BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LÊ QUANG TRUNG NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO CƠNG TRÌNH ĐIỂN HÌNH Ở VIỆT NAM TOÁM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ: 62520202 Tp Hồ Chí Minh, tháng 6/2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LÊ QUANG TRUNG NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO CƠNG TRÌNH ĐIỂN HÌNH Ở VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 62520202 Hướng dẫn khoa học: PGS-TS Quyền Huy Ánh PGS-TS Vũ Phan Tú Tp Hồ Chí Minh, tháng 6/2019 Chương MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Việt Nam nước nằm khu vực nhiệt đới ẩm có gió mùa, mật độ sét cao Vì vậy, thiệt hại sét gây hàng năm lớn người, dịch vụ kinh tế Đặc biệt, ngày khoa học công nghệ ngày phát triển, IOT (Internet Of Thing – Vạn vật kết nối Internet) được chú trọng ứng dụng nhiều lĩnh vực; thiết bị sử dụng lĩnh vực điện, điện tử đặc biệt lĩnh vực viễn thông, mạng máy tính,… có độ nhạy với quá điện áp cao nên dễ bị hư hỏng có thay đởi đột ngột của dòng điện điện áp sét Các thiệt hại sét gây cho các trang thiết bị điện, điện tử thường xẩy hai trường hợp sau: - Thiệt hại sét đánh trực tiếp: Sét đánh vào các kết cấu của cơng trình có thể gây hư hại tài sản, hệ thống điện điện tử bên cơng trình đặc biệt còn có người - Thiệt hại sét lan truyền đường nguồn: Khi sét đánh gần cơng trình hay sét đánh trực tiếp hoặc gần các đường dây cấp nguồn hay các đường dây dịch vụ (các hệ thớng dây dẫn điện chính, các đường dây thơng tin liên lạc,…) kết nới đến cơng trình các thiết bị bên cơng trình có thể hư hỏng áp sét gây Thiệt hại sét trường hợp không việc phải thay thiết bị mà thiệt hại nghiêm trọng ngừng dịch vụ hay liệu Cụ thể Việt Nam, theo số liệu thống kê 2001, đối với ngành điện có 400 cớ mà 50% sét gây (Báo Tiền Phong 14/08/02) Còn đới với ngành Bưu Viễn Thơng có 53 cớ sét (chiến 27,13% cố viễn thông) gây thiệt hại 4,119 tỷ tổng thời gian liên lạc sét 716 (chống sét cho mạng viễn thông Việt Nam – Những điều bất cập Lê Quốc Tuân – Ban viễn thông, Phạm Hồng Mai – TTTTBĐ) Từ năm 1998 đến nay, với việc nghiên cứu công nghệ chống sét đề các giải pháp chống sét được nhiều tổ chức, quan quan tâm, đời của các công ty lãnh vực chống sét tạo điều kiện để chúng ta tiếp cận các công nghệ thiết bị chống sét đại, hầu hết các giải pháp chớng sét Việt Nam đưa chưa mang tính tổng thể bao gồm từ việc đánh giá rủi ro thiệt hại sét gây để tính tốn xác định mức bảo vệ chống sét cần thiết, sở đề xuất phương án bảo vệ (hay mức bảo vệ) chớng sét thích hợp Hiện nay, giới có nhiều cơng trình nghiên cứu [7÷16, 18÷20] tiêu chuẩn IEC 62305-2, AS/NZS 1768, IEEE 1410 quan tâm đến vấn đề Tuy nhiên, phương pháp xác định rủi ro thiệt hại sét theo các cơng trình nghiên cứu nêu chưa xem xét mức độ tính toán chi tiết của sớ hệ số thường truy xuất giá trị của số hệ số từ bảng tra Điều dẫn đến phương pháp tính toán rủ ro thiệt hại sét chưa sát với điều kiện thực tế giá trị các hệ số biến động phạm vi tương đối rộng, đặc biệt tính toán xác định rủi ro xét đến loại vật liệu xây dựng cơng trình, ảnh hưởng của cách lắp đặt đường dây cấp nguồn các vật thể che chắn xung quanh đường cấp nguồn cho cơng trình Ngồi ra, việc sử dụng cơng thức để xác định giá trị các hệ số tạo thuận lợi cho việc tính tốn cho việc lập trình tính toán rủi ro thiệt hại sét gây NCS: Lê Quang Trung Vì vậy, mục tiêu nghiên cứu đầu tiên của luận án nghiên cứu, đề xuất phương pháp tính toán rủi ro thiệt hại sét xây dựng cơng cụ tính toán rủi ro thiệt hại sét nhằm khắc phục được các hạn chế nêu Sét tượng tự nhiên mang tính đột biến bất thường, việc đánh giá hiệu giải pháp bảo vệ chống sét lan truyền đường nguồn gặp nhiều khó khăn Hiện nay, việc đánh giá khả bảo vệ của thiết bị chống sét chủ yếu dựa vào giá trị điện áp ngang qua tải giá trị điện áp phải thấp giá trị cho phép Ở Việt Nam, thực việc kiểm tra hiệu bảo vệ của giải pháp chống sét lan truyền đường nguồn theo phương pháp đo kiểm thực tế gặp nhiều khó khăn hạn chế trang thiết bị chuyên dùng Vì vậy, việc nghiên cứu xây dựng mơ hình máy phát xung sét tiêu chuẩn mơ hình thiết bị bảo vệ chớng sét lan truyền đường nguồn có mức độ tương đồng so với nguyên mẫu để kiểm tra khả bảo vệ của thiết bị đối với phương án chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp cần thiết Đây mục tiêu nghiên cứu thứ của luận án Hiện nay, nước việc đề xuất giải pháp lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền đường nguồn chủ yếu dưa vào kinh nghiệm, tính toán sơ chưa xét đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng (Mật độ sét khu vực, vị trí lắp đặt, dạng xung dòng xung sét, biên độ xung dòng, nhiệt độ mơi trường, sơ đồ hệ thớng phân phới điện, đặc tính tải, ) Điều dẫn đến phương án chống sét lan truyền đường nguồn đề xuất chưa phù hợp với điều kiện thực tế số trường hợp Vì vậy, cần thiết đề xuất phương án lựa chọn lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền đường nguồn có xem xét đầy đủ các yếu tớ ảnh hưởng nêu Đây mục tiêu nghiên cứu thứ của luận án Với lý trên, luận án “Nghiên cứu đề xuất giải pháp bảo vệ chống sét cho cơng trình điển hình Việt Nam“ cần thiết 1.2 Mục đích nghiên cứu - Đề xuất phương pháp cải tiến đánh giá rủi ro thiệt hại sét gây sở áp dụng phương pháp tính tốn đánh giá rủi ro thiệt hại sét theo tiêu chuẩn IEC 62305-2 với tính tốn giá trị sớ hệ sớ có mức độ chi tiết được tham chiếu đề xuất của tiêu chuẩn khác; - Xây dựng mơ hình máy phát xung tiêu chuẩn cho dạng xung dòng khác mơ hình thiết bị bảo vệ chớng sét đường nguồn hạ áp phục vụ việc đánh giá hiệu bảo vệ của phương án chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp; - Đề xuất phương án bảo vệ chống sét lan truyền đường nguồn hợp lý cho cơng trình điển hình mang tính minh họa 1.3 Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu các tiêu chuẩn, tài liệu các báo nước liên quan đến luận án; - Nghiên cứu mô hình máy phát xung sét tiêu chuẩn, mơ hình thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp; - Nghiên cứu đề xuất phương pháp đánh giá rủi ro thiệt hại sét có mức độ chi tiết số hệ số so với tiêu chuẩn IEC 62305-2, sở tham chiếu từ tiêu chuẩn AS/NZS 1768, IEEE 1410 - Nghiên cứu giải pháp chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp cho cơng trình điển hình mang tính minh họa 1.4 Phạm vi giới hạn nghiên cứu - Luận án tập trung nghiên cứu đề xuất phương pháp cải tiến đánh giá rủi ro thiệt hại sét phương án chống sét lan truyền đường nguồn cho cơng trình - Khi đề xuất phương án bảo vệ chớng sét cho cơng trình điển hình mang tính minh họa, giả thiết: NCS: Lê Quang Trung + Cơng trình được trang bị hệ thớng chớng sét trực cơng nghệ phóng tia tiên đạo sớm + Sử dụng cáp thoát sét chống nhiễu, hạn chế tượng cảm ứng điện từ sét gây khu vực cơng trình + Cơng trình được trang bị hệ thống nối đất đạt chuẩn + Các đường truyền tín hiệu được trang bị hệ thống bảo vệ chống sét theo tiêu chuẩn 1.5 Phương pháp nghiên cứu - Thu thập nghiên cứu các tài liệu nước nước ngoài; - Phương pháp mơ hình hóa mơ máy phát xung sét, thiết bị chống sét hạ áp môi trường Matlab; - Phương pháp phân tích tởng hợp 1.6 Điểm luận án - Đề xuất phương pháp cải tiến đánh giá rủi ro thiệt hại sét gây có mức độ tính tốn chi tiết sớ hệ số so với phương pháp đánh giá rủi ro đề xuất tiêu chuẩn IEC 62305-2; - Đề xuất mơ hình cải tiến máy phát xung sét với nhiều dạng xung dòng khác nhau, mơ hình thiết bị chớng sét lan truyền đường nguồn hạ áp có mức độ tương đồng cao so với nguyên mẫu nhằm phục vụ mô để lựa chọn phương án thiết bị bảo chống sét lan truyền đường nguồn hợp lý; - Đề xuất quy trình đánh giá hiệu bảo vệ thiết bị chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp cho cơng trình điển hình mang tính minh họa từ bước xác định rủi ro thiệt hại sét phương pháp giải tích đến bước áp dụng phương pháp mơ hình hóa mơ để lựa chọn thơng sớ vị trí lắp đặt thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền đường nguồn đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật 1.7 Ý nghĩa khoa học - Kết đánh giá rủi ro thiệt hại sét cho cơng trình minh họa theo phương pháp cải tiến phương pháp đề xuất theo tiêu chuẩn IEC 62305-2 có chênh lệch đáng kể giá trị rủi ro thiệt hại cho người (13%), giá trị rủi ro thiệt hại kinh tế (11%) cho thấy cần thiết của việc xem xét mức độ tính tốn chi tiết sớ hệ sớ có hệ sớ che chắn vật thể lân cận cơng trình; - Đánh giá hiệu bảo vệ của phương án chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp phương pháp mơ hình hóa mơ phỏng, điều kiện khơng thể đo kiểm điện áp sét thực tế 1.8 Giá trị thực tiễn - Kết nghiên cứu có thể làm tài liệu tham khảo phương pháp đánh giá rủi ro thiệt hại sét với mức độ tính tốn chi tiết sớ hệ sớ so với tiêu chuẩn IEC 62305-2, giải pháp bảo vệ chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp cho quan, đơn vị, công ty tư vấn thiết kế chống sét, nghiên cứu sinh, học viên cao học ngành kỹ thuật điện nghiên cứu toán bảo vệ quá áp sét đường nguồn hạ áp NCS: Lê Quang Trung Chương PHƯƠNG PHÁP CẢI TIẾN ĐÁNH GIÁ RỦI RO THIỆT HẠI DO SÉT 2.1 Tổng quan phương pháp đánh giá rủi ro thiệt hại sét 2.1.1 Đánh giá rủi ro thiệt hại sét theo tiêu chuẩn IEC 62305-2/BS EN 62305-2 2.1.1.1 Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn IEC 62305-2 [1]/BS EN 62305-2 [4] đánh giá rủi ro được áp dụng cho các cơng trình hay dịch vụ liên quan Mục đích của tiêu chuẩn cung cấp quy trình đánh giá rủi ro sét gây cho cơng trình xây dựng Một giá trị rủi ro tính toán cao so với giá trị rủi ro cho phép, quy trình cho phép lựa chọn áp dụng biện pháp bảo vệ thích hợp để làm giảm rủi ro đến mức hoặc thấp so với giá trị rủi ro cho phép 2.1.1.2 Những thiệt hại, tổn thất sét - Dòng điện sét nguồn gốc chủ yếu gây thiệt hại, phân biệt theo vị trí sét đánh: S1 sét đánh trực tiếp vào cơng trình; S2 sét đánh gần cơng trình; S3 sét đánh trực tiếp vào đường dây dịch vụ kết nối đến cơng trình; S4 sét đánh gần đường đường dây dịch vụ kết nới đến cơng trình - Những thiệt hại sét đánh phụ thuộc vào đặc điểm của cơng trình bao gồm: Thiệt hại liên quan đến tổn thương người hay động vật điện giật D1; thiệt hại vật chất D2; thiệt hại hay cố hệ thống điện, điện tử bên cơng trình D3 - Mỡi dạng thiệt hại đơn lẽ hay liên quan có thể tạo tởn thất cơng trình được bảo vệ Dạng tổn thất bao gồm: Tổn thất sống người L1; tổn thất dịch vụ công cộng L2; tởn thất di sản văn hóa L3; tởn thất giá trị kinh tế L4 Các nguồn thiệt hại, dạng thiệt hại dạng tổn thất theo vị trí sét đánh trình bày Bảng 21, Phụ lục 2.1.1.3 Rủi ro và những thành phần rủi ro a Rủi ro: Loại rủi ro bao gồm: Rủi ro tổn thất người R1; rủi ro tổn thất dịch vụ công cộng R2; rủi ro tởn thất di sản văn hóa R3; rủi ro tổn thất giá trị kinh tế R4 b Những thành phần rủi ro cho công trình sét đánh trực tiếp vào cơng trình: RA thành phần rủi ro sét đánh trực tiếp vào cơng trình, điện áp tiếp xúc điện áp bước bên bên ngồi cơng trình phạm vi 3m xung quanh phận dẫn dòng sét gây tổn thương đến sống điện giật; RB thành phần rủi ro sét đánh trực tiếp vào cơng trình, phóng điện nguy hiểm bên cơng trình gây cháy nở gây thiệt hại vật chất có thể gây nguy hiểm cho mơi trường xung quanh; RC thành phần rủi ro sét đánh trực tiếp vào cơng trình, trường điện từ gây cố cho hệ thống điện, điện tử c Thành phần rủi ro cho cơng trình sét đánh gần cơng trình: RM thành phần rủi ro sét đánh gần cơng trình, trường điện từ gây cớ cho hệ thớng bên cơng trình; d Những thành phần rủi ro cho cơng trình sét đánh vào những đường dây dịch vụ kết nới đến cơng trình: RU thành phần rủi ro sét đánh trực tiếp vào đường dây dịch vụ kết nối đến cơng trình, điện áp tiếp xúc điện áp bước bên cơng trình gây tởn thương sớng điện giật; RV thành rủi ro sét đánh trực tiếp vào đường dây dịch NCS: Lê Quang Trung vụ kết nới đến cơng trình, dòng sét truyền đường dây dịch vụ gây thiệt hại vật chất; RW thành phần rủi ro sét đánh trực tiếp vào đường dây dịch vụ kết nới đến cơng trình, quá áp cảm ứng lan truyền đường dây dịch vụ vào cơng trình gây cớ hệ thớng bên cơng trình e Những thành phần rủi ro cho cơng trình sét đánh gần những đường dây dịch vụ kết nới với cơng trình: RZ thành phần rủi ro sét đánh gần đường dây dịch vụ kết nới với cơng trình, quá áp cảm ứng lan truyền đường dây dịch vụ vào cơng trình gây cớ hệ thớng bên cơng trình 2.1.1.4 Tổng hợp những thành phần rủi ro R1: Rủi ro tổn thất sống người R1 = RA1+RB1+RC11)+RM11)+RU1+RV1+RW11)+RZ11) (2.1) R2: Rủi ro tổn thất dịch vụ công cộng R2 = RB2 + RC2 + RM2 + RV2 + RW2 + RZ2 (2.2) R3: Rủi ro tổn thất di sản văn hóa R3 = RB3+ RV3 (2.3) R4: Rủi ro tổn thất giá trị kinh tế R4 = RA42) + RB4 + RC4 + RM4 + RU42) + RV4 + RW4 + RZ4 (2.4) 2.1.1.5 Đánh giá rủi ro a Quy trình: Quy trình để đánh giá rủi ro bao gồm: Xác định cơng trình cần bảo vệ đặc điểm của (kích thước, vị trí, biện pháp bảo vệ chớng sét có,…), xác định tất dạng tởn thất cơng trình rủi ro tương ứng liên quan (từ R1 đến R4), d9ánh giá rủi ro cho mỗi dạng tổn thất từ R1 đến R4, d9ánh giá cần thiết bảo vệ cách so sánh các giá trị rủi ro R với giá trị rủi ro chấp nhận được RT b Những yếu tố của cơng trình cần xem xét đánh giá rủi ro: Những yếu tớ của cơng trình cần được xem xét bao gồm: Chính cơng trình đó, thiết bị lắp đặt bên cơng trình, đới tượng, tiện ích khác mà cơng trình chứa đựng, người bên cơng trình hay phạm vi 3m xung quanh cơng trình, ảnh hưởng đến mơi trường xung quanh thiệt hại của cơng trình bị sét đánh có thể gây c Giá trị rủi ro chấp nhận được RT: Các giá trị rủi ro chấp nhận được RT đại diện, sét đánh gây tổn thất người, dịch vụ công cộng hay giá trị di sản văn hóa được, Bảng 23 - Phụ lục Đối với tổn thất giá trị kinh tế (L4) cần phải so sánh chi phí đầu tư lợi ích của các biện pháp bảo vệ để đưa giá trị rủi ro cho phép d Những quy trình cụ thể để đánh giá sự cần thiết bảo vệ chống sét: Cho mỗi dạng rủi ro nên xem xét theo bước: Xác định rủi ro thành phần RX cấu thành nên rủi ro tởng, tính toán, xác định các rủi ro thành phần RX, tính toán rủi ro tởng R, so sánh rủi ro R với giá trị rủi ro cho phép được RT Nếu R ≤ RT, bảo vệ chống sét không cần thiết Nếu R > RT, các biện pháp bảo vệ nên được áp dụng để làm giảm rủi ro R ≤ RT 2.1.1.6 Xác định những thành phần rủi ro: a Biểu thức tính tốn rủi ro: Mỡi thành phần rủi ro RA, RB, RC, RM, RU, RV, RW RZ nêu có thể được xác định theo biểu thức sau: RX = NX x PX x LX (2.5) Trong đó: NX sớ kiện nguy hiểm sét gây năm; PX xác suất thiệt hại của cơng trình; LX hậu thiệt hại NCS: Lê Quang Trung b Những thành phần rủi ro sét đánh trực tiếp vào cơng trình (S1): Thành phần rủi ro liên quan đến tổn thương về người điện giật (D1): RA = ND x PA x LA (2.6) - Số lần sét đánh trực tiếp gây cớ nguy hiểm cho cơng trình ND có thể được xác định sau: ND = NG x AD x CD x 10-6 (lần/km2/năm) (2.7) Trong đó: NG mật độ sét (lần/km /năm); AD vùng tập trung tương đương của cơng trình (m2); CD hệ sớ vị trí của cơng trình, Bảng 1- Phụ lục - Cho cơng trình hình khới chữ nhật với chiều dài L, chiều rộng W chiều cao H tính mét vùng tập trung tương đương của cơng trình được xác định sau: AD = L x W+2I x (3H) x (L+W)+π x (3H)2 (m2) (2.8) - Giá trị xác suất PA điện áp tiếp xúc điện áp bước sét đánh vào cơng trình gây phụ thuộc vào hệ thớng bảo vệ chống sét các biện pháp bảo vệ bổ sung được cung cấp: PA = PTA x PB (2.9) Trong đó: PTA phụ thuộc vào biện pháp bảo vệ bổ sung chống điện áp tiếp xúc điện áp bước, Bảng - Phụ lục 1; PB phụ thuộc mức độ của hệ thống bảo vệ chống sét LPL, Bảng - Phụ lục Thành phần rủi ro liên quan đến thiệt hại vật chất (D2): RB = ND x PB x LB (2.10) Thành phần rủi ro liên quan đến sự cố những hệ thống bên cơng trình (D3): RC = ND x PC x LC (3.11) - Xác suất thiệt hại PC sét đánh vào cơng trình gây cớ cho hệ thống bên được xác định sau: PC = PSPD x CLD (2.12) Trong đó: PSPD phụ thuộc vào phối hợp các thiết bị bảo vệ xung (SPD) mức độ của hệ thống bảo vệ chống sét LPL, Bảng - Phụ lục 1; CLD hệ số phụ thuộc vào biện pháp bảo vệ, nối đất điều kiện cách ly của đường dây kết nối đến hệ thống bên trong, Bảng 5- Phụ lục c Những thành phần rủi ro sét đánh gần cơng trình (S2): Thành phần rủi ro liên quan đến cố hệ thống bên cơng trình (D3): RM = NM PM x LM (2.13) - NM có thể được xác định sau: NM = NG x AM x10-6 (lần/km2/năm) (2.14) Trong đó: NG mật độ sét (lần/km /năm); AM vùng tập trung tương đương sét đánh gần cơng trình (m2), được tính phạm vi 500m từ chu vi cơng trình AM được tính theo cơng thức: AM = x 500 x (L+W) x π x 5002 (m2) (2.15) - Xác suất PM được xác định bởi: PM = PSPD x PMS (2.16) Đối với thiết bị khả hạn chế hay điện áp chịu xung khơng được xem xét giả sử PM = Giá trị PMS được tính theo biểu thức sau: PMS = (KS1 x KS2 x KS3 x KS4)2 (2.17) Trong đó: KS1 xét đến hiệu che chắn cho cơng trình của hệ thớng bảo vệ chớng sét hoặc các biện pháp bảo vệ biên của vùng bảo vệ chống sét 0/1; KS2 xét đến hiệu che chắn cho cơng trình của hệ thớng bảo vệ chớng sét hoặc các biện pháp bảo vệ biên của vùng bảo vệ chống sét X/Y (X>0, Y>1); KS3 xét đến đặc tính định cách dây bên trong; KS4 xét đến điện áp chịu xung của thiết bị bảo vệ NCS: Lê Quang Trung d Những thành phần rủi ro sét đánh trực tiếp vào những đường dây dịch vụ kết nới với cơng trình (S3): 1- Thành phần rủi ro liên quan đến tổn thương về người điện giật (D1): RU = NL x PU x LU (3.18) Cho mỗi đường dây, giá trị NL được tính sau: NL = NG x AL x Cl x CE x CT x 10-6 (lần/km2/năm) (2.19) Trong đó: NG mật độ sét (lần/km /năm); AL vùng tập trung tương đương sét đánh trực tiếp vào đường dây (m2); Cl hệ số lắp đặt đường dây, Bảng - Phụ lục 1; CT hệ số loại đường dây, Bảng - Phụ lục 1; CE hệ số môi trường xung quanh, Bảng - Phụ lục - Vùng tập trung tương đương AL của đường dây: AL = 40 x LL (m2) (2.20) Trong đó: LL chiều dài của đường dây tính từ nút sau - Giá trị xác suất PU cho ảnh hưởng đến sớng bên cơng trình sét đánh vào đường dây lan truyền vào bên cơng trình phụ thuộc vào đặc điểm hay biện pháp bảo vệ của đường dây, giá trị điện áp chịu xung của thiết bị bên mà đường dây kết nối vào Giá trị PU được tính theo biểu thức sau: PU = PTU x PEB x PLD x CLD (2.21) Trong đó: PTU phụ thuộc vào biện pháp bảo vệ chống lại điện áp tiếp xúc thiết bị bảo vệ hay cảnh báo nguy hiểm,…Bảng 9, Phụ lục 1; PEB phụ thuộc vào liên kết đẳng cấp độ bảo vệ chống sét với SPD được thiết kế, Bảng 10 - Phụ lục 1; PLD xác suất xảy cố hệ thống bên sét đánh vào đường dây phụ thuộc vào đặc điểm đường dây Bảng 11 - Phụ lục 1; CLD hệ số phụ thuộc vào biện pháp bảo vệ đường dây, nối đất điều kiện cách ly của đường dây, Bảng - Phụ lục 2- Thành phần rủi ro liên quan đến thiệt hại vật chất (D2): RV = NL x PV x LV (2.22) Giá trị xác suất PV sét đánh vào đường dây dịch vụ vào cơng trình gây thiệt hại vật chất phụ thuộc vào đặc điểm bảo vệ đường dây, điện áp chịu xung của hệ thống bên kết nối với đường dây, điều kiện cách ly, có hay khơng lắp đặt SPD Giá trị PV được tính theo biểu thức sau: PV = PEB x PLD x CLD (2.23) Với giá trị PEB Bảng 10 - Phụ lục 1, PLD Bảng 11- Phụ lục 1; CLD Bảng 5- Phụ lục 3- Thành phần rủi ro liên quan đến sự cố những hệ thớng bên cơng trình (D3): RW = NL x PW x LW (2.24) Giá trị xác suất PW sét đánh vào đường dây dịch vụ vào cơng trình gây cớ cho hệ thống bên phụ thuộc vào đặc điểm bảo vệ đường dây, điện áp chịu xung của hệ thống bên trong, điều kiện cách ly, phối hợp lắp đặt SPD Giá trị PW được tính theo biểu thức sau: PW = PSPD x PLD x CLD (2.25) Với giá trị PSPD Bảng - Phụ lục 1, PLD Bảng 11 - Phụ lục 1; CLD Bảng -Phụ lục e Những thành phần rủi ro sét đánh gần những đường dây dịch vụ kết nối đến cơng trình (S4): Thành phần rủi ro liên quan đến cớ hệ thớng bên cơng trình (D3): RZ = Nl x PZ x LZ (2.26) NCS: Lê Quang Trung Cho mỗi đường dây, giá trị Nl được tính sau: Nl = NG x Al x Cl x CT x CE x 10-6 (lần/km2/năm) (2.27) Trong đó: NG mật độ sét (lần/km /năm); Al vùng tập trung tương đương cho đường dây sét đánh xuống đất gần đường dây (m2); Cl hệ số lắp đặt đường dây, Bảng - Phụ lục 1; CT hệ số loại đường dây, Bảng - Phụ lục 1; CE hệ số môi trường xung quanh, Bảng - Phụ lục Vùng tập trung tương đương Al sét đánh gần đường dây được tính sau: Al = 4.000 x LL (m2) (2.28) Trong đó: LL chiều dài của đường dây tính từ nút sau Xác suất PZ sét đánh gần đường dây dịch vụ vào cơng trình gây cớ cho hệ thống bên phụ thuộc vào đặc điểm bảo vệ đường dây, điện áp chịu xung của hệ thống bên trong, điều kiện cách ly, phối hợp bảo vệ hệ thống SPD được cung cấp Giá trị PZ được tính theo biểu thức sau: PZ = PSPD x PLI x CLI (2.29) Trong đó: PSPD Bảng - Phụ lục 1; CLI Bảng - Phụ lục 1; giá trị xác suất PLI sét đánh gần đường dây dịch vụ vào cơng trình gây cố bên phụ thuộc vào đặc điểm của đường dây thiết bị, Bảng 12 - Phụ lục f Tổng hợp những thành phần rủi ro: Những thành phần rủi ro cho cơng trình được tởng hợp, Bảng 24 - Phụ lục theo dạng thiệt hại nguồn thiệt hại khác 2.1.2 Đánh giá rủi ro thiệt hại sét theo tiêu chuẩn AS/NZS 1768 2.1.2.1 Phạm vi Đánh giá rủi ro theo tiêu chuẩn AS/NZS 1768 [3] có thể áp dụng để quản lí rủi ro gây phóng điện sét Mục đích của nội dung đánh giá rủi ro tiêu chuẩn cung cấp biện pháp để đánh giá rủi ro cho cơng trình, người, thiết bị bên hay dịch vụ kết nối với công trình Đánh giá rủi ro có xem xét đến thiệt hại vật chất của cơng trình đới tượng khác bên cơng trình, thiệt hại cố thiết bị, nguy hiểm tiềm tàng khác từ điện áp tiếp xúc điện áp bước có thể gây tởn thương đới với người thiệt hai cháy nổ phóng điện sét gây Phương pháp đánh giá rủi ro liên quan đến so sánh giá trị rủi ro tính toán được với giá trị rủi ro cho phép Từ đó, lựa chọn biện pháp bảo vệ để giảm thiểu rủi ro đến giới hạn rủi ro cho phép 2.1.2.2 Các dạng rủi ro sét Các loại rủi ro sét gây cho công trình bao gồm: R1 rủi ro thiệt hại sống người; R2 rủi ro thiệt hại dịch vụ công cộng; R3 rủi ro thiệt hại di sản văn hóa; R4 rủi ro thiệt hại giá trị kinh tế 2.1.2.3 Giá trị rủi ro chấp nhận được Đối với mỗi loại rủi ro thiệt hại sét đánh gây ra, giá trị rủi ro chấp nhận được Ra cần phải được xác định cho mỗi loại thiệt hại Giá trị rủi ro cho phép chấp nhận được tiêu biểu Ra, Bảng 29 - Phụ lục Đối với thiệt hại giá trị kinh tế, rủi ro cho phép chấp nhận được, Ra có thể được xác định chủ sở hữu hoặc người sử dụng cơng trình, thường xuyên tham khảo ý kiến của các nhà thiết kế đề xuất biện pháp bảo vệ chống sét, dựa cân nhắc chi phí kinh tế hiệu bảo vệ 2.1.2.4 Thiệt hại sét a Nguyên nhân thiệt hại: NCS: Lê Quang Trung 3.2 Mô hình thiết bị chống sét hạ áp 3.2.1 Đặt vấn đề cải tiến Hiện nay, có nhiều cơng trình nghiên cứu nước quốc tế thiết bị chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp, chưa có cơng trình xem xét đầy đủ các yếu tố sai số điện áp ngưỡng, nhiệt độ môi trường Việc nghiên cứu để tạo mơ hình thiết bị chống sét đường nguồn hạ áp Matlab có xem xét đủ các yếu tớ ảnh hưởng cần thiết 3.2.2 Xây dựng mơ hình thiết bị chống sét hạ áp cải tiến Matlab 3.2.2.1 Mô hình điện trở phi tuyến Matlab Phần tử phi tuyến V = f(I) được xây dựng bảng tra, với mỗi giá trị của điện áp V tương ứng với giá trị dòng điện I, theo biểu thức (3.17) V  10b1b log I b3e  log  I  b elog  I   (3.17) Ứng với mỗi loại MOV hạ chuẩn, thông số b1, b2, b3, b4 tương ứng Các thông số b1, b2, b3, b4 được xác định dựa đặc tính V-I của MOV nằm vùng MOV hoạt động bình thường, ứng với độ sai số TOL của điện áp MOV 0% Tùy vào loại MOV, độ sai sớ TOL chuẩn có thể thay đởi từ 10% đến 20% Hình 3.6: Đặc tuyến V-I của MOV Từ biểu thực 3.17, suy b1  b log I  b3e      log  I   b 4e log  I   ln V ln 10 (3.18) Dựa vào đặc tuyến V-I vùng MOV hoạt động, chọn điểm đặc tuyến VI tương ứng tính b1, b2, b3, b4 cách giải hệ phương trình  log  I1 log  I1 ln V ln 10          log  I  log  I  ln V b1  b2 log  I   b3e  b 4e    ln 10      log  I 3 log  I 3 ln V b1  b log  I 3  b3e  b4e    ln 10          log  I  log  I  ln V b1  b2 log  I   b3e  b 4e    ln 10 b1  b log  I1  b3e  b 4e  (3.19) Để mô trường hợp MOV chịu xung dòng phóng điện, trường hợp điện áp dư của MOV có giá trị cực đại (đây giá trị V của MOV đặc tính V-I NCS: Lê Quang Trung 26 được cho catalogue), độ sai số dương được sử dụng cho mơ hình thơng qua biểu thức (3.20) V  (1  TOL / 100).10 b1 b log I  b 3e  log  I   b e log  I   (I  0) (3.20) Hình 3.7: Sơ đồ mơ hình điện trở phi tuyến của V = f(I) của MOV 3.2.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ lên đặc tuyến V-I Nhiệt độ T gây ảnh hưởng đến khả trực tiếp t̉i thọ khả dẫn dòng IMAX của MOV:  -550C ≤ T ≤ 850C: IMAXT = IMAX (3.21)  850C ≤ T ≤ 1250C: IMAXT = (-2,5*T+312,5)*IMAX/100 (3.22)  T > 125 C: IMAXT = (3.23) Giá trị nhiệt độ T được khai báo tính tốn theo biểu thức (3.21), (3.22), (3.23) Initialization Commands chức Mask Editor của mơ hình MOV hạ hồn chỉnh 3.2.2.3 Mơ hình thiết bị chống sét MOV hạ áp cải tiến Matlab Mô hình MOV hạ áp Matlab Hình 3.8 Hình 3.8: Mơ hình cải tiến MOV hạ áp Với điện trở Rs =100n, Rp =100M, điện cảm Ls ≈ nH/mm, tụ điện Cp có giá trị khác ứng với loại MOV khác Mơ hình thiết bị chống sét hạ áp MOV xây dựng Matlab Hình 3.9 Hình 3.9: Thiết bị chớng sét MOV hạ áp NCS: Lê Quang Trung 27 Sử dụng Mask Editor khai báo biến mục Parameters: Hình 3.10: Hộp thoại khai báo biến hộp thoại Initialization của mô hình MOV hạ áp Trong đó: Vc điện áp làm việc xoay chiều cực đại MOV (giá trị RMS), giá trị điện áp được nhà sản xuất chuẩn hóa giá trị để chọn giá trị MOV tương ứng với mạng điện áp khác như: 230V, 275V, 440V 750V; I max giá trị biên độ của xung dòng 8/20 μs mà MOV có thể chịu đựng, giá trị biên độ được chuẩn hóa nhà sản xuất giá trị để chọn loại MOV ứng với mức độ chịu đựng xung dòng khác như: 2,5kA, 4,5kA, 6,5kA, 8kA, 25kA, 40kA, 70kA 100kA Hai thông số Vc Imax để phân loại MOV, ứng với MOV khác có giá trị L, C b1, b2, b3 b4 khác nhau; TOL sai số % của điện áp ngưỡng MOV thường có giá trị chuẩn 10%, 15%, 20%; T nhiệt độ MOV được đo độ C có giá trị từ -55 đến 1250C; N sớ lượng phần tử MOV có thiết bị chớng sét Trong mục Initialization, nhập giá trị thông số đầu vào của mơ hình Viết chương trình để truy suất giá trị L, C, thông số b1, b2, b3, b4 tính giá trị của mảng điện áp V_array_input theo mảng dòng điện I_array_output thông qua biểu thức (3.19) theo đặc tuyến V-I của MOV Hai mảng V_array_input I_array_output khai báo cho khới Look-up Table của mơ hình phần tử điện trở phi tuyến, thể mối quan hệ V-I theo biểu thức (3.20) của MOV, được tính toán trước chương trình câu lệnh: I_array_output=[0.0000001 0.000001 0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 10 100 300 1000 2000 5000 10000 20000 40000 100000 1000000]; V_array_input=(1+TOL/100)*10.^(b1+b2*log10(I_array_output/N)+b3*exp(log10(I_array_output/N))+b4*exp(log10(I_array_output/N))); Hoàn tất các bước xây dựng mơ hình Mask Editor, ći được mơ hình hồn chỉnh của thiết bị chớng sét MOV hạ áp Các thông số đầu vào của mô Hình 3.11: Hình 3.11: Hộp thơng sớ đầu vào mơ hình thiết bị chớng sét MOV hạ áp NCS: Lê Quang Trung 28 3.2.2.4 Đánh giá mô hình thiết bị chớng sét với xung dòng 8/20 µs Mạch kiểm tra đáp ứng mơ hình thiết bị chớng sét hạ áp tác động của xung dòng 8/20µs trình bày Hình 3.12 Hình 3.12: Sơ đồ mơ của thiết bị chống sét hạ áp a Tiến hành mô phỏng với thiết bị chống sét hạ áp của hãng SIEMENS: Có thơng sớ kỹ thuật trình bày Bảng 3.4 với xung dòng 8/20μs có biên độ 3kA nhiệt độ lần lượt 28°C 1000C Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật thiết bị chống sét hạ áp của hãng SIEMENS Bảng 3.5: Kết so sánh mô thiết bị chống sét SIEMENS 28oC 1000C b Tiến hành mô phỏng thiết bị chống sét hạ áp B32K320 và B60K320 của hãng EPCOS: Các thông sớ kỹ thuật trình bày Bảng 3.6 với xung dòng 8/20μs có biên độ 5kA nhiệt độ lần lượt 28°C 1000C Bảng 3.6: Thông số kỹ thuật thiết bị chống sét hạ áp của EPCOS Bảng 3.7: Kết so sánh mô thiết bị chống sét EPCOS 280C 1000C NCS: Lê Quang Trung 29 Nhận xét: Qua kết tổng hợp mô của mơ hình thiết bị chớng sét hạ áp đối với loại MOV của nhà sản xuất Bảng 3.5 Bảng 3.7, kết mô hình thiết bị chớng sét hạ áp cải tiến có giá trị sai số nằm phạm vi cho phép của MOV quy định (sai số điện áp dư mơ hình so với liệu của nhà sản xuất có giá trị lớn 1,2%, giá trị thấp 0,08%) Thơng sớ đầu vào của mơ hình tương đới đơn giản, hồn tồn được cung cấp từ nhà sản xuất 3.2.2.5 Kiểm tra điện áp dư của thiết bị chớng sét được thí nghiệm từ máy phát xung sét AXOS8 tại phòng thí nghiệm thí nghiệm C102 của trường đại học SPKT-Tp.HCM mơ hình Bảng 3.8: Thông số kỹ thuật của thiết bị chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp MFV 20D511K Điện áp làm việc AC max (V) Dòng điện xung 8/20μs max (kA crest) Sai số điện áp MOV (%) Nhiệt độ (°C) 320 6,5 10 28 Thực mô Matlab sử dụng xung dòng 8/20µs có biên độ 3kA cho kết đáp ứng của thiết bị chống sét hạ áp MFV 20D511K, điện áp dư của thiết bị chống sét hạ áp MFV 20D511K mô 280C 1000C Bảng 3.9: So sánh điện áp dư thực nghiệm thực tế mơ hình Nhận xét: Từ kết thí nghiệm, sai lệch điện áp dư mơ hình thiết bị chớng sét hạ áp cải tiến Matlab máy phát xung sét thí nghiệm thực tế đối với thiết bị chống sét hạ áp MFV 20D511K 280C 7%; 1000C 5% 3.3 Kết luận Xây dựng được mơ hình máy phát xung sét cho dạng xung dòng sét khác có sai sớ đáp ứng sai sớ của xung sét chuẩn quy định (10%) Kết mô đối với các dạng xung dòng sét, giá trị sai số lớn giá trị dòng điện đỉnh 0.03% ,về thời gian đầu sóng 0%, thời gian sóng 3,71%; Xây dựng được mơ hình thiết bị chống sét đường nguồn hạ áp môi trường Matlab có tính tương đồng cao với nguyễn mẫu, cụ thể: Về cấu tạo của thiết bị mô hình, điện áp làm việc cực đại, dòng xung cực đại, sai số điện áp ngưỡng, nhiệt độ môi trường Kết kiểm tra điện áp dư mơ hình hóa mơ điện áp dư từ catalogue của nhà sản xuất: Có giá trị lớn 1,2%, giá trị thấp 0,08%, Kết kiểm tra điện áp dư mơ hình MOV MFV 20D511K MFV 20D511K được thí nghiệm phòng C102 trường ĐHSPKT-Tp.HCM nhiệt độ 280c sai sớ 7%, 1000C sai số 5% NCS: Lê Quang Trung 30 Chương GIẢI PHÁP LỰA CHỌN THIẾT BỊ BẢO VỆ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN CHO CƠNG TRÌNH ĐIỂN HÌNH 4.1 Tổng quan 4.2 Quy trình tính tốn lựa chọn thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền đường ng̀n 4.2.1 Quy trình đánh giá rủi ro cho cơng trình mẫu làm điển hình Quy trình tính tốn đánh giá rủi ro cho cơng trình điển hình mang tính minh họa gồm 11 bước được trình bày Hình 4.1 Chú thích: R1, R2 tương ứng giá trị rủi ro thiệt hại người giá trị rủi ro thiệt hại dịch vụ; RT giá trị rủi ro chấp nhận được; LPS (Lightning Protection System) hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp; SPM (Surge Protection Measures) biện pháp bảo vệ chống sét lan truyền Hình 4.1: Quy trình đánh giá rủi ro cho trạm viễn thông NCS: Lê Quang Trung 31 Quy trình đánh giá rủi ro cho trạm viễn thơng gồm bước sau: Bước 1: Xác định đặc điểm thơng sớ cơng trình cần bảo vệ chớng sét bao gồm: Kích thước nhà trạm; độ cao tháp anten liền kề; mức độ che chắn cơng trình khác lân cận; mật độ sét khu vực; biện pháp bảo vệ phòng cháy chữa cháy; sớ lượng, cách lắp đặt chiều dài đường dây dịch vụ kết nối đến nhà trạm, biện pháp bảo vệ chớng sét có,… Bước 2: Xác định loại tởn thất thiệt hại sét gây (Con người, dịch vụ, di sản văn hóa hay kinh tế) Bước 3: Xác định tính tốn thành phần rủi ro cho mỡi loại tởn thất Bước 4: Tính tởng giá trị rủi ro thành phần cho mỗi loại tổn thất so với giá trị tổn thất cho phép theo tiêu chuẩn IEC 62305-2 [1] Nếu giá trị tính tốn rủi ro cho mỗi loại tổn thất < giá trị rủi ro loại tởn thất cho phép cơng trình được bảo vệ, ngược lại cần phải lắp đặt thiết bị bảo vệ chớng sét Bước 5: Cơng trình cần phải lắp đặt hệ thống bảo vệ chống sét Bước 6: Xem cơng trình lắp đặt hệ thớng chớng sét trực tiếp (Lightning protection system - LPS) hay chưa ?  Nếu cơng trình chưa lắp đặt LPS cần phải lựa chọn LPS có cấp độ bảo vệ thích hợp để lắp đặt  Nếu cơng trình lắp đặt LPS:  Chuyển sang Bước lựa chọn bở sung LPS có cấp độ bảo vệ thích hợp để lắp đặt  Chuyển sang Bước xem cơng trình lắp đặt hệ thớng chớng sét lan truyền (SPM) hay chưa ? Bước 8: Cơng trình được lắp đặt hệ thống chống sét lan truyền (SPM) chủn sang bước 10; cơng trình chưa được lắp đặt hệ thớng chớng sét lan truyền (SPM) chủn sang Bước Bước 9: Lựa chọn SPM có cấp độ bảo vệ thích hợp để lắp đặt Bước 10: Lựa chọn bở sung SPM có cấp độ bảo vệ thích hợp để lắp đặt Bước 11: Sau lắp đặt LPS có cấp độ bảo vệ thích hợp hoặc lắp đặt bở sung LPS có cấp độ bảo vệ thích hợp; lắp đặt SPM có cấp độ bảo vệ thích hợp hoặc lắp đặt bở sung SPM có cấp độ bảo vệ thích hợp quay trở lại Bước tiến hành tính toán đánh giá rủi ro để kiểm tra cơng trình được bảo vệ chưa 4.2.2 Quy trình lựa chọn kiểm tra khả bảo vệ thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền Sau tính toán đánh giá rủi ro thiệt hai sét gây xác định được thành phần rủi ro, tiến hành lựa chọn thiết bị bảo vệ chớng sét lựa chọn vị trí lắp đặt kiểm tra tra khả bảo vệ của phương án đề xuất thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền gồm bước được thực Hình 4.2 NCS: Lê Quang Trung 32 Chú thích: với UP điện áp dư (điện áp bảo vệ) đầu cực thiết bị; Un điện áp danh định của hệ thớng Hình 4.2: Quy trình lựa chọn kiểm tra khả bảo vệ của thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền đường nguồn Bước 1: Dựa sơ đồ nguyên lý cấp điện cho công trình, tiến hành xây dựng mơ hình mạng phân phới điện phần mềm mô Matlab Bước 2: Lựa chọn thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền (Các mơ hình thiết bị bảo vệ chớng sét được xây dựng Chương 3) đường dây cấp nguồn phù hợp với tải cần bảo vệ Bước 3: Lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị bảo vệ chớng sét lan truyền đường dây cấp nguồn: Tại tủ phân phới chính, tủ phân phới phụ hay đầu cực thiết bị Bước 4: Tiến hành mô kiểm tra khả đáp ứng của thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền đường dây cấp nguồn cách tạo xung sét lan truyền xuất vị trí khác (Cat) đường dây cấp nguồn theo vùng bảo vệ tương ứng, giá trị xung dòng sét phụ thuộc mật độ sét vùng bảo vệ tương ứng Hình 4.3 Bằng mơ hình máy phát xung sét mơ hình thiết bị được xây dựng chương 3, khảo sát điện áp dư đầu cực thiết bị trường hợp NCS: Lê Quang Trung 33 Hình 4.3: Các dạng xung sét tiêu chuẩn Bước 5: Kiểm tra điện áp bảo vệ của thiết bị chống sét UP - Theo IEC 60614-1 đối với thiết bị điện, điện áp 230V/400V: Up  1.5kV (4.1) - Theo tiêu chuẩn AS/NZS 1768 đối với thiết bị điện tử: Up  1.5 Un (4.2) Un điện áp danh định của thiết bị điện tử Trong trường hợp lựa chọn thiết bị bảo vệ chưa đáp ứng quay lại Bước Hình 4.4: Giá trị điện áp dư quá độ sét đối với thiết bị điện tử Bước 6: Kết luận cơng trình được bảo vệ tránh khỏi rủi ro sét lan truyền đường nguồn gây 4.3 Tính tốn cho cơng trình điển hình mang tính minh họa 4.3.1 Đặc điểm cơng trình - Cơng trình điển hình làm cơng trình mẫu trạm viễn thơng huyện Long Thành, tỉnh Đồng Nai, Việt Nam được xây dựng bê tơng cớt thép, khu vực có mật độ sét 13,7 lần/km2/năm khơng có cơng trình khác cao lân cận Tháp anten được xây dựng thép cách nhà trạm 4m có độ cao 50m - Chiều dài đường dây cấp nguồn kết nối đến nhà trạm 500m lắp đặt cột điện có chiều cạo 5,5m, khoảng cách dây dẫn 2m, vật che chắn xung quanh cao 10m, khoảng cách từ vật che chắn đến đường dây 40m - Chiều dài đường dây thông tin liên lạc kết nối đến nhà trạm tương ứng 1000m NCS: Lê Quang Trung 34 + Hệ thống bảo bệ chớng sét đánh trực tiếp cho cơng trình được trang bị lắp đặt, cột anten được lắp đặt chớng sét với cáp sét chớng nhiễu, hệ thống nối đất đạt chuẩn yêu cầu kỹ thuật; các đường dây thông tin liên lạc được lắp đặt hệ thống bảo vệ chống sét lan truyền + Trên đường dây cấp nguồn chưa được lắp đặt hệ thống bảo vệ chống sét lan truyền + Trạm viễn thông cần được đánh giá rủi ro thiệt hại người rủi ro thiệt hại dịch vụ sét gây để lựa chọn thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền đường nguồn 4.3.2 Đánh giá rủi ro thiệt hại sét cho trạm viễn thơng Quy trình đánh giá rủi ro cho trạm viễn thơng được thực Hình 4.1 Bước 1: Xác định đặc điểm, thơng sớ cơng trình cần bảo vệ: Các bảng thơng sớ đặc điểm của cơng trình môi trường che chắn xung quanh, đặc điểm của đường dây điện cấp nguồn, đặc điểm các đường dây viễn thơng được trình bày Phụ lục 11 Bước 2: Đới với cơng trình viễn thơng, xác định có loại tổn thất rủi ro thiệt hại sét gây ra: Tổn thất người (R1) tổn thất dịch vụ (R2): Bước 3: Tính tốn thành phần rủi ro liên quan đến R1 R2 sét gây cho trạm viễn thơng được trình Bước 4: So sánh giá trị R1 R2 với giá trị rủi ro tương ứng RT1 RT2 tiêu chuẩn IEC 62305-2 [1] quy định Bảng 4.1: So sánh giá trị giá trị rủi ro với rủi ro theo tiêu chuẩn [1] quy định Giá trị rủi ro tính tốn Giá trị rủi ro theo tiêu Kết luận chuẩn [1] quy định R1= 3,88.10-6 RT1= 10-5 R1RT2 ⇒ Giá trị rủi ro R2 cao giá trị rủi ro tiêu chuẩn Bước 5: Cơng trình cần được lắp đặt hệ thống bảo vệ chống sét Bước 6: Xem xét cơng trình có trang bị LPS hay chưa ? Ở được xem cơng trình được lắp đặt LPS với SPD có cấp độ bảo vệ LPL cấp I, chuyển sang bước Bước 8: Xem xét cơng trình có trang bị lắp đặt SPM hay chưa ? Cơng trình chưa được trang bị SPM đường dây cấp nguồn chuyển sang Bước Bước 9: Lựa chọn lắp đặt SPM cho đường dây cấp nguồn: SPD có cấp độ bảo vệ LPL cấp II (PSPD/P=0,05.0,02=0,001) Bước 10: Tính tốn lại giá trị rủi ro thành phần Sau tính tốn lại giá trị rủi ro thành phần, quay lại Bước tính toán rủi ro cho R1 R2: Bảng 4.2: So sánh giá trị rủi ro của thành phần được lắp đặt SPD với giá trị rủi ro theo tiêu chuẩn [1] Giá trị rủi ro tính tốn Giá trị rủi ro quy định Kết luận tiêu chuẩn [1] R1= 3,87.10-6 RT1= 10-5 R1 < RT1 R2 = 2,137.10-4 RT2= 10-3 R2 < RT2 ⇒ Giá trị rủi ro R1 R2 thấp giá trị rủi ro chấp nhận được NCS: Lê Quang Trung 35 Nhận xét: Các giá trị rủi ro R1 R2 sau lắp đặt thiết bị chống sét LPS với SPD có cấp độ bảo vệ LPL cấp I SPM với SPD có cấp độ bảo vệ LPL cấp II, giá trị rủi ro RT1 RT2 thấp RT1 RT2 theo tiêu chuẩn [1] quy định, công trình hạn chế được rủi ro thiệt hại sét gây Trên sở đó, tiến hành lựa chọn phương án bảo vệ chống sét lan truyền đường nguồn: Lựa chọn thiết bị bảo vệ chống sét, lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị, kiểm tra khả bảo vệ của thiết bị chống sét chống sét lan truyền đường nguồn sau lắp đặt 4.3.3 Phương án bảo vệ chống sét lan truyền đường ng̀n Bước 1: Xây dựng mơ hình mạng phân phới điện phần mềm mô Matlab Dựa sơ đồ cấp điện cho trạm viễn thơng bảng tởng hợp thiết bị có nhà trạm, xây dựng mơ hình mạng phân phới điện phần mềm mơ Matlab Hình 4.5 Bước 2: Lựa chọn thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền đường nguồn - Lựa chọn SPD cấp I: (Cat B) - Lựa chọn SPD cấp II: (Cat C) Bước 3: Chọn vị trí lắp đặt thiết bị bảo vệ chớng sét Thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp được lắp đặt tủ phân phới tủ phân phối phụ Bước 4: Tiến hành mô kiểm tra đáp ứng của thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền đường dây cấp nguồn khảo sát điện áp dư qua tải: Tải AC 230V/400V, tải DC 48V Mật độ sét khu vực đặt trạm viễn thông 12 lần/km2/năm, theo tiêu chuẩn ANSI/IEEE C62.41, IEC 61643 Hình 4.3 tiến hành mơ với xung dòng sét 8/20μs, biên độ xung dòng 40kA: - Khi chưa lắp đặt SPD Giá trị mô điện áp dư tải được trình bày Bảng 4.3 NCS: Lê Quang Trung 36 Hình 4.5: Sơ đồ mô mạng phân phối điện phần mềm Matlab Bảng 4.3: Giá trị mô điện áp dư qua các tải chưa lắp SPD Biên độ xung thử nghiệm 8/20µs (kA) 40 NCS: Lê Quang Trung Giá trị đỉnh điện áp dư qua tải AC (V) 38600 Giá trị đỉnh điện áp dư qua tải DC (V) 460 37 Kết mô kiểm tra điện áp dư qua các tải AC DC xuất quá độ điện áp sét lớn điện áp bảo vệ UP theo tiêu chuẩn quy định Do đó, cần phải lựa chọn SPD vị trí lắp đặt để bảo vệ chống sét lan truyền đường nguồn cho thiết bị điện điện tử - Khi lựa chọn thiết bị SPD vị trí lắp đặt: + Tại tủ phân phới chính, chọn SPD cấp I (Cat B): Dựa vào vị trí lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền đường nguồn, mật độ sét lắp đặt của cơng trình biên độ xung dòng sét xuất 40kA, dạng xung sét 8/20µs Chọn thiết bị chớng sét lan truyền đường nguồn SPD có điện áp làm việc 275V, dòng xung chịu đựng của thiết bị chống sét (Imax impulse current) 40 kA hoặc 70 kA hoặc 100kA (3 thiết bị có xung dòng Imax chịu đựng khác nhau) + Tại tủ phân phối phụ AC, chọn SPD cấp II (Cát C): Dựa vào vị trí lắp đặt thiết bị chống sét, mật độ sét biên độ xung dòng sét xuất xuất 40kA, dạng sét 8/20µs Chọn SPD có điện áp làm việc 275V, dòng xung chịu đựng của thiết bị chớng sét (Imax impulse current) 25 kA hoặc 40 kA hoặc 70kA (3 thiết bị có xung dòng Imax chịu đựng khác nhau) Kết mô kiểm tra điện áp dự đới với tải AC DC trình bày bảng Bảng 4.4, Bảng 4.5 lắp đặt SPD lắp đặt vị trí tủ nguồn cấp I tủ nguồn phụ cấp II Bảng 4.4: Giá trị mô điện áp dư qua tải AC lắp SPD tủ phân phới tủ phân phới phụ SPD cấp I Dòng Điện áp xung định định mức mức MOV (V) MOV (SPD cấp I) (kA) Biên độ xung thử nghiệm 8/20µs Sai số điện áp MOV (%) 40 10 275 40 1779 40 10 275 70 1661 40 10 275 100 1407 Giá trị đỉnh điện áp dư qua tải (V) SPD cấp II Dòng Điện áp định xung định mức MOV mức (V) MOV (SPD cấp II) (kA) 25 275 40 25 275 40 70 25 275 40 70 Giá trị đỉnh điện áp dư qua tải (V) 1117 1071 1089 1046 1011 1008 976 950 Bảng 4.5: Giá trị điện áp dư qua tải DC lắp SPD tủ phân phới Điện áp định Dòng xung Sai số điện Biên độ xung Giá trị đỉnh mức MOV (V) định mức áp MOV thử nghiệm điện áp dư (SPD cấp I) MOV (kA) (%) 8/20µs qua tải (V) 275 40 10 40 63.7 275 70 10 40 63.7 275 100 10 40 63.9 Bước 5: Kiểm tra điện áp bảo vệ: - Từ kết mô sau lắp đặt thiết bị bảo vệ chống sét với dạng xung sét chuẩn 8/20µs, biên độ xung dòng 40kA cho thiết bị có xung dòng chịu đựng khác cấp bảo vệ khác nhau: + Cấp I: SPD-275V-40kA; SPD-275-70kA; SPD-275-100kA NCS: Lê Quang Trung 38 + Cấp II: SPD-275V-25kA; SPD-275-40kA; SPD-275-70kA - Kết mô điện áp dư UP (điện áp bảo vệ) sét gây sau lắp đặt thiết bị bảo vệ chống sét, chọn thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp sau: + Lắp đặt thiết bị bảo vệ chớng sét tủ phân phới chính: Với SPD cấp I, dạng xung sét 8/20µs, điện áp làm việc 275V, xung dòng chịu đựng của thiết bị 40kA; + Lắp đặt thiết bị bảo vệ chống sét tủ phân phới phụ: Với SPD cấp II có dạng xung sét 8/20µs, điện áp làm việc 275V, dòng xung chịu đựng của thiết bị 25kA; Bước 6: Qua việc lựa chọn thiết bị bảo vệ chống sét lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị chớng sét lan truyền đường nguồn cho trạm viễn thông, kiểm tra điện áp bảo vệ xuất quá độ điện áp sét gây đối với thiết bị điện AC DC Từ kết mô Bước kiểm tra Bước 5, cơng trình được bảo vệ tránh rủi ro thiệt hại sét gây đường nguồn hạ áp 4.4 Kết luận Nội dung chương đề xuất phương án bảo vệ chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp mang tính tởng thể theo các bước: Xác định rủi ro thiệt hại sét phương pháp giải tích áp dụng phương pháp mơ hình hóa mơ để lựa chọn thiết bị vị trí lắp đặt thiết bị bảo vệ chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật Hiệu của phương án được đề xuất áp dụng cho trạm viễn thơng huyện Long Thành, tỉnh Đồng Nai có nhận xét sau: - Khi chưa áp dụng biện pháp bảo vệ chống sét lan truyền đường nguồn cơng trình có giá trị rủi ro thiệt hại dịch vụ R2 = 0,0309 lớn giá trị rủi ro theo tiêu chuẩn [1] quy định (10-3) Khi được lắp đặt SPD cấp II giá trị rủi ro dịch vụ giảm -4 R2 = 5,04.10 đáp ứng được rủi ro theo tiêu chuẩn [1] quy định - Khi tiến hành lựa chọn thiết bị, vị trí lắp đặt tiến hành mơ để kiểm tra khả bảo vệ của thiết bị chống sét lan truyền đường nguồn hạ áp Từ kết mô kiểm tra, đề xuất được phương án lựa chọn lắp đặt thiết bị bảo vệ chống sét đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật hiệu kinh tế + Thiết bị chống sét được lựa chọn lắp đặt tủ phân phối cấp I: Biên độ xung sét 40kA, dạng xung sét 8/20µs, điện áp làm việc của thiết bị chớng sét 275V, xung dòng chịu đựng của thiết bị 40kA; + Lắp đặt tủ phân phối phụ cấp II: Biên độ xung sét 40kA, dạng xung sét 8/20µs, điện áp làm việc của thiết bị chớng sét 275V,xung dòng chịu đựng của thiết bị 25kA (theo tiêu chuẩn IEC 60614-1 AS/NZS 1768) Chương KẾT LUẬN 5.1 Kết nghiên cứu Luận án tập trung nghiên cứu hồn thành nội dung luận án sau: Đề xuất phương pháp cải tiến đánh giá rủi ro thiệt hại sét gây sở sử dụng phương pháp đánh giá rủi ro theo tiêu chuẩn IEC 62305-2, với số hệ số được NCS: Lê Quang Trung 39 tính tốn chi tiết theo đề xuất của tiêu chuẩn AS/NZS 1768 IEEE 1410 Các hệ số được xem xét bao gồm: hệ số xác suất gây phóng điện nguy hiểm phụ thuộc vật liệu xây dựng cơng trình, hệ sớ sớ lượng đường dây dịch vụ kết nới đến cơng trình, hệ sớ che chắn dọc đường dây cấp nguồn cho cơng trình Đới với cơng trình mang tính minh họa, kết tính toán rủi ro thiệt hại sét theo phương pháp đề xuất có khác biệt đáng kể tính toán rủi ro thiệt hại sét theo phương pháp IEC 62305-2 Cụ thể giá trị thiệt hại người R1 (thấp khoảng 13%), giá trị thiệt hại kinh tế R4 (thấp khoảng 11%) Đề xuất mơ hình máy phát xung sét áp dụng cho dạng xung dòng sét khác mơi trường Matlab có sai sớ phạm vi cho phép Cụ thể, giá trị sai số lớn dòng điện đỉnh 0.03% (