pinceti
Là một mô hình đơn giản hóa cho chống sét van MOV đƣợc phát triển dựa trên mô hình phụ thuộc tần số đƣợc đề nghị bởi IEEE
3.2.3.1 Mô hình đƣợc đề nghị
Mô hình này, dựa trên mô hình IEEE, cho phép thu thập dễ dàng tất cả dữ liệu cần thiết từ datasheets mà không yêu cầu điều chỉnh lặp lại các thông số Hiệu suất của mô hình được đảm bảo chính xác (Meister và Oliveira, 2005a) Ngoài ra, điện dung đã được loại bỏ do ảnh hưởng đáng kể của nó, chỉ giữ lại các thông số điện Hai điện trở R0 và R1 mắc song song được thay thế bằng một điện trở R nhằm tránh sự bất ổn số học, như thể hiện trong Hình 3.3.
Hình3.3:Mô hình của Pinceti
Các đặc tính của điện trở phi tuyến A 0 và A 1 giống nhƣ của mô hình IEEE Các thông số L0 và L 1 của mô hình chống sét van đƣợc tính từ:
Trong đó : Vr là điện áp định mức của chống sét van;
V r1 /T 2 là điện áp dƣ cho dòng sét nhanh 10kA ở (1/T 2 );
V r8/20 là điện ỏp dƣ cho dũng sột 10kA với dạng súng 8/20às;
R= 1 MW để tránh bất ổn số học
(Trích Tài liệu tham khảo [16])
Phương pháp xác định các thông số của mô hình chống sét van MOV sử dụng dữ liệu từ nhà sản xuất, với cách tính đơn giản và không cần phương pháp lặp Đặc biệt, mô hình vẫn hoạt động hiệu quả ngay cả khi không có dữ liệu về điện áp dư Độ chính xác của mô hình sẽ được kiểm chứng thông qua việc xây dựng và mô phỏng bằng chương trình MATLAB.
Là một mô hình đơn giản hóa cho chống sét van MOV đƣợc phát triển dựa trên mô hình phụ thuộc tần số đƣợc đề nghị bởi IEEE
3.2.4.1 Mô hình đƣợc đề nghị
Trong mô hình này, cũng xuất phát từ mô hình IEEE, tất cả các dữ liệu cần thiết có thể dễ dàng thu thập trong datasheets nhƣ Hình 3.4:
Mô hình (P-K) được trình bày trong Hình 3.4, được thiết kế nhằm mô phỏng các đặc tính năng động của các dòng xả, bắt đầu từ thời điểm nhất định.
(0,5-8 ) μs Nhƣ trong Hình 3.4, giữa các điện trở phi tuyến tính kháng A 0 và A 1 chỉ có độ tự cảm L1, độ tự cảm được xác định theo phương trình (μH):
Trong đó : Vr là điện áp định mức của chống sét van;
V r1 /T 2 là điện áp dƣ cho dòng sét nhanh 10kA ở (1/T 2 );
V r8/20 là điện ỏp dƣ cho dũng sột 10kA với dạng súng 8/20às;
R= 1 MΩ dùng cài đặt giữa các thiết bị đầu cuối
(Trích Tài liệu tham khảo [16]) n r r T r V
