1
CHƢƠNG MỞ ĐẦU
I. GIỚI THIỆU
1. Đặt vấn đề
Việt Nam là một nước nằm trong khu vực nhiệt đới ẩm gió mùa, khí hậu Việt
Nam rất thuận lợi cho việc phát sinh, phát triển của dông sét. Số ngày dông có ở Việt
Nam trên toàn khu vực thuộc loại khá lớn. Trong mạng điện, quá điện áp và quá trình
quá độ do sét đánh là nguyên nhân chủ yếu gây ra các sự cố lưới điện và làm hư hỏng
các thiết bị lắp đặt trên lưới. Nên việc đề ra các giải pháp chống sét, lựa chọn, phối
hợp các thiết bị bảo vệ phù hợp và nghiên cứu chế tạo thiết bị chống sét đóng vai trò
rất quan trọng.
Hiện nay, chống sét trực tiếp đã được quan tâm tương đối với các giải pháp từ cổ
điển đến hiện đại. Tuy nhiên, số liệu thống kê chỉ ra hơn 70% hư hỏng do sét gây ra
lại do sét đánh lan truyền hay ghép cảm ứng theo đường cấp nguồn và đường truyền
tín hiệu.
Bên cạnh việc nghiên cứu chống sét đánh trực tiếp, việc nghiên cứu chống sét
đánh lan truyền hay ghép cảm ứng trên đường nguồn cũng đóng một vai trò quan
trọng để lựa chọn thiết bị bảo vệ chống quá điện áp do sét phù hợp.
Nhìn chung, mạng hạ áp không truyền tải công suất lớn nhưng lại trải trên diện
rộng và cung cấp điện năng trực tiếp cho các hộ tiêu thụ nên nó lại là nguyên nhân
dẫn sét vào công trình, gây ngừng dịch vụ, hư hỏng thiết bị. Thống kê cho thấy, hậu
quả không mong muốn của quá áp do sét lan truyền trên mạng phân phối hạ áp gây ra
thiệt hại rất lớn và nhiều lúc không thể đánh giá cụ thể được. Vấn đề được đề cập một
cách cấp bách trong những năm gần đây là các trang thiết bị điện tử đã trở thành các
thiết bị được sử dụng ngày càng nhiều và rất phổ biến trong các tòa nhà, các công
trình ở mọi lãnh vực như bưu chính viễn thông, phát thanh, truyền hình, công
nghiệp…. Các thiết bị này vốn rất nhạy cảm với điện áp và cách điện dự trữ của
chúng rất mong manh vì thế cần phải tính toán lựa chọn, phối hợp và kiểm tra các
thiết bị bảo vệ chống quá áp một cách hiệu quả, chính xác để tránh xảy ra hư hỏng
cho các thiết bị này.
nhân tạo dông sét như sau :
Hình : Cơ bản nguyên nhân hình thành sét
3
Dông là hiện tượng khí quyển liên quan với sự phát triển mạnh mẽ của đối lưu
nhiệt và các nhiễu động khí quyển, nó thường xảy ra vào mùa hè là thời điểm mà sự
trao đổi nhiệt giữa mặt đất và không khí rất lớn. Những luồng không khí nóng mang
theo hơi nước bay lên đến một độ cao nào đấy và nguội dần, lúc đó hơi nước tạo
thành những giọt nước nhỏ hay gọi là tinh thể băng chúng tích tụ trong không gian
dưới dạng những đám mây. Trái đất càng bị nóng thì không khí nóng càng bay lên cao
hơn, mây càng dày hơn đến một lúc nào đó thì các tinh thể băng trong mây sẽ lớn dần
và rơi xuống thành mưa. Mây càng dày thì màu của nó càng đen hơn. Sự va chạm của
các luồng khí nóng đi lên và các tinh thể băng đi xuống trong đám mây sẽ làm xuất
hiện các điện tích mà ta gọi là đám mây bị phân cực điện hay đám mây tích điện. Các
phần tử điện tích âm có khối lượng lớn nên nằm dưới đáy đám mây còn các phần tử
điện tích dương nhẹ hơn nên bị đẩy lên phần trên của đám mây.
Như vậy, trong bản thân đám mây đã hình thành một điện trường cục bộ của một
lưỡng cực điện và dưới tác dụng của điện trường cục bộ này các phần tử sẽ di chuyển
nhanh hơn, điện tích được tạo ra nhiều hơn và điện trường càng mạnh hơn. Quá trình
này tiếp diễn cho đến lúc điện trường đạt giá trị tới hạn và gây ra phóng điện nội bộ
trong đám mây mà ta gọi là chớp.
Ngoài ra khoảng không gian bên dưới đám mây thường có một lớp điện tích
dương gọi là điện tích không gian vì vậy giữa phần đáy đám mây mang điện âm và
đang sống có khoảng 2000 cơn dông hoạt động. Mỗi cơn dông trung bình thường kéo
dài từ 2 đến 4 giờ đồng hồ và có thể tạo ra 1000, 2000 cú phóng điện xuống mặt đất.
Người ta đã từng ví, cơn dông như một nhà máy điện có công suất khoảng vài
trăm MW với điện thế lên tới hàng tỷ V, nguồn điện của một tia sét xuất hiện trong
cơn dông có thể dùng để thắp sáng bóng đèn 100W trong vòng 3 tháng. Với cường độ
mạnh như vậy, dông sét là một trong số những hiểm họa thiên tai vô cùng nguy hiểm
đối với tính mạng con người và gây ra những thiệt hại rất lớn về tài sản vật chất.
Việt Nam là một nước nằm trong khu vực nhiệt đới ẩm, khí hậu Việt Nam rất
thuận lợi cho việc phát sinh, phát triển của dông sét. Số ngày dông có ở Việt Nam trên
nhiều khu vực thuộc loại khá lớn. Số ngày dông cực đại là 113,7 (tại Đồng Phú), số
giờ dông cực đại là 433,18 giờ tại Mộc Hóa. Sét có cường độ mạnh ghi nhận được
bằng dao động ký tự động có biên độ Imax = 90,67kA (Số liệu của Viện Nghiên Cứu
Sét Gia sàng Thái Nguyên). Hằng năm, ngành điện Việt Nam có khoảng vài ngàn sự
cố, 50% trong số đó là do sét gây ra.
Năm 1769, khi đó nhân loại chưa biết đến những thiết bị chống sét như ngày nay.
Một thảm hoạ đã xảy ra khi sét đánh trúng kho dự trữ thuốc nổ hơn 1000 tấn tại một
thành phố của Italia. Cả toà nhà nổ tung và làm chết hơn 3000 người sống trong thành
phố. Cho đến khi phát minh đầu tiên của nhà bác học Franklin về chiếc cột thu lôi ra
đời, những thiệt hại khủng khiếp do sét đánh như thế không còn xảy ra nữa. Kể từ đó
đến nay, tuy không chế ngự được hoàn toàn, nhưng những thiết bị chống sét đã góp
phần giảm thiểu đáng kể thiệt hại do sét gây ra nhằm bảo vệ cuộc sống con người.
Trải qua hơn 200 năm kể từ khi xuất hiện chiếc cột thu lôi đầu tiên, công nghệ phòng
chống sét ngày càng được hoàn thiện và hiệu quả hơn.
5
Đặc biệt ngày 4/6/2001, sét đánh nổ một máy cắt 220kV của nhà máy thủy điện
Hòa Bình. Sự cố khiến lưới điện miền Bắc bị tan rã mạch, nhiều nhà máy bị tách ra
khỏi hệ thống. Hiện nay, chống sét trực tiếp đã được tương đối với các giải pháp từ cổ
điển (kim Franklin, lồng Faraday, kết hợp kim lồng) đến hiện đại (kim thu sét phóng
điện sớm – hệ thống SYSTEM 3000 của hãng Erico Ligthning Technologies). Tuy
2. Nội dung nghiên cứu
- Tìm hiểu các tiêu chuẩn chống sét trong và ngoài nước.
- Nghiên cứu cấu tạo, tính năng, phối hợp bảo vệ của các thiết bị chống sét lan
truyền trên đường nguồn hạ áp.
- Mô hình hoá và mô phỏng thiết bị chống quá áp do sét lan truyền trên đường
nguồn hạ áp.
- Sử dụng phần mềm Matlab xây dựng mô hình hóa mô phỏng.
- Đánh giá các giải pháp chống sét lan truyền trong mạng hạ áp.
3. Điểm mới của luận văn
- Mô hình và mô phỏng thiết bị chống sét lan truyền trong mạng hạ áp.
- Tính toán hệ số dự trữ, xây dựng đặc tuyến liên hệ của hệ số dự trữ theo sai số
điện áp ngưỡng và dòng xung sét của MOV hạ thế mắc song song.
- Xây dựng phương trình liên hệ của điện áp dư theo điện áp ngưỡng và dòng xung
sét các MOV hạ thế đơn và đa khối thông dụng trên thị trường.
- Xây dựng đặc tính liên hệ của điện áp dư theo điện áp ngưỡng và dòng xung sét
các MOV hạ thế đơn và đa khối thông dụng trên thị trường.
- Đánh giá các giải pháp chống sét lan truyền trong mạng hạ áp
4. Phƣơng pháp luận và phƣơng pháp nghiên cứu
4.1. Phương pháp luận
- Đề tài đạt được những kết quả mang tính thực tiễn nhằm giúp bảo vệ chống sét
lan truyền trong mạng hạ áp.
- Kết quả nghiên cứu đáp ứng phần nào tính cấp bách trong công tác nghiên cứu
lựa chọn, phối hợp và kiểm tra hiệu quả các thiết bị bảo vệ chống quá áp do sét
lan truyền trên đường nguồn hạ áp một cách chính xác trong điều kiện thiếu
phòng thí nghiệm hiện nay.
- Cung cấp một công cụ mô phỏng hữu ích cho các nhà nghiên cứu, các giảng viên,
sinh viên các trường đại học trong việc nghiên cứu các đáp ứng của thiết bị chống
quá áp do sét lan truyền dưới tác động của xung sét lan truyền và đánh giá hiệu
quả của các hệ thống bảo vệ chống quá áp đa cấp trong các công trình.
8
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN
TRÊN ĐƢỜNG NGUỒN HẠ ÁP & PHẦN MỀM MATLAB
1.1. GIỚI THIỆU
Bảo vệ hệ thống điện xoay chiều hạ áp chống lại các hiện tượng quá áp quá độ
đang là mối quan tâm chủ yếu để bảo đảm chất lượng điện năng cung cấp, bảo đảm an
toàn cho các thiết bị. Hiện nay các thiết bị điện-điện tử có mức điện áp chịu xung thấp
ngày càng được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện, phương pháp hữu hiệu và kinh
tế nhất để bảo vệ quá áp cho thiết bị chính là chọn và lắp đặt các thiết bị bảo vệ có khả
năng làm việc lâu dài và đáng tin cậy.
Việc sử dụng ngày càng nhiều các phần tử bán dẫn trong hệ thống điện hiện
đại đã dẫn đến sự tăng cường mối quan tâm về độ tin cậy của hệ thống. Đây là kết quả
của việc các phần tử bán dẫn rất nhạy cảm với các hiện tượng quá áp có thể xuất hiện
trong hệ thống điện phân phối xoay chiều. Việc sử dụng các phần tử bán dẫn ban đầu
cũng bị hư hỏng rất nhiều mà không thể giải thích. Nghiên cứu các hư hỏng này cho
thấy chúng bị hư hỏng là do các điều kiện quá áp khác nhau xuất hiện trong hệ thống
phân phối. Điện áp quá độ là kết quả của sự phóng thích đột ngột của năng lượng tồn
tại trước đó từ các điều kiện như sét đánh, đóng cắt tải có tính cảm, xung điện từ hay
Sóng quá điện áp có dạng sóng xung gia tăng đột ngột (do sét hay do các thao
tác đóng cắt có tải trên lưới) và có khả năng gây hư hỏng các thiết bị, mạng máy tính,
các thiết bị trong mạng viễn thông…mà trong vấn đề vận hành rất khó phát hiện, đặc
biệt là các thiết bị điện tử rất nhạy cảm.
Hình 1.1 Dạng sóng xung quá áp trên đường nguồn hạ áp (với thời gian ngắn là 1ms)
Một trong các thông số cần quan tâm khi thiết kế và lựa chọn thiết bị chống sét
lan truyền trên đường nguồn và đường tín hiệu là tần suất xuất hiện sét, dạng sóng và
xung sét lan truyền.
10
1.2 . TẦN SUẤT XUẤT HIỆN SÉT
Mối quan hệ tần suất xuất hiện sét theo biên độ dòng sét được trình bày ở hình 1.2.
Giá trị đỉnh dòng sét kA
Hình 1.2 Quan hệ tần suất xuất hiện sét theo biên độ
- Khoảng 40% cơn sét có dòng sét lớn hơn 20kA.
- Khoảng 5% cơn sét có dòng sét lớn hơn 60kA (hoặc 95% cơn sét có dòng sét dưới
60kA).
- Khoảng 0,1% cơn sét có dòng sét lớn hơn 200kA.
(Dữ liệu được thống kê trên 5,4 triệu lần sét đánh từ năm 1995 – 2005 của
Meteorage.)
1.3. DẠNG XUNG SÉT
Dạng xung sét phụ thuộc vào cách thức sét tác động vào đường dây tải điện hay
đường tín hiệu.
1.3.1 Dạng sóng 10/35µs
Dạng sóng 10/35µs thường là xung sét lan truyền do sét đánh trực tiếp vào
Hình 1.9. Lựa chọn SPD theo mức độ lộ thiên của công trình
1.4.1. Hiện tƣợng quá độ
Vấn đề căn bản chính là sự xuất hiện các xung quá áp trên điện áp bình thường
của hệ thống. Quá áp trong hệ thống điện đôi lúc có thể giải thích và đôi khi lại thật
khó giải thích; chúng là một dạng nhiễu loạn, sự tăng lên, sự sụt xuống, sự cắt điện
hay là sự kết hợp các yếu tố trên và đây là các khái niệm tổng quát hóa về hiện tượng
quá độ. Một kết quả phổ biến khi hiện tượng quá áp này xuất hiện là sự hư hỏng
nhanh chóng của các phần tử bán dẫn và các phần tử nhạy cảm khác. Một ảnh hưởng
13
nghiêm trọng khác là sự mất khả năng điều khiển hệ thống logic, khi đó hệ thống có
thể hiểu các xung quá độ là tín hiệu điều khiển và cố gắng thực hiện theo.
Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện để xác định nguyên nhân của xung quá độ
trong hệ thống điện, và kết quả thu được có thể cho là do một trong những nguyên
nhân sau:
- Sét.
- Đóng, cắt các tiếp điểm ở trạng thái mang tải.
- Sự lan truyền xung thông qua các máy biến áp.
- Sự thay đổi tải trong các hệ thống gần kề.
- Sự dao động và các xung công suất .
- Ngắn mạch hay nổ cầu chì.
các dữ liệu thu thập được về số lần xuất hiện của các xung quá độ cùng với giá trị
đỉnh của nó từ các nghiên cứu đã thực hiện. Số lần xuất hiện của các xung quá độ
được mô tả bởi các đường giới hạn thấp, trung bình và cao: “low exposure”, “medium
exposure” và “high exposure”
Hình 1.10: Tỷ lệ xuất hiện của xung theo biên độ điện áp tại các khu vực không được
bảo vệ.
Vùng xuất hiện thấp (low exposure) là vùng có rất ít xung sét hoạt động và số
lần đóng cắt tải trong hệ thống điện xoay chiều cũng rất ít. Vùng xuất hiện trung bình
(medium exposure) là vùng xung sét hoạt động cao hơn và quá độ do đóng cắt xảy ra
thường xuyên, nguy hiểm hơn. Khi thiết kế mang tính tổng thể, thiết thực, lâu dài, ít
nhất phải thiết kế thiết bị trong điều kiện như được đặt trong vùng xuất hiện xung quá
độ trung bình. Vùng xuất hiện cao (high exposure) rất hiếm xảy ra nhưng trên thực tế
vẫn xuất hiện đối với hệ thống được cung cấp bởi các đường dây truyền tải dài trên
không và còn tùy thuộc vào sự phản xạ tại cuối đường dây, trường hợp này mức
phóng điện của các khe hở thì cao.
Quá độ do phóng điện trong hệ thống điện xoay chiều hạ áp sẽ sinh ra một
năng lượng cao, xung trở kháng thấp. Cách xa nguồn quá độ, tại vị trí thiết bị bảo vệ
được đặt, năng lượng quá độ sẽ giải phóng qua trở kháng của dây dẫn và nhiều thiết bị
sẽ được bảo vệ hơn. Vì thế, cho phép nhiều bộ bảo vệ quá áp kích cỡ khác nhau được
sử dụng tại các vị trí khác nhau trong hệ thống.
15
1.4.3. Hiện tƣợng quá độ tiêu biểu
Bảng 1.1 trình bày điện áp và dòng điện xung được cho là điển hình của quá độ
trong hệ thống xoay chiều hạ áp trong nhà. Khi quyết định chọn loại thiết bị như là bộ
bảo vệ quá áp quá độ, bảng này chính là tài liệu tham khảo. Ít nhất là thiết bị bảo vệ
phải đáp ứng điều kiện trong mục A, còn tốt nhất là thiết bị phải vượt qua được các
quá độ xuất hiện trong mục B.
Có một số kỹ thuật khác nhau có thể sử dụng trong các thiết bị bảo vệ quá áp
quá độ trong hệ thống hạ áp chính. Nhưng nhìn chung, các kỹ thuật này có thể chia
thành 2 nhóm chính:
a/ Kỹ thuật làm suy giảm quá độ, từ đó có thể ngăn chặn sự lan truyền của
chúng trong mạch điện nhạy cảm.
b/ Kỹ thuật làm trệch hướng quá độ khỏi các thiết bị tải điện nhạy cảm và từ đó
giới hạn điện áp dư.
Kỹ thuật làm suy giảm quá độ chính là ngăn chặn sự lan truyền quá độ từ
nguồn của nó hay là ngăn chặn ảnh hưởng của nó lên các thiết bị tải nhạy cảm. Việc
này được thực hiện bằng cách lắp đặt các bộ lọc hay là máy biến áp cách ly nối tiếp
với mạch điện. Các bộ cách ly làm suy giảm quá độ (tần số cao) và cho tín hiệu hay
công suất (tần số thấp) chảy tiếp tục trong mạch, không bị nhiễu loạn.
Kỹ thuật làm trệch hướng quá độ có thể thực hiện với một loại thiết bị dạng
đòn bẫy (crowbar) hay với một thiết bị dạng kẹp áp. Thiết bị dạng đòn bẫy (crowbar)
bao gồm một hoạt động đóng cắt, có thể bằng cách đánh thủng cách điện của khí giữa
các điện cực hay là đóng cắt một khóa thyristor. Sau khi khóa đóng, chúng sẽ tạo ra
một đường dẫn trở kháng rất thấp làm trệch hướng quá độ khỏi các thiết bị tải mắc
song song. Thiết bị dạng kẹp áp có trở kháng thay đổi rất lớn phụ thuộc vào dòng
chảy qua thiết bị hay là áp ở hai đầu thiết bị. Các thiết bị này có đặc tính của một điện
trở phi tuyến. Giá trị điện trở thay đổi liên tục, không gián đoạn ngược với các thiết bị
dạng đòn bẫy (crowbar) chỉ có đóng hoặc cắt.
1.5. Các thiết bị bảo vệ quá áp
1.5.1. Bộ lọc
Việc lắp đặt một bộ lọc nối tiếp với các thiết bị dường như là một giải pháp
hiển nhiên có tác dụng giảm quá áp. Trở kháng của bộ lọc thông thấp, ví dụ như tụ
điện, làm thành bộ ngăn cách áp với trở kháng nguồn. Khi tần số của quá độ lớn hơn
17
một vài lần tần số làm việc của mạch điện xoay chiều, bộ lọc sẽ làm việc và làm suy
giảm quá độ ở tần số cao. Một cách đáng tiếc, cách tiếp cận đơn giản này có thể có
việc thả một đòn bẫy kim loại băng ngang hệ thống). Dạng chính của thiết bị đòn bẫy
là chống sét van ống phóng khí.
18
Khe hở phóng điện đầu tiên được đề cập là các khối carbon. Các bộ triệt xung
khối carbon này sử dụng nguyên tắc hồ quang điện áp xuyên qua khe hở không khí.
Khe hở kích thước nhỏ nhất được dùng để cung cấp mức độ bảo vệ thấp nhất mà
không gây nhiễu hoạt động bình thường của hệ thống. Khi một quá áp quá độ xuất
hiện trong hệ thống, khe hở không khí trong khối carbon sẽ bị ion hóa và bị đánh
thủng. Sự đánh thủng khe hở tạo thành một đường dẫn đến đất với trở kháng rất thấp
vì thế làm trệch hướng xung quá độ khỏi các thiết bị. Ngay sau khi tình trạng quá áp
kết thúc, khe hở không khí phục hồi và hệ thống hoạt động tiếp tục.
Sự bất lợi của kỹ thuật khe hở phóng điện khối carbon là các xung phá hủy bề
mặt của khối carbon trong khoảng thời gian ngắn, vì thế tạo ra các mảnh nhỏ của bề
mặt chất liệu trong khe hở. Chất liệu này tích tụ sau một số xung và cuối cùng là thu
ngắn khe hở lại dẫn đến phải thay thiết bị bảo vệ. Một bất lợi khác của kỹ thuật này là
khó để điều khiển chính xác đặc tính đánh thủng trên một dãy điều kiện hoạt động
rộng và khác nhau của thiết bị.
Trong quá trình cố gắng khắc phục các bất lợi của khối carbon, một khe hở
phóng điện kín được phát triển sử dụng khí trơ trong một vỏ bọc gốm (ceramic). Kỹ
thuật này được biết như là chống sét van xung dạng ống phóng khí. Trong chế độ
không dẫn điện, trở kháng của nó lên đến hàng GOhm. Khí này bị ion hóa tại một
điện áp định trước và cung cấp một đường dẫn đến đất có trở kháng cực thấp. Ngay
sau khi tình trạng quá áp kết thúc, khí này hết bị ion hóa và mạch điện phục hồi lại
hoạt động bình thường tiếp tục.
Ống phóng khí là một thiết bị 2 chiều vốn có và bao gồm 2 hay 3 cực nằm đối
diện nhau trong một buồng bịt kín. Khi mà điện áp ngang qua ống phóng khí vượt quá
một giới hạn nào đó, như là điện áp đánh thủng hay điện áp cháy, nó sinh ra hồ quang
điện. Hồ quang này giới hạn điện áp của các thiết bị nối với nó. Ống phóng khí có
điện áp cháy một chiều từ 150V đến 1000V. Chúng có điện trở shunt nhỏ nhất trong
s. Việc sử dụng công suất đỉnh định mức có thể
nhầm lẫn khi xung quá độ khác 10/1000
s. Năng lượng định mức lớn nhất của
những xung quá độ ngắn, không lặp lại được cung cấp tương tự như MOV có lẽ sẽ
hữu ích hơn cho công tác thiết kế.
Đặc tính V-I chính là đặc trưng tốt nhất của diod thác. Một thiết bị hạ áp cực
tốt. Diod thác có khả năng kẹp điện áp tuyệt vời, nhưng chỉ vượt phạm vi dòng một
chút (10 lần). Điểm bất lợi lớn nhất khi sử dụng diod thác như là bộ triệt xung quá độ
trong mạch xoay chiều chính là khả năng chịu đựng dòng đỉnh thấp.
1.5.5. Biến trở oxid kim loại (MOV)
Biến trở oxid kim loại (MOV) là một thiết bị phi tuyến có đặc tính duy trì mối
quan hệ: điện áp 2 đầu của nó thay đổi rất ít trong khi dòng điện xung không đối xứng
rất lớn chảy qua nó. Hoạt động phi tuyến này cho phép MOV làm trệch hướng dòng
điện xung khi mắc song song băng ngang đường dây và giữ điện áp ở mức mà bảo vệ
được thiết bị nối với đường dây đó. Bởi vì điện áp ngang qua thiết bị MOV được giữ
tại một số mức cao hơn điện áp đường dây bình thường khi dòng xung chảy qua, nên
sẽ có năng lượng tồn tại trên biến trở trong suốt thời gian làm trệch hướng xung quá
độ của nó.
Kỹ thuật dẫn điện cơ bản của MOV là kết quả của các mối nối bán dẫn (mối
nối P-N) tại biên của các hạt oxid kẽm (ZnO). MOV là một thiết bị nhiều mối nối với
20
hàng triệu hạt hoạt động phối hợp mắc nối tiếp-song song giữa 2 điện cực. Điện áp rơi
trên 1 hạt đơn gần như là hằng số và không phụ thuộc vào kích cỡ của hạt.
Biến trở oxid kim loại cấu tạo chính bởi oxid Zn cộng với một số kim loại như
bismuth, cobalt, manganses và các oxid kim loại khác. Cấu trúc biến trở gồm một ma
trận các hạt oxid ZnO dẫn điện bị ngăn cách nhau bởi biên của các hạt, chính là mối
nối P-N mang đặc tính bán dẫn. Khi MOV tiếp xúc với xung, oxid ZnO biểu lộ đặc
tính “hoạt động chủ yếu” cho phép nó dẫn một lượng lớn dòng mà không bị hư hỏng.
1.6 CÁC THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƢỜNG CẤP
NGUỒN HẠ ÁP
1.6.1 Thiết bị cắt sét
Được mắc song song với tải, thiết bị này có nhiệm vụ tản năng lượng sét vào
đất. khi mạng điện hoạt động bình thường, thiết bị cắt sét là một điện trở có tổng trở
rất lớn, nhưng lúc xuất hiện xung sét trên đường dây gây nên sự chênh lệch điện áp
trên hai đầu thiết bị, nếu điện áp chênh lệch này vượt quá điện áp ngưỡng sẽ làm cho
thiết bị hoạt động và dẫn phần lớn năng sét vào đất. Hình 1.12. Tủ phân phối chính với thiết bị chống sét trên đường truyền
Do thiết bị cắt sét chỉ có khả năng tiêu tán năng lượng sét và giới hạn điện áp mà
không có khả năng giảm tốc độ biến thiên dòng sét di/dt và tốc độ biến thiên điện áp
sét dV/dt. Chính tốc độ tăng dòng và tăng áp này là nguyên nhân gây hư hỏng các
thiết bị điện nhạy cảm. Vì vậy, cần phải mắc thêm một thiết bị lọc sét vào phía sau
thiết bị cắt sét nhằm đưa ra mức điện áp và tốc độ biến thiên dòng, áp thích hợp cho
các loại thiết bị điện.
Hình 1.13. Một số thiết bị chống sét lan truyền trên đường nguồn và đường tín hiệu
22
1.6.2 Thiết bị lọc sét
Thiết bị lọc sét này được mắc nối tiếp với tải hoạt động của thiết bị là cho ra
- Cấp A là cấp vị trí lối ra và mạch điện nhánh dài, dài hơn 10m so với cấp B hoặc dài
hơn 20m so với cấp C.
23
1.7.2. Bảo vệ quá áp theo IEC
Theo IEC60664-1, có bốn mức quá độ điện áp được định nghĩa dựa trên cấp lắp đặt.
Quá điện áp loại IV dành cho thiết bị sử dụng ở ngõ vào tòa nhà (đường nguồn hạ
áp) như đồng hồ điện, thiết bị công nghiệp và thiết bị bảo vệ quá dòng sơ cấp. Thiết bị
chịu được điện áp <6000V. Quá điện áp cấp III dành cho thiết bị ở tủ điện chính và
cho trường hợp mà ở đó độ tin cậy và tính sẵn sàng của thiết bị phụ thuộc vào những
yêu cầu đặc biệt như các công tắc ở tủ điện chính. Thiết bị này chịu được điện áp
<4000V.
Quá điện áp loại II dành cho thiết bị tiêu thụ điện từ tủ điện chính như thiết bị,
dụng cụ di động và thiết bị gia đình. Ở thiết bị này thường chịu được điện áp <2500V.
Quá điện áp loại I dành cho thiết bị nối với mạch điện mà sự đo lườngđược đưa
vào để giới hạn quá điện áp tạm thời ở mức thấp thích hợp như mạch điện tử. Thiết bị
nhạy cảm này chỉ chịu được điện áp <1500V.
Hình 1.14. Các cấp độ bảo vệ quá áp dựa vào khả năng chịu quá áp của thiết bị
1.7.3. Hệ thống bảo vệ chống sét hạ áp
Để bảo vệ quá áp cho các thiết bị dùng điện trong nhà, người ta thực hiện lắp đặt
các thiết bị chống sét theo các mạng khác nhau nhằm bảo vệ một cách có hiệu quả các
thiết bị dùng điện.
Cấu trúc hệ thống bảo vệ quá áp trong mạng hạ áp phải tuân thủ theo các yêu cầu
khác nhau, cụ thể tùy thuộc vào:
Số lượng thiết bị, loại thiết bị bảo vệ quá áp, cách bố trí lắp đặt,…
Lắp đặt thiết bị bảo vệ sao cho giới hạn quá áp phù hợp với mức cách điện xung
của thiết bị được bảo vệ.
Khả năng chịu dòng ngắn mạch của thiết bị bảo vệ quá áp phải lớn hơn giá trị
24
- DM (Differential Mode): Trạng thái này thiết bị bảo vệ quá áp được đặt giữa dây
pha và dây trung tính của lưới điện.
- CM (Common Mode): Trạng thái mà thiết bị bảo vệ được lắp đặt giữa dây pha và
dây bảo vệ nối đất (PE), giữa dây trung tính và dây PE, giữa dây pha và dây PEN.
25 Bảng 1.2. Trạng thái bảo vệ quá áp đối với lưới điện hạ áp
1.7.4 Chống sét lan truyền
Hệ thống chống sét lan truyền thường bao gồm các thiết bị sau:
Thiết bị chống sét lan truyền trên đường nguồn gồm có thiết bị cắt sét 1 pha, thiết
bị cắt sét 3 pha, thiết bị cắt lọc sét 1 pha và thiết bị cắt lọc sét 3 pha
Thiết bị chống sét trên đường tín hiệu, viễn thông
Cáp thoát sét
Thiết bị đếm sét
Hộp kiểm tra điện trở tiếp đất
Hệ thống tiếp địa chống sét lan truyền.
Hình 1.16 Hệ thống chống sét lan truyền
Copyright: Tài liệu đại học ©