Đồ án Nghiên cứu và xây dựng mô hình chống sét van trong Matlab - Simulink để bảo vệ chống quá điện áp cho thiết bị điện

1. Lý do chọn đề tài Quá điện áp khí quyển và quá điện áp do các sự cố trong hệ thống điện có thể lớn hơn điện áp thí nghiệm xung của cách điện, dẫn đến gây chọc thủng cách điện, phá hoại thiết bị quan trọng như tụ bù dọc, kháng bù ngang và máy biến áp. Thiết bị CSV được sử dụng để bảo vệ các thiết bị nói trên với mục đích là luôn giới hạn điện áp trên các đầu cực thiết bị được bảo vệ ở dưới mức điện áp an toàn của thiết bị. Sự phát triển của HTĐ và yêu cầu chất lượng điện năng ngày càng cao, làm cho vấn đề bảo vệ chống quá điện áp cho các thiết bị điện được quan tâm từ lâu và ngày càng cao cùng với sự cần thiết của các thiết bị chống sét đến việc vận hành an toàn, tin cậy của hệ thống cung cấp điện. Nghiên cứu chống sét đánh lan truyền từ đường dây vào trạm biến áp hay cảm ứng trên đường dây tải điện cũng đóng một vai trò rất quan trọng trong việc lựa chọn thiết bị bảo vệ cho phù hợp. Để thực hiện bảo vệ chống sóng truyền vào trạm biến áp, trong hệ thống điện chúng ta dùng rất nhiều CSV, do thiết bị chống sét là thiết bị phi tuyến, cho nên việc đánh giá các đáp ứng ngõ ra ứng với các dạng xung sóng sét lan truyền từ đường dây vào trạm theo phương pháp truyền thống gặp nhiều khó khăn. Phương pháp hiệu quả để thực hiện việc đánh giá một cách trực quan là mô hình hóa và tiến hành mô phỏng đáp ứng của chúng. Hiện nay, nhiều nhà nghiên cứu và sản xuất thiết bị chống sét lan truyền trên đường dây đã đi sâu nghiên cứu và đề ra các mô hình thiết bị chống sét với mức độ chính xác cao, các quan điểm xây dựng mô hình cũng khác nhau. Mặt khác một số phần mềm mô phỏng cũng đã hổ trợ trong việc xây dựng mô hình các thiết bị chống sét. Tuy nhiên, do đặc điểm của phương pháp mô hình hóa và mô phỏng là có yêu cầu về mức độ chính xác, mức độ tương đồng cao giữa mô hình và nguyên mẫu của đối tượng, các phương pháp xây dựng mô hình và mô phỏng các phần tử chống sét lan truyển vẫn còn nhiều tranh cãi và được tiếp tục nghiên cứu để phát triễn Việc nghiên cứu lập mô hình và tiến hành mô phỏng thiết bị CSV dạng MOV, nhận tín hiệu xung không chu lỳ ngõ vào từ đó cho các đáp ứung ở ngõ ra gần như thực tế, qua đó cung cấp một công cụ mô phỏng hữu ích cho sinh viên trong việc nghiên cứu các hành vi và đáp ứng thiết bị CSV dưới tác dụng của xung sét. Đồng thời cũng làm công cụ để lựa chọn, kiểm chứng, phát triển và áp dụng mô hình. 2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu Đề tài đề xuất việc sử dụng mô hình CSV trong Matlab-Simulink để nghiên cứu sự làm việc của CSV bảo vệ cho các thiết bị điện, đồng thời đề xuất việc lựa chọn các thông số, số lượng của CSV cần đặt nhằm bảo vệ cho các thiết bị điện và cả CSV. Đồng thời đề tài cũng đề xuất việc mô hình hóa thiết bị CSV để phục vụ nghiên cứu bảo vệ máy điện khi có quá điện áp khí quyển. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của để tài là nghiên cứu cấu tạo, tính năng kỹ thuật, các mô hình mô tả các đặc tính làm việc, xây dựng mô hình mô phỏng và tiến hành mô phỏng đáp ứng của các loại chống sét van MOV, từ đó đánh giá chính xác, lựa chọn và phát triển mô hình, sử dụng vào trong việc nghiên cứu tác dụng bảo vệ và phối hợp cách điện cho TBA, tụ bù dọc, kháng bù ngang. 4. Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp mô hình hóa trong Matlab-Simulink và mô phỏng CSV dưới tác dụng của các dạng xung sét không chu kỳ. 5. Đặt tên đề tài Căn cứ vào mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu, đề tài được đặt tên: “NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH CHỐNG SÉT VAN TRONG MATLAB-SIMULINK ĐỂ BẢO VỆ CHỐNG QUÁ ĐIỆN ÁP CHO THIẾT BỊ ĐIỆN” 6. Bố cục của đề tài Đề tài gồm những nội dung chính sau: Chương 1: Cấu tạo, nguyên lý làm việc và tính năng kỹ thuật của chống sét van MOV Chương 2: Công cụ Matlab-Simulink trong mô phỏng hệ thống điện Chương 3: Mô phỏng quá trình hoạt động của CSV bảo vệ quá điện áp cho tụ bù dọc và kháng bù ngang. Chương 4: Xây dựng mô hình mô phỏng chống sét van MOV và áp dụng mô hình mô phỏng CSV bảo vệ trạm biến áp

doc76 trang | Chia sẻ: tuandn | Ngày: 22/05/2013 | Lượt xem: 2810 | Lượt tải: 8download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đồ án Nghiên cứu và xây dựng mô hình chống sét van trong Matlab - Simulink để bảo vệ chống quá điện áp cho thiết bị điện, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Quá điện áp khí quyển và quá điện áp do các sự cố trong hệ thống điện có thể lớn hơn điện áp thí nghiệm xung của cách điện, dẫn đến gây chọc thủng cách điện, phá hoại thiết bị quan trọng như tụ bù dọc, kháng bù ngang và máy biến áp. Thiết bị CSV được sử dụng để bảo vệ các thiết bị nói trên với mục đích là luôn giới hạn điện áp trên các đầu cực thiết bị được bảo vệ ở dưới mức điện áp an toàn của thiết bị. Sự phát triển của HTĐ và yêu cầu chất lượng điện năng ngày càng cao, làm cho vấn đề bảo vệ chống quá điện áp cho các thiết bị điện được quan tâm từ lâu và ngày càng cao cùng với sự cần thiết của các thiết bị chống sét đến việc vận hành an toàn, tin cậy của hệ thống cung cấp điện. Nghiên cứu chống sét đánh lan truyền từ đường dây vào trạm biến áp hay cảm ứng trên đường dây tải điện cũng đóng một vai trò rất quan trọng trong việc lựa chọn thiết bị bảo vệ cho phù hợp. Để thực hiện bảo vệ chống sóng truyền vào trạm biến áp, trong hệ thống điện chúng ta dùng rất nhiều CSV, do thiết bị chống sét là thiết bị phi tuyến, cho nên việc đánh giá các đáp ứng ngõ ra ứng với các dạng xung sóng sét lan truyền từ đường dây vào trạm theo phương pháp truyền thống gặp nhiều khó khăn. Phương pháp hiệu quả để thực hiện việc đánh giá một cách trực quan là mô hình hóa và tiến hành mô phỏng đáp ứng của chúng. Hiện nay, nhiều nhà nghiên cứu và sản xuất thiết bị chống sét lan truyền trên đường dây đã đi sâu nghiên cứu và đề ra các mô hình thiết bị chống sét với mức độ chính xác cao, các quan điểm xây dựng mô hình cũng khác nhau. Mặt khác một số phần mềm mô phỏng cũng đã hổ trợ trong việc xây dựng mô hình các thiết bị chống sét. Tuy nhiên, do đặc điểm của phương pháp mô hình hóa và mô phỏng là có yêu cầu về mức độ chính xác, mức độ tương đồng cao giữa mô hình và nguyên mẫu của đối tượng, các phương pháp xây dựng mô hình và mô phỏng các phần tử chống sét lan truyển vẫn còn nhiều tranh cãi và được tiếp tục nghiên cứu để phát triễn Việc nghiên cứu lập mô hình và tiến hành mô phỏng thiết bị CSV dạng MOV, nhận tín hiệu xung không chu lỳ ngõ vào từ đó cho các đáp ứung ở ngõ ra gần như thực tế, qua đó cung cấp một công cụ mô phỏng hữu ích cho sinh viên trong việc nghiên cứu các hành vi và đáp ứng thiết bị CSV dưới tác dụng của xung sét. Đồng thời cũng làm công cụ để lựa chọn, kiểm chứng, phát triển và áp dụng mô hình. 2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu Đề tài đề xuất việc sử dụng mô hình CSV trong Matlab-Simulink để nghiên cứu sự làm việc của CSV bảo vệ cho các thiết bị điện, đồng thời đề xuất việc lựa chọn các thông số, số lượng của CSV cần đặt nhằm bảo vệ cho các thiết bị điện và cả CSV. Đồng thời đề tài cũng đề xuất việc mô hình hóa thiết bị CSV để phục vụ nghiên cứu bảo vệ máy điện khi có quá điện áp khí quyển. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của để tài là nghiên cứu cấu tạo, tính năng kỹ thuật, các mô hình mô tả các đặc tính làm việc, xây dựng mô hình mô phỏng và tiến hành mô phỏng đáp ứng của các loại chống sét van MOV, từ đó đánh giá chính xác, lựa chọn và phát triển mô hình, sử dụng vào trong việc nghiên cứu tác dụng bảo vệ và phối hợp cách điện cho TBA, tụ bù dọc, kháng bù ngang. 4. Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp mô hình hóa trong Matlab-Simulink và mô phỏng CSV dưới tác dụng của các dạng xung sét không chu kỳ. 5. Đặt tên đề tài Căn cứ vào mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu, đề tài được đặt tên: “NGHIÊN CỨU VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH CHỐNG SÉT VAN TRONG MATLAB-SIMULINK ĐỂ BẢO VỆ CHỐNG QUÁ ĐIỆN ÁP CHO THIẾT BỊ ĐIỆN” 6. Bố cục của đề tài Đề tài gồm những nội dung chính sau: Chương 1: Cấu tạo, nguyên lý làm việc và tính năng kỹ thuật của chống sét van MOV Chương 2: Công cụ Matlab-Simulink trong mô phỏng hệ thống điện Chương 3: Mô phỏng quá trình hoạt động của CSV bảo vệ quá điện áp cho tụ bù dọc và kháng bù ngang. Chương 4: Xây dựng mô hình mô phỏng chống sét van MOV và áp dụng mô hình mô phỏng CSV bảo vệ trạm biến áp CHƯƠNG 1 CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC VÀ TÍNH NĂNG KỸ THUẬT CỦA CHỐNG SÉT VAN MOV 1.1. Cấu tạo CSV dạng MOV là thiết bị có điện trở phi tuyến, phụ thuộc vào điện áp đặt vào mà hành vi về điện giống như 2 diode đấu ngược lại (back-to-back). Với đặc tính đối xứng, đặc tính vùng đánh thủng rất dốc cho phép MOV có tính năng khử xung quá độ đột biến hoàn hảo hình 1.1. Trong điều kiện bình thường biến trở là thành phần có trở kháng cao gần như hở mạch. Khi xuất hiện xung đột biến quá áp cao, MOV sẽ nhanh chóng trở thành đường dẫn trở kháng thấp để triệt xung đột biến. Phần lớn năng lượng xung quá độ được hấp thụ bởi MOV cho nên các thành phần trong mạch được bảo vệ tránh hư hại. Hình 2.1 Cấu trúc của biến trở và đặc tính V-I Thành phần cơ bản của biến trở là ZnO với thêm một lượng nhỏ bismuth, cobalt, manganses và các ôxit kim loại khác. Cấu trúc của biến trở bao gồm một ma trận hạt dẫn ZnO nối qua biên hạt cho đặc tính tiếp giáp P-N của chất bán dẫn. Các biên này là nguyên nhân làm cho biến trở không dẫn ở điện áp thấp và là nguồn dẫn phi tuyến khi điện áp cao. Mỗi một hạt ZnO của ceramic hoạt động như tiếp giáp bán dẫn tại vùng biên của hạt. Các biên hạt ZnO có thể quan sát được qua hình ảnh vi cấu trúc của ceramic như hình 1.2. Hành vi phi tuyến về điện xảy ra tại biên tiếp giáp của hạt bán dẫn ZnO, biến trở có thể xem như là một thiết bị nhiều tiếp giáp tạo ra từ nhiều liên kết nối nối tiếp và song song của biên hạt. Hoạt động của thiết bị có thể phân tích chi tiết từ vi cấu trúc của ceramic, kích thước hạt và phân bổ kích thước hạt đóng vai trò chính trong hành vi về điện . Hình 1.2. Vi cấu trúc của MOV Hỗn hợp rắn ôxit kẽm với ôxyt kim loại khác dưới điều kiện đặc biệt tạo nên ceramic đa tinh thể, điện trở của chất này phụ thuộc vào điện áp. Hiện tượng này gọi là hiệu ứng biến trở. Bản thân hạt ôxyt kẽm dẫn điện rất tốt (đường kính hạt khoảng 15-100 mm), trong khi các ôxyt kim loại khác bao bên ngoài có điện trở rất cao. Chỉ tại các điểm ôxyt kẽm gặp nhau tạo nên “vi biến trở”, tựa như hai diode zener đối xứng, với mức bảo vệ khoảng 3,5V. Chúng có thể nối nối tiếp hoặc song song. Việc nối nối tiếp hoặc song song các vi biến trở làm cho MOV có khả năng tải được dòng điện cao hơn so với các chất bán dẫn, hấp thu nhiệt tốt và có khả năng chịu được dòng xung đột biến tăng cao. MOV được chế tạo từ việc hình thành và tạo hạt ZnO dạng bột vào trong thành phần ceramic. Các hạt ZnO có kích thước trung bình là d, bề dày biến trở là D, ở hai bề mặt khối MOV được áp chặt bằng hai phiến kim loại phẳng. Hai phiến kim loại này lại dược hàn chắc chắn với hai chân nối ra ngoài (hình 2.3). Hình 1.3 Vi cấu trúc của MOV Điện áp của MOV được xác định bởi bề dày của MOV và kích thước cả hạt ZnO. Một đặc tính cơ bản của biến trở ZnO là điện áp rơi qua biên tiếp giáp giữa các hạt ZnO gần như là hằng số, khoảng từ (2-3,5V). Mối liên hệ này được xác định như sau: Điện áp biến trở: VN = 3,5.n (1.1) Bề dày của biến trở: (1.2) Trong đó: n là số tiếp giáp trung bình giữa các hạt ZnO d là kích thước trung bình của hạt VN là điện áp rơi trên MOV khi chuyển hoàn toàn từ vùng dòng rò tuyến tính sang vùng không tuyến tính cao, tại điểm trên vùng đặc tính V-I với dòng điện 1mA. Biên tiếp giáp hạt ZnO của vi cấu trúc là rất phức tạp. Chúng gồm 3 vùng cấu trúc (hình 2.4): Vùng I: Biên có độ dày khoảng (100-1000 nm) và đây là lớp giàu bột Bi2O3. Vùng II: Biên có độ mỏng khoảng (1-200 nm) và đây là lớp giàu bột Bi2O3. Vùng III: Biên này có đặc tính là tiếp xúc trực tiếp với các hạt ZnO. Ngoài ra Bi, Co và một lượng các ion ôxy cũng tìm thấy xen giữa biên này với độ dày vài nanomet. Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc của lớp biên tiếp giáp biến trở ZnO 1.2. Tính năng hoạt động của biến trở ZnO Biến trở ZnO là rất phức tạp, nhiều thành phần, hành vi về điện các ôxyt ceramic đa tinh thể tùy vào vi cấu trúc của thiết bị này và chi tiết quá trình xảy ra tại các biên tiếp hạt ZnO. Thành phần chính của biến trở là ZnO chiếm 90% hoặc hơn nữa, còn lại là các ôxyt kim loại khác. Một hỗn hợp tiêu biểu như sau: 97mol-%ZnO, 1mol-%Sb2O3, 0,5mol-% mỗi Bi2O3, Cô, MnO, Cr2O3. Quá trình chế tạo biến trở ZnO theo tiêu chuẩn kỹ thuật ceramic. Các thành phần được trộn thành hỗn hợp và xay thành bột. Hỗn hợp bột được làm khô và nén thành hình dạng mong muốn. Sau đó các viên được vón cục ở nhiệt độ cao,cụ thể là từ 1000-14000C. Hai phiến kim loaị thường là bằng bạc tiếp xúc với các hạt được vón cục bên ngoài làm điện cực và được hàn chắc chắn với hai chân nối ra ngoài, thiết bị được đóng gói bằng vật liệu trùng hợp. Sản phẩm được hoàn thành sau cùng được kiểm tra đáp ứng các tính năng yêu cầu kỹ thuật. Quá trình được diễn tả theo lưu đồ hình 2.5. Giá trị tiêu biểu kích thước biến trở ôxyt kim loại được cho bảng 2.1: Điện áp biến trở (V rms) D( µm ) N (hạt) Điện trường V/mm tại 1mA Bề dày của MOV(mm) 150 20 75 150 1,5 25 80 12 39 1,0 Bảng 2.1. Kích thước biến trở Đường kính đĩa danh định bảng 2.2. Đường kính đĩa danh định -mm 3 5 7 10 14 20 32 34 40 62 Bảng 2.2. Đường kính danh định Lưu đồ chế tạo MOV hình 2.5 Hình 2.5.Lưu đồ chế tạo biến trở ZnO Cấu trúc biến trở oxyt kim loại là đa tinh thể tự nhiên nên hoạt động vật lý là phức tạp hơn chất bán dẫn thông thường. Giải thích nguyên lý hoạt động của biến trở ZnO dựa trên sự hiểu biết về hiện tượng điện xảy ra ở vùng biên tiếp giáp của các hạt ôxyt kẽm, một vài lý thuyết ban đầu đã giải thích dựa trên cơ sở của hiện tượng xuyên hầm. Tuy nhiên, có thể diễn tả bằng sự sắp xếp các diode bán dẫn nối tiếp-song song (hình 2.1). Cấu trúc cơ bản của khối biến trở ZnO là kết quả tạo hạt ZnO. Trong suốt quá trình xử lý, sự biến đổi các thành phần hóa học làm cho vi cấu trúc vùng gần biên tiếp giáp hạt ZnO có điện trở suất rất cao ( r=1010 -1012Wcm ), bên trong các hạt tính dẫn điện rất cao( r=0.1-10Wcm ). Điện trở suất giảm mạnh từ biên đến hạt khoảng 50-100nm, vùng này được biết như là vùng hẹp. Vì vậy, tại một biên hạt có sự tồn tại vùng hẹp cả hai phía đến các hạt kế cận. Hoạt động của biến trở chính là do sự có mặt của vùng hẹp này. Bởi vì vùng này thiếu hụt các điện tử tự do, trong hạt ôxyt kẽm tại miền gần các biên tiếp giáp của các hạt. Điều này giống như ở tiếp giáp p-n của diode bán dẫn và điện dung của lớp tiếp giáp này phụ thuộc vào lớp tiếp giáp theo biểu thức : (1.3) Vb: điện thế rào V: điện áp đặt vào q: điện tích điện tử e : hằng số điện môi của chất bán dẫn N: mật độ hạt dẫn được xác định khoảng 2x1017/cm3 Dòng rò được gây ra do các hạt dẫn trôi tự do qua điện trường rào thấp và được kích hoạt bởi nhiệt độ ít nhất là trên 250C. Trên hình 1.6, sơ đồ năng lượng của ZnO- biên tiếp giáp-ZnO. Điện áp phân cực thuận VL phía bên trái của hạt, điện áp phân cực ngược VR phía bên phải của hạt. Độ rộng vùng nghèo là XL và XR, độ lớn điện thế rào tương ứng là FL và FR. Điện thế phân cực tại gốc là Fo, khi điện áp phân cực gia tăng FL giảm, FR tăng dẫn đến điện thế rào thấp hơn và sự dẫn điện được gia tăng. Hình 1.6. Sơ đồ năng lượng tiếp giáp ZnO- biên –ZnO. Độ lớn điện thế rào FL của biến trở là một hàm theo điện áp (hình 1.7). Sự giảm nhanh của điện thế rào ở điện áp cao tương ứng với lúc bắt đầu vùng dẫn phi tuyến. Ở vùng dẫn cao, giá trị điện trở tùy thuộc vào tính dẫn điện của các hạt bán dẫn ZnO, ở vùng dẫn này mật độ hạt dẫn khoảng từ 1017 -1018cm3. Điện trở suất của ZnO có giá trị dưới 0,3 Wcm. Hình 1.7.Quan hệ điện thế rào với điện áp đặt vào 1.3 Đặc tính V-I Đặc tính V-I của MOV như hình 2.8, đặc tính V-I được biểu diễn bằng phương trình hàm mũ: I = K.Vα α > 1 (1.4) Trong đó : I là dòng qua biến trở V điện áp đặt lên biến trở K hệ số phụ thuộc vào loại biến trở a là hệ số phi tuyến Nguyên lý bảo vệ của biến trở thể hiện qua điện áp phụ thuộc giá trị điện trở: (1.5) Từ (1.4) và (1.5) suy ra: logI = logK + αlogV (1.6) logR = log(1/K) + (1-α)logV (1.7) Theo đề nghị của Marned Holzer và Willi Zapsky, xấp xỉ hóa đặc tính V-I của biến trở được biểu diễn theo phương trình: logV = B1 + B2log(I) + B3e-log(I) + B4e-log(I) (1.8) V = 10logV = 10B1 + B2log(I) + B3e-log(I) + B4e-log(I) (1.9) Hình 1.8. Đặc tính V-I của MOV 1.4. Thời gian đáp ứng Hoạt động của biến trở tùy thuộc vào cơ chế dẫn điện giống như các thiết bị bán dẫn khác. Sự dẫn điện xảy ra rất nhanh với thời gian trễ tính bằng nano giây. Hình 1.9 đường cong (1) phía trên là trường hợp không có biến trở, đường cong (2) phía dưới là trường hợp có biến trở và không đồng bộ với đường (1) cho thấy ảnh hưởng điện áp kẹp xảy ra rất nhanh. Tuy nhiên thời gian đáp ứng của MOV bị thay đổi bởi một số lý do: Điện áp đầu dây nối góp phần gia tăng dáng kể điện áp ngang qua đầu cực của biến trở ở xung dòng cao và độ đốc sườn trước lớn . Điện dung ký sinh của chính bản thân MOV. Trở kháng ngoài của mạch. Đáp ứng của biến trở bị ảnh hưởng bởi dạng sóng dòng điện và độ vọt điện áp cực đại xuất hiện tại đầu cực của biến trở trong suốt quá trình tăng dòng điện như hình 1.9. Hình 1.9. Đáp ứng của biến trở ZnO ứng với xung tốc độ cao Hình 1.10. Đáp ứng của biến trở tính đến điện cảm đầu dây nối với xung dòng a) Đặc tính V-I của biến trở ZnO khi thay đổi thời gian tăng xung dòng b) Điện áp kẹp thay đổi tương ứng với thay đổi dòng xung 8/20µs 1.5. Năng lượng cho phép và công suất tiêu tán trung bình 1.5.1. Năng lượng cho phép Sự già hóa của biến trở liên quan đến năng lượng quá độ, được xác định bởi giá trị điện áp dư cực đại Vp với dòng điện đỉnh Ip cũng như dạng xung. Đối với dạng xung sét chuẩn, năng lượng cho phép và được tính toán theo công thức (1.10): W = VPIP(1,4T2 – 0,88T1)10-6 (1.10) Năng lượng cho phép của MOV phụ thuộc vào đường kính của MOV và năng lượng vượt giá trị cho phép khi: Dòng điên rò cao. Điện áp tại 1mA bị suy giảm (điện áp ngưỡng). Hệ số phi tuyến bị suy giảm. Tuổi thọ của MOV còn thể hiện qua số lần xung tối đa mà MOV có thể chịu đựng được với xung vuông (hình 1.11). Hình 1.11. Số lần xung có thể chịu được của CSV MOV 1.5.2 Công suất tiêu tán trung bình Giá trị công suất tiêu tán trung bình đặc biệt quan tâm trong trường hợp điện áp thay đổi, hệ số phi tuyến cao. Từ công thức (1.4), công thức tiêu tán trung bình được xác định: P = K.Vα+1 (1.11) Với sự thay đổi nhỏ của điện áp hiện hành có thể làm tăng công suất tiêu tán trung bình vì sự tăng cao của hệ số phi tuyến α . Nếu như MOV làm việc ở trạng thái quá độ tần số cao thì nhiệt độ trung bình sẽ gia tăng và được cho bởi công thức : (1.12) P là công suất tiêu tán trung bình, tùy thuộc vào năng lượng xung và tần số xung lặp lại. d là hệ số tiêu tán Nhiệt độ này phải luôn nhỏ hơn nhiệt độ cho phép của nhà sản xuất, nếu không MOV sẽ bị phá hỏng do nhiệt. 1.6. Tính năng kỹ thuật CSV là thiết bị dùng để bảo vệ qúa áp. Theo ANSI, CSV là một “thiết bị bảo vệ để hạn chế điện áp trên thiết bị bằng cách phóng hay dẫn dòng điện xung theo mạch phân dòng”. Bên cạnh đó, dòng điện chạy qua CSV sẽ phải được ngắt càng nhanh càng tốt để tránh tác động nhầm của máy cắt (sự cố chạm đất) và trở về chế độ bình thường. Theo tiêu chuẩn ANSI, CSV được chia thành 3 loại cơ bản: cấp phân phối, cấp trung gian và cấp dùng cho trạm. Sự khác nhau của các loại này được xác định bằng điện áp định mức, đặc tính bảo vệ và độ bền về mức chịu áp lực hay khả năng chịu đựng dòng ngắn mạch. CSV phân phối được 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, CSV cấp phân phối có điện áp dư cao nhất do đó gây nên điện áp cao đặt lên thiết bị tương ứng với một xung đầu vào cho trước. Các CSV trung gian được xác định có điện áp định mức từ 3kV đến 120 kV. Loại CSV có đặc tính bảo vệ tốt hơn CSV phân phối. Tính năng an toàn áp lực thực sự rất cần thiết dù rằng vài loại CSV trung gian đặc biệt dùng bảo vệ hệ thống cáp ngầm không có thiết bị an toàn áp lực. CSV dùng cho trạm có điện áp dư nhỏ nhất do đó điện áp đặt trên thiết bị khi xảy ra phóng điện sẽ thấp và như thế sẽ cung cấp mức bảo vệ cao nhất. Theo tiêu chuẩn, loại này có định mức từ 3 kV đến 648 kV và phải có tính năng an toàn áp lực. Đối với CSV dùng để ngăn ngừa không cho điện áp tăng lên quá cao ở các thiết bị được bảo vệ, phải phối hợp với các mức chịu đựng xung cơ bản BIL của thiết bị đó. Nghĩa là quy trình chọn CSV phải tính đến khả năng chịu quá áp của thiết bị và đảm bảo cho CSV hoạt động tốt trong giới hạn cách điện của thiết bị. Hình 1.12.Chức năng phối hợp cách điện của CSV Hiện nay có hai tiêu chuẩn được sử dụng phổ biến để thiết kế chống sét là IEC và ANSI. Một số thuật ngữ cơ bản được sử dụng như sau: 1.6.1. Điện áp định mức (Ur) Thông thường điện áp định mức của một thiết bị là giá trị điện áp được đặt liên tục lên thiết bị mà vẫn đảm bảo được tính năng của nó, trong nhiều trường hợp CSV không phải là như vậy. Theo IEC: Điện áp định mức của chống sét là giá trị hiệu dụng cho phép tối đa của điện áp tần số công nghiệp đặt vào hai cực chống sét mà tại đó công suất được thiết kế để vận hành đúng ở các điều kiện được thiết lập trong các thí nghiệm chu kỳ làm việc. Theo IEC: Một CSV đáp ứng tiêu chuẩn phải chịu đựng được điện áp định mức của nó ít nhất trong 10 giây, sau khi đã được gia nhiệt trước đến 600C và chịu tác động một xung dòng cao hay hai xung dòng trong thời gian dài và sau đó được phối kiểm độ ổn định nhiệt đối với điện áp vận hành liên tục trong khoảng 30 phút . Theo ANSI: Điện áp chu kỳ làm việc cũng được định nghĩa là một chu kỳ thử nghiệm khá phức tạp. Định mức chu kỳ làm việc là điện áp mà tại giá trị này các mẫu thử nghiệm được nạp điện mà không gia nhiệt trước. Điện áp thử nghiệm này được giử khoảng 20 phút, trong thời gian đó 20 xung dòng loại (8/20ms-10kA), được sử dụng với khoảng thời gian giữa các lần tao tác là 50 giây đến 60 giây. Hiển nhiên, sự xác định định mức chống sét ANSI không thể đo trực tiếp trên chống sét, cũng không liên quan đến các điều kiện làm việc gắn chặt với các đánh giá thử nghiệm . Mặc dầu các thử nghiệm là khác nhau giữa IEC và ANSI, trong thực tế các định mức được xác định bởi các nhà sản xuất khác nhau, đối với các đặc tính chính thì hầu như tương tự dù là được xác định theo IEC hay ANSI. Lý do là trong thực tế điện áp định mức được sử dụng như là một thông số tham khảo các đặc tính khác của chống sét mà sẽ được xác định từ hệ thống hay các yêu cầu thử nghiệm. Do vậy trong lựa chọn chống sét, điều quan trọng quyết định là các thông số đo được, chẳng hạn như các mức bảo vệ tuyệt đối. 1.6.2. Dòng điện quy chẩn (Iref) Theo IEC : Dòng điện quy chuẩn là giá trị đỉnh (giá trị đỉnh của hai cực sẽ cao hơn nếu dòng điện bất đối xứng) của thành phần điện trở ở dòng điện tần số công nghiệp được sử dụng để xác định điện áp quy chuẩn của chống sét. Dòng điện quy chuẩn phải đủ lớn để có thể bỏ qua các ảnh hưởng của điện dung tản của chống sét tại giá trị điện áp quy chuẩn đo được và được quy định bởi nhà sản xuất. Theo tiêu chuẩn IEC 99-4 thì dòng điện quy chuẩn cho phép khi đặt dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp vào hai cực của chống sét là tương ứng với mật độ dòng điện khoảng (0,05mA ¸ 1,0mA)/cm2 của tiết diện đĩa MOV của các chống sét loại một trụ. Theo ANSI: Dòng điện quy chuẩn là giá trị đỉnh của thành phần điện trở của dòng điện tần số công nghiệp đủ lớn để có thể bỏ qua các ảnh hưởng của các điện dung tản của chống sét. Mức dòng điện này là do nhà sản xuất quy định. Theo tiêu chuẩn ANSI C62-11 thì khi nâng điện áp lên 1,25 lần điện áp làm việc liên tục lớn nhất vào hai cực của chống sét thì dòng điện qua chống sét là dòng điện quy chuẩn. Dòng điện quy chuẩn cho phép theo tiêu chuẩn này là (0,05mA ¸1,0mA)/cm2 của tiết diện đĩa MOV. 1.6.3. Điện áp quy chuẩn (Uref) Theo IEC :Điện áp quy chẩn là giá trị đỉnh của điện áp tần số công nghiệp chia cho được sử dụng cho chống sét để đạt dòng điện quy chuẩn. Điện áp quy chuẩn là một tổ hợp nhiều chống sét ghép lại là tổng số của các điện áp quy chuẩn thành phần. Theo ANSI: Điện áp quy chuẩn là giá trị đỉnh thấp nhất của điện áp tần số công nghiệp của cực độc lập chia cho
Luận văn liên quan