CHƯƠNG 4 PHỐI HỢP GIỮA CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ pdf

“ Chöông 4” CHƯƠNG 4 PHỐI HỢP GIỮA CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ Phối hợp giữa các thiết bị bảo vệ trên lưới phân phối là công việc rất quan trọng nhằm đảm bảo cho các thiết bị hoạt động một cách nhịp nhàng và hiệu quả. Chính vì vậy chúng ta không thể bỏ qua những nguyên tắc bảo vệ cơ bản nhất. Nguyên tắc đầu tiên đó là các thiết bị mắc nối tiếp sao cho phạm vi bảo vệ của chúng nối tiếp nhau, để khi sự cố xảy ra, thiết bị bảo vệ gần sự cố nhất phải tác động bảo vệ trước các thiết bị đặt phía trước và các thiết bị bảo vệ dự phòng. Để lựa chọn và lắp đặt các thiết bị bảo vệ trên lưới phân phối bảo vệ và phối hợp có hiệu quả, ta căn cứ vào những nguyên tắc cơ bản sau :  Tất cả các sự cố là sự cố thoáng qua chiếm khoảng 70% - 80% và ngăn chặn nó để không phát triển thành sự cố vĩnh cửu.  Chỉ cắt điện hẳn (Lockout) khi sự cố là sự cố vĩnh cửu.  Phải cô lập được sự cố trong phạm vi nhỏ nhất có thể. §4.I PHỐI HỢP GIỮA CẦU CHÌ VỚI CẦU CHÌ I. GIỚI THIỆU : Một nguyên tắc được chấp nhận trong phối hợp giữa các cầu chì là thời gian cắt lớn nhất của cầu chì bảo vệ phía sau không được vượt quá 75% thời gian chảy nhỏ nhất của cầu chì bảo vệ phía trước (bảo vệ dự trữ). Ba phương pháp được sử dụng trong việc phối hợp cầu chì :  Phương pháp dùng đường đặc tuyến TCC.  Phương pháp tra bảng.  Phương pháp thực nghiệm. II. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỐI HỢP : 1/- Dùng đặc tuyến TCC : Khi phối hợp chúng ta phải chấp nhận thời gian giải trừ sự cố của cầu chì phía sau không được vượt quá 75% thời gian chảy nhỏ nhất của cầu chì phía trước. Điều này đảm bảo cầu chì sẽ ngắt và giải trừ sự cố một cách an toàn. Nếu sử dụng cầu chì như là thiết bị bảo vệ dự phòng phía nguồn phải đảm bảo dây chảy không hư hỏng khi sự cố xảy ra trong vùng bảo vệ của các thiết bị phía tải. Đặc tuyến TCC được thiết lập ở 25 0 C, thời gian chảy nhỏ nhất của dây chảy tăng hay giảm tuỳ thuộc vào nhiệt độ môi trường. “ Trang -67- ” “ Chöông 4” Ảnh hưởng của dòng tải trước đó sẽ làm tăng nhiệt độ của dây chảy, vì vậy sẽ làm giảm thời gian chảy nhỏ nhất, đồng thời sự thay đổi môi trường xung quanh cũng gây khó khăn khi đánh giá đặc tuyến. Mặt khác, ảnh hưởng của sự suy giảm tuổi thọ dây chảy theo thời gian cũng làm giảm thời gian giải trừ sự cố và thời gian chảy của cầu chì. Để loại bỏ tình trạng này, theo kinh nghiệm ta nên chọn dây chảy chịu đựng được dòng trong phạm vi 90% trên đường cong thời gian chảy nhỏ nhất. Sơ đồ phối hợp bảo vệ giữa các cầu chì Ví dụ về phối hợp : sơ đồ như hình vẽ, giá trị dòng ngắn mạch cực đại và dòng tải được cho trên sơ đồ, các cầu chì được sử dụng đều là loại T. Cầu chì 15T tại vị trí C có dòng định mức 23A (dòng tải 21A), sẽ có thời gian cắt sự cố cực đại 0,021s khi dòng ngắn mạch đạt 1550A tại C. Tại B, dòng tải là 36A, dòng ngắn mạch cực đại là 1630A, do đó ta chọn cầu chì loại 30T. Thời gian chảy nhỏ nhất của cầu chì 30T khi dòng ngắn mạch đạt 1550A là 0,031s. Khi đó, tỉ số thời gian cắt cực đại / thời gian chảy nhỏ nhất của cầu chì 15T và 30T là 0,021/0,031 hay 68%<75%. Vậy điều kiện phối hợp được thoả mãn. Cầu chì 80T được lựa chọn để chịu đựng được dòng ngắn mạch cực đại 1800A, dòng tải 105A. Khi phối hợp với cầu chì 30T, tỉ số thời gian cắt cực đại/thời gian chảy nhỏ nhất là 0,051/0,16 hay 32%<75%. Vậy thoả mãn điều kiện phối hợp của cầu chì. 2/- Phương pháp tra bảng : Trong một số trường hợp, việc phối hợp giữa các cầu chì lặp đi lặp lại, các đặc tuyến TCC chồng lên nhau sẽ rất khó khăn cho việc phối hợp. Nếu có cùng hệ số nhân và xác định được dòng sự cố qua các cầu chì thì việc dùng bảng tra để phối hợp sẽ dễ dàng hơn, tuy nhiên độ chính xác kém hơn phối hợp dùng đặc tuyến TCC. Trở lại ví dụ trên, sự phối hợp giữa các cầu chì bằng phương pháp tra bảng như sau : đầu tiên, tại vị trí 15T, ta tìm được giá trị dòng sự cố cực đại mà cầu chì chịu đựng được là 1700A (lớn hơn dòng ngắn mạch cực đại tại C 1550A). giá trị này cũng “ Trang -68- ” “ Chöông 4” là dòng bảo vệ định mức của cầu chì 30T tại vị trí B, giá trị này thoả mản điều kiện phối hợp bảo vệ. Khi lựa chọn cầu chì phía sau để phối hợp với cầu chì 30T, cầu chì 65T có giá trị dòng bảo vệ định mức là 3100A, lớn hơn dòng ngắn mạch tại A, tuy nhiên dòng điện định mức của cầu chì 65T là 97A, nhỏ hơn dòng tải tại A (105A) nên không thể chọn cầu chì 65T. Cầu chì 80T thoả mản các yêu cầu trên nên ta chọn. Sự lựa chọn cầu chì như trên đảm bảo thoả mản tỉ số thời gian cắt cực đại/thời gian chảy nhỏ nhất bé hơn 75%. Sau đây là các bảng thông số phối hợp của từng loại cầu chì : Bảng 4.1 : Dây chảy loại K EEI-NEMA Protecting Fuse-Link Rating – A Protected Link Rating - Amperes 10K 12K 15K 20K 25K 30K 40K 50K 65K 80K 100K 140K 200K Maximun Fault – Current Protection Provided by Protecting Link – Amperes 6K 190 350 510 650 840 1060 1340 1700 2200 2800 3900 5800 9200 8K 210 440 650 840 1060 1340 1700 2200 2800 3900 5800 9200 10K 300 540 840 1060 1340 1700 2200 2800 3900 5800 9200 12K 320 710 1060 1340 1700 2200 2800 3900 5800 9200 15K 430 870 1340 1700 2200 2800 3900 5800 9200 20K 500 1100 1700 2200 2800 3900 5800 9200 25K 660 1350 2200 2800 3900 5800 9200 30K 850 1700 2800 3900 5800 9200 40K 1100 2200 3900 5800 9200 50K 1450 3500 5800 9200 65K 2400 5800 9200 80K 4500 9200 100K 2400 9100 140K 4000 Bảng 4.2 : Dây chảy loại T EEI-NEMA Protecting Fuse-Link Rating – A Protected Link Rating - Amperes 10T 12T 15T 20T 25T 30T 40T 50T 65T 80T 100T 140T 200T Maximun Fault – Current Protection Provided by Protecting Link – Amperes 6T 350 680 920 1200 1500 2000 2540 3200 4100 5000 6100 9700 15200 8T 375 800 1200 1500 2000 2540 3200 4100 5000 6100 9700 15200 10T 530 1100 1500 2000 2540 3200 4100 5000 6100 9700 15200 12T 680 1280 2000 2540 3200 4100 5000 6100 9700 15200 15T 730 1700 2540 3200 4100 5000 6100 9700 15200 20T 990 2100 3200 4100 5000 6100 9700 15200 25T 1400 2600 4100 5000 6100 9700 15200 30T 1500 3100 5000 6100 9700 15200 40T 1700 3800 6100 9700 15200 50T 1750 4400 9700 15200 65T 2200 9700 15200 80T 7200 15200 100T 4000 13800 140T 7500 “ Trang -69- ” “ Chöông 4” 1. Phương pháp phối hợp theo kinh nghiệm : Phối hợp theo kinh nghiệm thường dùng để phối hợp các cầu chì dây chảy cùng loại và cùng cấp. Dây chảy loại K có thể phối hợp thoả mản giữa các định mức kề cận trong cùng một nhóm lên đến giá trị dòng 13 lần định mức dây chảy bảo vệ. Dây chảy loại T có thể phối hợp thoả mản giữa các định mức kề cận trong cùng một nhóm lên đến giá trị dòng 24 lần định mức dây chảy bảo vệ. Những ứng dụng như thế mang lại hệ số an toàn lên đến 75% hay lớn hơn. Các dây chảy loại T thông dụng là : 6T, 10T, 15T, 25T, 40T, 65T, 100T, 140T, 200T. Tuy nhiên, phương pháp này rất ít sử dụng vì độ chính xác không cao và đòi hỏi phải có kinh nghiệm thật nhiều trong việc phối hợp. §4.2 PHỐI HỢP GIỮA RECLOSER VỚI CẦU CHÌ I. NHỮNG ĐIỂM CHÍNH VỀ VIỆC PHỐI HỢP RECLOSER : Recloser là thiết bị bảo vệ quá dòng thông dụng, có xu hướng biến các sự cố thành sự cố thoáng qua, để sử dụng recloser một cách thích hợp ta cần chú trọng đến các vấn đề sau : - Thiết bị bảo vệ phía tải phải cắt được sự cố trước khi thiết bị phía nguồn tác động cắt. - Tình trạng cắt điện do sự cố vĩnh cửu phải được cô lập trong phạm vi nhỏ nhất có thể trong hệ thống. Các nguyên tắc này ảnh hưởng đến sự lựa chọn đặc tuyến bảo vệ và thứ tự hoạt động của các thiết bị phía nguồn, phía tải và vị trí thiết bị này trên lưới phân phối. Vị trí và số thiết bị để cô lập được sự cố trong phạm vi nhỏ nhất có thể được xác định bởi quan điểm thiết kế của từng công ty. II. DÙNG ĐẶC TUYẾN TCC ĐÃ ĐƯỢC HIỆU CHỈNH : 1. Phối hợp Recloser phía tải cầu chì phía nguồn : Phối hợp giữa recloser và cầu chì dựa trên đường đặc tuyến TCC đã được hiệu chỉnh bởi một hệ số nhân. Cầu chì phía nguồn bảo vệ MBA được xác định dựa vào đặc tuyến của recloser, loại recloser và đặc tuyến TCC của recloser phối hợp với cầu chì phía nguồn được chọn trước, sau đó cầu chì phía tải mới được chọn để phối hớp với recloser. “ Trang -70- ” “ Chöông 4” Sơ đồ Phối hợp Recloser với cầu chì phía nguồn. Recloser được chọn phối hợp với cầu chì phía nguồn sao cho cầu chì không cắt mạch với bất kỳ dòng điện sự cố nào phía tải của recloser. Nhiệt sinh ra do hoạt động của recloser phải không làm chảy cầu chì. Điều này được thực hiện bằng cách dùng một hệ số nhân (K) hiệu chỉnh đặc tuyến TCC tại điểm phá hỏng cầu chì. Đặc tuyến tác động trễ của recloser phải nằm dưới đặc tuyến nóng chảy nhỏ nhất của cầu chì phía nguồn. Bảng hệ số nhân K : Hệ số nhân K Thời gian đóng lại (chu kỳ) 2 nhanh 2 chậm 1 nhanh 3 chậm 4 chậm 25 30 50 90 120 240 600 2.7 2.6 2.1 1.85 1.7 1.4 1.35 3.2 3.1 2.5 2.1 1.8 1.4 1.35 3.7 3.5 2.7 2.2 1.9 1.45 1.35 Lưu ý rằng, cả đặc tuyến của cầu chì và của recloser phải được vẽ trên cùng một cấp điện áp. 2. Phối hợp Recloser với cầu chì phía tải : Sự phối hợp tối ưu giữa recloser và cầu chì phía tải đạt được khi chọn recloser có chế độ hoạt động 2 nhanh 2 chậm. Trong thực tế yếu tố này phụ thuộc nhiều vào tỉ lệ phần trăm sự cố xảy ra và đặc điểm của hệ thống. “ Trang -71- ” “ Chöông 4” Giả sử recloser cắt lần đầu với 70% là sự cố thoáng qua và ngắt lần thứ 2 với tỉ lệ 10%. Nếu sự cố vẫn còn thì cầu chì sẽ chảy và cắt sự cố trước khi recloser đóng lần thứ 3 và thứ 4. Cũng như phối hợp với cầu chì phía nguồn, recloser khi phối hớp với cầu chì phía tải cũng có hệ số nhân thay đổi theo số lần tác động nhanh của recloser. Hệ số nhân này sẽ được nhân với đường cong tác động nhanh của recloser. Bảng hệ số nhân K : Hệ số nhân K Thời gian đóng lại (chu kỳ) 1 nhanh 2 nhanh 25 - 30 60 90 120 1.25 1.25 1.25 1.25 1.8 1.35 1.35 1.35 Sơ đồ phối hợp giữa recloser và cầu chì phía tải Mục đích của việc phối hợp recloser với cầu chì phía tải để khi xảy ra sự cố ngắn mạch phía tải thì cầu chì phải tác động giải trừ sự cố trước khi recloser tác động ngắt hẳn. Để đảm bảo recloser có thể cắt được dòng điện sự cố lúc quá độ mà không làm hư hỏng cầu chì thì đường cong chảy nhỏ nhất của cầu chì phải được so sánh với đường cong tác động nhanh của recloser đã được hiệu chỉnh. “ Trang -72- ” “ Chöông 4” §4.3 PHỐI HỢP GIỮA RECLOSER VỚI RECLOSER I/- DÙNG ĐẶC TUYẾN TCC : Phối hợp recloser – recloser được thực hiện bằng cách lựa chọn các giá trị dòng cắt nhỏ nhất thích hợp và căn cứ trên đặc tuyến TCC để lựa chọn. Điều kiện để phối hợp tốt nhất là các recloser phải có tối thiểu một lần tác động nhanh. Khi phối hợp cần chú ý khoảng thời gian giữa các đặc tuyến của 2 recloser để khi sự cố xảy ra chúng không tác động đồng thời. II/- NGUYÊN TẮC PHỐI HỢP CƠ BẢN CỦA RECLOSER ĐIỆN TỬ : Recloser điện tử luôn đáp ứng được khả năng phối hợp cho yêu cầu riêng của từng hệ thống, tất cả các recloser được phối hợp đều phải chú ý đến dòng cắt tạm thời đối với sự cố chạm đất và chạm pha, cũng như lựa chọn đặc tuyến TCC, thứ tự tác động, thời gian tác động và các yếu tố phụ khác. Thông số chính cần quan tâm khi phối hợp là : + Điện áp định mức. + Công suất cắt. + Công suất định mức. Đối vớ recloser điện tử, giá trị dòng cắt nhỏ nhất nên chọn theo giá trị dòng tải đỉnh tại nơi đặt recloser và đảm bảo recloser hoạt động với bất kỳ dạng sự cố nào trong phạm vi bảo vệ. Vì những sự cố thoáng qua thường lặp lại nên recloser phía máy biến áp cần tối thiểu một lần tác động nhanh, recloser phía tải sẽ phối hợp được với recloser phía nguồn nếu có cùng hoặc lớn hơn số lần tác động nhanh so với recloser phía nguồn. Đường cong tác động chậm được chọn sao cho recloser phía tải có thể cắt các sự cố vĩnh cửu mà recloser phía nguồn không cắt hẳn, sau khi thực hiện những lần tác động nhanh. Tác động cắt đồng thời có thể được loại trừ bằng cách chọn những đặc tuyến phù hợp và sử dụng recloser phối hợp tuần tự. III/- PHỐI HỢP TUẦN TỰ : Phối hợp tuần tự được dùng để cải tiến sự phối hợp các recloser mắc nối tiếp trên cùng đường dây. Mục đích của việc phối hợp này là ngăn chặn những lần tác động nhanh không cần thiết của recloser phía nguồn khi sự cố xảy ra phía tải. Nếu recloser phía nguồn và phía tải có cùng đặc tuyến TCC thì chúng sẽ đồng thời tác động khi sự cố xảy ra phía tải. Ngay khi chúng không cùng đường cong tác động nhanh nhưng sự phối hợp không thích hợp cũng gây nên những lần mất điện “ Trang -73- ” “ Chöông 4” không cần thiết ở phần đường dây giữa hai recloser. Để khắc phục tình trạng này, ta sử dụng phối hợp tuần tự, khi đó recloser phía nguồn chỉ đơn thuần đếm số lần đếm sô lần tác động nhanh của recloser phía tải mà không thực hiện cắt. Trong khi đó recloser phía tải phải tác động giải trừ được sự cố. Chức năng phối hợp tuần tự chỉ phụ thuộc vào hoạt động tác động nhanh, vì vậy số lần tác động trong phối hợp tuần tự được xác định dựa trên số lần thiết lập tác động nhanh của recloser phía nguồn. Đường cong tác động nhanh của recloser phía nguồn phải nằm thấp hơn đường cong tác động chậm của recloser phía tải. IV/- Những chức năng đặc biệt của recloser điện tư : Khi sử dụng recloser vào các phối hợp phức tạp, ta cần sử dụng đến những chức năng đặc biệt và những phụ trợ có trong recloser. Những chức năng này giúp chúng ta nhiều thuận lợi trong việc phát triển hệ thống. 1. Chức năng cắt dòng tức thời : Khi dòng điện sự cố tăng đột ngột và rất lớn, để tránh hư hỏng thie1t bị thì đòi hỏi recloser phải cắt ngay dòng sự cố mà không cần thực hiện khoảng thời gian trễ trong chế độ hoạt động theo đặc tuyến TCC cài đặt trước đó. Khả năng cắt tức thời sẽ tác động khi dòng sự cố vượt qua giá trị cài đặt, giá trị này được tính bằng cách nhân giá trị dòng điện cắt nhỏ nhất với hệ số nhân do ta tính trước phụ thuộc vào từng điều kiện cụ thể. Trạng thái cắt tức thời có thể cài đặt 1 lần hoặc nhiều lần tuỳ theo thứ tự phối hợp. Khi sử dụng chức năng này để cắt dòng điện sự cố thì hệ số nhân đối với sự cố pha không nhất thiết phải bằng hệ số nhân trong trường hợp phát hiện sự cố theo dòng đất. Hệ số nhân này có thể thay đổi bất kỳ trong phạm vi cho phép của nhà sản xuất. 2. Chức năng khoá tức thời : Đặc tính khoá tức thời làm cho Recloser trở nên linh động hơn, nó cho phép bỏ qua thứ tự cắt sự cố theo đặc tuyến TCC cài đặt trước mà cắt hẳn sự cố tức thời khi dòng sự cố cao hơn giá trị đặt. Với chức năng phụ trợ này làm giảm ảnh hưởng của dòng có biên độ lớn. 3. Thời gian đóng lại : Thời gian đóng lại là khoảng thời gian tồn tại giữa lần mở tiếp điểm chính và lần đóng tiếp điểm trở lại sao đó. Thời gian đóng tiếp điểm trở lại nằm trong phạm vi từ 0.5 – 60 giây, phụ thuộc vào từng loại recloser và điều kiện vận hành. §4.4 PHỐI HỢP GIỮA RELAY VỚI CẦU CHÌ Phối hợp relay với cầu chì bao gồm hai phần chính : + Phối hợp relay với cầu chì phía nguồn. + Phối hợp relay với cầu chì phía tải. “ Trang -74- ” “ Chöông 4” Trong cả hai trường hợp, relay điều khiển máy cắt theo thời gian. Khi phối hợp với cầu chì phía nguồn, relay phải cắt trước khi cầu chì bắt đầu chảy, còn khi phối hợp với cầu chì phía tải thì relay phải tác động sau cầu chì. I. Những phương pháp phối hợp : 1/- Phương pháp tổng thời gian tích luỹ : Là phương pháp đơn giản và kinh điển là thêm vào bộ đếm thời gian các sự cố thời gian độc lập nhỏ hơn 10 giây, một khoảng thời gian tiêu biểu theo yêu cầu để làm nguội hoàn toàn và so sánh thời gian tổng này với đặc tuyến của cầu chì. Một thời gian dự phòng khoảng 50% của đặc tuyến thời gian chảy nhỏ nhất của cầu chì phía nguồn được cho phép mang tải trước, ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường xung quanh, tính không lặp lại của đặc tính relay. 2/- Phương pháp hệ số nguội : Phương pháp này có kết quả phối hợp chính xác hơn phương pháp tổng thời gian tích luỹ, phương pháp này liên quan đến việc sử dụng các hệ số làm nguội của các dây chảy và sự đánh giá khoảng thời gian đóng lại của relay. Công thức : Teff = TF(N) + TF(N-1) + C(N-1) x C(N) x TF(N-2) + … Với : + Teff : khoảng thời gian sự cố ảnh hưởng của relay. + TF(N) : khoảng thời gian của sự cố thứ N của thiết bị đóng lại. + C(N) : hệ số làm nguội của dây chảy trong thời gian đóng lại. Việc sử dụng công thức trên đòi hỏi phải hiểu biết nhiều về đặc tính phục hồi của relay. Bảng hệ số làm nguội của dây chảy : Thời gian Làm nguội 0.5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Hệ số Làm nguội 1 0.93 0.8 0.68 0.57 0.46 0.36 0.26 0.17 0.09 0.02 §4.5 PHỐI HỢP GIỮA RECLOSER VỚI RELAY Phối hợp giữa recloser và Relay cũng được thực hiện tương tự như phối hợp với các thiết bị bảo vệ khác, tuy nhiên khi phối hợp với Relay bảo vệ quá dòng thì phải biết rõ những đặc tính của Realy Đối với Relay tĩnh có đặc điểm là thời gian trở về của nó rất nhanh do đó thời gian tích lũy của Relay khi Recloser đóng lại nhiều lần có giá trị không đáng kể. Vì vậy việc phối hợp giữa Recloser với Realy tĩnh đặt ở đầu nguồn tương đối đơn giản. Chỉ cần chọn đặc tính của Recloser nằm dưới đặc tính của Relay bảo vệ và bảo đảm khoảng cách an toàn giữa hai đường đặc tính để bảo đảm trong mọi trường hợp Recloser sẽ tác động trước Relay bảo vệ đầu nguồn. “ Trang -75- ” “ Chöông 4” Đối với Relay tĩnh, Realy điện cơ có nhiều đặc điểm cần được xem xét khi phối hợp với thiết bị đặt sau nó. Relay điện cơ có thờ gian tác động cũng như thời gian trở về đều có quán tính thời gian , vì vậy khi phối hợp Recloser với Relay điện cơ cần phải lưu ý cộng tất cả các khoảng thời gian tích lũy sai số cho Relay khi Recloser tác động. - - - - - - -// - - - - - - - - - “ Trang -76- ” . Chöông 4 CHƯƠNG 4 PHỐI HỢP GIỮA CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ Phối hợp giữa các thiết bị bảo vệ trên lưới phân phối là công việc rất quan trọng nhằm đảm bảo cho các. trước các thiết bị đặt phía trước và các thiết bị bảo vệ dự phòng. Để lựa chọn và lắp đặt các thiết bị bảo vệ trên lưới phân phối bảo vệ và phối hợp có