Tài liệu Chọn các thiết bị chính trong nhà máy điện và trạm biến áp pptx

- Dòng điện làm việc cưỡng bức của các máy biến áp xác định ứng với lúc một máy biến áp bị hỏng B2, lúc đó phụ tải vẫn cực đại nhưng không thể vượt quá khả năng quá tải của máy biến áp..

Chương 5

CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN CHÍNH TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP

5.1 Xác định dòng điện làm việc tính toán

5.1.1 Các tình trạng làm việc của thiết bị điện (TBĐ)

Các thiết bị điện (TBĐ) có 2 tình trạng làm việc: Tình trạng làm việc bình thường và tình trạng làm việc cưỡng bức, tương ứng với hai tình trạng này có 2 dòng điện là dòng điện làm việc bình thường và dòng điện làm việc cưỡng bức

1 Tình trạng làm việc bình thường

Tình trạng làm việc bình thường là tình trạng làm việc với giả thiết trong khu vực đang xét không có phần tử nào của hệ thống bị cắt một cách bắt buộc

Dòng điện làm việc bình thường cực đại (Ibtmax) là dòng điện lớn nhất có thể ở tình trạng này và thường được dùng để chọn tiết diện dây dẫn và cáp theo điều kiện kinh tế

Ví dụ: Đối với đường dây kép tình trạng làm việc bình thường là cả 2 đường dây

cùng mang tải, dòng điện bình thường cực đại bằng 1/2 dòng điện phụ tải cực đại

2 Tình trạng làm việc cưỡng bức

Tình trạng làm việc cưỡng bức là tình trạng làm việc với giả thiết trong khu vực đang xét có phần tử của hệ thống bị cắt một cách bắt buộc

Ví dụ : Đường dây kép làm việc với một dây mang tải

Dòng điện cưỡng bức thường lớn hơn dòng làm việc bình thường và nó được dùng để chọn các thiết bị điện theo điều kiện phát nóng lâu dài

5.1.2 Xác định dòng điện làm việc tính toán

1 Máy phát điện và máy bù đồng bộ

- Dòng điện làm việc bình thường: Ibt = IđmF

- Dòng điện làm việc cưỡng bức: Ibt = 1,05.IđmF

2 Máy biến áp điện lực

a Máy biến áp nối bộ với máy phát :

- Dòng điện làm việc bình thường: Ibt = IđmF

- Dòng điện làm việc cưỡng bức: Ibt = 1,05.IđmF

b Các máy biến áp làm việc song song (Trạm có hai MBA):

- Dòng điện làm việc bình thường được xác định ứng với lúc hai máy biến áp làm việc song song và phụ tải chung của chúng đạt cực đại

đmU.K.3

SI

qt

max pt

bt =

- Dòng điện làm việc cưỡng bức của các máy biến áp xác định ứng với lúc một máy biến áp bị hỏng (B2), lúc đó phụ tải vẫn cực đại nhưng không thể vượt quá khả năng quá tải của máy biến áp

đmU.3

S

Icb = ptmax

c Trạm chỉ có một máy biến áp:

Đối với trạm có một máy biến áp dòng điện làm việc bình thường ứng với lúc phụ tải cực đại không vượt quá khả năng quá tải của biến áp và ở đây không có tình trạng cưỡng bức

đmU.3

S

Ibt = ptmax

3 Đường dây tải điện

- Đường dây đơn : Dòng điện làm việc bình thường bằng dòng phụ tải cực đại, không có tình trạng cưỡng bức

Ibt = Iptmax

- Đối với đường dây kép : + Dòng điện làm việc bình thường Ibt = Iptmax/2

+ Dòng điện làm việc cưỡng bức Icb = Iptmax

do máy phát phát ra trong điều kiện làm việc cưỡng bức

- Thanh góp cấp điện áp cao - trung của nhà máy điện và thanh góp điện áp thấp của các trạm giảm áp thì lấy bằng dòng định mức qua máy biến áp có công suất lớn nhất tương ứng với cấp điện áp đó

- Đối với thanh góp của trạm biến áp trung gian thì không thể lấy như trên mà phải xét đến công suất chạy qua thanh góp trạm này để đến trạm tiếp theo

5.2 Dạng ngắn mạch tính toán và điểm ngắn mạch tính toán

5.2.1 Dạng ngắn mạch tính toán

-Khi chọn khí cụ điện và các phần có dòng điện chạy qua, ta cần phải biết dòng

điện ngắn mạch chạy qua nó để kiểm tra ổn định nhiệt và ổn định động cho các thiết bị

đã chọn Riêng đối với máy cắt dòng ngắn mạch dùng để kiểm tra khả năng cắt của máy

cắt

- Trong phần tính toán ngắn mạch ta đã biết có khi dòng điện ngắn mạch một pha

hoặc hai pha lớn hơn dòng điện ngắn mạch ba pha Nhưng trong tính toán thiết kế phần

điện trong nhà máy điện ta thường sử dụng dạng ngắn mạch ba pha đối xứng, trong

những trường hợp đặc biệt mới tính toán kiểm tra theo các dạng ngắn mạch khác

5.2 2 Điểm ngắn mạch tính toán ( Sơ đồì như hình 5-1)

a Cấp điện áp cao ( ≥ 35 KV)

Ở cấp điện áp này dòng ngắn mạch thường bé nên các khí cụ điện được chọn

thường đảm bảo ổn định nhiệt Đồng thời để đảm bảo về mặt cách điện thì khoảng cách

giữa các thiết bị điện phải đủ lớn, do đó thường đảm bảo ổn định động Nói cách khác

đối với khí cụ điện cao áp: Iôđđđm và Iôđnđm lớn nên thường đảm bảo điều kiện ổn định

B1

110-500 KV N1

HT

N2 35- 110

K1N3

∼

F4N8 B2 B3

Hình 5-1

động và ổn định nhiệt Vì vậy ở cấp điện áp này thường chọn một loại máy cắt và dao

cách ly cho dễ vận hành nên chỉ cần tính một điểm ngắn mạch

- Chọn điểm ngắn mạch tính toán là N1

- Tác dụng: Dùng để chọn và kiểm tra khí cụ điện và dây dẫn các mạch phía cao áp

- Nguồn cung cấp gồm tất cả máy phát của nhà máy và hệ thống

Sơ đồ dùng để tính toán ngắn mạch tương ứng với lúc tất cả các máy phát, máy biến áp và hệ thống đang vận hành

b Cấp điện áp trung (≥ 35 KV)

- Chọn điểm ngắn mạch tính toán là N2

- Tác dụng: Dùng để chọn và kiểm tra khí cụ điện và dây dẫn các mạch phía trung áp

- Nguồn cung cấp gồm tất cả máy phát của nhà máy và hệ thống

Sơ đồ dùng để tính toán ngắn mạch tương ứng với lúc tất cả các máy phát, máy biến áp và hệ thống đang làm việc bình thường

c Cấp điện áp máy phát

• Điểm ngắn mạch N3:

- Tác dụng : Dùng để chọn và kiểm tra các khí cụ điện mạch hạ áp máy biến áp liên lạc

- Nguồn cung cấp gồm tất cả các máy phát của nhà máy và hệ thống

Sơ đồ dùng để tính toán ngắn mạch tương ứng với lúc tất cả các máy phát và hệ thống đang vận hành chỉ có máy biến áp B1 nghỉ

*Thực tế : Sau khi sửa chữa máy biến áp B1 xong người ta đóng máy cắt phía hạ áp để kiểm tra không tải máy biến áp thì xảy ra ngắn mạch, lúc này IMC = IN3 là dòng điện ngắn mạch lớn nhất chạy qua máy cắt

• Điểm ngắn mạch N4:

- Tác dụng: Dùng để chọn và kiểm tra các khí cụ điện mạch phân đoạn

- Nguồn cung cấp gồm tất cả các máy phát của nhà máy và hệ thống trừ máy phát F1

- Tình trạng sơ đồ : Máy biến áp B1 và máy phát F1 nghĩ các máy phát còn lại và hệ thống làm việc bình thường

Thực tế máy phát F1 vẫn làm việc bình thường nhưng thành phần do máy phát F1 cung cấp cho điểm ngắn mạch N4 không đi qua mạch phân đoạn nên ta giả thiết F1 nghĩ Máy biến áp B1 nghĩ thì dòng ngắn mạch do hệ thống và các máy phát khác cung cấp cho điểm ngắn mạch N4 đi qua mạch phân đoạn là lớn nhất

• Các điểm ngắn mạch N5, N5', N6, N6':

- Tác dụng : Dùng để chọn và kiểm tra các khí cụ điện mạch máy phát

- Tình trạng sơ đồ:

+ Điểm N5: Chỉ có máy phát F1 làm việc

+ Điểm N5': Máy phát F1 nghĩ, các máy phát còn lại và hệ thống làm việc bình thường

+ Điểm N6: Chỉ có máy phát F2 làm việc

+ Điểm N6': Máy phát F2 nghĩ, các máy phát còn lại và hệ thống làm việc bình thường

Nếu các máy phát F1, F2 có cùng công suất thì INtt = max(IN5, IN6', IN5') ngược lại thì INtt1 = max(IN5, IN5), INtt2 = max(IN6, IN6),

• Các điểm ngắn mạch N7, N7' và N8:

- Tác dụng : Dùng để chọn và kiểm tra các khí cụ điện mạch tự dùng và mạch đường dây phụ tải cấp điện áp máy phát

- Tình trạng sơ đồ : Tất cả các máy phát và hệ thống làm việc bình thường

Chú Ý : Theo sơ đồ và các giả thiết tính toán ngắn mạch ta có :

IN3 = IN4 + IN5

IN7 = IN5 + IN5'

IN7' = IN6 + IN6'

5 3 Chọn máy cắt điện

5.3.1 Khái niệm - phân loại

- Máy cắt điện nhiều dầu: Dầu được được dùng để làm vật liệu cách điện đồng

thời để sinh khí dập tắt hồ quang

- Máy cắt điện ít dầu: Dầu dùng để sinh khí dập tắt hồ quang, còn cách điện là các

điện môi rắn

- Máy cắt tự sinh khí: Dùng điện môi rắn để làm nhiệm vụ cách điện và dập tắt hồ

quang, khi nhiệt độ cao chất rắn này có khả năng sinh khí lớn và có tác dụng dập tắt hồ quang

- Máy cắt điện không khí: Hồ quang được dập tắt nhờ không khí nén, cách điện

giữa các bộ phận bằng điện môi rắn

- Máy cắt điện khí: Hồ quang được dập tắt trong môi trường khí có độ bền điện

cao và khả năng dập tắt hồ quang lớn (khí SF6 - elêga )

- Máy cắt điện điện từ : Hồ quang được đẩy vào khe hở hẹp bằng phương pháp lợi

dụng lực điện từ và ở đó hồ quang được dập tắt một cách dễ dàng

- Máy cắt điện chân không: Hồ quang được dập tắt trong môi trường chân không,

các tiếp điểm của máy cắt được đặt trong buồng dập hồ quang có môi trường là chân không nên khả năng dập tắt hồ quang lớn

- Máy cắt điện phụ tải : Khác với các loại máy cắt điện trên máy cắt này chỉ có thể

đóng, cắt dòng điện phụ tải nhưng không cắt được dòng điện ngắn mạch Buồng dập hồ quang làm bằng vật liệu tự sinh khí

5.3.2 Các tham số của máy cắt

Các tham số cơ bản là : Uđm, Iđm, Iôđđđm, Iôđnđm

Ngoài ra còn một số tham số sau :

a Dòng điện cắt định mức (Icđm): Do nhà chế tạo quy định và đặt trưng cho khả năng cắt của máy cắt

Dòng điện cắt định mức là dòng điện ngắn mạch ba pha hiệu dụng lớn nhất (tại thời điểm mở tiếp điểm) mà máy cắt có thể cắt được khi điện áp phục hồi giữa các pha bằng điện áp định mức nhưng không làm hư hỏng máy cắt và có thể tiếp tục đóng cắt những lần sau mà không phải sửa chữa gì

Khi ngắn mạch một pha N(1) cho phép cắt dòng bằng 1,15 Iđm vì lúc này điện áp phục hồi trên các pha bé hơn trường hợp ngắn mạch ba pha N(3)

Dòng điện cắt định mức của máy cắt được xác định bằng thực nghiệm Trong vận hành nhiều khi máy cắt phải đóng cắt một số lần liên tục Vì vậy khi thí nghiêm đòi hỏi tất cả các máy cắt phải cắt được dòng điện cắt định mức theo chu trình sau :

C - 180 - ĐC - 180 - ĐC

- C : Kí hiệu cắt dòng ngắn mạch

- ĐC: Thao tác đóng máy cắt khi dang ngắn mạch và sau đó cắt máy cắt ra ngay

- 180 (s) là thời gian giữa hai lần thao tác liên tục

Đối với các máy cắt có thiết bị TĐL yêu cầu chu trình thí nghiệm còn nặng nề hơn tùy theo yêu cầu TĐL 1 lần hay hai lần

b Công suất cắt định mức của máy cắt: Nó cũng đặc trưng cho khả năng cắt của

máy cắt và được xác định bởi biểu thức sau :

Scđm = 3 Uđm Icđm Công suất cắt định mức chỉ là một đại lượng có tính chất qui ước, nó khác với công suất biểu kiến khi ngắn mạch vì trong công thức trên chúng ta lấy dòng điện và điện áp ở những thời điểm khác nhau

c Dòng điện đóng định mức (I đđm ): Iđđm đặt trưng cho khả năng đóng của máy cắt điện khi đang ngắn mạch Đó là dòng điện ngắn mạch ba pha hiệu dụng toàn phần lớn nhất hay biên độ dòng điện xung kích lớn nhất mà máy cắt điện có thể đóng được nhưng không làm cho các đầu tiếp xúc bị hàn dính lại, hay có những hư hỏng khác khi điện áp bằng điện áp định mức và theo quy trình thí nghiệm Cho nên Iđđm phụ thuộc chủ yếu vào cấu tạo của bộ truyền động và hệ thống tiếp điểm

Thường đối với máy cắt : Iđđm = Iôđđm

Trong các máy cắt người ta thường chế tạo : Iđđm ≥ Icđm

5.3.3 Chọn máy cắt điện trong hệ thống điện

• Điều kiện chọn:

Trong đó : tbv là thời gian tác động của tín hiệu bảo vệ rơle

tbv = (0,02 - 0,05) sec

tmc là thời gian tác động của máy cắt

tmc = (0,1 - 0,12) sec Theo tính toán ngắn mạch ta có: INt = α I"

hay Scđm ≥ 3 Uđm I"

• Điều kiện kiểm tra :

- Kiểm tra ổn định động :

Iđđm ≥ Ixk Hay iđđm ≥ ixk

- Kiểm tra ổn định nhiệt :

Bnhđm= I2

nhđm.tnhđm ≥ BN ≈ I2

∞ TtđĐối với máy cắt có Iđm > 1000A không cần kiểm tra ổn định nhiệt

• Xác định Ttđ:

Giá trị Ttđ được chọn sao cho diện tích giới hạn bởi đường cong I2

ckt trong khoảng thời gian ngắn mạch t với trục hoành bằng đúng diện tích hình chữ nhật có diện tích bằng I2

∞ Ttđ

Ttđ phụ thuộc vào thời gian ngắn mạch t và tỷ số giữa giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch thành phần chu kỳ ban đầu ( giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch siêu quá độ thành phần chu kỳ) và giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch ổn định thành phần chu kỳ β= I”/ I∞

Ttđ = f ( t,β ) và xác định theo đường cong xác định thời gian tác dụng nhiệt tương đương Ttđ ( trang 109 - sách Phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp- Đại học BKHN)

5 4 Chọn dao cách ly

5.4.1 Khái niệm, nhiệm vụ và công dụng

• Dao cách ly là một thiết bị điện cao áp dùng để đóng cắt các mạch điện cao áp lúc không có dòng điện hay cho phép đóng cắt dòng điện nhỏ theo qui định

• Nhiệm vụ : Nhiệm vụ chủ yếu là tạo khoảng cách an toàn trông thấy được để đảm bảo an toàn cho nhân viên sửa chữa các thiết bị điện hay trong một số trường hợp nó dùng để thao tác sơ đồ trong một số sơ đồ nối điện

• Công dụng : Nhờ có dao cách ly mà ta có thể tiến hành sửa chữa các phần tử của các mạch điệûn mà không làm ngừng các phần tử phân phối điện khác

- Khi sửa chữa các thiết bị điện để đảm bảo an toàn người ta phải nối đất thiết bị cần sửa chữa nên dao cách ly có bố trí thêm dao nối đất an toàn và có liên động với nhau

Khi dao cách ly mở thì dao cách ly nối đất có thể đóng lại và ngược lại, chú ý đúng thứ tự

Các dao cách ly thường bố trí ở hai đầu máy cắt, vì điều kiện làm việc nhẹ nhàn hơn máy cắt nên dao cách ly thường không có buồng dập hồ quang cho nên không cắt được dòng điện lớn

- Nếu dao cách ly có buồng dập hồ quang thì khả năng cắt của nó tăng lên:

IC = (1 - 1,25 ) Iđmcl Khi nhầm lẫn dùng dao cách ly để đóng cắt mạch điện có dòng điện lớn chạy qua thì hồ quang phát sinh có thể phá hỏng dao cách ly, gây nguy hiểm cho người thao tác và có thể hồ quang lan tràn giữa các pha tạo ra ngắn mạch nhiều pha

- Khi có hai dao cách ly làm việc song song trên một mạch ( hình vẽ) thì cho phép đóng cắt dao cách ly thứ hai khi dao cách ly thứ nhất đang đóng mà không gây nguy hiểm vì trước và sau khi đóng, cắt dao cách ly thứ hai thì hai đầu tiếp xúc của nó cùng điện áp

Khi dao cách ly bố trí kèm máy cắt thì chỉ cho phép cắt dao cách ly sau khi máy cắt đã cắt

* Kinh nghiệm vận hành cho phép đóng cắt dao cách ly trong các trường hợp sau:

- Dòng không tải của MBA điện lực:

- Cắt dòng điện phụ tải của máy biến điện áp đo lường (BU)

- Đóng cắt dòng điện không cân bằng ở trung tính MBA điện lực có cuộn dập hồ quang

- Đóng cắt dòng không cân bằng của đường dây được cung cấp từ hai phía với điều kiện điện áp giữa hai đầu tiếp xúc của dao cách ly sau khi cắt không vượt quá 2%

* Yêu cầu cơ bản đối với dao cách ly :

- Các tiếp điểm cần phải làm việc đảm bảo khi có dòng điện định mức lâu dài chạy qua và có khả năng làm việc tốt ở nơi có điều kiện thiên nhiên khắc nghiệt

Các tiếp điểm và các phần có dòng điện chạy qua phải đảm bảo ổn định động và ổn định nhiệt

-Dao cách ly và bộ truyền động phải đảm bảo tin cậy, cần giữ vững ở vị trí đóng khi có dòng điện ngắn mạch chạy qua, khi ở vị trí cắt cần phải cố định chắc chắn

- Dao cách ly phải đảm bảo khoảng cách an toàn giữa các tiếp điểm khi cắt để tránh hiện tượng phóng điện khi điện áp tăng cao

- Cơ cấu cơ khí của dao cách ly phải được nối liên động với máy cắt để dao cách ly chỉ được đóng cắt sau khi máy cắt đã cắt (Dao cách ly bố trí ở hai đầu máy cắt)

- Kết cấu đơn giản thuận tiện trong vận hành và sửa chữa

5.4.2 Dao ngắn mạch và dao cách ly tự động

Để giảm giá thành thiết bị phân phối ở các trạm biến áp cuối đường dây hay mạch rẽ nhánh ta dùng dao ngắn mạch kèm dao cách ly tự động

a Dao ngắn mạch :

Trong nhiều trường hợp sự cố ở cuối đường dây hoặc sau máy biến áp dòng ngắn mạch không đủ lớn làm cho bảo vệ rơle của các máy cắt ở đầu dây không tác động Lúc này người ta đặt dao ngắn mạch để tạo ngắn mạch nhân tạo, trong hệ thống có dòng ngắn mạch lớn thời gian tác động của dao ngắn mạch từ (0,4 - 0,5)sec

Dao ngắn mạch là loại dao cách ly có lưỡi dao bình thường ở vị trí mở và sẽ tự động đóng lại dưới tác dụng của cơ cấu lò xo khi có bảo vệ rơ le đưa tín hiệu đến, lưỡi dao sẽ được cắt bằng tay

Khi có hư hỏng trong máy biến áp hoặc sau máy biến áp thì bảo vệ rơ le như bảo vệ so lệch, bảo vệ rơ le hơi sẽ tác động đóng DNM tạo ra ngắn mạch nhân tạo có dòng ngắn mạch lớn làm bảo vệ rơ le ở đầu đường dây tác động cắt máy cắt

Dao ngắn mạch chỉ cần bố trí một pha nếu mạng có trung tính trực tiếp nối đất còn mạng trung tính cách điện với đất thì phải đặt trên hai pha

b.Dao cách ly tự động :

Là một dao cách ly có khả năng đóng cắt dòng không tải của máy biến áp và nó cũng được chế tạo như dao cách ly thường nhưng có kèm theo bộ truyền động vừa tự động vừa bằng tay để cắt tự động dao cách ly, đóng bằng tay Thời gian tác động thường

≤ 1 s

Trong thực tế vận hành người ta thường sử dụng dao cách ly tự động kết hợp với dao ngắn mạch để thay thế máy cắt cuối dường dây trong điều kiện kỹ thuật cho phép nhằm giảm giá thành xây dựng trạm

DCL tđ

DNM

Ngoài ra người ta dùng dao cách ly tự động trong các sơ đồ cầu, yêu cầu có một số liên động sau: Dao cách ly tự động và dao ngắn mạch có liên động để cách ly tự động không được đóng khi dao ngắn mạch đang đóng

5.4.3 Chọn dao cách ly

* Dao cách ly được chọn theo điều kiện sau :

- Ổn định lực động điện :

iđđm ≥ ixk hay Iđđm ≥ Ixk

Ngoài ra cần chú ý vị trí đặt của dao cách ly trong nhà hay ngoài trời, loại dao cách

ly có lưỡi quay trong mặt phẳng thẳng đứng hay quay trong mặt phẳng nằm ngang và xem loại dao cách ly có kèm dao nối đất hay không

5 5 Kháng điện

5.5.1 Khái niệm và phân loại

1 Khái niệm

Kháng điện là một cuộn dây điện cảm không có lõi thép có điện kháng rất lớn so

với điện trở, dùng để hạn chế dòng điện ngắn mạch hoặc hạn chế dòng điện khởi động của động cơ trong các mạch công suất lớn nhằm chọn được khí cụ điện hạng nhẹ Ngoài

ra kháng điện đường dây còn có tác dụng nâng cao điện áp dư trên thanh góp khi ngắn mạch trên đường dây

2 Phân loại

- Theo vị trí đặt: Kháng điện phân đoạn (K1, K2) và kháng điện đường dây (KI,

KII, KIII)

- Theo cấu tạo : Kháng điện đơn (KI, KIII ) và kháng điện kép (KII)

Kháng điện đơn và kháng điện kép đều có chung một kiểu cấu tạo nhưng chỉ khác là kháng điện đơn chỉ có hai đầu còn kháng điện kép có ba đầu (một đầu ở giữa cuộn dây) Cũng có thể nói rằng kháng điện kép có hai cuộn dây, mà mỗi cuộn dây có hệ số tự cảm L và giữa hai cuộn dây có hổ cảm M

Ngoài ra để thiết bị phân phối đỡ cồng kềnh thường dùng một kháng cho một số đường dây gọi là kháng nhóm

Kháng điện để hạn chế dòng điện ngắn mạch thường được đặt trên cả 3 pha, trên đường dây hay trên thanh góp Trong những mạng ba pha trung tính trực tiếp nối đất người ta có thể dùng kháng điện một pha

Chú ý: Khi tính dòng ngắn mạch để chọn khí cụ điện thường tính với điểm ngắn

mạch sau máy cắt đường dây

5.5.2 Cấu tạo kháng điện

Do yêu cầu đặt tuyến V-A tuyến tính nghĩa là XL = const trong phạm vi biến thiên rộng của dòng điện I ( Iđm → Inm= (20-30) Iđm) cho nên các cuộn dây của kháng điện không quấn trên lõi thép mà được quấn trên các trụ bê tông vì nếu có lõi thép thì khi dòìng điện tăng ( khi ngắn mạch, khởi động động cơ) sẽ làm cho lõi thép bảo hòa và giảm điện kháng của kháng điện như vậy kháng điện không còn có tác dụng hạn chế dòng ngắn mạch

Điện cảm của kháng điện được xác định theo công thức :

LK

K

Ki

∂

ψ

∂

=dt

diL

uK = K KKhi cuộn dây không quấn trên lõi thép thì đặc tính LK(iK) hoặc ΨK(i) xác định như hình a Khi cuộn dây được quấn trên lõi thép thì đặc tính LK(iK) hoặc ΨK(i) xác định như hình b

Có hai loại kháng điện là kháng điện bê tông và kháng điện dầu trong đó kháng điện bê tông sử dụng rộng rãi

Kháng điện bê tông chủ yếu sử dụng với điện áp nhỏ hơn bằng 35 KV và chế tạo theo từng pha riêng rẻ Cuộn dây làm bằng dây dẫn nhiều sợi bằng đồng hoặc nhôm, cách điện bằng giấy cách điện, tiết diện dây quấn thường từ (70-185) mm2 có khi tiết diện đạt tới 240 mm2 Để cách điện giửa các pha với nhau và pha với đất người ta dùng sứ đỡ Trị số điện kháng XK% = (3-12)%, mỗi cuộn dây của kháng điện đều có đánh dấu sẵn các thứ tự pha và các kiểu lắp đặt Kháng điện bê tông tuy chế tạo đơn giản, có độ bền cơ và độ bền điện cao nhưng kích thước và trọng lượng lớn nên giá tiền đắt

Khi cấp điện áp ≥ 35 KV sử dụng kháng điện dầu, khác với kháng điện bê tông làm mát bằng không khí kháng điện dầu làm mát bằng dầu

5.5.3 Tổn thất điện áp trên kháng điện

1 Kháng điện đơn

Trong điều kiện làm việc bình thường trên

kháng điện có tổn thất điện áp :

Trong đó: U , . P1 U. P2 điện áp pha trước và sau kháng điện Giả sử bỏ qua điện kháng của kháng điện, dựa vào đồ thị véc tơ điện áp giáng trên kháng điện :

1 P

.U

ψ O

Vì ψ thực tế rất béï nên có thể xem bc ≈ bd

Trong tam giác vuông abd ta có :

∆ Upk ≈ bd = ab sinϕ = I.XkSinϕ

Tổn thất điện áp dây trên kháng:

Chú ý :

dm

dm K

K

.100%.I3

U

%X

sin.XI.3

%100.U

đm Như vậy với một điện kháng nhất định thì độ sụt áp ∆ U% phụ thuộc Sinϕ và dòng điện qua kháng

Khi vận hành bình thường với Cosϕ cao thì Sinϕ thấp và dòng điện qua kháng bé nên ∆U bé (∆Ubt ≤ ∆Ucp= 2%)

Khi ngắn mạch ϕ ≈ Π/2 và dòng điện qua kháng lớn (IK = IN) nên ∆Ukmax rất lớn, chính lượng ∆U này sẽ duy trì trên thanh góp một lượng điện áp dư khi ngắn mạch sau kháng điện

đmI

Tuy vậy nếu Udư bé thì bảo vệ rơ le sẽ cắt nhanh ngắn mạch và giảm thời gian hạ thấp điện áp trên thanh góp nhỏ nên cũng hạn chế tác hại của Udư bé

2 Kháng điện kép

Đại lượng đặc trưng cho kháng điện kép là điện cảm L và hỗ cảm M, hệ số ngẫu hợp từ : K = M/ L

Trong đơn vị tương đối với lượng cơ bản là định mức điện kháng của một nhánh :

đm

L đm

* L

U

.X.I3

X =

Điện kháng hỗ cảm :

đm

M đm

* M

U

.X.I3

X =

Iđm là dòng điện định mức của một nhánh

Điện kháng tổng của kháng điện kép phụ thuộc vào chiều dòng điện chạy trong các nhánh

• Dòng điện trong 2 nhánh bằng nhau và ngược chiều :

Trong trường hợp này từ thông hỗ cảm ngược

chiều với từ thông tự cảm do đó điện áp trên các

nhánh giảm xuống

∆U = (XL - XM ) I = XL.I ( 1 - XM/XL)

∆U1 = XL.I (1 - K )

2III

*

*M

0

Trong đó:

L

MX

X

K= là hệ số ngẩu hợp từ và thường bằng (0,4 - 0,5)

Do vậy điện kháng của một nhánh trong trường hợp này:

Xnh = (1 - K) XL Điện kháng tương đương của kháng điện kép:

2

X)

K1(

• Khi trong hai nhánh có cùng một dòng điện chạy qua :

Vậy nếu k = 0,5 thì điện kháng tổng hợp của kháng điện tăng gấp 3 lần so với kháng điện đơn

* Dòng điện chỉ chạy trong một nhánh:

dmK

dmK K K

U

%100.I.X.3

Từ kết quả trên ta đưa ra sơ đồ thay thế tổng cho kháng điện như sau:

Từ thông hỗ cảm cùng chiều với từ thông tự cảm

Sụt áp trên hai nhánh : ∆U2 = 2.( XM + XL) I

∆U2 = 2.XL (1 + K ) I

Điện kháng tổng : X2K = 2 XL(1 + K )

Nếu K = 0,5 thì ∆U2K = 3.XL.I

II

*

*M

Điện kháng phần trăm của mỗi nhánh, khi không

có dòng điện chạy trong nhánh kia:

II

*

*M

0

a

Nhận xét: Qua phân tích các tình trạng làm việc của kháng điện kép có thể so sánh

giữa kháng điện kép và đơn như sau:

- Ở trạng thái làm việc bình thường tổn thất điện áp trên kháng điện kép nhỏ hơn nhiều so với kháng điện đơn:

%(

X

%U

đm

nh2 nh1

K Knh1

- Khi ngắn mạch trên một đường dây nào đó sau kháng, kháng điện kép sẽ làm việc như kháng điện đơn nghĩa là dòng ngắn mạch đều hạn chế bởi điện kháng XL (XL là điện kháng củakháng điện đơn cũng là điện kháng một nhánh của kháng điện kép)

Vậy khi hạn chế dòng ngắn mạch cho đường dây sau kháng điện có xu hướng chọn kháng điện kép cho nhiều đường dây thì tốt hơn nhưng khi số đường dây ít mà XK% của kháng điện đơn nằm trong vùng cho phép thì nên chọn kháng điện đơn vì nó rẻ tiền hơn

5.5.4 Lực động điện trong kháng điện

Lực động điện sinh ra trong kháng điện gồm hai thành phần : Fđđtrong và Fđđngoai

1- Lực động điện trong

Lực động điện trong do tác dụng của dòng điện trong cùng một pha sinh ra, gồm hai thành phần :

- Do tác dụng tương hỗ giữa các phần khác nhau của một vòng tạo nên lực phân bố đều theo chu vi và hướng theo phương bán kính

- Do tác dụng tương hỗ giữa các dòng điện trong hai mạch vòng sinh ra có xu hướng kéo các vòng dây lại sát với nhau Khi thiết kế và chế tạo người ta đã cho dòng điện ổn định động định mức, nên đối với người sử dụng ta chỉ quan tâm đến lực động điện ngoài

2- Lực động điện ngoài

Lực động điện ngoài do tác dụng tương hỗ của dòng điện giữa các pha khác nhau sinh ra

Theo định luật bảo toàn năng lượng ta có :

x

M.ii

= i i

Fx 2 1 2 [ KG ] Trong đó :

x

M

1.102,

∂

∂ω

=

W là số vòng dây của kháng điện

- KXL (1+ KXL)

00(1+ KXL)

Như vậy với kháng điện có kích thước nhất định thì lực động điện ngoài chỉ phụ thuộc cách bố trí của kháng điện Đối kháng điện có các phương pháp đặt sau

(cách đặt kháng do nhà chế tạo quy định):

a- Phương pháp đặt chồng

b- Phương pháp đặt kề

c- Phương pháp đặt nằm ngang

Đối với phương án a và b lực động điện khi ngắn mạch N(2), N(3) có xu hướng đẩy pha trên tách rời pha dưới, do đó sứ sẽ làm việc trong tình trạng chịu kéo, vì khả năng chịu kéo của sứ thấp cho nên để khắc phục người ta đặt các gối tựa hay sứ chèn ở trên, hoặc dùng phương pháp đổi chiều dây quấn của pha B, hoặc đổi chiều dây ra của pha B

để đổi chiều lực động điện

Đối với phương án c khi ngắn mạch các sứ luôn luôn chịu uốn cho nên nhà chế tạo cho sẵn Smin để đảm bảo ổn định động

Phương án a chỉ thích hợp với kháng đường dây có dòng định mức 1000 A trở xuống và XK% ≤ 6% Đặt ba pha chồng lên nhau có ưu điểm là giảm được diện tích toà nhà nhưng chiều cao toà nhà lại tăng lên

Phương án b thích hợp với những kháng đường dây có dòng định mức và điện kháng lớn hơn phương án a, khi đó có thể giảm chiều cao toà nhà nhưng diện tích lại tăng lên khoảng hai lần so với phương án a

Với các kháng có dòng và điện kháng rất lớn như kháng phân đoạn thì phải bố trí như phương án c

Xung quanh kháng có từ trường rất lớn nên nó không được đặt gần các cấu trúc bằng thép hay bê tông cốt thép Khoảng cách nhỏ nhất từ kháng đến cấu trúc bằng thép

AB

AB

S

CB

A

c/

S

Điện kháng của kháng điện đường dây hay

kháng điện phân đoạn (XK%) được

chọn xuất phát từ điều kiện hạn chế dòng

ngắn mạch để có thể sử dụng các khí cụ điện

đóng cắt hạng nhẹ và đảm bảo điều kiện ổn

định nhiệt cho cáp đặt phía sau kháng đồng

thời phải đảm bảo điện áp dư trên thanh góp

- Để chọn kháng điện phân đoạn người ta tự

chọn XK% = ( 8% - 12%) rồi kiểm tra tổn thất

điện áp trên kháng và tính dòng ngắn mạch

Nếu XK% đã chọn mà thoã mãn yêu cầu tổn

thất điện áp và dòng ngắn mạch tính được

thoả mãn yêu cầu đề ra thì việc chọn XK%

ban đầu là đạt yêu cầu, nếu không phải chỉnh

hay bê tông cốt thép phải tuân theo quy định của nhà chế tạo nhưng khoảng cách này không nhỏ hơn bán kính của kháng

5.5.5 Chọn kháng điện

Kháng điện được chọn theo các điều kiện sau :

1 - UđmK ≥ Uđmmạng ( Điện áp định mức của kháng phải tương ứng với điện áp định mức của mạng)

2 - IđmK ≥ Icbmax

3 - Chọn XK%: ( Xác định như phần sau)

4 Kiểm tra điều kiện tổn thất điện áp:

- Kháng điện đơn:

%

Xsin

≤ ∆Ucp( ∆Ucpmax = 2% trong chế độ làm việc bình thường; ∆Ucpmax = 5% trong chế độ làm việc cưỡng bức)

4 - Kiểm tra ổn định động: ixk ≤ iôdd ( ixk là dòng điện xung kích)

5 - Kiểm tra ổn định nhiệt: BN ≤Inh.dm tnh.dm

+ BN là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch, KA2.s

+ Inh.đm, tnhđm là dòng điện ổn định nhiệt định mức và thời gian ổn định nhiệt định mức

Xác định X K %:

10,5KV

N’6

HT N6

MC1

S1 K1

MC2

N”6 S2

Cáp điện lực có tiết diện S1 và S2 (như hình)

Điện kháng tổng của hệ thống tính đến điểm ngắn mạch N3:

6 N

"

3 cb HTI

I

Trong đó:

- Icb3 dòng điện cơ bản được chọn khi tính toán ngắn mạch ở cấp điện áp 10,5 KV

- I"N6 là giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch siêu quá độ thành phần chu kỳ khi ngắn mạch ba pha tại N6

Các giá trị điện kháng XHT, Xc1, Xc2 được xác định trong hệ đơn vị tương đối với đại lượng cơ bản đã chọn (Scb và Ucb = Utb):

tb 2

cb 0 C

U

Slx

Với : x0 là điện kháng đơn vị theo chiều dài (Ω / km)

l là chiều dài của cáp (km)

Để đảm bảo điều kiện cắt của máy cắt và đảm bảo ổn định nhiệt cho cáp S1 thì dòng ngắn mạch tại N'6 phải có giá trị : I"N'6 ≤ min (ICđmMC1, InhC1)

InhC1 là dòng ổn định nhiệt của cáp S1:

C

1 1 nhC

t

C.S

C là hệ số ( Ccu =141 A2/s; CAl= 85 A2/s )

tC là thời gian cắt của máy cắt ( bao gồm thời gian tác động của bảo vệ rơle)

Để máy cắt MC1 đảm bảo làm việc và cáp S1 ổn định nhiệt thì điện kháng tương đối cơ bản từ nguồn cung cấp đến điểm ngắn mạch N'6 sẽ là:

6 ' N

"

3 cbI

I

X∑ = I"N6 là giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch siêu quá độ thành phần chu kỳ khi ngắn mạch ở đầu đoạn cáp S1

Mặt khác từ sơ đồ ta có :

dmK K K

I

%100.I.X

%

(

3 cb

dmK K

dmK dmK

3 cb

3 cb K K

I

%100.I.X

%100.I

UI

U.X

%

Nếu XK% > 8% thì ta dùng kháng điện kép Để bố trí đơn giản và kinh tế, người

ta dùng kháng điện nhóm hay kháng điện kép Nếu XK% > 16% thì ta phải tăng kháng điện đường dây nối với phân đoạn đó Sau khi chọn được kháng điện ta phải kiểm tra lại khả năng cắt của máy cắt

K HT

cb N

XX

II

+

=

5.6 Chọn cuộn dập hồ quang

Cuộn dập hồ quang được chọn theo điều kiện sau :

Uđm ≥ Uph mạng

Q ≥ Qtt Trong đó : Qtt = n Ic Uph

Với : - Uph là điện áp pha của mạng ( KV)

- n : hệ số tính đến sự phát triển của mạng chọn bằng 1,25

- Ic : Dòng điện chạm đất một pha và được xác định theo công thức kinh nghiệm sau :

+ Đối với đường dây trên không :

350

lU

IC = d ∑ [ A ]

- Đối với đường dây cáp :

10

lU

IC = d ∑ [ A ] với lΣ là tổng chiều dài đường dây

5.7 Máy biến điện áp ( BU , TU )

5.7.1 Khái niệm và công dụng

- Khái niệm: Máy biến điện áp là một máy biến áp đo lường dùng để biến đổi điện áp từ trị số bất kỳ thành một trị số thích hợp (UđmT = 100 V hay UđmT = 100/ 3 V) để cung cấp cho các dụng cụ đo lường, bảo vệ rơ le và tự động hoá

Nguyên tắc làm việc của BU giống máy biến áp thường nhưng công suất định mức thường rất nhỏ từ vài chục đến vài trăm (20 - 200) VA, tổng trở mạch ngoài thứ cấp BU rất lớn do đó có thể xem tình trạng làm việc bình thường của BU là không tải

- Công dụng:

+ Bảo đảm an toàn cho người phục vụ vì các dụng cụ và thiết bị nối vào phía thứ cấp được cách ly hoàn toàn với điện áp cao áp Cuộn dây thứ cấp luôn luôn nối đất an toàn để đề phòng khi cách điện giữa cao áp và hạ áp bị chọc thủng sẽ gây nguy hiểm cho người vận hành và dụng cụ ở mạch thứ cấp

+ Tất cả các dụng cụ đo lường, bảo vệ rơ le và tự động hoá được cung cấp từ thứ cấp của BU (điện áp 100V hay 100/ 3 V) nên các thiết bị này đều được chế tạo với Uđm

= 100V hay Uđm = 100/ 3 V Vì vậy thiết bị đơn giản, giá thành hạ, làm việc đảm bảo

5.7.2 Các thông số của BU

1 Tỉ số biến đổi định mức

Tỉ số biến đổi định mức là tỉ số giữa điện áp định mức sơ cấp và điện áp định mức thứ cấp của BU

dm 2

dm 1 dmU

ω

ω

=

ω (3) Chú ý : K khác với Kω đm một ít Để bù lại tổn thất điện áp khi tải điện cảm và tăng độ chính xác người ta chọn Kđm lớn hơn K một ít ω

2 Sai số của BU

Do có tổn thất công suất trong BU nên : Kđm.U ≠ . 2 U cả về góc pha lẫn độ lớn . 1Hiệu số các điện áp sơ và thứ cấp sau khi đã quy đổi về thứ cấp được gọi là sai số của

BU Sai số về độ lớn của BU được xác định như sau : ∆U = KđmU2 - U1 (4)

∆U có thể âm hoặc dương và thực tế thường tính theo phần trăm như sau:

%100.U

UU.K

%U

1

1 2

3 Phụ tải và công suất định mức của BU

Phụ tải của BU là công suất biểu kiến ở mạch thứ cấp với giả thiết là điện áp thứ cấp là định mức và được xác định như sau :

u

δ Kđm.U. 21

.

U

Hình 1

Trong nhiều trường hợp để thuận tiện người ta dùng số

phức để biểu diễn sai số của BU:

K K

1

1

2

dm

.

UjUU

UU.K