Giải pháp chống sét lan truyền cho dịch vụ bên trong một công trình

GIẢI PHÁP CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN CHO DỊCH VỤ BÊN TRONG

MỘT CÔNG TRÌNH

RESEARCH SOLUTIONS FOR TELECOMMUNICATION EQUIPMENTS

IN THE BUILDING

Học viên: Nguyễn Thanh Tước

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh

TÓM TẮT

Bài báo thực hiện Mô hình hóa và mô phỏng các thiết bị chống sét lan truyền điển hình trên

đường nguồn và đường tín hiệu trong môi trường Matlab. Các mô hình này có độ chính xác đạt

yêu cầu: sai số điện áp bảo vệ qua mô phỏng và qua giá trị cung cấp bởi nhà sản xuất thấp nhất là

0,14% và cao nhất là 6,8% . Trên cơ sở kết quả mô phỏng thực hiện hướng dẫn lựa chọn thiết bị

bảo vệ chống sét và vị trí lắp đặt cho mạng điện hạ áp và mạng tín hiệu cho các dịch vụ

bên trong tòa nhà sản xuất nông nghiệp điển hình.

. Kết quả nghiên cứu còn có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các học viên cao học

Ngành Kỹ thuật điện khi nghiên cứu các bài toán bảo vệ quá điện áp do sét lan truyền cho

các dịch vụ bên trong tòa nhà.

1. GIỚI THIỆU

Trong các công trình xây dựng dân dụng và

công nghiệp đặc biệt là các nhà máy, công trình

công nghệ cao đều có mạng lưới truyền tải điện

và mạng viễn thông, nó được xem là những

đường dây quan trọng nhất giúp “truyền tải

điện năng” và “giao tiếp” với “thế giới bên

ngoài”. Nếu sự cố sét đánh xảy ra thì thiệt hại

lớn nhất là hư hỏng thiết bị và quan trọng hơn

nữa là ngưng dịch vụ cung cấp điện và truyền

nhận, lưu trữ thông tin, dữ liệu.

Vì vậy, việc đề ra các giải pháp phòng

chống sét và đưa ra các khuyến cáo lựa chọn

hợp lý các thiết bị chống sét trên đường nguồn

và đường tín hiệu là rất cần thiết.

Hình 2.1: Mô hình thiết bị DV ZP TNC 255

2. MÔ HÌNH THIẾT BỊ CHỐNG SÉT LAN

TRUYỀN TRÊN ĐƯỜNG NGUỒN VÀ

ĐƯỜNG TÍN HIỆU(HÃNG DEHN)

2.1. Mô phỏng thiết bị chống sét DV ZP TNC

255 (900 390)

Mô hình thiết bị DV ZP TNC 255 trình bày ở

Hình 4.1 và dạng điện áp bảo vệ ứng với xung

25kA 8/20µs trình bày ở Hình 2.1

Hình 2.2: Điện áp bảo vệ của DV ZP TNC 255

ứng với xung 25kA 8/20 µs.

1/7

2.2. Mô phỏng thiết bị chống sét DR M 4P

255(953 400)

2.4. Mô phỏng thiết bị chống sét DSH

TT 2P 255 (941 110)

Mô hình thiết bị DR M 4P 255 trình bày ở

Hình 2.3 và dạng điện áp bảo vệ ứng với xung

3kA 8/20µs trình bày ở Hình 2.4.

Mô hình thiết bị DSH TT 2P 255 trình bày

ở Hình 2.7 và dạng điện áp bảo vệ ứng với

xung 3kA 8/20µs trình bày ở Hình 2.8

Hình 2.7: Mô hình thiết bị DSH TT 2P 255

Hình 2.3: Mô hình thiết bị DR M 4P 255

Hình 2.4: Điện áp bảo vệ của DR M 4P 255

ứng với xung 3kA 8/20 µs.

Hình 2.8: Điện áp bảo vệ của DSH TT 2P 255

ứng với xung 3kA 8/20 µs.

2.6. Mô phỏng thiết bị chống sét BSP M2

BE HF 5 (926 270)

Mô hình thiết bị BSP M2 BE HF 5 trình bày

ở Hình 2.9 và dạng điện áp bảo vệ ứng với

xung 3kA 8/20µs trình bày ở Hình 2.10

2.3. Mô phỏng thiết bị chống sét DR M

2P 255

Mô hình thiết bị DR M 2P 255 trình bày ở

Hình 2.5 và dạng điện áp bảo vệ ứng với xung

3kA 8/20µs trình bày ở Hình 2.6.

Hình 2.5: Mô hình thiết bị DR M 2P 255

Hình 2.9: Mô hình thiết bị BSP M2 BE HF 5

Hình 2.10: Điện áp bảo vệ của BSP M2 BE HF 5

Hình 2.6: Điện áp bảo vệ của DR M 2P 255

ứng với xung 3kA 8/20 µs

2/7

2.8. Mô phỏng thiết bị chống sét BXT ML2

BD 180 (920 247)

Mô hình thiết bị BXT ML2 BD 180 trình

bày ở Hình 2.14 và dạng điện áp bảo vệ ứng

với xung 20kA 8/20us trình bày ở Hình 2.15.

2.7. Mô phỏng thiết bị chống sét DPRO

230 LAN100

Mô hình thiết bị DPRO 230 LAN100 trình bày

ở Hình 2.11 và dạng điện áp bảo vệ ứng với

xung 3kA 8/20µs giữa dây Lvà N trình bày ở

Hình 2.12 và ứng với xung 3kA 8/20µs giữa 2

dây pha L1/L2. Hình 2.13

Hình 2.14: Mô hình thiết bị BXT ML2 BD 180

Hình 2.15: Điện áp bảo vệ BXT ML2 BD 180

Từ giá trị điện áp bảo vệ của các mô hình

các thiết bị bảo vệ trên đường nguồn và đường

tín hiệu (Vpsim) và giá trị điện áp bảo vệ trong

catalogue (Vpcat), xác định được sai số điện

áp bảo vệ (Bảng 1).

Hình 2.11: Mô hình thiết bị DPRO 230

LAN100

Hình 2.12: Điện áp bảo vệ trên L/N của

DPRO 230 LAN100

Bảng 2.1:

Giá trị điện áp bảo vệ cho trong

catalogue và giá trị qua mô phỏng

Hình 2.13: Điện áp bảo vệ trên L1/L2 của

DPRO 230 LAN100

3/7

Nhận xét: Mô hình các thiết bị bảo vệ

chống sét lan truyền trong mạng hạ áp cho

đường nguồn và đường tín hiệu đề xuất ở trên

có độ chính xác khá cao, sai số điện áp bảo vệ

nằm trong phạm vi cho phép <10%.

 Điện áp bảo vệ L-N: U_pL-N≤U_pper

Ở đây: U_nNetlà điện áp cấp nguồn định mức

của mạng viễn thông; U_Acmaxlà điện áp xoay

chiều lớn nhất có thể xuất hiện trên đường

nguồn; U_pperlà điện áp bảo vệ cho phép giữa

L-N; I_s820là dòng xung sét cảm ứng lớn nhất

lên dây cấp nguồn.

3. GIẢI PHÁP CHỐNG SÉT LAN

TRUYỀN CHO CÁC THIẾT BỊ BÊN

TRONG TÒA NHÀ NÔNG NGHIỆP

Hệ thống công nghệ thông tin và hệ thống

điện phức tạp là hình ảnh của nền nông nghiệp

hiện đại. Các hệ thống này được sử dụng để tối

ưu hóa và, nếu có thể, tự động hóa các quy trình

để mất ít thời gian và tăng doanh thu.

Đối với ngành chăn nuôi bò sữa, điều này

có nghĩa là:

 Hệ thống vắt sữa / trạm cho ăn hoàn

toàn tự động xác định chuyển hóa của bò và

kiểm soát quá trình vắt sữa hoặc khối lượng

thức ăn;

 Sữa tươi đó được phân tích cho sự hiện

diện của máu / nhiễm trùng và bị loại bỏ hoặc

chuyển sang tàu nhận sữa;

b. Điều kiện lưạ chọn thiết bị chống sét

lan truyền trên đường tín hiệu:

 Điện áp định mức U_n=U_nNet

 Điện áp xoay chiều làm việc liên tục

lớn nhất: U_MCOV≥U_ACmax

 Điện áp một chiều làm việc liên tục

lớn nhất: U_DCMCOV≥U_DCmax

 Khả năng thoát xung 8/20µs: I_n≥I_s820

 Khả năng thoát xung 10/350µs I_imp

≥I_impmax

 Điện áp bảo vệ L-L: U_pL-L≤U_pper

 Dải tần làm việc: f_n≥f_max

Ở đây: U_nNetlà điện áp định mức của mạng tín

hiệu; U_ACmaxlà điện áp xoay chiều lớn nhất có

thể xuất hiện trên mạng tín hiệu; U_DCmaxlà điện

áp một chiều lớn nhất có thể xuất hiện trên

mạng tín hiệu; U_Pperlà điện áp bảo vệ cho phép

giữa hai dây; I_s820là dòng xung sét cảm ứng lớn

nhất lên cáp tín hiệu; I_impmaxlà dòng xung sét

đánh trực tiếp lớn nhất lên cáp tín hiệu; f_maxlà

tần số làm việc của mạng tín hiệu.

 Sữa từ hệ thống vắt sữa được làm lạnh

trong tàu nhận sữa và nhiệt thải của máy nén

được thông qua một bộ trao đổi nhiệt để làm

nóng nước trong nồi hơi nước công nghiệp

(giảm chi phí bằng cách sưởi ấm nước công

nghiệp);

3.2 Lắp đặt thiết bị bảo vệ ở các vị trí cần

thiết

 Hệ thống làm sạch đó rửa sạch các vòi

sữa;

 Hệ thống chân không đó cung cấp chân

không để chiết xuất sữa từ con bò;

 Khí nén đó được tạo ra để kích hoạt

ngõ vào của hệ thống vắt sữa bằng robot, định

vị cho ăn và hệ thống cung cấp bò cưỡng bức;

 Quạt thông gió cải thiện không khí

trong chuồng và do đó cải thiện sức khỏe bò

hoặc chất lượng sữa.

Để bảo vệ chống sét lan truyền có hiệu quả

cho các thiết bị bên trong tòa nhà, cần chú ý

đến các vấn đề sau:

3.1.Lựa chọn đúng chủng loại thiết bị bảo vệ

theo yêu cầu

Hình 2.16: Sơ đồ bố trí thiết bị bảo vệ chống sét

các dịch vụ bên trong tòa nhà nông nghiệp

a. Điều kiện lựa chọn thiết bị chống sét lan

truyền trên đường nguồn:

 Điện áp định mức U_n=U_nNet

 Điện áp xoay chiều làm việc liên tục

lớn nhất: U_MCOV≥U_ACmax

 Dòng tải định mức I_L≥I_Lmax

 Khả năng thoát xung 8/20µs: I_n≥I_s820

4/7

đặc trưng bởi việc đưa vào xung điện có

dạng sóng 10/350 μs để mô phỏng các kết quả

dòng sét đánh trực tiếp gây ra. Do đó, các thiết

bị loại 1 phải đặc biệt bền vững để dẫn dòng

xung sét có năng lượng cao. Các thiết bị chống

sét loại 1 thường gọi là thiết bị cắt sét sơ cấp.

 Type 2: Chống sét cho tủ phân phối

Là thiết bị cắt sét lan truyền được thiết kế để

lắp đặt tại ngõ vào của hệ thống điện, trong tủ

phân phối chính, hoặc gần các thiết bị nhạy

cảm mà công trình không trang bị kim thu sét.

Thiết bị chông sét này được kiểm tra thử

nghiệm ở mức II theo tiêu chuẩn IEC61643-

11 hoặc EN61643-11 và dựa trên dòng xung

dạng sóng 8/20μs. Các thiết bị chống sét loại 2

thường gọi là thiết bị cắt sét thứ cấp

Hình 2.17: Thiết bị bảo vệ chống sét cho hệ

thống bus và telephone

Hình 2.16. Cho thấy một ví dụ về một tòa

nhà nông nghiệp với hệ thống robot vắt sữa.

Các hệ thống riêng lẻ được điều khiển thông

qua một số đường truyền dữ liệu (Hình 2.17).

Người vận hành có thể truy cập toàn bộ thông

tin của tòa nhà thông qua modem.

Bảng 2.2 cho thấy các thiết bị bảo vệ chống

sét lan truyền phù hợp cho tòa nhà mẫu (Hình

2.16 và 2.17).

 Type 3: Chống sét cho các ổ cắm, thiết

bị đầu cuối

Là thiết bị chống sét trong trường hợp đối

tượng cần bảo vệ là các thiết bị điện tử rất nhạy

cảm với dòng điện hoặc nằm tách biệt thì chúng

cần phải được bảo vệ lặp lại thêm lần nữa:

những SPD năng lượng thấp này là loại 2 hoặc

3. Các bộ chống sét cho thiết bị đầu cuối này

được thử nghiệm với một dạng sóng kết hợp

xung áp 1.2/50μs và xung dòng 8/20 μs.

4.KẾT LUẬN

Bảng 2: Các thiết bị bảo vệ chống sét cho các

dịch vụ bên trong tòa nhà nông nghiệp với hệ

thống vắt sữa bằng robot

Bài báo“Nghiên cứu giải pháp chống sét

lan truyền cho dịch vụ bên trong một công

trình” đã đạt được kết quả nghiên cứu theo yêu

cầu, cụ thể:

 Khảo sát cấu tạo, chức năng và đặc tính

kỹ thuật của các thiết bị chống sét (hãng

DEHN) cho tòa nhà sản xuất nông nghiệp.

 Mô hình hóa và mô phỏng các thiết bị

chống sét lan truyền điển hình trên trên đường

nguồn và đường tín hiệu (của Hãng DEHN)

trong môi trường Matlab. Các mô hình này có

độ chính xác đạt yêu cầu: sai số điện áp bảo vệ

thấp nhất là 0,14% và cao nhất là 6,8% (≤

10%).

 Hướng dẫn lựa chọn thiết bị bảo vệ

chống sét và vị trí lắp đặt cho mạng điện hạ áp

và mạng tín hiệu cho tòa nhà sản xuất nông

nghiệp điển hình bao gồm: Hệ thống nguồn

điện, hệ thống làm sạch, hệ thống lọc bụi, máy

hút chân không, hệ thống Robot vắt sữa bò, hệ

thống máy tính.

 Bài báo cung cấp các mô hình thiết bị

chống sét lan truyền cho các nhà nghiên cứu,

các nhà sản xuất, và giải pháp chống sét lan

truyền tổng thể cho dịch vụ bên trong của tòa

Ghi chú:

 Type 1: Chống sét kết hợp,

Thiết bị chống sét loại 1 được thiết kế để lắp

đặt ở vị trí có nguy cơ bị sét đánh trực tiếp là

rất cao, đặc biệt là khi tòa nhà được trang bị

các cột thu lôi. Trong trường hợp này, tiêu

chuẩn EN 61643-11 và IEC 61643-11 đòi

hỏi thiết bị chống sét phải được kiểm tra

thử nghiệm theo mức 1: kiểm tra này được

5/7

nhà cho các công ty tư vấn thiết kế. Kết quả

nghiên cứu còn có thể sử dụng làm tài liệu

tham khảo cho các học viên cao học Ngành Kỹ

thuật điện khi nghiên cứu các bài toán bảo vệ

quá điện áp do sét lan truyền cho các dịch vụ

bên trong tòa nhà.

 Phương án đề xuất của giải pháp chống

sét lan truyền cho dịch vụ bên trong công trình

là tối ưu. Bởi vì đây là giải pháp tổng thể bảo

vệ sét lan truyền cho cả đường nguồn và đường

tín hiệu, mà các luận văn hoặc tài liệu trước đây

chỉ nghiên cứu giải pháp chống sét lan truyền

trên đường nguồn hoặc chống sét lan truyền

trên đường tín hiệu.

Đây là mô hình mẫu điển hình tác giả đề xuất

trong luận văn. Vậy khi áp dụng đối với các

công trình khác thì dựa vào mô hình mẫu này

để biết các bước tiến hành như thế nào, qui

trình thực hiện tương tự. Tuy nhiên trên nguyên

tắc là phải căn cứ vào đặc điểm của công trình

đó như là: công trình có thể là nhà cao tầng,

văn phòng cho thuê, khu chung cư, xí nghiệp

công nghiệp và tính chất qui mô, số lượng thiết

bị, công suất thiết bị, mà ta phải tính chọn lại

toàn bộ thiết bị cho đúng. Về mặt tổng thể

không có gì khác so với mô hình mẫu đã được

đề xuất.

6/7

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] PGS.TS Quyền Huy Ánh, Th.S Đỗ Bình Dương. Mô phỏng quá điện áp do sét lan

truyền trên đường dây điện thoại. Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, 2004.

[2] Luận văn thạc sĩ Phạm Thị Hằng. Mô hình hóa và mô phỏng thiết bị chống sét lan

truyền trên mạng truyền thông. Ttrường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, 2014.

[3] TS. Quyền Huy Ánh, Nguyễn Thái Minh Thi. Nghiên cứu và lập mô hình mô phỏng

thiết bị chống sét lan truyền ở mạng hạ áp. Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật, năm

2006”.

[4] PGS.TS Quyền Huy Ánh, Phạm Phong Vũ. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến bảo

vệ chống sét lan truyền trên đường nguồn hạ áp. Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật, năm

2009.

[5] PGS.TS Quyền Huy Ánh, Trần Văn Đẹp. Nghiên cứu các biện pháp bảo vệ quá áp do

sét trong mạng hạ áp. Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật, năm 2016.

[6] PGS.TS Quyền Huy Ánh .Tài liệu thiết kế điện hợp chuần - Giải pháp chống sét toàn

diện. Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM.

[7] Surge protection of low voltage power systems for cellular telecommunications sites - Andreas

Beutel, Student Member, IEEE, and John Van Coller, Member, IEEE, 2003.

[8] Lightning effects on external and internal cabling in telecommunication centres with towers;

R.Markowska, A. W. Sowa, L. K. Augustyniak; Bialystok Technical University Poland, 2003.

[9] Applying FDTD Simulation to Lightning Surge Route Analysis in Microwave Relay Stations

- Journal of International Council on Electrical Engineering Vol. 1, No. 1, pp. 60~66, 2011.

[10] Lightning effects in base stations of global systems for mobile communication; R.Markowska;

Bialystok Technical University Poland 2004.

[14] Product Data Sheet DEHN

Thông tin liên hệ tác giả chính (người chịu trách nhiệm bài viết):

Họ tên:

Đơn vị:

Điện thoại:

Email:

Nguyễn Thanh Tước

Trường Cao Đẳng Công Thương Miền Trung

0914254826

[email protected]

XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

7/7

BÀI BÁO KHOA HỌC

THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ

Bài báo khoa học của học viên

có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn

Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam.

Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý

của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN!

Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2017-2018 của Thư viện Trường Đại học

Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.