Giải pháp bảo vệ chống sét cho hệ thống pin năng lượng mặt trời cho khu kỹ thuật Bệnh viện Đa Khoa Quảng Nam

Giải pháp bảo vệ chống sét cho hệ thống pin năng lượng mặt trời cho khu kỹ thuật Bệnh viện Đa Khoa Quảng Nam

1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong những năm gần đây, khi các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu mỏ và khí đốt đang dần cạn kiệt, nguồn cung không ổn định. Với hơn 79 % năng lượng tiêu thụ trên thế giới là từ nhiên liệu hóa thạch và khoảng 57,7 % năng lượng được sử dụng trong ngành giao thông vận tải và nó đang tăng nhanh từng ngày. Những sự thật này cho thấy năng lượng là rất quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Vì vậy, để khắc phục vấn đề này thì nhiều nguồn năng lượng thay thế đang được các nhà khoa học quan tâm, nghiên cứu đặc biệt là các nguồn năng lượng tái tạo. Năng lượng tái tạo là một cách để vượt qua cuộc khủng hoảng nhiên liệu hóa thạch bởi vì năng lượng tái tạo là năng lượng từ các nguồn tài nguyên được bổ sung liên tục và không thể bị cạn kiệt. Một trong những nguồn năng lượng tái tạo được quan tâm nhiều đó là bức xạ của mặt trời, không giống như các nhiên liệu hóa thạch năng lượng từ mặt trời là tốt cho môi trường bởi vì nó là nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm không khí, không đóng góp vào sự nóng lên của  khí  hậu toàn cầu và hiệu ứng nhà kính.

Gần đây, các nguồn năng lượng điện mặt trời đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới tuy không truyền tải công suất lớn nhưng lại trải trên diện rộng và cung cấp điện năng không chỉ trực tiếp cho các hộ tiêu thụ mà còn được đấu nối vào các hệ thống máy phát điện, lưới điện…Trong khi đó, Việt Nam được xem là một quốc gia có tiềm năng rất lớn về năng lượng mặt trời, đặc biệt là ở các vùng miền trung và miền nam của đất nước, với cường độ bức xạ mặt trời trung bình khoảng 5kwh/m²/ngày.

Tuy nhiên, việc sử dụng hệ thống pin quang điện (PV) để phát điện cũng có một số bất lợi trên phương diện bảo vệ chống sét, bởi vì : Các hệ thống PV thường đặt trên các tòa nhà hoặc nơi trống trải nên chúng rất dễ bị sét đánh, khi sét đánh vào các hệ thống bảo vệ thì dòng điện sét sẽ được dẫn qua dây dẫn sét xuống đất có thể gây quá điện áp sét cảm ứng nguy hiểm cho các bộ phận của hệ thống PV.

Thực tế vận hành điện mặt trời tại nhiều quốc gia trên thế giới cho thấy hằng năm có rất nhiều hệ thống PV phải chịu ảnh hưởng của quá điện áp do sét đánh trực tiếp hoặc cảm ứng và lan truyền gây ra những sự cố nghiêm trọng, thiệt hại lớn về kinh tế, làm giảm độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống. Tuy nhiên việc nghiên cứu bảo vệ chống sét cho hệ thống là vấn đề phức tạp, có rất nhiều yếu tố như mật độ sét, thông số dòng điện sét, phương thức nối đất, phương pháp tính toán mô phỏng quá trình quá độ điện từ… Do đó nó là vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu để từ đó có các giải pháp nhằm nâng cao an toàn và độ tin cậy làm việc của các thiết bị, phần tử trong hệ thống.

Với các lý do đó, nên tôi đã lựa chọn đề tài “Giải pháp bảo vệ chống sét cho hệ thống pin năng lượng mặt trời cho khu kỹ thuật Bệnh viện Đa Khoa Quảng Nam”.

2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu và đưa ra các giải pháp bảo vệ để làm giảm các tác động của các tín hiệu cảm ứng và lan truyền do quá điện áp sét gây ra tác động vào hệ thống pin quang điện.

3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Phạm vi nghiên cứu chủ yếu tập trung vào hệ thống pin năng lượng mặt trời khu kỹ thuật bệnh viện Đa khoa Quảng Nam.

Nghiên cứu, xây dựng đường đặc tính do quá điện áp sét gây ra có ảnh hưởng đến các tấm pin năng lượng mặt trời để ứng dụng thực tế.

4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp phân tích và tổng hợp các tài liệu có liên quan đến vấn đề bảo vệ cho hệ thống pin năng lượng mặt trời.

Nghiên cứu các kết quả đã công bố trên các ấn phẩm và có liên quan đến đề tài

Sử dụng phương pháp giải bài toán truyền sóng có trong phần mềm mô phỏng quá trình quá độ điện từ ATP/EMTP để tính toán, phân tích quá điện áp sét cảm ứng và lan truyền.

5. BỐ CỤC CỦA ĐỀ TÀI

Luận văn sẽ được trình bày theo cấu trúc sau:

– Phần mở đầu trình bày tính cấp thiết của đề tài, mục đích đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn.

– Phần nội dung bao gồm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan

Trình bày tình hình phát triển điện mặt trời trên thế giới cũng như tại Việt Nam và tổng hợp, đánh giá các nghiên cứu có liên quan đến vấn đề quá điện áp và bảo vệ chống sét của các hệ thống PV để từ đó lựa chọn hướng nghiên cứu phát triển luận văn.

Chương 2: Tính toán – Thiết kế hệ thống pin năng lượng mặt trời cấp điện nối lưới cho khu kỹ thuật Bệnh viện Đa khoa Quảng Nam

Trên cơ sở khảo sát các thiết bị quan trọng và cần ưu tiên sử dụng tại khoa Kỹ thuật của bệnh viện, tác giả đã trình bày phần tính toán lựa chọn thiết bị cung cấp năng lượng đến vị trí đặt hệ thống pin năng lượng mặt trời để đảm bảo công suất sử dụng phù hợp.

Chương 3: Tính toán bảo vệ chống sét cho khu kỹ thuật Bệnh viện Đa khoa Quảng Nam

Trên cơ sở tiêu chuẩn về chống sét cho các công trình theo tiêu chuẩn xây dựng của Việt Nam, tác giả đã xác định số lần sét đánh trực tiếp trung bình hằng năm trong điều kiện xét đến đầu thu sét lắp đặt trên nóc tòa nhà, để từ đó tính toán, kiểm tra hệ thống các đầu thu sét và hệ thống nối đất tại bệnh viện để đảm bảo an toàn cho công trình và thiết bị.

Chương 4: Phân tích quá điện áp cảm ứng do sét và giải pháp phối hợp bảo vệ chống sét thích hợp cho các phần tử trong hệ thống điện của PV

Trình bày nguyên nhân phát sinh quá điện áp sét cảm ứng trong hệ thống điện của hệ thống PV và phương pháp xác định thông số mô hình các phần tử liên quan cho nghiên cứu quá điện áp sét cảm ứng trong hệ thống điện. Bằng việc sử dụng phần mềm phân tích quá độ điện từ ATP/EMTP, tiến đến mô phỏng và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá điện áp sét cảm ứng trong hệ thống điện của hệ thống pin năng lượng mặt trời khu kỹ thuật Bệnh viện Đa Khoa Quảng Nam như thông số dòng điện sét, điện trở nối đất…Trên cơ sở đó đưa ra giải pháp phối hợp bảo vệ chống sét thích hợp cho các phần tử trong hệ thống điện.

Cuối cùng là phần kết luận và kiến nghị của luận văn.

6. Tổng quan về tài liệu nghiên cứu

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG CÁC CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRÊN THẾ GIỚI

1.1.1. Tình hình phát triển công nghệ năng lượng mặt trời

1.1.2. Tình hình sử dụng công nghệ năng lượng mặt trời trên thế giới

TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN ĐIỆN MẶT TRỜI TẠI VIỆT NAM

1.2.1. Tiềm năng điện mặt trời

1.2.2. Những ứng dụng năng lượng điện mặt trời của Việt Nam

GIỚI THIỆU VỀ PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1.3.1. Cấu tạo pin mặt trời

1.3.2. Nguyên lý hoạt động

1.3.3. Ưu, nhược điểm của các cấu trúc hệ thống pin mặt trời

HIỆN TƯỢNG GIÔNG SÉT VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA GIÔNG SÉT ĐẾN CÁC HỆ THỐNG THIẾT BỊ TẠI VIỆT NAM

1.4.1. Hiện tượng sét trong tự nhiên

1.4.2. Phân bố sét tại Việt Nam

1.4.3. Các ảnh hưởng của giông sét đến các hệ thống thiết bị

a. Thiệt hại do sét lan truyền gây ra

b. Các biện pháp bảo vệ

KẾT LUẬN

Trong chương này, đã thực hiện được một số nghiên cứu sau:

Tổng hợp, đánh giá tình hình phát triển năng lượng mặt trời trên thế giới và tại Việt Nam:

– So với các nguồn năng lượng tái tạo khác, năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng rất tiềm năng, dễ khai thác, thân thiện với môi trường và ít gây ảnh hưởng xấu về mặt xã hội nên được nhiều quốc gia quan tâm phát triển.

– Việt Nam là quốc gia có tiềm năng phát triển năng lượng điện mặt trời và đã có nhiều chính sách thúc đẩy phát triển hệ thống điện này. Việt Nam đã có 4 đến 5 dự án điện mặt trời đã được hoàn thành cùng với nhiều dự án được đăng ký, xúc tiến xây dựng trên toàn quốc. Trong tương lai, đây sẽ là nguồn điện năng đáng kể trong hệ thống điện quốc gia.

Đã tìm hiểu tổng quan về công nghệ điện mặt trời, đưa ra các cấu trúc đấu nối hệ thống pin năng lượng mặt trời. Trên cơ sở đó đã phân tích các ưu, nhược điểm của từng loại cấu trúc.

Sau khi nghiên cứu tình hình giông sét ở Việt Nam và ảnh hưởng của giông sét đến hoạt động của hệ thống thiết bị ta thấy rằng việc bảo vệ cho các thiết bị và các dây dẫn là rất cần thiết. Ở những vùng lãnh thổ khác nhau, do điều kiện khí hậu và trang thiết bị kỹ thuật khác nhau nên đặc điểm về giông sét, tính chất và mức độ tác hại do giông sét gây ra cũng khác nhau. Vì vậy, việc tiếp thu các kết quả nghiên cứu về thông số giông sét, đặc tính hoạt động giông sét của từng vùng, từng khu vực để có những biện pháp chống sét cho hiệu quả và thích hợp.

CHƯƠNG 2

TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CẤP ĐIỆN NỐI LƯỚI CHO KHU KỸ THUẬT BỆNH VIỆN ĐA KHOA QUẢNG NAM

GIỚI THIỆU KHU KỸ THUẬT BỆNH VIỆN ĐA KHOA QUẢNG NAM

TÍNH TOÁN ĐẤU NỐI HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI CẤP ĐIỆN CHO KHU KỸ THUẬT BỆNH VIỆN ĐA KHOA QUẢNG NAM

2.2.1. Lựa chọn mô hình hệ thống

Trong đề tài này, đề xuất lựa chọn Mô hình hệ thống Pin mặt trời kết hợp nối lưới có dự trữ.

Hình 2.3. Mô hình hệ thống Pin mặt trời kết hợp nối lưới có dự trữ

2.2.2. Vị trí xây dựng hệ thống pin năng lượng mặt trời nối lưới

2.2.3. Xác định phụ tải khu Kỹ thuật BV đa khoa Quảng Nam

Phụ tải tính toán của một thiết bị:

P_tt = k_nc . P_đm (2.1)

Trong đó: k_nc: hệ số nhu cầu của thiết bị tiêu thụ (hoặc một nhóm thiết bị tiêu thụ).

Hệ số nhu cầu k_nc trong đề tài này được xác định dựa vào nhu cầu thực tế của các thiết bị tại khu Kỹ thuật bệnh viện Đa khoa Quảng Nam.

P_đm: công suất định mức của thiết bị là công suất ghi trên nhãn hiệu máy hoặc hoặc ghi trong lý lịch của máy.

2.2.4. Tính toán lựa chọn Pin năng lượng mặt trời

a. Hiệu suất truyền năng lượng của hệ thống

(2.2)

Trong đó:

+ : hiệu suất bộ biến đổi điện.

+ : hiệu suất bộ điều khiển.

+ : hiệu suất nạp/phóng điện của bộ Acquy.

b. Công suất dàn Pin Mặt Trời cần lắp đặt

(2.3)

Trong đó:

+ : nhu cầu điện năng trung bình ngày của phụ tải (Wh),

+ I₀=1000W/m²=1kW/m² là bức xạ ở điều kiện tiêu chuẩn

+ I_T là cường độ tổng xạ trên mặt phẳng nghiêng

+ η : hiệu suất tổng thể của hệ thống bao gồm: bộ điều khiển, bộ biến đổi, hiệu suất phóng nạp điện của kho ắc quy

2.2.5. Tính toán số lượng panel

2.2.6. Lựa chọn bộ biến đổi điện DC-AC (Inverter)

2.2.7. Hệ thống kho Ắc quy

2.2.8. Lựa chọn dây dẫn

2.2.9. Đấu nối hệ thống

a. Một số lưu ý khi đấu nối

b. Tính toán diện tích phần mái để đặt Pin mặt trời

CHƯƠNG 3

TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO KHU KỸ THUẬT BỆNH VIỆN ĐA KHOA QUẢNG NAM

3.1. XÁC ĐỊNH SỐ LẦN SÉT ĐÁNH TRUNG BÌNH GÂY RA NHỮNG SỰ KIỆN NGUY HIỂM HẰNG NĂM

3.1.1. Đặt vấn đề

3.1.2. Xác định số lần sét đánh vào công trình

Số lần sét đánh trung bình gây ra những sự kiện nguy hiểm hằng năm cho công trình:

= 17,52.10^-3 (lần/năm)

3.2. TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHỐNG SÉT TRỰC TIẾP CHO KHU KỸ THUẬT BỆNH VIỆN ĐA KHOA QUẢNG NAM

3.2.1. Bảo vệ chống sét trực tiếp

3.2.2. Các nguyên tắc bảo vệ

3.2.3. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét

a. Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét độc lập

b. Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu sét

c. Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có độ cao khác nhau

d. Phạm vi bảo vệ của một nhóm cột thu sét (Số cột >2)

3.2.4. Hệ thống nối đất cho công trình

a. Khái niệm chung

b. Các yêu cầu kỹ thuật của hệ thống nối đất cho công trình

3.2.5. Tính toán bảo vệ cho công trình

a. Sơ đồ mặt bằng bố trí cột thu sét

Khu kỹ thuật có diện tích S = 60 x 40 = 2400(m²)

Độ cao của nhà thang máy là 16,2m

Độ cao đến mái là 15m

Độ cao đến diềm mái là 12,55m

Hình 3.6. Sơ đồ mặt bằng bố trí cột thu sét

b Tính toán lại độ cao bảo vệ của các cột thu sét

Từ những số liệu tính toán ở trên ta có bảng số liệu (3.8) sau:

Bảng 3.8. Bảng tổng hợp các số liệu tính toán

Hình 3.7. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét

3.3. KẾT LUẬN

Trong chương này, đã thực hiện được một số nghiên cứu sau:

– Áp dụng TCXDVN 46:2007 để tính toán và xác định số lần sét đánh trực tiếp vào công trình được lắp đặt tại các khu vực mật độ sét khác nhau trên lãnh thổ Việt Nam. Kết quả cho thấy, số lần sét đánh vào công trình cũng khá cao. Vì thế việc nghiên cứu QĐA sét và bảo vệ chống sét cần phải được chú trọng, từ đó đề ra các biện pháp phối hợp bảo vệ thích hợp nhằm giảm thiểu thiệt hại, nâng cao độ tin cậy và an toàn cho các phần tử – thiết bị trong hệ thống điện mặt trời.

– Với các số liệu và kết quả tính toán lại hệ thống thu lôi chống sét trong phần bảo vệ chống sét trực tiếp cho công trình ta có thể thấy rằng công trình sẽ nằm trọn trong phạm vi bảo vệ an toàn.

CHƯƠNG 4

PHÂN TÍCH QUÁ ĐIỆN ÁP CẢM ỨNG DO SÉT VÀ

GIẢI PHÁP PHỐI HỢP BẢO VỆ CHỐNG SÉT CHO

PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN PV

4.1. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ATP-EMTP

4.1.1. Nguyên lý tính toán

4.1.2. Khả năng của chương trình

4.1.3. Các phần tử hỗ trợ

4.1.4. Các mô đun mô phỏng tích hợp sẵn

4.1.5. Những module chính trong ATP

4.1.6. Các chương trình con hỗ trợ tính toán

4.1.7. Một số ứng dụng của ATP-EMTP

4.2. MÔ HÌNH CÁC PHẦN TỬ CHO NGHIÊN CỨU QUÁ ĐIỆN ÁP CẢM ỨNG CỦA HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI

4.2.1. Hệ thống dây dẫn sét và đường cáp điện của hệ thống PV

Ở đây ta sẽ mô hình hóa bằng mạch điện với các thông số R, L, C như trên hình.

Hình 4.11. Mô hình mạch tương đương trên đường dẫn

dòng sét qua dây dẫn sét xuống đất

Các thông số trong mô hình mạch điện tương đương này được liệt kê, chú thích như trong bảng 4.1 và được xác định theo các công thức tổng quát.

Bảng 4.1. Các thông số trong mô hình mạch

a. Điện trở dây dẫn sét và cáp điện

Điện trở là thông số quan trọng của dây dẫn, nó ảnh hưởng đến hiệu quả truyền tải. Điện trở của dây dẫn tròn đồng nhất được xác định theo biểu thức:

(4.1)

Trong đó:

ρ: là điện trở suất của dây dẫn

l_i: là chiều dài đoạn dẫn điện thứ i (i= 1,2,…)

S: Tiết diện dây dẫn

Với cáp điện ta có thể tra điện trở từ catalog của nhà sản xuất

b. Điện cảm dây dẫn sét và cáp điện

Điện cảm của đường dây đơn gồm điện cảm trong và điện cảm ngoài (do từ thông móc vòng giữa các dây dẫn tạo ra hay gọi là hỗ cảm), ta có:

(4.2)

Trong đó:

D: là khoảng cách giữa lớp lõi và lớp bảo vệ cáp

µ: là hệ số từ thẩm của vật liệu

l_i: là chiều dài đoạn cáp thứ i (i= 1,2,…)

D_S: là khoảng cách trung bình hình học của dây dẫn nhiều sợi

c. Điện dung giữa dây dẫn sét và cáp điện

Điện dung giữa dây dẫn sét và cáp điện được xác định theo công thức sau:

(4.3)

Trong đó:

ε: là hằng số điện môi của vật liệu cách điện

r: là bán kính tương đương của dây cáp điện

D: là khoảng cách từ cáp điện đến dây dẫn sét

l: là chiều dài đoạn cáp

4.2.2. Nguồn điện sét

Nguồn điện sét được mô hình bằng một nguồn dòng lý tưởng biến thiên theo thời gian i(t) đấu song song với tổng trở sóng của kênh sét Z_S như trên hình (4.12)

Hình 4.12. Mô hình nguồn điện sét

4.2.3. Hệ thống nối đất

Tùy theo mục đích nghiên cứu có thể lựa chọn mô hình nối đất khác nhau. Ở đây, vì chỉ xem QĐA sét cảm ứng trong hệ thống cáp điện của hệ thống PV nên toàn bộ hệ thống nối đất được mô hình bởi điện trở không đổi.

4.3. MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN QĐA SÉT CHO HỆ THỐNG PV KHU KỸ THUẬT BỆNH VIỆN ĐA KHOA QUẢNG NAM

4.3.1. Tính toán các thông số mô hình cho nghiên cứu quá điện áp cảm ứng

a. Điện trở dây dẫn sét và cáp điện

b. Điện cảm dây dẫn sét và cáp điện

c. Điện dung giữa dây dẫn sét và cáp điện

Bảng 4.4. Bảng kết quả lựa chọn và tính toán thông số mô hình các phần tử liên quan cho nghiên cứu QĐA sét cảm ứng trên hệ thống PV

4.3.2. Mô hình QĐA sét cảm ứng trong hệ thống pin năng lượng mặt trời

Để đơn giản hóa trong chương trình này ta xét mô hình như sau:

Hình 4.13. Mô hình mô phỏng trong ATP-EMTP

a. Mô hình điện trở dây dẫn sét và dây cáp điện

b. Mô hình điện cảm dây dẫn sét và dây cáp điện

c. Mô hình điện dung giữa dây dẫn sét và cáp điện

d. Mô hình nguồn điện

4.3.3. QĐA sét cảm ứng trong hệ thống pin năng lượng mặt trời

a. Dạng sóng mô phỏng

b. Thực hiện mô phỏng

Các kết quả mô phỏng được thống kê lại như bảng 4.5:

Bảng 4.5. Kết quả mô phỏng

Hình 4.24. Biên độ cảm ứng QĐA sét trên cáp điện theo trị số điện trở nối đất

Ta thấy rằng khi trị số diện trở nối đất là 10Ω biên độ quá điện áp cảm ứng lên hệ thống pin một điện áp là 142kV, nhưng khi trị số nối đất là 1Ω biên độ quá điện áp cảm ứng lên hệ thống pin một điện áp là 21,24kV. Hay nói cách khác, nếu trị số điện trở nối đất giảm 10 lần thì QĐA cảm ứng lên hệ thống pin giảm đi 7 lần. Vì thế, để hạn chế mức QĐA sét nguy hiểm trên cách điện của thiết bị thì nên thực hiện nối đất với trị số nhỏ nhất có thể.

Qua đây, ta đặc biệt thấy khi trị số điện trở lớn hơn 3Ω, biên độ QĐA sét cảm ứng tăng rất cao. Điều này cho ta thấy rằng, để đảm bảo an toàn cho các phần tử – thiết bị trong hệ thống điện của hệ thống pin chúng ta nên thực hiện hệ thống nối đất có trị số điện trở thấp hơn 3Ω.

Đối với tòa nhà khu kỹ thuật Bệnh viện Đa khoa Quảng nam, qua đo đạc thực tế thì hiện tại điện trở nối đất của tòa nhà có trị số là 3,91Ω nó nằm ra khỏi trị số an toàn như ta đã nói ở trên.

Hình 4.25. Biên độ cảm ứng QĐA sét trên cáp điện theo trị số điện trở nối đất của tòa nhà

Ta nhận thấy, với trị số điện trở như trên điện thế nguy hiểm nhất xuất hiện có biên độ lớn nhất trên đường cáp điện là 67,33kV. Vậy lúc này QĐA sẽ cảm ứng lên mỗi tấm panel ghép nối tiếp một điện áp là 9,79kV, với mỗi tấm panel được ghép bởi 68 tấm cell thì lúc này sẽ cảm ứng lên mỗi tấm cell một điện áp là 141,4V.

4.4. CÁC GIẢI PHÁP BẢO VỆ NHẰM HẠN CHẾ QĐA SÉT CẢM ỨNG LÊN HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

4.4.1. Tăng khoảng cách lắp đặt dây dẫn sét và cáp điện của hệ thống pin năng lượng mặt trời

Ta tiến hành mô phỏng với khoảng cách thay đổi là tăng lên thêm 0,5m thì lúc này điện dung giữa dây dẫn sét và cáp điện sẽ có giá trị là : C = 0,0156 (µF).

Hình 4.26. Phân bố điện thế cảm ứng lên đường cáp điện

khi lắp đặt cách dây dẫn sét 3,5m

Ta nhận thấy, do điện dung thành phần giữa cáp với dây dẫn sét giảm dần. Điện thế nguy hiểm nhất xuất hiện có biên độ lớn nhất trên đường cáp điện là 67,19kV. Vậy lúc này QĐA cảm ứng lên mỗi tấm panel ghép nối tiếp một điện áp là 9,59kV, với mỗi tấm panel được ghép bởi 68 tấm cell thì lúc này sẽ cảm ứng lên mỗi tấm một điện áp là 141,15V, ta thấy giá trị điện áp này có giảm.

4.4.2. Lắp đặt chống sét van (CSV)

a. Lựa chọn mô hình

b. Mô phỏng QĐA khi lắp đặt CSV bảo vệ

Kết quả mô phỏng dạng sóng điện thế cảm ứng sang đường cáp điện được thể hiện như sau:

Hình 4.35. Phân bố điện thế cảm ứng lên đường cáp điện

khi lắp đặt CSV

Ta thấy rằng khi có dòng xung sét lan truyền qua cáp điện gây ra quá điện áp trong hệ thống PV, khi lắp đặt CSV thì lúc này sẽ hoạt động dẫn xung dòng điện trong cáp vào hệ thống nối đất làm cho QĐA sét cảm ứng trong hệ thống điện của hệ thống PV được suy giảm rất đáng kể. Điện thế lớn nhất khi không lắp đặt CSV là 67,33kV, nhưng khi lắp đặt CSV điện thế tương ứng giảm xuống còn 781,6V. Như vậy mức suy giảm điện thế tại đường cáp điện khi lắp đặt CSV so với không lắp đặt CSV là 86 lần.

Từ kết quả trên cho ta thấy, khi có lắp đặt CSV bảo vệ sẽ đảm bảo khả năng vận hành của thiết bị với điện thế đặt lên tấm pin sẽ được giảm đi đáng kể với mức suy giảm điện thế khá cao đảm bảo khả năng không gây hư hỏng.

4.5. KẾT LUẬN

– Trình bày phương pháp mô hình hóa hệ thống chống sét tòa nhà cùng các đường cáp điện lắp đặt vào hệ thống PV và mô hình hóa các phần tử khác liên quan cho nghiên cứu QĐA sét cảm ứng trong hệ thống PV như nguồn điện sét, CSV, hệ thống nối đất. Trong đó, dây dẫn sét và đường cáp điện được mô hình bằng một mạch điện tương đương với các thông số rải.

– Trên cơ sở phần mềm mô phỏng phân tích quá độ điện từ ATP-EMTP, đã làm rõ các yếu tố ảnh hưởng đến QĐA sét cảm ứng trong hệ thống PV kể trên như trị số điện trở nối đất. Từ đó đã đề ra giải pháp nhằm hạn chế QĐA sét cảm ứng và lan truyền như : lắp đặt CSV, tăng khoảng cách lắp đặt đường cáp với dây dẫn sét.

– Các mô phỏng, tính toán QĐA sét cảm ứng trong hệ thống PV cho thấy:

+ Nên thực hiện nối đất với trị số điện trở nhỏ hơn hoặc bằng 3Ω để dễ dàng giảm mức QĐA sét xuống trị số an toàn cho hệ thống PV.

+ Với việc lắp đặt với khoảng cách 3m như thiết kế của tác giả và sử dụng thiết bị bảo vệ CSV có thể giảm mức QĐA sét cảm ứng trên cách điện của các tấm pin trong hệ thống như trên là hợp lý.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. KẾT LUẬN

Hệ thống điện Việt Nam phát triển rất nhanh trong những năm gần đây nhưng chưa thể đáp ứng được nhu cầu ổn định thực tế về năng lượng tại Bệnh viện Đa khoa Quảng Nam. Trong bối cảnh các nguồn năng lượng truyền thống như dầu mỏ, than đá… ngày dần cạn kiệt, giá thành cao và gây ô nhiểm môi trường thì việc nghiên cứu sử dụng nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời là rất thiết thực và cần thiết.

Tuy nhiên, việc sử dụng hệ thống pin quang điện (PV) để phát điện cũng có một số bất lợi trên phương diện bảo vệ chống sét, bởi vì : Các hệ thống PV thường đặt trên các tòa nhà hoặc nơi trống trải nên chúng rất dễ bị sét đánh, khi sét đánh vào các hệ thống bảo vệ thì dòng điện sét sẽ được dẫn qua dây dẫn sét xuống đất có thể gây quá điện áp sét cảm ứng nguy hiểm cho các bộ phận của hệ thống PV nhất là ảnh hưởng đến cách điện của các tấm pin. Vì vậy, ở đây luận văn đã tập trung nghiên cứu, tìm hiểu QĐA sét và khả năng cảm ứng, lan truyền qua hệ thống nối đất lên thiết bị, cũng như nghiên cứu các mô hình CSV được đề xuất để từ đó có lựa chọn mô hình để bảo vệ cho thiết bị. Qua quá trình nghiên thì cũng có các kết luận như sau:

Việt Nam là khu vực độ ẩm cao, có mật độ hoạt động giông sét lớn. Vì vậy, thiệt hại và tổn thất do sét gây ra đối với các công trình là rất lớn đặc biệt là các công trình có độ cao lớn là đối tượng thu sét. Vì vậy, cần phải thực hiện các biện pháp cần thiết để bảo vệ chống sét đánh cho các công trình trong đó có các thiết bị cách điện kém.

Mức độ thiệt hại tùy thuộc vào cường độ sét, vị trí sét đánh so với công trình, đặc điểm cấu trúc của công trình và các biện pháp bảo vệ chống sét cho công trình.

Khi sét đánh vào hệ thống thu sét, trên đường dẫn dòng sét qua dây dẫn sét do sự thay đổi từ trường của dòng điện sét và điện trường trên các điện dung giữa dây dẫn sét và đường cáp sẽ xuất hiện QĐAsét cảm ứng gây nguy hiểm cho các phần tử, thiết bị trong hệ thống PV. Mô hình mạch điện tương đương với các thông số rải trên đường dẫn dòng điện sét qua dây dẫn sét của luận văn cho phép tính toán trị số QĐA sét cảm ứng trên các thiết bị điện. Bằng việc sử dụng phần mềm ATP-EMTP, đã tiến hành nghiên cứu, mô phỏng, xem xét sự ảnh hưởng của trị số điện trở nối đất của hệ thống. Từ đó đưa ra giải pháp nhằm hạn chế QĐA sét cảm ứng và lan truyền như : tăng khoảng cách lắp đặt đường cáp điện đến dây dẫn sét cũng như kết hợp sử dụng thiết bị bảo vệ CSV. Qua đó đã phân tích, đánh giá để rút ra các kết luận nhằm giảm QĐA sét cảm ứng cho hệ thống các tấm pin trong hệ thống, góp phần nâng cao độ tin cậy và vận hành an toàn cho các phần tử.

2. KIẾN NGHỊ

Từ kết quả nghiên cứu của đề tài này, tác giả nhận thấy cần phải phát triển và mở rộng phạm vi nghiên cứu như:

– Mô hình tính toán QĐA sét cảm ứng mới chỉ dựa vào mô hình điện trường đơn giản.

– Các mô hình đều sử dụng mô hình đơn giản mà chưa tính đến sự ảnh hưởng của các thành phần lân cận.

– Chưa nghiên cứu đến thành phần vị trí sét đánh, hình thức kết nối các thiết bị để từ đó đề xuất các vị trí lắp đặt CSV bảo vệ nhằm giảm thiểu mức độ ảnh hưởng của quá điện áp sét đến các thiết bị sử dụng.

LIỆN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\KY THUAT DIEN\HO TUAN ANH