Nghiên cứu giải pháp bảo vệ quá áp cho trạm phân phối Thành phố Tuy Hòa tỉnh Phú Yên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM ĐÌNH QUYỀN
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP BẢO VỆ
QUÁ ÁP CHO TRẠM PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ TUY HÒA
TỈNH PHÚ YÊN
NGÀNH: NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05/2019
SKC0 0 6 1 2 0

THÀNH P Ố HỒ CHÍ MINH
L Ă Ĩ
Ì Q YỀ
Ê Ứ Ả Ả Ệ
Q Â Ố
Ố Y ÒA
Ỉ Ú YÊ
NGÀNH Ệ
Ớ Ẫ A : . Quyền uy nh
hành phố ồ hí inh, Tháng 5 năm 2019

Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
HVTH: Phạm Đình Quyền Trang i
LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. SƠ LƢỢC
Họ và tên: Phạm Đình Quyền Giới tính: Nam
Ngày sinh: 18/06/1988 Nơi sinh: Phú Yên
Dân tộc: Kinh Tôn giáo: Không
Địa chỉ liên lạc: Số 349, Nguyễn Tất Thành, KP Phước Hậu 3, Phường 9, Thành
Phố Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên.
Điện thoại: 0911.358.868
Email:phamdinhquyenpypc@gmail.com
Cơ quan: Xí Dịch vụ Điện lực Phú Yên, Công ty Dịch vụ Điện lực miền Trung.
Địa chỉ: Km số 2, Nguyễn Tất Thành, phường 8, TP Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên.
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Không chính quy.
Thời gian: Từ 2014 đến 2016
Nơi học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh.
Ngành học: Công nghệ kỹ thuật Điện - Điện tử.
2. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Chính quy.
Thời gian: Từ 2017 đến 2019
Nơi học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh.
Ngành học: Kỹ thuật điện.
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN
Thời gian Nơi công tác Công việc
Từ tháng 11/2008
đến tháng 5/2009
Chi Nhánh Điện Sông Cầu, Điện lực Phú
Yên.
Kỹ thuật viên
Từ tháng 6/2009
Chi Nhánh Điện Phú Hòa, Điện lực Phú
Yên.
Kỹ thuật viên

HVTH: Phạm Đình Quyền Trang ii
Thời gian Nơi công tác Công việc
Từ tháng 10/2009
Chi Nhánh Điện Chí Thạnh, Điện lực Phú
Yên.
Cán bộ Kỹ thuật
Từ tháng 08/2013
Điện lực Sông Cầu, Công ty Điện lực Phú
Yên.
Cán bộ quản lý
Từ tháng 01/2018
đến 12/2018
Xí nghiệp Cơ điện, Công ty Điện lực Phú
Yên.
Cán bộ An toàn
chuyên trách
Từ tháng 01/2019
đến nay
Xí nghiệp Dịch vụ Điện lực Phú Yên, Công
ty Dịch vụ Điện lực miền Trung.
Cán bộ quản lý
Phú Yên, ngày 06 tháng 06 năm 2019
Người khai
Phạm Đình Quyền

HVTH: Phạm Đình Quyền Trang iii
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả Luận Văn

HVTH: Phạm Đình Quyền Trang iv
LỜI CẢM TẠ
Qua thời gian học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật
TP.HCM, cùng với sự nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ của quý thầy cô, tôi đã hoàn
thành được luận văn tốt nghiệp này.
Lời cảm ơn đầu tiên, tôi xin gởi đến gia đình tôi những lời động viên và tạo
cho tôi mọi điều kiện để hoàn thành công việc học tập và nghiên cứu đề tài này.
Qua đây tôi cũng xin cảm ơn những anh em đồng nghiệp là nguồn động viên lớn lao
giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập.
Thứ hai tôi chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm
Khoa Điện - Điện tử và Phòng quản lý sau đại học Trường Đại học Sư phạm Kỹ
thuật TP.HCM đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi học tập, nghiên cứu nâng cao trình
độ và thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp trong thời gian qua.
Thứ ba tôi chân thành cảm ơn các Quý lãnh đạo, Phòng, Đội, Tổ của Điện
lực Tuy Hòa - Công ty Điện lực Phú Yên đã cung cấp những tài liệu, các thông số
liên quan đến đề tài này và hi vọng sau khi được bảo vệ thành công, đề tài sẽ được
ứng dụng để cải tạo, thay thế các thiết bị chống sét cho phù hợp vào lưới điện tại
Điện lực.
Sau cùng, tôi bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy Quyền Huy Ánh, người
đã hướng dẫn, tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập cũng như trong thời
gian thực hiện luận văn tốt nghiệp này.
Khi bắt tay nghiên cứu đề tài này, tôi nhận thấy kiến thức sâu về chuyên
môn là vô hạn, và việc mình thực hiện nghiên cứu chỉ là một phần hữu hạn. Do vậy,
việc thực hiện đề tài luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu xót.
Kính mong nhận được sự quan tâm, xem xét và đóng góp ý kiến quý báu của quý
thầy, cô và các bạn để đề tài luận văn này hoàn thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Tác giả Luận Văn

HVTH: Phạm Đình Quyền Trang v
TÓM TẮT
Luận văn“Nghiên cứu giải pháp bảo vệ quá áp cho trạm phân phối thành
phố Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên” đi sâu vào nghiên cứu và giải quyết các vấn đề sau:
 Xây dựng mô hình chống sét van trung thế (MVSA) theo đề xuất của
PINCETI có xét đến chiều dài dây nối trong môi trường Matlab. Mô hình MVSA đề
xuất có giao diện thân thiện với các thông số yêu cầu được cung cấp trong
Catalogue của nhà sản xuất. Độ chính xác của mô hình MVSA được đánh giá thông
qua việc so sánh giá trị điện áp dư thông qua mô phỏng và giá trị diện áp dư cung
cấp bởi nhà sản xuất (sai số điện áp dư thấp nhất là 1,65% và cao nhất là 3,01%).
 Xây dựng dạng và phương trình quan hệ điện áp dư của MVSA theo chiều
dài dây nối từ chống sét van xuống đất.
 Đề xuất vị trí lắp đặt và số lượng hợp lý MVSA đối với trạm 1 máy biến áp
và trạm 2 máy biến áp trong mạng phân phối điển hình tại Điện lực Tuy Hòa thuộc
Công ty Điện lực Phú Yên.
Kết quả nghiên cứu cung cấp công cụ mô phỏng hữu ích với phần mềm thông
dụng Matlab cho các công ty điện lực, các nghiên cứu sinh, các học viên cao học
ngành kỹ thuật điện…trong việc nghiên cứu hiệu quả bảo vệ của MVSA có xét đến
chiều dài dây nối dưới tác động của xung sét lan truyền vào trạm biến áp.

HVTH: Phạm Đình Quyền Trang vi
ABSTRACT
Thesis "Study of over-voltage protection solutions for Tuy Hoa city
distribution station, Phu Yen province" goes into the research and resolves the
following problems:
 Build the Medium Voltage Surge Arrester model (MVSA) as proposed by
PINCETI considering the length of wiring in Matlab environment. The proposed
MVSA model has a friendly interface with the required parameters provided in the
manufacturer's catalogue. The accuracy of MVSA model is assessed by comparing
the residual voltage value by simulation and the residual voltage value provided by
the manufacturer (the lowest residual voltage error is 1.65% and the highest is
3.01%).
 Build up the form and residual voltage relation equation of MVSA according
to the length of wire connecting the surge arrester to the ground.
 Propose the installation location and reasonable quantity of MVSA for
substation 1 transformer and 2 transformers in typical distribution network at Tuy
Hoa Electricity of Phu Yen Power Company.
Research results provide useful simulation tools with popular software Matlab
for power companies, graduate students in electrical engineering branch in studying
the protection effectiveness of MVSA taking into account the length of wire
connecting wire the surge arrester to the ground under the action of lightning surge
propagating into the substation.

HVTH: Phạm Đình Quyền Trang vii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
Ký hiệu Đơn vị Mô tả
MVSA Chống sét van trung áp
R  Điện trở
L H Độ tự cảm
C F Điện dung
D nm Bề dày của biến trở
Vb V Điện thế rào
 Hằng số điện môi của chất bán dẫn
N Hạt/cm3
Mật độ hạt dẫn
P W Công suất tiêu tán trung bình
T

0
C Nhiệt độ gia tăng trung bình
 Hệ số tiêu tán công suất
TOL % Độ sai số chuẩn
Vr kV Điện áp định mức của MVSA
Vr8/20 kV Điện áp dư cho dòng sét 10 kA với bước sóng 8/20 µs
L, R kV Độ lớn điện thế rào
o kV Điện thế phân cực tại gốc
 Hệ số phi tuyến.
VN kV Điện áp biến trở
q Điện tích điện tử
K Hệ số phụ thuộc biến trở
Vref kV Điện áp tham chiếu
d m Chiều cao của MVSA
n Số cột MOV song song trong MVSA.

HVTH: Phạm Đình Quyền Trang viii
MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC.....................................................................................................i
I. SƠ LƢỢC.......................................................................................................................i
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO.............................................................................................i
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN ...........................................................i
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... iii
LỜI CẢM TẠ ..................................................................................................................iv
ABSTRACT.....................................................................................................................vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU .......................................................................................vii
DANH SÁCH CÁC HÌNH .............................................................................................xi
DANH SÁCH CÁC BẢNG...........................................................................................xiv
CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU....................................................................................................1
1.1. TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI...............................................................1
1.2. CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC...................................1
1.2.1. Các nghiên cứu nƣớc ngoài.........................................................................2
1.2.2. Các nghiên cứu trong nƣớc.........................................................................3
1.3 . NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI..........................................................................5
1.4 . GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI ...........................................................................5
1.5 . PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..............................................................6
1.6 . MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .......................................................................6
1.7 . ĐIỂM MỚI CỦA ĐỀ TÀI..........................................................................6
1.8 . GIÁ TRỊ THỰC TIỄN ...............................................................................7
1.9 . NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI..........................................................................7
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CHỐNG SÉT VAN TRUNG ÁP (MVSA) .............8
2.1 . CẤU TẠO MOV..........................................................................................8
2.2 . ĐẶC TÍNH V-I của MOV ........................................................................12
2.3 . THỜI GIAN ĐÁP ỨNG của MOV..........................................................13
2.4 . CHỐNG SÉT VAN TRUNG THẾ (MVSA)...........................................14

HVTH: Phạm Đình Quyền Trang ix
CHƢƠNG 3: MÔ HÌNH MÁY PHÁT XUNG DÒNG VÀ CHỐNG SÉT VAN
TRUNG ÁP.....................................................................................................................17
3.1 . MÔ HÌNH MÁY PHÁT XUNG DÒNG TIÊU CHUẨN 8/20µS ..........17
1. Dạng xung dòng tiêu chuẩn 8/20µs................................................................17
2. Xây dựng sơ đồ khối máy phát xung 8/20µs.................................................19
3. Thực hiện mô phỏng .......................................................................................21
3.2 . MÔ HÌNH MVSA CỦA MATLAB .........................................................22
1. Mô hình chống sét van trong Matlab ............................................................22
2. Giao diện khai báo mô hình chống sét van trong Matlab ...........................24
3.3 . Mô hình MVSA theo PINCETI ..............................................................25
1. Mô tả.................................................................................................................25
2. Xây dựng mô hình các phần tử phi tuyến A0 , A1.........................................27
3. Xây dựng mô hình MVSA hoàn chỉnh..........................................................28
4. Mạch mô phỏng MVSA theo PINCETI ........................................................31
3.4 . So sánh và đánh giá các mô hình MVSA ...............................................32
1. Mô phỏng điện áp dƣ của MVSA AZG2 của hãng Cooper ........................33
2. Mô phỏng đáp ứng của MVSA EVP của hãng Ohio Brass.........................35
3. Đánh giá chung................................................................................................37
4. Xác định điện áp dƣ của MVSA có xét đến chiều dài dây nối...............................38
CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP BẢO VỆ QUÁ ÁP CHO TRẠM PHÂN
PHỐI THÀNH PHỐ TUY HÒA, TỈNH PHÚ YÊN ...................................................42
4.1. Tổng quan về lƣới điện và trạm biến áp phân phối thành phố Tuy Hòa,
tỉnh Phú Yên...................................................................................................................42
4.2. Quan hệ điện áp đầu cực máy biến áp theo vị trí lắp đặt chống sét van
trung áp...........................................................................................................................43
1. Trƣờng hợp lắp đặt 1 MVSA bảo vệ TBA có một MBA.............................43
2. Trƣờng hợp lắp đạt 1 MVSA bảo vệ 2 MBA................................................45
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN.................50
5.1. KẾT LUẬN..................................................................................................50
5.2. HƢỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN ..................................................50

HVTH: Phạm Đình Quyền Trang x
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................51
PHỤ LỤC........................................................................................................................54
PL 1.1: Thông số kỹ thuật MVSA EVP của Ohio Brass:....................................54
PL 1.2.Thông số kỹ thuật MVSA AZG2 của Cooper ..........................................56

HVTH: Phạm Đình Quyền Trang xi
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Cấu trúc và đặc tính V-I của biến trở oxit kim loại............................8
Hình 2.2: Vi cấu trúc của MOV. ........................................................................9
Hình 2.3: Sơ đồ cấu trúc của lớp biên tiếp giáp biến trở ZnO. ........................10
Hình 2.4: Sơ đồ năng lượng tiếp giáp ZnO –biên –ZnO..................................11
Hình 2.5: Quan hệ tỷ số với điện áp đặt vào..........................................12
Hình 2.6: Đặc tính diện áp - dòng điện của chống sét van trung áp. ..............13
Hình 2.7: Đáp ứng của biến trở ZnO xung tốc độ cao. ....................................14
Hình 2.8: Đáp ứng của biến trở tính đến điện cảm đầu dây nối với xung dòng.
...................................................................................................................................14
Hình 2.19: Đặc tuyến phối hợp cách điện của thiết bị và của MVSA .............15
Hình 3.1: Dạng xung dòng tiêu chuẩn 8/20µs..................................................17
Hình 3.2: Các thành phần của dạng xung dòng tiêu chuẩn..............................18
Hình 3.3: Quan hệ b/a = h (t2/t1).......................................................................18
Hình 3.4: Quan hệ b/a = f2 (at1). .......................................................................19
Hình 3.5: Quan hệ b/a = f3 ( I1/I).....................................................................19
Hình 3.6: Mạch tương đương máy phát xung dòng 8/20µs. ............................20
Hình 3.7: Giao diện mô hình xung dòng tiêu chuẩn 8/20µs. ...........................20
Hình 3.8: Mạch mô phỏng máy phát xung dòng tiêu chuẩn 8/20µs. ...............21
Hình 3.9: Giao diện máy phát xung dòng tiêu chuẩn 8/20µs..........................21
Hình 3.10: Dạng xung dòng tiêu chuẩn 3kA, 5kA, 10kA 8/20µs....................22
Hình 3.11: Quan hệ dòng điện - điện áp của mô hình chống sét van trung áp.22
Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý của mô hình.........................................................23
Hình 3.13: Giao diện của mô hình chống sét van trung áp trong Matlab. .......24
Hình 3.14: Mạch mô phỏng đáp ứng của MVSA ứng với xung dòng 10kA
8/20µs........................................................................................................................25
Hình 3.15: Mô hình chống sét van của IEEE...................................................25
Hình 3.16: Mô hình chống sét van của Pinceti. ...............................................26
Hình 3.17: Đặc tuyến V-I của khối A0 và khối A1 của IEEE..........................26

HVTH: Phạm Đình Quyền Trang xii
Hình 3.18: Sơ đồ nguyên lý của phần tử phi tuyến A0.....................................27
Hình 3.19: Mô hình phần tử phi tuyến của MVSA theo Pinceti......................28
Hình 3.20: Mô hình MVSA theo Pinceti bằng Matlab ....................................29
Hình 3.21: Biểu tượng mô hình MVSA theo PINCETI...................................29
Hình 3.22: Thông tin trong thanh Documentation của mô hình. .....................29
Hình 3.23: Thông tin trong thanh Pameters & Dialog của mô hình. ...............30
Hình 3.24: Thông tin trong thanh Initialization của mô hình...........................30
Hình 3.25:Thông tin trong thanh Icon & Ports của mô hình............................31
Hình 3.26: Giao diện nhập thông số của MVSA theo PINCETI. ....................31
Hình 3.27: Mạch mô phỏng điện áp dư của mô hình MVSA theo PINCETI. .32
Hình 3.28: Sơ đồ mô hình mạch thử nghiệm mô phỏng điện áp dư của các
MVSA. ......................................................................................................................33
Hình 3.29. Quan hệ điện áp dư theo thời gian của các mô hình MVSA theo
Matlab và PINCENTI ứng với xung 5kA – 8/20µs(MVSA -AZG2 Hãng Cooper).34
Matlab và PINCENTI ứng với xung 10kA - 8/20µs (MVSA -AZG2 Hãng Cooper).
...................................................................................................................................35
Matlab và PINCENTI ứng với xung 5kA – 8/20µs (MVSA -EVP Hãng OhioBrass).
...................................................................................................................................36
Hình 3.32 Quan hệ điện áp dư theo thời gian của các mô hình MVSA theo
Matlab và PINCENTI ứng với xung 10kA - 8/20µs (MVSA -EVP Hãng OhiBrass).
...................................................................................................................................37
Hình 3.33. Mạch mô phỏng điện áp dư theo chiều dài dây nối. ......................38
Hình 3.34. Quan hệ f(Vr) theo L ứng với xung dòng 5kA 8/20us. ..................40
Hình 3.35. Quan hệ f(Vr) theo L ứng với xung dòng 10kA 8/20us. ................41
Hình 4.1: Mạch mô phỏng điện áp tại đầu cực MBA phân phối theo khoảng
phân cách giữa chống sét van trung áp và MBA. .....................................................44

HVTH: Phạm Đình Quyền Trang xiii
Hình 4.2: Quan hệ điện áp đầu cực MBA theo thời gian khi MVSA gắn ở đầu
cực MBA (L=4m). ....................................................................................................45
Hình 4.3. Sơ đồ 1 MVSA bảo vệ 2 MBA. (IEEE Std C62.22.2009)...............46
Hình 4.4. Mạch mô phỏng trạm biến áp Công ty Dược 1................................46
Hình 4.5 Mạch mô phỏng trạm biến áp Công ty Dược 2.................................47
Hình 4.6. Mạch mô phỏng 1 MVSA bảo vệ 2 TBA Công ty Dược 1 và Công
ty Dược 2...................................................................................................................47
Hình 4.7. Quan hệ điện áp đầu cực MBA Công ty Dược 1 (L1=4m)và MBA
Công ty Dược 2 (L2=8m). .........................................................................................48
Hình 4.8. Quan hệ điện áp đầu cực MBA Công ty Dược 1 (D1=3m)và MBA
Công ty Dược 2 (D2=10m)........................................................................................49

HVTH: Phạm Đình Quyền Trang xiv
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 3.1. Thông số đặc tuyến V-I của khối A0 và khối A1.............................27
Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật MVSA của hãng COOPER...............................33
Bảng 3.3. Điện áp dư của các mô hình MVSA-AZG2, Hãng Cooper.............35
Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật MVSA của hãng Ohio Brass.............................35
Bảng 3.5 Điện áp dư của các mô hình MVSA-EVP, Hãng Ohio Brass..........37
Bảng 3.6. Giá trị điện áp dư theo chiều dài dây nối và biên độ xung sét. .......39
Bảng 4.1. Giá trị điện áp đầu cực máy biến áp theo khoảng cách L. ..............45
Bảng 4.2. Giá trị điện áp đầu cực máy biến áp của Cty Dược 1 và Dược 2 ứng
với xung sét 5kA 8/20us............................................................................................49

HVTH: Phạm Đình Quyền Trang 1
CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1. TÍNH CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Công ty Điện lực Phú Yên mà Điện lực Tuy Hòa là một đơn vị trực thuộc. Với
phân vùng quản lý và vận hành bao gồm cả 12 phường và 4 xã với rất nhiều trạm
biến áp chuyên dùng, trạm biến áp công cộng cũng như đường dây phân phối trung
áp 22kV gần như đi trên không trải rộng cả thành phố Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên nên
rất dễ bị sét đánh trực tiếp cũng như sét lan truyền trên đường dây trung thế và trạm
biến áp có cấp điện áp 22kV, cấp điện phục vụ sản xuất kinh doanh trên địa bàn.
Hiện tại, nhằm giảm hư hỏng do giông sét gây ra trên lưới điện trung áp, Điện
lực Tuy Hòa - Công ty Điện lực Phú Yên có rất nhiều biện pháp như: gắn các
chống sét van trung áp trên tất cả các phát tuyến chính, và các nhánh rẽ cho trạm
phân phối.
Việc phải giảm thiểu rủi ro thiệt hại do sét nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp
điện, cũng như giảm chi phí thay thế các vật tư thiết bị hư hỏng do sét gây ra cho
lưới điện và trạm biến áp phân phối cho Điện lực Tuy Hòa nói riêng và Công ty
Điện lực Phú Yên nói chung là yêu cầu bức thiết.
Các đề tài nghiên cứu gần đây cũng chỉ ra những ưu và nhược điểm của các
thiết bị chống sét hiện tại mà Điện lực Tuy Hòa - Công ty Điện lực Phú Yên đang
sử dụng, các hãng cung cấp thiết bị chống sét lớn trong và ngoài nước như: Ohio
Brass, Cooper, Tuấn Ân, Sahra, … cũng có những buổi thuyết trình về công nghệ
cũng những đặc tính của từng loại. Tuy nhiên, đề tài này chỉ ra hướng nghiên cứu
sâu rộng hơn và có bài toán giải quyết cấp thiết cho hệ thống chống sét, bảo vệ tài
sản và an toàn cho người quản lý vận hành.
Xuất phát từ những thực tế trên, đề tài: “Nghiên cứu giải pháp bảo vệ quá áp
cho trạm phân phối thành phố Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên” đi sâu vào nghiên cứu và
xây dựng mô hình chống sét van trung thế (MVSA) và đề xuất phương án hợp lý bố
trí MVSA bảo vệ trạm biến áp phân phối điển hình một MBA và hai MBA trong
lưới điện phân phối thành phố Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên.
1.2. CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƢỚC

1.2.1. Các nghiên cứu trong nƣớc.
1. Nghiên cứu và lập mô hình mô phòng chống sét van kiểu MOV trên lưới
trung thế; Lê Vũ Minh Quang; LV ThS, Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh, 2004.
Công trình này trình bày phương thức xây dựng mô hình chống sét van trung áp
dựa trên đề xuất của IEEE.
2. Nghiên cứu và lập mô hình mô phỏng thiết bị chống sét van trên lưới trung
thế; Võ Thị Thảo Phương; LV ThS, Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh,
2005.
Công trình này trình bày phương thức xây dựng mô hình chống sét van trung áp
dựa trên đề xuất của IEEE, có cải tiến về cách xác định các thông số của mô hình
3. Nghiên cứu hiệu quả của chống sét van trong mạng phân phối có xét đến vị
trí lắp đặt và điện trở nối đất; Trương Ngọc Hưng; LV ThS, Đại học Bách khoa Tp
Hồ Chí Minh, 2006.
Công trình này nghiên cứu hiệu quả bảo vệ của chống sét van khi xét đến việc
thay đổi vị trí lắp đặt và điện trở nối đất.
4. Định vị trí lắp đặt chống sét van tối ưu trong lưới phân phối; Nguyễn Công
Tráng; LV ThS, Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, 2010.
Công trình này tính toán vị trí lắp đặt tối ưu chống sét van bảo vệ cách điện máy
biến áp trong trường hợp trạm có một máy và hai máy biến áp.
5. Mô hình biến trở oxyt kẽm cho các nghiên cứu về sự phối hợp cách điện;
Nguyễn Thị Lệ Hải; LV ThS, Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, 2013.
Công trình này xây dựng mô hình biến trở oxyt kẽm cho các nghiên cứu phối
hợp bảo vệ cách điện khi xuất hiện quá áp do sét.
6. Nghiên cứu biện pháp bảo vệ quá áp do sét cho lưới điện phân phối huyện
Phú Tân, tỉnh Cà Mau; Mai Nguyễn Trưởng; LV ThS, Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp
Công trình này trình bày cách sử dụng mô hình chống sét van trung áp theo đề
xuất của P-K và giải pháp bảo vệ quá áp do sét cho lưới điện phân phối huyện
Phú Tân, tỉnh Cà Mau.

1.2.2. Các nghiên cứu ngoài nƣớc.
1. G. A. ALONSO, S. CARDENAS, B. ALBA, “Evaluation Of Metal Oxide
Surge Arrester Models Based On Laboratory Experiments”, High Voltage
Department, Center of Research and Electro-Energetic Tests, Superior Polytechnic
Institute Jose Antonio Echeverria, Cuba, Volume- 5, Issue-1, Jan.-2017.
Bài báo này trình bày phương thức xây dựng mô hình chống sét van kiểu oxyt
kim loại bằng phần mềm ATP trên cơ sở các thông số thử nghiệm.
2. Analysis of MOV Surge Arrester Models by using Alternative Transient
Program ATP/EMTP; Vishal R. Rakholiya, Dr. H. R. Sudarshana Reddy; IJSTE -
International Journal of Science Technology & Engineering | Volume 3 | Issue 02 |
August 2016.
Bài báo này trình bày cách xây dựng mô hình chống sét van với sự trợ giúp
của phần mềm ATP/EMTP.
3. M. Khodsuz and M. Mirzaie, “Condition Assessment of Metal Oxide Surge
Arrester Based on Multi-Layer SVM Classifier”, Iranian Journal of Electrical &
Electronic Engineering, Vol. 11, No. 4, Dec. 2015.
4. Simulations of lightning overvoltages in HV electric power system for
various surge arresters and transmission lines models; Piotr Oramus, Marek
Florkowski; Przegląd Elektrotechniczny, ISSN 0033-2097, R. 90 NR 10/2014.
Bài báo này mô phỏng quá điện áp do sét khi sét đánh vào đường dây truyền
tải và sét đánh vào đỉnh cột với các mô hình chống sét van và mô hình đường dây
truyền tải khác nhau.
5. Mehdi Nafar, Ghahraman Solookinejad and Masoud Jabbari, “Comparison
of IEEE and Pinceti Models of Surge Arresters”, Department of Electrical
Engineering, College of Engineering, Marvdasht Branch, Islamic Azad University,
Marvdasht, IRAN, Research Journal of Engineering SciencesVol. 3(5), May (2014),
pp. 32-34..

Bài báo này so sánh hai mô hình chống sét van theo đề xuất của IEEE và của
Picenti. Các mô hình này được xây dựng bằng phần mềm EMTP.
6. Simplified Modeling of Metal Oxide Surge Arresters; Pramuk
Unahalekhaka; 11th Eco-Energy and Materials Science and Engineering (11th
EMSES), Energy Procedia 56 ( 2014).
Bài báo này trình bày cách xây dựng mô hình chống sét van theo đề xuất của
P-K với sự trợ giúp của phần mềm ATP/EMTP. Sai số lớn nhất là 5,39%.
7. S. Ehsan Razavi, A. Babaei, “Modification of IEEE Model for Metal Oxide
Arresters Against Transient Impulses Using Genetic Algorithms”, Department of
Electrical, East Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran, Australian
Journal of Basic and Applied Sciences, 5(10):, 2011 , ISSN 1991-8178, pp. 577-
583.
8. Parameters’ selection for metal oxide surge arresters models using genetic
algorithm; P.F. Evangelides, C.A. Christodoulou, I.F. Gonos, I.A. Stathopulos; 30th
International Conference on Lightning Protection - ICLP 2010.
Bài báo này trình bày phương thức lựa chọn thông số cho mô hình chống sét
van sử dụng giải thuật GEN.
9. V. Vita1 A.D. Mitropoulou, L. Ekonomou, S. Panetsos, I.A. Stathopulos,
“Comparison of metal-oxide surge arresters circuit models and implementation on
high-voltage transmission lines of the Hellenic network”, School of Electrical and
Computer Engineering, High Voltage Laboratory, National Technical University of
Athens,9 Iroon Politechniou Street, Zografou Campus, Athens 157 80, Greece, IET
Gener. Transm.Distrib., 2010, Vol. 4, Iss. 7, pp. 846–853.
10. IEEE Working group 3.4.11, “Modeling of metal oxide surge arresters”,
IEEE Transactions on Power Delivery Vol.7, No.1, Jan 1992, pp 302- 309.
Các công trình nghiên cứu nêu trên đều xây dựng mô hình chống sét với sự trợ
giúp của phần mềm ATP, hay EMTP. Tuy nhiên, hiện nay phần mềm Matlab sử
dụng phổ biến tại các trường đại học trong nước vì vậy việc xây dựng mô hình
chống sét van trong môi trường Matlab là cần thiết. Ngoài ra, các mô hình chống sét

van nêu trên chưa tính đến tổng trở dây nối giữa chống van và dây pha, giữa chống
sét van và đất nên việc cải tiến mô hình chống sét van có xét đến yếu tố này là yêu
cầu bức thiết.
Ngoài ra, việc xác định vị trí lắp đặt chống sét bảo vệ TBA được xác định theo
phương pháp giải tích đề xuất theo tiêu chuẩn IEEE.
Luận văn sẽ xây dựng mô hình chống sét van theo đề xuất của PINCETI có xét
đến chiều dài dây nối, đồng thời, việc xác định vị trí lắp đặt chống sét bảo vệ TBA
được xác định theo phương pháp mô hình hóa - mô phỏng, áp dụng cho TBA phân
phối điển hình trong lưới phân phối thành phố Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên.
1.3. NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI
 Nghiên cứu tiêu chuẩn chống sét liên quan đến chống sét van trung áp.
 Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc và thông số kỹ thuật của chống sét
van trung áp dạng MOV.
 Nghiên cứu và xây dựng mô hình chống sét van trung áp theo đề xuất của
Matlab và theo đề xuất của PINCETI có xét đến chiều dài dây nối trong môi trường
Matlab.
 Xây dựng mô hình máy phát xung tiêu chuẩn 8/20us.
 Đánh giá độ chính xác của các mô hình chống sét van trung áp đề xuất bằng
phương pháp mô hình hóa và mô phỏng.
 Xây dựng quan hệ điện áp dư của MVSA theo chiều dài dây nối từ chống sét
van xuống đất.
 Đề xuất vị trí lắp đặt hợp lý chống sét van trung áp bảo vệ MBA trong trạm
phân phối điển hình (1 MBA và 2 MBA) tại mạng phân phối của Điện lực Tuy Hòa
- Công ty Điện lực Phú Yên.
1.4. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
 Nghiên cứu và xây dựng mô hình chống sét van trung áp theo đề xuất của
PICENTI có xét đến điện trở dây nối trong môi trường Matlab.

 Nghiên cứu, đánh giá và đề xuất vị trí hợp lý lắp đặt chống sét van trung áp
bảo vệ MBA trong mạng phân phối lưới điện Điện lực Tuy Hòa - Công ty Điện lực
Phú Yên.
1.5. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Đề tài sử dụng các phương pháp sau:
 Phƣơng pháp nghiên cứu tài liệu: là phương pháp đóng vai trò chủ đạo. Sử
dụng các tài liệu có sẵn, các tài liệu trên internet, các bài báo khoa học, … Để phục
vụ cho để tài nghiên cứu này.
 Phƣơng pháp chuyên gia: là phương pháp đóng vai trò bổ trợ. Tham khảo ý
kiến của các giáo viên hướng dẫn, các giảng viên và các chuyên gia trong lĩnh vực
chống sét.
 Phƣơng pháp mô hình hóa - mô phỏng: Sử dụng phần mềm Matlab và mô
phỏng chống sét van trung áp dưới tác dụng của các dạng xung sét không chu kỳ.
 Phƣơng pháp phân tích và tổng hợp: Là phương pháp đóng vai trò bổ trợ.
Tổng hợp các ý kiến để đưa ra các kết luận về những vấn đề đang tìm hiểu, từ đó
hoàn thành nội dung, yêu cầu của để tài này.
1.6 . MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
 Nghiên cứu các tiêu chuẩn chống sét, các hãng thiết bị có liên quan đến
chống sét van trung áp trên lưới trung thế.
 Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc, thông số kỹ thuật của chống sét van
trung áp kiểu biến trở oxyt kim loại (MOV).
 Nghiên cứu mô hình chống sét van trung áp theo đề xuất của PINCETI có
xét đến chiều dài dây nối trong môi trường Matlab.
 Lập mô hình chống sét van trung áp cho trạm phân phối điển hình (1 MBA
và 2 MBA) tại Điện lực Tuy Hòa - Công ty Điện lực Phú Yên.
1.7. ĐIỂM MỚI CỦA ĐỀ TÀI
 Xây dựng mô hình chống sét van trung áp theo đề xuất của PINCETI có xét
đến chiều dài dây nối có độ chính xác cao so với nguyên mẫu.

 Nghiên cứu, đánh giá và đề xuất vị trí hợp lý lắp đặt chống sét van trung áp
bảo vệ MBA trong trường hợp trạm có 1 hay 2 MBA trong mạng phân phối của
Điện lực Tuy Hòa - Công ty Điện lực Phú Yên.
1.8. GIÁ TRỊ THỰC TIỄN
Kết quả nghiên cứu được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho Điện lực Tuy
Hòa - Công ty Điện lực Phú Yên và các học viên cao học Ngành Kỹ thuật điện
trong nghiên cứu các biện pháp bảo vệ quá áp do sét cho cách điện máy biến áp
trong lưới điện phân phối và có thể xin ý kiến của Công ty Điện lực Phú Yên để
ứng dụng rộng rãi trong các điện lực toàn tỉnh Phú Yên.
1.9. NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI
Chƣơng 1: Mở đầu.
Chƣơng 2: Tổng quan về chống sét van trung áp (MVSA).
Chƣơng 3: Mô hình máy phát xung dòng và chống sét van trung áp.
Chƣơng 4: Nghiên cứu giải pháp bảo vệ quá áp cho trạm phân phối thành Phố
Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên.
Chƣơng 5: Kết luận và hướng nghiên cứu phát triển.

CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CHỐNG SÉT VAN
TRUNG ÁP (MVSA)
2.1. CẤU TẠO MOV
Biến trở oxit kim loại (MOV) là thiết bị phi tuyến có giá trị phụ thuộc vào điện
áp, có đặc tuyến V-I gần giống như hai 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 2.1).
Hình 2.1: Cấu trúc và đặc tính V-I của biến trở oxit kim loại
Trong điều kiện bình thường, MOV có trở kháng cao gần như hở mạch. Khi
điện áp giữa hai cực của MOV vượt quá điện áp ngưỡng hoạt động dưới tác dụng
của xung sét, MOV sẽ nhanh chóng trở thành đường dẫn trở kháng thấp để rẽ dòng
xung sét xuống đất. Phần lớn năng lượng xung sét được hấp thu bởi MOV cho nên
các thiết bị cần bảo vệ tránh được hư hỏng do sét.
Thành phần cơ bản của MOV là các hạt ZnO thêm vào một lượng nhỏ
Bismuth, Cobalt, Manganse và các loại ôxít kim loại khác. Cấu trúc của ma trận
hạt ZnO có đặc tính tiếp giáp P-N của chất bán dẫn. Các tiếp giáp P-N này là
nguyên nhân làm cho MOV không dẫn ở điện áp thấp và dẫn khi điện áp cao
(Hình 2.2).

a.10µm
b.1µm
Hình 2.2: Vi cấu trúc của MOV.
Hỗn hợp rắn oxit kẽm với oxit kim loại khác dưới điều kiện đặc biệt tạo nên
ceramic đa tinh thể, điện trở của hỗn hợp này phụ thuộc vào điện áp. Hiện tượng
này gọi là hiệu ứng biến trở. Bản thân hạt oxit kẽm dẫn điện rất tốt (đường kính hạt
khoảng (15 - 100) m, trong khi oxit kim loại khác bao bên ngoài có điện trở rất
cao. Chỉ tại các điểm oxit 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 (Hình 2.1). 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 sét cao.
Các hạt ZnO có kích thước trung bình là d, bề dày MOV là D, ở hai bề mặt
khối MOV được áp chặt bằng hai phiến kim loại phẳng. Hai phiến kim loại này lại
được 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 như là hằng số, và khoảng từ (2-3,5)V. Mối liên hệ này được xác
định như sau:
Điện áp biến trở : VN = 3,5.n (2.1)
Và bề dày của biến trở : D = (n+1)d = (VN d)/3,5 (2.2)
Trong đó: n là số tiếp giáp trung bình giữa các hạt ZnO; d là kích thước trung
bình của hạt ZnO; VN là điện áp rơi trên MOV khi MOV chuyển hoàn toàn từ vùng

dòng rò tuyến tính sang vùng không tuyến tính cao, tại điểm trên đường đặc tính V-
I với dòng điện 1mA.
Biên tiếp giáp hạt ZnO của vi cấu trúc là rất phức tạp, gồm 3 vùng (Hình 2.3):
 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 2.3: Sơ đồ cấu trúc của lớp biên tiếp giáp biến trở ZnO.
Hình 2.4 trình bày 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, với độ lớn điện thế rào tương ứng là L
và R. Điện thế phân cực tại gốc là o. Khi điện áp phân cực gia tăng, L giảm và
R tăng, dẫn đến điện thế rào thấp hơn và sự dẫn điện gia tăng.

Hình 2.4: Sơ đồ năng lượng tiếp giáp ZnO –biên –ZnO.
Độ lớn điện thế rào L của biến trở là một hàm theo điện áp (Hình 2.5). Sự
giảm nhanh của điện thế rào ở điện áp cao tương ứng với lúc bắt đầu vùng dẫn phi
tuyến.
Cơ chế vận chuyển của vùng phi tuyến là rất phức tạp và vẫn còn tiếp tục
nghiên cứu. Ở vùng dẫn cao, giá trị điện trở giới hạn tùy thuộc vào tính dẫn điện
của các hạt bán dẫn ZnO, ở vùng dẫn này mật độ hạt dẫn khoảng từ 1017
-1018
/cm3
.
Điện trở suất của ZnO có giá trị dưới 0,3cm.

Hình 2.5: Quan hệ tỷ số với điện áp đặt vào.
2.2. ĐẶC TÍNH V-I của MOV
Dạng đặc tính V-I của MOV trình bày ở Hình 2.6. Phương trình đặc tính V-I
có MOV có dạng hàm mũ:
I= KV
> 1 (2.3)
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:
R = V/I = V/ KV
=
K
1
V1- 
(2.4)
Từ (2.3 ) và (2.4) suy ra:
LogI = logK + logV (2.5)
LogR = log(
K
1
) + (1-)logV (2.6)
Manfred Holzer và Willi Zapsky xấp xỉ hoá đặc tính V/I của MOV theo
phương trình:
log V = B1 + B2 log( I) + B3· e -log ( I)
+ B4 e log ( I)
với I > 0 (2.7)
Hay:
)
log(
4
)
log(
3
2
1 )
log( I
I
e
B
e
B
I
B
B 

 
 10
V (2.8)

Hình 2.6: Đặc tính diện áp - dòng điện của chống sét van trung áp.
2.3. THỜI GIAN ĐÁP ỨNG của MOV
Hoạt động của MOV 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. Trong
Hình 2.7, 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) và cho
thấy ảnh hưởng điện áp kẹp xảy rất nhanh.
Tuy nhiên, thời gian đáp ứng của MOV còn tùy thuộc các yếu tố sau:
 Điện áp cảm ứng đầu dây nối góp phần gia tăng đáng kể điện áp ngang qua
đầu cực của MOV ở xung dòng cao và độ dốc sườn trước lớn.
 Điện dung ký sinh của chính bản thân MOV.
 Trở kháng ngoài của mạch.
Đáp ứng và điện áp kẹp của MOV bị ảnh hưởng bởi dạng sóng dòng điện và độ
vọt lố điện áp cực đại xuất hiện tại đầu cực của MOV trong suốt quá trình tăng dòng
điện (Hình 2.7). Hình 2.8 trình bày đáp ứng của biến trở tính đến điện cảm đầu dây
nối với xung dòng.

Hình 2.7: Đáp ứng của biến trở ZnO xung tốc độ cao.
Hình 2.8: Đáp ứng của biến trở tính đến điện cảm đầu dây nối với xung dòng.
2.4. CHỐNG SÉT VAN TRUNG THẾ (MVSA)
MVSA (Medium Voltage Lightning Arrester) là các loại chống sét dùng khá
phổ biến hiện nay trên lưới phân phối điện Việt Nam.
MVSA được sử dụng để bảo vệ thiết bị khỏi tất cả quá áp gây ra do đóng cắt
hay do sét trong lưới phân phối trung áp. MVSA thường có cấu tạo là tổ hợp của
các khối MOV và bên ngoài được bao bọc bằng silicon hay porcelain. MVSA được
thiết kế và thử nghiệm theo tiêu chuẩn IEC 60099-4 và IEC 62848-1.
Phạm vi ứng dụng của MVSA bao gồm:
 Bảo vệ quá áp cho cách điện MBA và các thiết bị phân phối trong trạm.
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
đỉnh dòng xung 8/20s.

 Bảo vệ thiết bị điện tử công suất, tụ điện năng lượng cao, máy biến áp lò hồ
quang và các thiết bị khác.
Đặc tính kỹ thuật của MVSA phải phù hợp với mức chịu đựng xung cơ bản
BIL (Basic Impulse Level) của thiết bị đó, nghĩa là MVSA phải hoạt động tốt trong
giới hạn cách điện của thiết bị.
Hình 2.19: Đặc tuyến phối hợp cách điện của thiết bị và của MVSA
Các chế độ làm việc của MVSA bao gồm:
 Chế độ xác lập: Ở chế độ xác lập, điện áp đặt trên hai cực của chống sét là
điện áp pha - đất và điện áp này hoàn toàn phân bố đều lên các đĩa MOV.
 Chế độ hoạt động khi có quá áp tạm thời: Do không có khe hở nên MVSA có
khả năng chịu được quá áp tạm thời tốt hơn MVSA SiC rất nhiều.
 Chế độ hoạt động ở dòng xung: Khi có quá áp xung, các đĩa MOV trong
MVSA chống sét bắt đầu hấp thu năng lượng của dòng xung sét và trở nên nóng
hơn, do đó dòng xung sét đi qua các đĩa MOV dễ dàng hơn. Ngay khi dòng xung sét
không còn, phần lớn điện áp rơi trên vòng điện trở (do ít phi tuyến hơn MOV) sẽ
làm giảm điện áp đặt trên các đĩa MOV, như vậy năng lượng tiêu tán trên các đĩa
MOV giảm. Do vậy, các đĩa MOV phục hồi nhanh và tạo cho chống sét MOV có
khả năng chịu đựng các dòng xung có biên độ lớn thời gian ngắn hay dòng thấp thời
gian dài tốt hơn chống sét SiC.
Đối với MVSA dòng điện theo sau tần số công nghiệp rất bé (khoảng (02)A.
Ngoài ra, các đĩa MOV không cho dòng theo sau tần số công nghiệp chạy qua một

khi điện áp lưới xuống dưới mức ngưỡng của đặc tính V-I, do vậy chống sét MOV
có tính ổn định cao khi thoát dòng xung sét xuống đất.
Khảo sát các đặc tính làm việc ở các chế độ nêu trên, nhận thấy MVSA có các
ưu điểm sau:
 Cải thiện đặc tính bảo vệ xung sét tốt hơn cho các thiết bị phân phối, đặc biệt
là đối với các hệ thống có cách điện rắn như cáp ngầm và máy biến áp phân phối.
Điện áp phóng thấp không những cải thiện biên hạn bảo vệ giữa chống sét và điện
áp xung mà còn làm giảm sự hư hỏng cách điện và tuổi thọ thiết bị được kéo dài.
 Khả năng chịu quá áp tạm thời tốt hơn sẽ đưa đến độ tin cậy được cải thiện
trong các trường hợp quá áp bất thường xảy ra.
Các thông số chính của MVSA bao gồm:
+ Tiêu chuẩn chế tạo (IEC 60099-4).
+ Chuẩn loại (Chống sét oxit kim loại không có khe hở, lắp đặt ngoài trời).
+ Điện áp làm việc lớn nhất của hệ thống (24 kVrms).
+ Chế độ điểm trung tính (Nối đất trực tiếp).
+ Tần số định mức (50 Hz).
+ Dòng xả định mức 8/20us (10kAp).
+ Điện áp định mức (Ur) (18kV).
+ Điện áp làm việc liên tục cực đại (MCOV)
+ Khả năng chịu quá áp tạm thời trong 1 giây (TOV)
+ Điện áp dư tại dòng điện phóng định mức
+ Cấp độ phóng điện
+ Chống sét lắp tại TBA 110kV, TBA trung gian
+ Chống sét lắp trên lưới phân phối
+ Chịu đựng xung sét với xung dòng điện tăng cao (4/10us)
+ Chiều dài đường rò bề mặt
+ Điện áp chịu đựng tần số nguồn của vỏ cách điện (50Hz/phút)
+ Điện áp chịu đựng xung sét của vỏ cách điện (1,2/50us)
+ Khả năng giải phóng năng lượng định mức
+ Phụ kiện đi kèm

CHƢƠNG 3: MÔ HÌNH MÁY PHÁT XUNG DÒNG VÀ
CHỐNG SÉT VAN TRUNG ÁP
3.1. MÔ HÌNH MÁY PHÁT XUNG DÒNG TIÊU CHUẨN 8/20µS
1. Dạng xung dòng tiêu chuẩn 8/20µs
Dạng xung sét 8/20µs là xung sét cảm ứng do sét đánh vào công trình ở một
khoảng cách xa hoặc do sét đánh vào một vật gần đường dây trên không hoặc do sự
gia tăng điện thế đất do sét đánh vào vị trí gần công trình. Dạng xung dòng 8/20 µs
được trình bày trong Hình 3.1:
Hình 3.1: Dạng xung dòng tiêu chuẩn 8/20µs
Hình 3.1: Dạng xung dòng tiêu chuẩn 8/20µs
Phương trình xung dòng tiêu chuẩn có dạng:
)
(
)
( bt
at
e
e
I
t
i 


 (3.1)
Xung dòng tiêu chuẩn gồm 2 thành phần Ie-at
và Ie-bt
trình bày ở Hình 3.2.

Hình 3.2: Các thành phần của dạng xung dòng tiêu chuẩn.
Giá trị của I, a, b từ biểu thức (3.1), có giá trị khác nhau đối với từng dạng
xung dòng chuẩn. Các giá trị đỉnh I1, thời gian đạt đỉnh t1, thời gian đạt ½ giá trị
đỉnh t2 của xung dòng tiêu chuẩn có thể xác định thông qua việc tra cứu các đường
cong chuẩn trình bày ở Hình 3.3, Hình 3.4, Hình 3.5.
Sử dụng công cụ Curve Fitting Toolbox của phần mềm Matlab để tìm quan hệ
giữa b/a và t2/t1:
(b/a)=2,859e-005(t2/t1)4
–0,004598(t2/t1)3
+0,2502.(t2/t1)2
+3,914.(t2/t1) – 9,286 (3.2)
Hình 3.3: Quan hệ b/a = h (t2/t1)
Tương tự, tìm được quan hệ giữa b/a và at1:

(at1)=[4,5352(b/a)2
– 4,644(b/a) + 22,45)]/[(b/a)3
+ 8,66(b/a)2
– 20,37(b/a) + 39,65]
(3.3)
Hình 3.4: Quan hệ b/a = f2 (at1).
Sử dụng công cụ Curve Fitting Toolbox tìm được quan hệ giữa b/a và at1:
(I1/I) = [0,9925 (b/a)3
– 3,255(b/a)2
+1,809(b/a) + 2,935]/[ (b/a)3
+ 1,353(b/a)2
–
16,02(b/a) +24,51]. (3.4)
Hình 3.5: Quan hệ b/a = f3 ( I1/I).
2. Xây dựng sơ đồ khối máy phát xung 8/20µs
Các bước xác định thông số mô hình xung dòng tiêu chuẩn bao gồm:
 Bước 1: Từ thông số (t2/t1) và phương trình (3.2) sẽ tìm được giá trị (b/a);
 Bước 2: Thay giá trị này vào các phương trình (3.3) và (3.4).
 Bước 3: Sau cùng sẽ tìm được các giá trị cần tìm là a, b.

 Sau khi tìm được các giá trị I, a và b, thực hiện mô hình máy phát xung tiêu
chuẩn dạng sóng 8/20µs trong Matlab (Hình 3.6):
Hình 3.6: Mạch tương đương máy phát xung dòng 8/20µs.
Tiến hành nhóm các khối phần tử của mô hình vào một khối con Subsystem, sử
dụng Edit Mask xây dựng khối này thành máy phát xung hoàn chỉnh có biên độ và
dạng sóng được nhập bởi người sử dụng, sau đó chép vào thư viện My Library.
Sử dụng Edit Mask để tạo biến cần nhập vào cho mô hình máy phát xung
(Hình 3.7):
Hình 3.7: Giao diện mô hình xung dòng tiêu chuẩn 8/20µs.

3. Thực hiện mô phỏng
Xây dựng mạch mô phỏng nguồn xung dòng tiêu chuẩn trình bày ở
(Hình 3.8).
Hình 3.8: Mạch mô phỏng máy phát xung dòng tiêu chuẩn 8/20µs.
Nhập các thông số cho nguồn xung dòng (Hình 3.9):
Hình 3.9: Giao diện máy phát xung dòng tiêu chuẩn 8/20µs.
Thực hiện mô phỏng với xung dòng 8/20µs biên độ 3kA, 5kA, 10kA thu được
kết quả mô phỏng trình bày ở (Hình 3.10):

Hình 3.10: Dạng xung dòng tiêu chuẩn 3kA, 5kA, 10kA 8/20µs.
3.2. MÔ HÌNH MVSA CỦA MATLAB
1. Mô hình chống sét van trong Matlab
Mô hình chống sét van trung áp trong phần mềm Matlab là một điện trở phi
tuyến. Đặc tuyến phi tuyến V-I của mô hình được thành lập bởi ba đoạn khác nhau
theo phương trình hàm mũ:
(3.5)
Các giá trị ki và i
 tùy thuộc loại chống sét van và được khai báo trong hộp thoại.
Với mỗi đoạn khác nhau của phương trình hàm mũ, giá trị k và  sẽ khác nhau. Dạng
quan hệ dòng áp của mô hình chống sét van trình bày ở (Hình 3.11):
Hình 3.11: Quan hệ dòng điện - điện áp của mô hình chống sét van trung áp.
i
ref
i
ref I
I
k
V
V

/
1











i
a
ref
i
V
v
p









Sơ đồ nguyên lý của mô hình chống sét van trung áp trình bày ở (Hình 3.12).
Nguyên lý làm việc của mô hình như sau: điện áp được đưa tới ngõ vào của mô
hình, giá trị điện áp được lấy giá trị tuyệt đối và đưa vào ba khối Math Function
được đặt tên lần lượt là segment1, segment2, segment3 có công thức:
(3.6)
Các tín hiệu đầu ra của các khối Math Function được đưa vào hai khối Switch
1 và Switch 2. Các khối này sẽ so sánh các giá trị từ segment 1, segment 2, segment
3 với giá trị dòng điện đặt trước nhằm lựa chọn một trong ba dạng hàm mũ, sau đó
tín hiệu này được đưa tới khối nhân để chọn dấu và cuối cùng đưa giá trị của tín
hiệu dòng tới ngõ ra của mô hình.
Hình 3.12: Sơ đồ nguyên lý của mô hình.

2. Giao diện khai báo mô hình chống sét van trong Matlab
Mô hình MVSA trong phần mềm Matlab có thể truy xuất từ thư viện của công
cụ SimPowerSystems hoặc gõ trên hộp thoại tìm kiếm với tên “Arrester”. Khi đó,
xuất hiện hộp thoại khai báo thông số mô hình MVSA trình bày ở (Hình 3.13).
Hình 3.13: Giao diện của mô hình chống sét van trung áp trong Matlab.
Các thông số cần khai báo cho mô hình MVSA bao gồm:
 Điện áp định mức: Vref (điện áp quy chuẩn của một đĩa MOV).
 Số đĩa trong một MVSA: n
 Dòng điện quy chuẩn trên một đĩa MOV : Iref
 Đặc tuyến V-I của đoạn thứ nhất: giá trị k1 và 1.
 Đặc tuyến V-I của đoạn thứ hai: giá trị k2 và 2.
 Đặc tuyến V-I của đoạn thứ ba: giá trị k3 và 3.
Mô phỏng điện áp dư của mô hình chống sét van trung áp trong Matlab:

Hình 3.14: Mạch mô phỏng đáp ứng của MVSA ứng với xung dòng
10kA 8/20µs.
3.3. Mô hình MVSA theo PINCETI
1. Mô tả
Mô hình MVSA theo PINCETI là mô hình đơn giản hóa của chống sét van
trung áp được phát triển trên cơ sở của mô hình phụ thuộc tần số được đề nghị bởi
IEEE (Hình 3.15).
Hình 3.15: Mô hình chống sét van của IEEE.
Trong mô hình chống sét van theo đề xuất của PICENTI, tất cả các dữ liệu cần
thiết có thể dễ dàng thu thập trong datasheets, không có yêu cầu điều chỉnh lặp đi
lặp lại của các thông số và hiệu suất của mô hình là chính xác. Bên cạnh đó, điện
dung được loại bỏ do ảnh hưởng đáng kể của nó, và chỉ có các thông số điện của hai

n
r
r
T
r
V
V
V
V
L 


20
/
8
20
/
8
2
/
1
1
4
1
khối A0 và A1 được sử dụng. Hai điện trở R0 và R1 mắc song song được thay thế
bằng một điện trở R, để tránh sự bất ổn số học (Hình 3.16):
c
Hình 3.16: Mô hình chống sét van của Pinceti.
Ở đây, mô hình hai điện trở phi tuyến A0 và A1 được xây dựng dựa vào các
đường đặc tuyến V-I được đề xuất bởi IEEE (Hình 3.17):
Hình 3.17: Đặc tuyến V-I của khối A0 và khối A1 của IEEE.
Các thông số điện cảm L0 và L1 của mô hình MVSA xác định bởi biểu thức
(3.7):
(3.7)
Trong đó :Vn là điện áp định mức của MVSA; Vr1/T2 là điện áp dư cho dòng
sét nhanh 10kA ở (1/T2); Vr8/20 là điện áp dư cho dòng sét 10kA với dạng sóng
8/20µs; R= 1MΩ dùng cài đặt giữa các thiết bị đầu cuối.

n
r
r
T
r
V
V
V
V
L 


20
/
8
20
/
8
2
/
1
0
12
1 (3.8)
Trong đó : Vr là điện áp định mức của chống sét van trung áp; Vr1/T2 là điện
áp dư cho dòng sét nhanh 10kA ở (1/T2); Vr8/20 là điện áp dư cho dòng sét 10kA với
dạng sóng 8/20µs; R= 1 MΩ để tránh bất ổn số học.
2. Xây dựng mô hình các phần tử phi tuyến A0 , A1
Xây dựng mô hình hai phần tử phi tuyến A0 và A1, trên cơ sở đường cong đặc
tuyến V-I của tiêu chuẩn IEEE cho chống sét van trung áp. Bảng 3.1 trình bày giá
trị đỉnh của điện áp dư đo được trong thí nghiệm phóng xung dòng điện sét 10kA,
dạng sóng 8/20μs.
Bảng 3.1. Thông số đặc tuyến V-I của khối A0 và khối A1.
I(kA) A0(p.u) A1(p.u)
10
-5 0.833 0.652
0.1 0.974 0.788
1 1.052 0.866
3 1.108 0.922
10 1.195 1.009
20 1.277 1.091
Sơ đồ nguyên lý của phần tử phi tuyến A0 và A1 tương tự nhau. Dưới đây sẽ
trình bày sơ đồ nguyên lý của phần tử A0 :
Hình 3.18: Sơ đồ nguyên lý của phần tử phi tuyến A0

Để tính dòng điện I = f(V), theo Bảng 3.1, khai báo trong khối “Look-Up
Table” như sau:
 Vector of Input Values (V): [0 0.833 0.974 1.052 1.108 1.195
1.277]*Vl*1000 (giá trị điện áp đơn vị nhân với giá trị điện áp dư trên MVSA tại
dòng phóng điện10kA, 8/20µs_ đơn vị kV)
 Vector of Output Values (I) : [0 0.00001 0.1 1 3 10 20]*1000 (đơn vị kA).
 Phần tử A1 cũng được xây dựng tương tự như trên, dòng điện I = f(V) được
khai báo trong khối “Look-Up Table” như sau:
 Vector of Input Values (V) : [0 0.652 0.788 0.866 0.922 1.009
1.091]*Vl*1000
 Vector of Output Values (I) : [0 0.00001 0.1 1 3 10 20]*1000(đơn vị kA)
Sử dụng lệnh Edit “Create subsystem” để nhóm tất cả các khối trong sơ đồ
khối của các phần tử phi tuyến A0, A1 và xây dựng thành biểu tượng như sau:
Hình 3.19: Mô hình phần tử phi tuyến của MVSA theo Pinceti
3. Xây dựng mô hình MVSA hoàn chỉnh
Sử dụng công cụ Simulink trong phần mềm MatLab để xây dựng mô hình
MVSA hoàn chỉnh (Hình 3.20):

Hình 3.20: Mô hình MVSA theo Pinceti bằng Matlab
Sử dụng Edit Mask nhóm các phần tử trên thành một khối, đặt tên khối là
Surge Arrester Model - PICENTI, xây dựng biểu tượng cho mô hình (Hình 3.21):
Hình 3.21: Biểu tượng mô hình MVSA theo PINCETI.
Trong Hình 3.20, các thông số R0 và R1 được thêm vào nhằm giải quyết vấn
đề hạn chế của việc kết nối một phần tử phi tuyến với một cuộn cảm hay một nguồn
dòng khác trong Matlab. Các giá trị R0, R1và Rp khoảng 1M.
Để thuận lợi cho sử dụng, cần tạo các hộp thoại và liệt kê các thông số cần khai báo:
 Chọn thanh Documentation, trong mục “Mask Type”, gõ dòng: “Surge
Arrester Model – Pinceti”
Hình 3.22: Thông tin trong thanh Documentation của mô hình.
 Chọn thanh Parameters and dialog, những thông số khai báo là: điện áp định
mức (Vn), điện áp dư của MVSA tại xung sét 8/20µs (Vl) và điện áp dư tại xung
đầu sóng tăng nhanh có trị số dòng điện 10kA (Vs).

Hình 3.23: Thông tin trong thanh Pameters & Dialog của mô hình.
 Chọn thanh Initialization trong mục Initialization commands, viết các dòng
lệnh sau để xác định giá trị L0 , L1:
L1=Vn*(Vs-Vl)/(4*Vl*10^6); (3.9)
L0=Vn*(Vs-Vl)/(12*Vl*10^6); (3.10)
Hình 3.24: Thông tin trong thanh Initialization của mô hình.
 Chọn thanh Icon & Ports, trong phần “Icon drawing commands”, dùng hàm
Plot để vẽ biểu tượng cho mô hình:
plot(-100,-45,100,45,[-100 -35],[0 0],[100 35],[0 0],[-30 -30],[40 -40],[-20 -20],[40
-40],[-10 -10],[40 -40],[0 0],[40 -40],[10 10],[-40 40],[20 20],[-40 40],[30 30],[-40
40])

Hình 3.25:Thông tin trong thanh Icon & Ports của mô hình.
 Nhấn nút Apply, Ok để đóng cửa sổ “Mask Editor”
Lúc này đã xây dựng xong mô hình MVSA theo Pincenti hoàn chỉnh. .
Giao diện nhập thông số của mô hình MVSA trình bày ở (Hình 3.26).
Hình 3.26: Giao diện nhập thông số của MVSA theo PINCETI.
4. Mạch mô phỏng MVSA theo PINCETI
Mạch mô phỏng điện áp dư của mô hình MVSA theo PINCETI ứng với xung
dòng tiêu chuẩn dạng sóng 8/20s trình bày ở (Hình 3.27):

Hình 3.27: Mạch mô phỏng điện áp dư của mô hình MVSA theo PINCETI.
3.4. So sánh và đánh giá các mô hình MVSA
Để đánh giá độ chính xác của các mô hình MVSA nêu trên, tiến hành xây
dựng mạch thử nghiệm MVSA của một số hãng sản xuất và mô phỏng điện áp dư
ứng với các xung dòng tiêu chuẩn.
Kết quả mô phỏng giá trị điện áp dư được so sánh với giá trị điện áp dư cung
cấp trong catalogue của nhà sản xuất.
Dưới đây, tiến hành đánh giá độ chính xác của các mô hình thông qua biên
độ điện áp dư cho MVSA-AZG2 của Hãng Cooper (Catalogue – PL 5.1) và
MVSA-EVP của Hãng Ohio Brass (Catalogue –PL 5.2).
Sơ đồ mô hình mạch thử nghiệm mô phỏng điện áp dư của các MVSA trình
bày ở (Hình 3.28):

Hình 3.28: Sơ đồ mô hình mạch thử nghiệm mô phỏng điện áp dư của các MVSA.
1. Mô phỏng điện áp dƣ của MVSA AZG2 của hãng Cooper
a. Điều kiện thử nghiệm
+ Điện áp định mức :18kV
+ Dạng xung sét : sóng 8/20µs
+ Biên độ xung : 5kA, 10kA.
b. Thông số kỹ thuật
Thông số kỹ thuật sản phẩm MVSA AZG2 của Hãng Cooper được trình bày ở
(Bảng 3.2).
Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật MVSA của hãng COOPER
Manufacture Type
Rated
Voltage
(kV)
MCOV
(kV)
0,5µs
10kA
(kV)
Switching
surge
(kV)
Height
(mm)
columb
8/20µs Maximum Discharge
Voltage (kV)
3kA 5kA 10kA 20kA
COOPER
Type AZG2
Surge
Arresters
18 15.3 59.7 39.7 630 1 44.7 46.9 50.7 56.3
c. Thông số mô hình
+ Mô hình MVSA -Matlab
Protection voltage Vref (kV) : 39.7
+ Mô hình MVSA PINCETI

Arrester rated voltage (kV) : 18
Residual voltage for 10kA steep curent pulse (kV) : 59.7
Residual voltage for 10kA current pulse 8/20µs (kV) : 50.7
d. Kết quả mô phỏng
Kết quả mô phỏng điện áp dư của MVSA - Hãng Cooper ứng với xung dòng
5kA 8/20µs trình bày ở (Hình 3.29) và ứng với xung dòng 10kA 8/20µs trình bày ở
(Hình 3.30) và tổng hợp các kết quả mô phỏng trình bày ở (Bảng 3.3).
Matlab và PINCENTI ứng với xung 5kA – 8/20µs(MVSA -AZG2 Hãng Cooper).

Matlab và PINCENTI ứng với xung 10kA - 8/20µs (MVSA -AZG2 Hãng Cooper).
Bảng 3.3. Điện áp dư của các mô hình MVSA-AZG2, Hãng Cooper
Model
Rated
Voltage(kV)
Lightning Impluse Residual Voltage 8/20µs Current Wave
5kA 10kA
Vrcat
(kV)
Vrsim
(kV)
Er (%)
Vrcat
(kV)
Vrsim
(kV)
Er (%)
Matlab 18 46.9 49.42 5.37 50.7 50.08 1.22
PINCETI 18 46.9 45.55 2.87 50.7 49.86 1.65
Ghi chú:Vrcat (kV): Điện áp dư cho bởi NSX; Vrsim (kV): Điện áp dư mô phỏng;
Er(%)= ((|Vrcat – Vrsim|)/Vrcat)100%, Sai số mô hình.
e. Nhận xét
Sai số điện áp dư của mô hình MVSA-Matlab có giá trị thấp nhất 1,22% và
cao nhất là 5.37%. Sai số điện áp dư của mô hình MVSA-PINCETI có giá trị thấp
nhất 1,65% và cao nhất là 2.87%.
2. Mô phỏng đáp ứng của MVSA EVP của hãng Ohio Brass
a. Điều kiện thử nghiệm
+ Điện áp định mức:18kV
+ Dạng xung sét: sóng 8/20µs
+ Biên độ xung: 5kA, 10kA.
Thông số kỹ thuật
Bảng 3.4: Thông số kỹ thuật MVSA của hãng Ohio Brass
Manufacture Type
Rated
Voltage
(kV)
MCOV
(kV)
0,5µs
10kA
(kV)
Switching
surge
(kV)
Height
(mm)
Columb
8/20µs Maximum Discharge
Voltage (kV)
3kA 5kA 10kA 20kA
OHIOS
BRASS
EVP Protective
Characteristics
18 15.3 51.6 37.6 344 1 40.4 42.4 45.5 49,1

b. Thông số mô hình
+ Mô hình MVSA - Matlab
Protection voltage Vref (kV) : 39.7
+ Mô hình MVSA - PINCETI
Arrester rated voltage (kV) : 18
Residual voltage for 10kA steep curent pulse (kV) : 51.6
Residual voltage for 10kA current pulse 8/20µs (kV): 45.5
c. Kết quả mô phỏng
Kết quả mô phỏng điện áp dư của MVSA EVP – Hãng OHIO Brass ứng với
xung dòng 5kA 8/20µs trình bày ở (Hình 3.31) và ứng với xung dòng 10kA 8/20µs
trình bày ở (Hình 3.32).
Matlab và PINCENTI ứng với xung 5kA – 8/20µs (MVSA -EVP Hãng OhioBrass).

Hình 3.32 Quan hệ điện áp dư theo thời gian của các mô hình MVSA theo
Matlab và PINCENTI ứng với xung 10kA - 8/20µs (MVSA -EVP Hãng OhiBrass).
Bảng 3.5 Điện áp dư của các mô hình MVSA-EVP, Hãng Ohio Brass
Model
Rated
Voltage
(kV)
Lightning Impluse Residual Voltage 8/20µs Current Wave
5kA 10kA
Vrcat
(kV)
Vrsim
(kV)
Er (%)
Vrcat
(kV)
Vrsim
(kV)
Er (%)
Matlab 18 42.4 49.43 16.5 45.5 50.75 11.53
PINCETI 18 42.4 41.12 3.01 45.5 44.61 1.95
Ghi chú:Vrcat (kV): Điện áp dư ứng với xung dòng tiêu chuẩn cho bởi NSX;
Vrsim(kV): Điện áp dư mô phỏng; Er(%)= ((|Vrcat – Vrsim|)/Vrcat)100%,
Sai số mô hình.
d. Nhận xét
Sai số điện áp dư của mô hình MVSA-Matlab có giá trị thấp nhất 11,53% và
cao nhất là 16,5%. Sai số điện áp dư của mô hình MVSA-PINCETI có giá trị thấp
nhất 1,95% và cao nhất là 3,01%.
3. Đánh giá chung

 Mô hình MVSA theo PINCETI dễ sử dụng hơn mô hình MVSA của Matlab
vì các thông số đầu vào theo yêu cầu của mô hình có thể tra trực tiếp từ catalogue
của nhà sản xuất.
 Sai số điện áp dư của mô hình MVSA theo PINCETI có thấp hơn của mô
hình MVSA trong Matlab.
 Cả hai mô hình MVSA theo PINCETI và mô hình MVSA của Matlab đều có
sai số điện áp dư nhỏ hơn giá trị cho phép (<=20%) ứng với các dòng xung tiêu
chuẩn 5kA, 10kA dạng sóng 8/20µs.
4. Xác định điện áp dƣ của MVSA có xét đến chiều dài dây nối
Hiện nay, đa phần các máy biến áp một pha và máy biến áp ba pha công suất
nhỏ thường có kết cấu là trạm treo hay trạm giàn. Trong khi đó, MVSA thường đặt
trên cột vì vậy chiều dài dây nối từ MVSA đến đất có thể đến 10m và vỏ MBA
được nối đất. Vì vậy, điện áp dư của MVSA cho MBA sẽ tăng cao gây nguy hiểm
cho cách điện máy biến áp.
Dưới đây sẽ khảo sát sự thay đổi điện áp dư của MVSA khi xét đến chiều dài
dây nối. Dây nối thường sử dụng cáp đồng 35mm2, với các thông số như sau: R0=
0,643Ω/km, L0 = 0,00253H/km.
Mạch mô phỏng điện áp dư theo chiều dài dây nối trình bày ở (Hình 3.33).
Hình 3.33. Mạch mô phỏng điện áp dư theo chiều dài dây nối.
Kết quả mô phỏng điện áp dư (Vr) theo chiều dài dây nối (L) và biên độ xung
sét dạng sóng 8/20us (Is) trình bày ở (Bảng 3.6).

Theo TCVN 6306-3:2006 (Máy biến áp điện lực), giá trị điện áp dư (Vr) phải
nhỏ hơn giá trị điện áp cách điện cơ bản VBIL=75kV, ứng với MBA có điện áp phía
cao áp là 12.7kV.
Bảng 3.6. Giá trị điện áp dư theo chiều dài dây nối và biên độ xung sét.
L (m)
Is=5kA 8/20us Is=10kA 8/20us
Vp (kV) Nhận xét Vp (kV) Nhận xét
0 41,1 Đạt 44,7 Đạt
1 44,0 Đạt 51,5 Đạt
2 46,9 Đạt 57,2 Đạt
3 49,4 Đạt 62,0 Đạt
4 51,5 Đạt 66,2 Đạt
5 53,4 Đạt 69,9 Đạt
6 55,0 Đạt 73,2 Đạt
7 56,6 Đạt 76,0 Không đạt
Để có thể nhanh chóng tính toán điện áp dư theo chiều dài cho phép, xây dựng
quan hệ Vp=f(L) theo phương pháp hồi qui phi tuyến với sai số bình phương nhỏ
nhất với sự trợ giúp của công cụ cftool trong phần mềm Matlab. Các bước thực hiện
như sau:
 Bước 1: Tạo 2 mảng dữ liệu: x liên quan đến chiều dài L và y liên quan
đến điện áp dư tương ứng trong workspace.
 Bước 2: Khởi động công cụ cftool bằng câu lệnh cftool trong command
window.
 Nhập hai mảng x và y vào các cột X data và Y data
 Bước 3: Lựa chọn dạng hàm đa thức (Polynomial) và lựa chọn số bậc
(Degree) thích hợp để đạt được phương trình quan hệ với sai số bình phương cực
tiểu (Rsquare 1)
 Bước 4: Xuất kết quả dạng đường cong và dạng phương trình quan hệ
giữa x và y.
 Kết quả như sau:

 Phương trình quan hệ giữa điện áp dư đầu cực MBA (Vr) theo chiều dài
dây nối (L) ứng với dòng xung 5kA 8/20us như sau:
f(Vr) = p1*L^3 + p2*L^2 + p3*L + p4 (3.11)
Với: p1 = 0.1573, p2 = -1.232, p3 = 5.978 , p4 = 53.4 và R-square:= 0.9999.
Dạng đường cong f(Vr) theo L trình bày ở (Hình 3.34).
Hình 3.34. Quan hệ f(Vr) theo L ứng với xung dòng 5kA 8/20us.
 Phương trình quan hệ giữa điện áp dư đầu cực MBA (Vr) theo chiều dài
dây nối (L) ứng với dòng xung 10kA 8/20us như sau:
f(Vr) = p1*L^3 + p2*L^2 + p3*L + p4 (3.12)
Với: p1 = 0.618, p2 =-2.614, p3=11.35, p4 =69.97 và R-square:=1.
Dạng đường cong f(Vr) theo L trình bày ở (Hình 3.35).

Hình 3.35. Quan hệ f(Vr) theo L ứng với xung dòng 10kA 8/20us.

CHƢƠNG 4: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP BẢO VỆ QUÁ ÁP
CHO TRẠM PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ TUY HÒA, TỈNH
PHÚ YÊN
4.1. Tổng quan về lƣới điện và trạm biến áp phân phối thành phố Tuy Hòa,
tỉnh Phú Yên.
Thành phố Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên là thành phố ven biển với diện tích
107km2, thành phố chủ yếu là đồng bằng phù sa do hạ lưu Sông Ba (tên khác là
sông Đà Rằng) bồi đắp. Có 2 ngọn núi Chóp Chài và núi Nhạn nằm ngay trung tâm
thành phố, thành phần kinh tế địa phương chủ yếu là nông nghiệp, nuôi trồng thủy
sản và sản xuất quy mô nhỏ lẻ.
Điện lực Tuy Hòa trực thuộc Công ty Điện lực Phú Yên chịu trách nhiệm quản
lý và vận hành bao gồm cả 12 phường và 4 xã với rất nhiều trạm biến áp chuyên
dùng, trạm biến áp công cộng cũng như đường dây phân phối trung áp 22kV gần
như đi trên không trải rộng cả thành phố Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên.
Với địa bàn quản lý rất lớn, không những đặc thù phụ tải sinh hoạt mà còn có
Khu Công Nghiệp trên địa bàn như Khu Công Nghiệp An Phú và Công ty Cổ phần
PYMEPHACO.
Để đảm bảo điện phục vụ địa phương, ngành điện đã sử dụng nhiều nguồn đầu
tư để đảm bảo nhu cầu sử dụng điện. Ngoài nguồn vốn khách hàng thì Công ty Điện
lực Phú Yên - Điện lực Tuy Hòa còn phục vụ đầu tư trạm chuyên dùng tổng thời
gian rất ngắn (khoảng 21 ngày cho trạm khách hàng xây dựng mới) đảm bảo nhu
cầu sử dụng điện và chỉ số tiếp cận điện năng trên địa bàn Thành phố.
Nguồn cấp điện được phân phối từ trạm 110kV/22kV bao gồm trạm 110kV
Tuy Hòa (E23) công suất 40MVA và 40MVA, có 8 lộ ra với sơ đồ lưới điện hình
tia phân bố đều trên địa bàn (phường 1, phường 2, phường 3, phường 4, phường 5,
phường 6, phường 7, phường 8, phường 9, xã An Phú, xã Hòa Kiến, xã Bình Kiến,
Xã Bình Ngọc), trạm 110kV/22kV Hòa Hiệp có công suất 40MVA và 25MVA gồm
06 lộ ra (Phường Phú Đông, Phường Phú Lâm, Phường Phú Thạnh) với tổng 189km
đường dây lưới điện trung thế và 468 trạm với công suất đặt là 132MVA cấp điện
cho 423km đường dây hạ thế đảm bảo cung cấp điện cho 50.677 khách hàng.

Trạm biến áp phân phối 3 pha 22/0,4kV và trạm biến áp phân phối 1 pha
12.7/0,23kV được bố trí chống sét van trung áp phía trung áp để bảo vệ chống quá
áp do sét lan truyền vào trạm. Các chống sét van trung áp này đặt tại máy biến áp có
độ cao 6m hay 8m và đi vào đầu sứ cao áp của máy biến áp.
4.2. Quan hệ điện áp đầu cực máy biến áp theo vị trí lắp đặt chống sét van
trung áp.
1. Trƣờng hợp lắp đặt 1 MVSA bảo vệ TBA có một MBA
Ở Điện lực Tuy Hòa - Công ty Điện lực Phú Yên trên lưới phân phối 24kV,
các trạm biến áp phân phối một pha 22/0,4kV thường được trang bị chống sét van
phía trung áp. Chống sét van trung áp có nhiệm vụ bảo vệ cho toàn bộ cách điện của
các thiết bị phân phối trong trạm nên thiết bị này được lắp đặt trên cột tại ngõ vào
trạm biến áp. Vì vậy, tồn tại một khoảng phân cách giữa chống sét van trung áp và
đầu cực máy biến áp phân phối.
Dưới đây, sử dụng phương pháp mô hình hóa và mô phỏng khảo sát quan hệ
điện áp tại đầu cực máy biến áp 1 pha 12.7/0,23kV theo khoảng phân cách giữa
chống sét van trung áp và máy biến áp
Sơ đồ mạch mô phỏng ở Hình 4.1 có các thông số mạch điện như sau:
 Máy biến áp 1 pha: 50kVA, 12.7/0,23kV/0,23kV, 50Hz
 MVSA: Hãng Cooper, điện áp định mức 18kV, Điện áp vận hành lâu dài cực
đại 15,3kV, Is=10kA, điện áp dư ứng 50.7kV ứng với dòng xung 10kA 8/20µs.
 Lưới phía trung áp: điện áp định mức 12.7kV, tổng trở nguồn R1=8,5 ,
L1=13e-3
H, C=12e-6
F.
 Cáp dồng bọc CXV nối từ MVSA đến đầu cực MBA có tiết diện 35mm2
-
24kV và chiều dài cáp thay đổi từ 0-12m, với Ro=0,643/km,
L0=0.00253H/km,C0=1µF/km.
 Cáp đồng nối từ MVSA xuống đất có tiết diện 35mm2
, với Ro=0,643/km,
L0=0.00253H/km, chiều dài cáp l=6m.
 Thông số đường dây hạ áp: L=200m, F=75mm2
,Cu: R3=R4=0,06,
L3=L4=0,4e-4
H (0,2.e-6
H/m).

 Thông số tải 1 pha (2x50kVA): PL1=PL2=40kW, QL1=QL2=30kVar,V=235V,
cos=0,8.
 Xung dòng sét thử nghiệm 5kA, 10kA 8/20µs.
 Dạng sóng điện áp đầu cực MBA, khi chống sét van trung áp gắn ở đầu cực
MBA (L=4m) trình bày ở Hình 4.2, có xét đến chiều dài dây nối. Bảng 4.1 trình bày
giá trị điện áp đầu cực máy biến áp ứng với các giá trị chiều dài L khác nhau.
Hình 4.1: Mạch mô phỏng điện áp tại đầu cực MBA phân phối theo khoảng phân
cách giữa chống sét van trung áp và MBA.

Hình 4.2: Quan hệ điện áp đầu cực MBA theo thời gian khi MVSA gắn ở đầu cực
MBA (L=4m).
Bảng 4.1. Giá trị điện áp đầu cực máy biến áp theo khoảng cách L.
L (m)
Is=5kA 8/20us Is=10kA 8/20us
Vr(kV) Nhận xét Vr(kV) Nhận xét
0 56,0 Đạt 74,8 Đạt
1 56.1 Đạt 75,0 Đạt
2 56.4 Đạt 75,6 Không đạt
4 57.4 Đạt - -
6 60.2 Đạt - -
8 62.5 Đạt - -
10 70,6 Đạt - -
12 77,1 Không đạt - -
Từ kết quả giá trị điện áp đầu cực MBA theo khoảng cách lắp đặt MVSA ở
Bảng 4.1, nhận thấy:
 Giá trị điện áp đầu cực MBA càng giảm khi khoảng cách lắp đặt MVSA (L)
càng giảm. Tuy nhiên, giá trị điện áp đầu cực MBA giảm không quá nhanh.
 Đối với Is= 5kA 8/20us thì có giá trị giới hạn Lmax=12m, nếu vượt quá giá trị
này điện áp đầu cực MBA (Vr) sẽ vượt quá giá trị cho phép (VBIL=75kV, ứng với
MBA có điện áp phía cao áp là 12.7kV-Trích TCVN 6306-3:2006, Máy biến áp
điện lực).
 Đối với Is= 10kA 8/20us thì có giá trị giới hạn Lmax=1m, nếu vượt quá giá trị
này điện áp đầu cực MBA (Vr) sẽ vượt quá giá trị cho phép (VBIL=75kV, ứng với
MBA có điện áp phía cao áp là 12.7kV-Trích TCVN 6306-3:2006, Máy biến áp
điện lực). Trong thực tế MLVA phải gắn ở đầu cực MBA.
2. Trƣờng hợp lắp đặt 1 MVSA bảo vệ 2 MBA
Xét hai TBA của công ty Dược 1 và công ty Dược 2 ở mạng phân phối Điện
lực Tuy Hòa - Công ty Điện lực Phú Yên, để đánh giá hiệu quả bảo vệ của MVSA
cho từng MBA có thể áp dụng kết quả nghiên cứu ở phần 4.2.1.

Tuy nhiên, tiêu chuẩn IEEE Std C62.22.2009 khuyến cáo thì tùy theo cấu hình
của mạng phân phối, trong một số trường hợp có thể trang bị 1 MVSA để bảo vệ
cho cả 2 MBA (Hình 4.3). Để xem xét tính khả thi của việc sử dụng 1 MVSA bảo
vệ 2 MBA, sử dụng phương pháp mô hình hóa và mô phỏng.
Hình 4.3. Sơ đồ 1 MVSA bảo vệ 2 MBA. (IEEE Std C62.22.2009)
Trạm biến áp Công ty Dược 1 nối trực tiếp vào đường trục với khoảng cách
LBC=4m, còn Trạm biến áp Công ty Dược 2 thì được nối vào đường trục cùng với
điểm đấu nối của Trạm biến áp Công ty Dược 1 với khoảng cách thay đổi
LAB=(4m÷12m).
Hình 4.4. Mạch mô phỏng trạm biến áp Công ty Dược 1.
C
A
B
MBA
CTy Dược 1
MBA
CTy Dược 2

Hình 4.5 Mạch mô phỏng trạm biến áp Công ty Dược 2.
Hình 4.6. Mạch mô phỏng 1 MVSA bảo vệ 2 TBA Công ty Dược 1 và Công ty
Dược 2.
Kết quả mô phỏng điện áp đầu cực của MBA Công ty Dược 1 (ứng với
khoảng cách L1=4m) và MBA Công ty Dược 2 (ứng với khoảng cách L2=8m) với
xung dòng 5kA 8/20µs trình bày ở Hình 4.7. Kết quả mô phỏng các điện áp đầu
cực MBA khác ứng L1=4m và L2 thay đổi từ 4-12m trình bày ở Bảng 4.2.

Hình 4.7. Quan hệ điện áp đầu cực MBA Công ty Dược 1 (L1=4m)và MBA Công ty
Dược 2 (L2=8m).

Hình 4.8. Quan hệ điện áp đầu cực MBA Công ty Dược 1 (D1=3m)và MBA
Công ty Dược 2 (D2=10m).
Bảng 4.2. Giá trị điện áp đầu cực máy biến áp của Cty Dược 1 và Dược 2 ứng với
xung sét 5kA 8/20us.
D1(m) D2(m) VT1(kV) VT2(kV) Nhận xét
4 4 60,0 60,0 Đạt
4 8 60,77 64,26 Đạt
4 10 63,88 69,48 Đạt
4 11 64,70 73,41 Đạt
4 12 64,66 76,95
MBA Công ty Dược 1 được bảo
vệ;
MBA Công ty Dược 2 hỏng cách
điện
Từ kết quả mô phỏng giá trị điện áp đầu cực các MBA ở Bảng 4.2, nhận thấy:
 MVSA càng đặt gần đầu cực MBA càng tốt vì giá trị điện áp đầu cực càng
giảm theo khoảng cách lắp đặt MVSA.
 Khi khoảng cách giữa MBA 2 và MVSA, LAB< 12m thì có thể sử dụng 1
MVSA bảo vệ cho cả hai MBA trong hai trạm đặt gần nhau.
 Trường hợp khoảng cách giữa MVSA và đầu cực MBA2, LAB≥ 12m thì phải
sử dụng mỗi trạm biến áp 1 MVSA để bảo vệ MBA không bị hỏng cách điện do quá
áp do sét lan truyền vào trạm.

CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU
PHÁT TRIỂN
5.1. KẾT LUẬN
Luận văn“Nghiên cứu giải pháp bảo vệ quá áp cho trạm phân phối thành
phố Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên” hoàn thành đúng tiến độ và đã giải quyết được tất cả
các nhiệm vụ nghiên cứu đề ra, cụ thể:
1. Xây dựng mô hình MVSA theo đề xuất của PINCETI trong môi trường
Matlab có xét đến chiều dài dây nối. Mô hình MVSA này có giao diện thân thiện,
dễ sử dụng với các thông số yêu cầu được cung cấp trong Catalogue của nhà sản
xuất, có độ chính xác đạt yêu cầu: sai số mô hình MVSA thấp nhất là 1,95% và cao
nhất là 3,01% đối với MVSA của hãng Ohio Brass; sai số mô hình thấp nhất là
1,65% và cao nhất là 2,87 đối với MVSA của Hãng Cooper).
2. Xây dựng dạng và phương trình quan hệ điện áp dư của MVSA theo chiều
dài dây nối từ chống sét van xuống đất.
3. Bằng cách phân tích kết quả mô phỏng giá trị điện áp đầu cực máy biến áp
(theo TCVN 6306-3:2006 không được vượt quá 75kV) để đề xuất khoảng cách cho
phép tối đa giữa MVSA (có xét đến chiều dài dây nối) và đầu cực máy biến áp đối
với trạm 1 máy biến áp và trạm 2 máy biến áp trong mạng phân phối điển hình tại
Điện lực Tuy Hòa - Công ty Điện lực Phú Yên.
4. Kết quả nghiên cứu cung cấp công cụ mô phỏng hữu ích với phần mềm
thông dụng Matlab cho các công ty điện lực, các nghiên cứu sinh, các học viên cao
học ngành Kỹ thuật điện khi giải bài toán đánh giá hiệu quả bảo vệ của MVSA
dưới tác động của xung sét lan truyền vào trạm, đồng thời phân tích kết quả mô
phỏng điện áp đầu cực MBA để xác định phương án bố trí hợp lý MVSA trong việc
bảo vệ trạm biến áp trong mạng phân phối.
5.2. HƢỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN
1. Nghiên cứu vị trí lắp đặt hợp lý MVSA trong trường hợp trạm có nhiều hơn
2 máy biến áp;
2. Nghiên cứu xây dựng mô hình MVSA theo đề xuất của Fernandez and Diaz.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
a. Trong nƣớc:
[1]. Nghiên cứu và lập mô hình mô phòng chống sét van kiểu MOV trên lưới
trung thế; Lê Vũ Minh Quang; LV ThS, Đại học Bách khoa Tp Hồ Chí Minh, 2004.
[2]. Nghiên cứu và lập mô hình mô phỏng thiết bị chống sét van trên lưới
trung thế; Võ Thị Thảo Phương; LV ThS, Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp Hồ Chí
Minh, 2005.
[3]. Nghiên cứu hiệu quả của chống sét van trong mạng phân phối có xét đến
vị trí lắp đặt và điện trở nối đất; Trương Ngọc Hưng; LV ThS, Đại học Bách khoa
Tp Hồ Chí Minh, 2006.
[4]. Định vị trí lắp đặt chống sét van tối ưu trong lưới phân phối; Nguyễn
Công Tráng; LV ThS, Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, 2010.
[5]. Mô hình biến trở oxyt kẽm cho các nghiên cứu về sự phối hợp cách điện;
Nguyễn Thị Lệ Hải; LV ThS, Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, 2013.
[6]. Nghiên cứu biện pháp bảo vệ quá áp do sét cho lưới điện phân phối huyện
Phú Tân, tỉnh Cà Mau; Mai Nguyễn Trưởng; LV ThS, Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp
b. Ngoài Nước:
[1]. Evaluation of metal oxide surge arrester models based on laboratory
experiments; G. A. Alonso, S. Cardenas, B. Alba; International Journal of
Mechanical And Production Engineering, ISSN: 2320-2092, Volume- 5, Issue-1,
Jan.-2017.
[2]. Analysis of MOV Surge Arrester Models by using Alternative Transient
Program ATP/EMTP; Vishal R. Rakholiya, Dr. H. R. Sudarshana Reddy; IJSTE -
International Journal of Science Technology & Engineering | Volume 3 | Issue 02 |
August 2016.
[3]. M. Khodsuz and M. Mirzaie, “Condition Assessment of Metal Oxide
Surge Arrester Based on Multi-Layer SVM Classifier”, Iranian Journal of Electrical
& Electronic Engineering, Vol. 11, No. 4, Dec. 2015.

[4]. Simplified Modeling of Metal Oxide Surge Arresters; Pramuk
Unahalekhaka; 11th Eco-Energy and Materials Science and Engineering (11th
EMSES), Energy Procedia 56 (2014).
[5]. Mehdi Nafar, Ghahraman Solookinejad and Masoud Jabbari,
“Comparison of IEEE and Pinceti Models of Surge Arresters”, Department of
Electrical Engineering, College of Engineering, Marvdasht Branch, Islamic Azad
University, Marvdasht, IRAN, Research Journal of Engineering SciencesVol. 3(5),
May (2014), pp. 32-34.
[6]. Pramuk Unahalekhaka; “Simplified Modeling of Metal Oxide Surge
Arresters”,Dept. of Electrical Engineering, Faculty of Engineering and Architecture
Rajamangala University of Technology Suvarnabhumi, 7/1 Nonthaburi 1 Rd,
Nonthaburi, 11000, Thailand, 11th Eco-Energy and Materials Science and
Engineering (11th EMSES), pp. Energy Procedia 56 ( 2014 ) 92 – 101
[7]. S. Ehsan Razavi, A. Babaei, “Modification of IEEE Model for Metal
Oxide Arresters Against Transient Impulses Using Genetic Algorithms”,
Department of Electrical, East Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran,
Iran, Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 5(10):, 2011 , ISSN 1991-
8178, pp. 577-583.
[8]. P.F. Evangelides, C.A. Christodoulou, I.F. Gonos, I.A. Stathopulos,
“Parameters’ selection for metal oxide surge arresters models using genetic
algorithm”, High Voltage Laboratory, School of Electrical and Computer
Engineering, National Technical University of Athens, 9 Iroon Politechniou Street,
Zografou Campus, Athens 15780, Greece, 30th International Conference on
Lightning Protection - ICLP 2010 (Cagliari, Italy - September 13th -17th, 2010).
[9]. V. Vita1 A.D. Mitropoulou, L. Ekonomou, S. Panetsos, I.A. Stathopulos,
“Comparison of metal-oxide surge arresters circuit models and implementation on
high-voltage transmission lines of the Hellenic network”, School of Electrical and
Computer Engineering, High Voltage Laboratory, National Technical University of

Athens,9 Iroon Politechniou Street, Zografou Campus, Athens 157 80, Greece, IET
Gener. Transm.Distrib., 2010, Vol. 4, Iss. 7, pp. 846–853.
[10]. IEEE Working group 3.4.11, “Modeling of metal oxide surge
arresters”, IEEE Transactions on Power Delivery Vol.7, No.1, Jan 1992, pp 302-
309.

PHỤ LỤC
PL 1.1: Thông số kỹ thuật MVSA EVP của Ohio Brass:

PL 1.2.Thông số kỹ thuật MVSA AZG2 của Cooper

Nghiên cứu giải pháp bảo vệ quá áp cho trạm phân phối Thành phố Tuy Hòa tỉnh Phú Yên

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Nghiên cứu giải pháp bảo vệ quá áp cho trạm phân phối Thành phố Tuy Hòa tỉnh Phú Yên

Similar to Nghiên cứu giải pháp bảo vệ quá áp cho trạm phân phối Thành phố Tuy Hòa tỉnh Phú Yên (20)

More from Man_Ebook

More from Man_Ebook (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (18)

Nghiên cứu giải pháp bảo vệ quá áp cho trạm phân phối Thành phố Tuy Hòa tỉnh Phú Yên