Mô phỏng hiệu quả của các thiết bị phối hợp bảo vệ trên đường dây điện thoạ

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 .
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô phỏng hiệu quả của các thiết bị phối hợp bảo vệ trên đường dây điện thoạTạp chí Khoa học – Công nghệ Thủy sản số 01/2007Trường Đại học Nha TrangVẤN ĐỀ TRAO ĐỔIMÔ PHỎNG HIỆU QUẢ CỦA CÁC THIẾT BỊ PHỐI HỢP BẢO VỆTRÊN ĐƯỜNG DÂY ĐIỆN THOẠIThS. Nguyễn Thị Ngọc SoạnKhoa Khai thác - Trường ĐH Nha TrangBài báo này giới thiệu về mô hình mô phỏng của hai thiết bị chống quá áp do sét lan truyền trên đường dâyđiện thoại, đó là GDT (Gas Discharge Tube) và TVS Diode (Transient Voltage Suppressor Diode). Chúng đượcphối hợp bảo vệ theo hai cấp: sơ cấp và thứ cấp. Đặc biệt, đáp ứng tác động của chúng được mô phỏng bằngphần mềm ORCAD-PSPICE dưới xung sét thử nghiệm là xung chuẩn 10/700μs, biên độ 5KV theo tiêu chuẩnviễn thông quốc tế ITU-T K20 .Kết quả mô phỏng của hai mô hình thiết bị GDT và TVS Diode và các mạch phát xung sét chuẩn sẽ đượckiểm tra tính đúng đắn bằng cách so sánh với tài liệu tương ứng của nhà sản xuất ERICO,Inc cung cấp.Điện trở phối hợpI. ĐẶT VẤN ĐỀThiết bị điện tử ngày nay dễ bị hư hỏnghơn đối với các xung quá áp và quá trình quáđộ. Đường dây điện thoại là một phần trongcấu trúc hạ tầng mạng viễn thông hiện nay, nósử dụng nhiều linh kiện nhạy cảm nên rất cầncó những hình thức bảo vệ hữu hiệu ngay từtổng đài đến các thiết bị thuê bao của kháchhàng. Hệ thống 2 dây Tip và Ring của đườngdây này đi ngoài trời rất dễ bị ảnh hưởng củacác nhiễu gây ra do sét đánh trực tiếp, do cảmứng hay tiếp xúc với đường dây điện lực. Tạicác tổng đài ngoài việc chống sét đánh trựctiếp, đánh trên đường dây cấp nguồn hạ áp thìngười ta phải lắp đặt các thiết bị triệt xung áplan truyền để bảo đảm rằng ngay cả các xungáp nhỏ cũng không gây hại cho thiết bị.Các mạch bảo vệ phi tuyến được thiết kếbảo vệ đường dây điện thoại thường có haikhâu: khâu thứ nhất là một van chống sét khíGDT (Gas Discharge Tube) để bảo vệ sơ bộvà khâu thứ hai là một diode triệt xung TVSDiode (Transient Voltage Suppressor Diode)để bảo vệ chính xác. Hai khâu được kết hợpvới nhau bằng một trở kháng, thường là mộtđiện trở để giới hạn dòng.58RP1Bảo vệsơ cấpP2 Đối tượngbảo vệBảo vệthứ cấpHình 1. Sơ đồ khối phối hợp bảo vệỞ sơ đồ khối phối hợp bảo vệ thì P1 là bảovệ sơ cấp dùng GDT, R là phần tử phối hợp vàlà điện trở giới hạn dòng, P2 là bảo vệ thứ cấpsử dụng phần tử TVS Diode.Để kiểm chứng hiệu quả bảo vệ, cần thiếtphải thực hiện sự vận hành của mạch điện dướitác động của một xung sét chuẩn. Bài báo nàygiới thiệu việc kiểm chứng hiệu quả bảo vệ củahai phần tử GDT và TVS Diode bằng cách môphỏng trên phần mềm ORCAD-PSPICE. Môhình hai phần tử GDT và TVS Diode được sửdụng trong hai khâu bảo vệ là hai mô hình mớiđược xây dựng và đưa vào thư viện dùngchung của phần mềm PSPICE để dùng nhưmột linh kiện có sẳn. Kết quả mô phỏng hoạtTạp chí Khoa học – Công nghệ Thủy sản số 01/2007động của chúng sẽ được so sánh với thông tin,tư liệu được cung cấp từ nhà sản xuất ra cácloại thiết bị chống sét, công ty ERICO, để đánhgiá tính đúng đắn của mô hình thông qua hiệuquả của việc phối hợp bảo vệ.II. GIỚI THIỆU CÁC PHẦN TỬ BẢO VỆĐây là hai thiết bị được thiết kế để bảo vệquá áp, nó được lựa chọn bởi hiệu quả và tínhkinh tế mà nó mang lại. Dưới đây giới thiệutóm tắt một số đặc điểm của hai thiết bị này:™ GDT là các ống phóng khí thường có dạng2 cực và 3 cực. Các điện cực được giữ ởkhoảng cách gần nhau và đặt trong ống có đầykhí trơ áp suất thấp. Khi có điện áp cao đặt vàogiữa các điện cực vượt quá giá trị ngưỡng thìkhí bên trong bị ion hóa và xuất hiện dòng điệnchạy qua các điện cực. Ở trạng thái không dẫn(off) thì điện trở của ống phóng khí rất cao,nhưng khi dẫn giá trị điện trở này giảm xuốngđột ngột, dẫn dòng điện sét xuống đất.™ TVS diode là các diode được chế tạo đặcbiệt, chúng có đặc tính là điện áp hoạt động vàđiện áp kẹp thấp, thời gian đáp ứng khá nhanhkhi tác động.III. MÔ PHỎNG1. Phần mềm sử dụng để mô phỏngORCAD-PSPICE là phần mềm liên thôngdùng để vẽ mạch điện và mô phỏng, phân tíchsự làm việc của mạch điện đó. Nó có một thưviện đủ lớn chứa tất cả các mô hình của cácphần tử có thể có mặt trong mạch điện tử vớicác thông số cụ thể và với hãng sản xuất cụthể.Hai mô hình phần tử chống sét mới GDTvà TVS Diode của tác giả xây dựng sẽ đượcđưa vào thư viện của ORCAD 9.1 vì trong đónhà sản xuất phần mềm chưa có hai mô hìnhnày. Việc bổ sung hai mô hình này vào thưviện của ORCAD có ý nghĩa rất lớn trong giaiđoạn hiện nay vì đây là một phần mềm phổTrường Đại học Nha Trangdụng trong các viện nghiên cứu, các trường đạihọc. Hiện nay ở nước ta, các phòng thí nghiệmvề thiết bị cao áp còn rất hạn chế, cho nên việckiểm tra thiết bị bằng mô hình thay thế và thựchiện mô phỏng trên máy tính là một giải pháptốt cả về kỹ thuật lẫn kinh tế.2. Mô hình GDT và TVS DiodeMô hình GDT và TVS Diode xây dựng theongôn ngữ lập trình của PSPICE dựa trên cấutrúc mô hình của Borgeest [1,2], không sử dụngcác công tắc chuyển mạch mà thay bằng ...