Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết này giới thiệu về mô hình mô phỏng của hai thiết bị chống quá áp do sét lan truyền trên đường dây điện thoại, đó là GDT (Gas Discharge Tube) và TVS Diode (Transient Voltage Suppressor Diode). Chúng được phối hợp bảo vệ theo hai cấp: sơ cấp và thứ cấp. Đặc biệt, đáp ứng tác động của chúng được mô phỏng bằng phần mềm ORCAD-PSPICE dưới xung sét thử nghiệm là xung chuẩn 10/700μs, biên độ 5KV theo tiêu chuẩn viễn thông quốc tế ITU-T K20 .
Tạp chí Khoa học – Cơng nghệ Thủy sản số 01/2007 Trường Đại học Nha Trang VẤN ĐỀ TRAO ĐỔI MÔ PHỎNG HIỆU QUẢ CỦA CÁC THIẾT BỊ PHỐI HỢP BẢO VỆ TRÊN ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN THOẠI ThS Nguyễn Thị Ngọc Soạn Khoa Khai thác - Trường ĐH Nha Trang Bài báo giới thiệu mơ hình mơ hai thiết bị chống áp sét lan truyền đường dây điện thoại, GDT (Gas Discharge Tube) TVS Diode (Transient Voltage Suppressor Diode) Chúng phối hợp bảo vệ theo hai cấp: sơ cấp thứ cấp Đặc biệt, đáp ứng tác động chúng mô phần mềm ORCAD-PSPICE xung sét thử nghiệm xung chuẩn 10/700μs, biên độ 5KV theo tiêu chuẩn viễn thông quốc tế ITU-T K20 Kết mơ hai mơ hình thiết bị GDT TVS Diode mạch phát xung sét chuẩn kiểm tra tính đắn cách so sánh với tài liệu tương ứng nhà sản xuất ERICO,Inc cung cấp Điện trở phối hợp I ĐẶT VẤN ĐỀ Thiết bị điện tử ngày dễ bị hư hỏng xung áp trình độ Đường dây điện thoại phần cấu trúc hạ tầng mạng viễn thông nay, sử dụng nhiều linh kiện nhạy cảm nên cần có hình thức bảo vệ hữu hiệu từ tổng đài đến thiết bị thuê bao khách hàng Hệ thống dây Tip Ring đường dây trời dễ bị ảnh hưởng nhiễu gây sét đánh trực tiếp, cảm ứng hay tiếp xúc với đường dây điện lực Tại tổng đài việc chống sét đánh trực tiếp, đánh đường dây cấp nguồn hạ áp người ta phải lắp đặt thiết bị triệt xung áp lan truyền để bảo đảm xung áp nhỏ không gây hại cho thiết bị Các mạch bảo vệ phi tuyến thiết kế bảo vệ đường dây điện thoại thường có hai khâu: khâu thứ van chống sét khí GDT (Gas Discharge Tube) để bảo vệ sơ khâu thứ hai diode triệt xung TVS Diode (Transient Voltage Suppressor Diode) để bảo vệ xác Hai khâu kết hợp với trở kháng, thường điện trở để giới hạn dòng 58 R P1 Bảo vệ sơ cấp P2 Đối tượng bảo vệ Bảo vệ thứ cấp Hình Sơ đồ khối phối hợp bảo vệ Ở sơ đồ khối phối hợp bảo vệ P1 bảo vệ sơ cấp dùng GDT, R phần tử phối hợp điện trở giới hạn dòng, P2 bảo vệ thứ cấp sử dụng phần tử TVS Diode Để kiểm chứng hiệu bảo vệ, cần thiết phải thực vận hành mạch điện tác động xung sét chuẩn Bài báo giới thiệu việc kiểm chứng hiệu bảo vệ hai phần tử GDT TVS Diode cách mô phần mềm ORCAD-PSPICE Mơ hình hai phần tử GDT TVS Diode sử dụng hai khâu bảo vệ hai mơ hình xây dựng đưa vào thư viện dùng chung phần mềm PSPICE để dùng linh kiện có sẳn Kết mơ hoạt Tạp chí Khoa học – Cơng nghệ Thủy sản số 01/2007 động chúng so sánh với thông tin, tư liệu cung cấp từ nhà sản xuất loại thiết bị chống sét, công ty ERICO, để đánh giá tính đắn mơ hình thơng qua hiệu việc phối hợp bảo vệ II GIỚI THIỆU CÁC PHẦN TỬ BẢO VỆ Đây hai thiết bị thiết kế để bảo vệ áp, lựa chọn hiệu tính kinh tế mà mang lại Dưới giới thiệu tóm tắt số đặc điểm hai thiết bị này: GDT ống phóng khí thường có dạng cực cực Các điện cực giữ khoảng cách gần đặt ống có đầy khí trơ áp suất thấp Khi có điện áp cao đặt vào điện cực vượt giá trị ngưỡng khí bên bị ion hóa xuất dòng điện chạy qua điện cực Ở trạng thái khơng dẫn (off) điện trở ống phóng khí cao, dẫn giá trị điện trở giảm xuống đột ngột, dẫn dòng điện sét xuống đất TVS diode diode chế tạo đặc biệt, chúng có đặc tính điện áp hoạt động điện áp kẹp thấp, thời gian đáp ứng nhanh tác động III MÔ PHỎNG Phần mềm sử dụng để mô ORCAD-PSPICE phần mềm liên thông dùng để vẽ mạch điện mô phỏng, phân tích làm việc mạch điện Nó có thư viện đủ lớn chứa tất mơ hình phần tử có mặt mạch điện tử với thông số cụ thể với hãng sản xuất cụ thể Hai mô hình phần tử chống sét GDT TVS Diode tác giả xây dựng đưa vào thư viện ORCAD 9.1 nhà sản xuất phần mềm chưa có hai mơ hình Việc bổ sung hai mơ hình vào thư viện ORCAD có ý nghĩa lớn giai đoạn phần mềm phổ Trường Đại học Nha Trang dụng viện nghiên cứu, trường đại học Hiện nước ta, phòng thí nghiệm thiết bị cao áp hạn chế, việc kiểm tra thiết bị mơ hình thay thực mơ máy tính giải pháp tốt kỹ thuật lẫn kinh tế Mơ hình GDT TVS Diode Mơ hình GDT TVS Diode xây dựng theo ngơn ngữ lập trình PSPICE dựa cấu trúc mơ hình Borgeest [1,2], không sử dụng công tắc chuyển mạch mà thay nguồn áp điều khiển nguồn dòng Sự thay đổi điện trở theo thời gian lòng ống GDT cải tiến để trình đánh thủng xảy nhanh Ký hiệu mơ hình GDT TVS Diode thư viện PSPICE thể Hình D18 D17 DIODE TVS BI-DIR DIODE TVS (a) b) (c) Hình Ký hiệu mơ hình GDT (a), TVS hướng (b) TVS hai hướng (c) Thông số thiết bị mô 3.1 Thiết bị GDT Phần tử GDT sử dụng mô chọn hãng Siemens mã hiệu Q69-X50 có thơng số làm việc Bảng Bảng Thông số làm việc GDT VGLOW (V) IHOLD (μA) IGLOW (μA) VARC (V) VBR (V) 70 0.1 0.01 10 350 Ls (nH) 3.2 Thiết bị TVS Diode 59 Tạp chí Khoa học – Cơng nghệ Thủy sản số 01/2007 Trường Đại học Nha Trang Phần tử TVS Diode sử dụng mô chọn hãng General Semiconductor mã hiệu 1N6303 với thông số Bảng IV KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ SO SÁNH VỚI TÀI LIỆU CỦA NHÀ SẢN XUẤT Bảng Thông số TVS diode a/ Sơ đồ bảo vệ số mô phần mềm PSPICE VBR (V) VC (V) IT (A) VRWM (V) IR (A) IPP (A) 180220 287 1.0 162 5.0 5.2 Mô so sánh sơ đồ Sơ đồ thực mô 4.1 Sơ đồ bảo vệ số MẠCH PHÁT XUNG SÉT CHUẨN DT Đối tượng bảo vệ GDT Xung chuẩn phát qua thiết bị GDT có chân nối đất Theo sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống áp cho đường dây điện thoại, GDT thường lắp đặt phần bảo vệ sơ cấp tức phía nhà cung cấp dịch vụ hay tổng đài Theo tiêu chuẩn hiệp hội viễn thông quốc tế ITU-T K20 (International Telecommunication Union), thiết bị cắt xung sét phía sơ cấp phải có khả cắt xung sét lan truyền có biên độ đến 6KV mà khơng bị hư hỏng hoạt động tốt sau kiểm tra 4.2 Sơ đồ bảo vệ số Thiết bị bảo vệ thứ cấp sử dụng phần tử TVS Diode dẫn hai hướng mắc đối ngẫu MẠCH PHÁT XUNG SÉT CHUẨN Đối tượng bảo vệ 60 R Mạch phát xung sét chuẩn tác giả sử dụng để thử nghiệm mơ hình máy phát xung sét thành lập phần mềm ORCAD-PSPICE Hình Đáp ứng mơ hình GDT tác dụng xung sét chuẩn 10/700μs-5KV b/ So sánh với tài liệu nhà sản xuất thiết bị chống sét ERICO R GDT Hình Sơ đồ mạch phát xung sét chuẩn 10/700μs-5KV qua hai GDT Phần tử sử dụng nhà sản xuất tương ứng có mã hiệu SLP10-K1F bên có GDT ba chân, chân nối đất Xung sét thử nghiệm nhà sản xuất xung chuẩn 10/700μs- TVS 5KV đựợc phát từ máy phát xung cao áp Tạp chí Khoa học – Cơng nghệ Thủy sản số 01/2007 Hình Mạch tích hợp theo sơ đồ phần tử SLP10-K1F Trường Đại học Nha Trang Hình Đáp ứng mạch tác dụng xung sét chuẩn 10/700μs-5KV b/ So sánh với tài liệu nhà sản xuất thiết bị chống sét ERICO Hình mạch thử nghiệm nhà sản xuất với phần tử HSP10-K230 tích hợp theo sơ đồ bảo vệ số Phần tử tích hợp bên gồm GDT ba chân, hai điện trở giới hạn dòng bốn TVS Diode mắc đối ngẫu Hình Đáp ứng thiết bị chống sét nhà sản xuất cung cấp Mô so sánh sơ đồ a/ Sơ đồ bảo vệ số mô phần mềm PSPICE Hình Mạch tích hợp theo sơ đồ phần tử HSP10-K230 Hình Sơ đồ mạch phát xung sét chuẩn 10/700μs-5KV qua hai khâu bảo vệ Hình 10 Đáp ứng ngõ sơ đồ bảo vệ số theo xung chuẩn 10/700μs-5KV 61 Tạp chí Khoa học – Cơng nghệ Thủy sản số 01/2007 V NHẬN XÉT KẾT QUẢ MÔ PHỎNG So sánh kết mô phần mềm PSPICE với hai mơ hình GDT TVS Diode vừa xây dựng với tài liệu nhà sản xuất thiết bị chống sét ERICO [3] cụ thể Phần IV, với xung thử nghiệm xung sét chuẩn 10/700μs biên độ 5kV nhận thấy: ¾ Hình dạng sóng xung sét đạt giống tài liệu hãng sản xuất ¾ Giá trị biên độ đỉnh mơ hình đạt xấp xỉ với giá trị biên độ đỉnh tài liệu cung cấp ¾ Thời gian cắt mơ hình với thời gian cắt thiết bị ¾ Độ rộng xung mơ hình với độ rộng xung thiết bị VI KẾT LUẬN Như đối chiếu với thông số kỹ thuật thiết bị chống sét lan truyền đường tín hiệu công ty ERICO cung cấp, kết đạt cho thấy tính đắn Trường Đại học Nha Trang biệt hai mơ hình phần tử GDT TVS Diode tác giả xây dựng hồn tồn đáp ứng yêu cầu sử dụng để mô phần tử GDT TVS thực tế nhằm kiểm tra đáp ứng làm việc Việt Nam nằm vùng có mật độ sét tương đối dày, ảnh hưởng xấu sét cảm ứng lan truyền đường dây điện thoại lớn Những hư hỏng thiết bi tổng đài hay thuê bao gây thiệt hại kinh tế, xã hội vv ảnh hưởng lớn đến việc cung cấp dịch vụ cho khách hàng gián đoạn thông tin liên lạc Hiện ta chưa sản xuất thiết bị chống sét lan truyền mà chủ yếu nhập từ công ty nước ngồi Đồng thời cơng nghệ chống sét thay đổi nhanh thơng tin hạn chế từ phía nhà sản xuất khiến cho người sử dụng gặp nhiều lúng túng việc lựa chọn thực kiểm tra hiệu cách chủ động Các mơ hình phát huy tác dụng cao lĩnh vực thiết kế chống sét việc thực hành môn học Bảo vệ chống sét sinh viên chun ngành Điện mơ hình máy phát xung 10/700μs đặc TÀI LIỆU THAM KHẢO K Borgeest, M.S Sarto, J L ter Haseborg: “ Two simulation methods for the design of transient protection circuits in comparition with measurements”, International Zurich Symposium on Electromagnetic Compatibility, March 7-9, 1995 K Borgeest, J L ter Haseborg, Anders Larsson, Viktor Scuka: ”Numerial Simulation of gas Discharge Protectors-A review”, IEEE Transaction on Power Delivery, vol 14, No 2, April 1999 Erico, Inc,”Telecommunication line protectors”,1999 ABSTRACT This article presents simulation models of two equipments against overvoltage caused by transient lightning on the phone line, that are GDT (Gas Discharge Tube) and TVS Diode (Transient Voltage Suppressor Diode) They are coordinated in protection for two levels: primary and secondary Especially, reaction responses of GDT and TVS Diode are simulated by PSPICE under lightning test waveform 10/700μs, 5KV amplitude to international telecommunication standard ITU-T K20 The result of simulation for the model creating and standard surge lightning circuits checked their rightness in comparison with document compatible supplied from producer, ERICO 62 ... loại thiết bị chống sét, công ty ERICO, để đánh giá tính đắn mơ hình thơng qua hiệu việc phối hợp bảo vệ II GIỚI THIỆU CÁC PHẦN TỬ BẢO VỆ Đây hai thiết bị thiết kế để bảo vệ áp, lựa chọn hiệu. .. đồ thực mô 4.1 Sơ đồ bảo vệ số MẠCH PHÁT XUNG SÉT CHUẨN DT Đối tượng bảo vệ GDT Xung chuẩn phát qua thiết bị GDT có chân nối đất Theo sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống áp cho đường dây điện thoại,... mà khơng bị hư hỏng hoạt động tốt sau kiểm tra 4.2 Sơ đồ bảo vệ số Thiết bị bảo vệ thứ cấp sử dụng phần tử TVS Diode dẫn hai hướng mắc đối ngẫu MẠCH PHÁT XUNG SÉT CHUẨN Đối tượng bảo vệ 60 R Mạch