TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BẢO VỆ TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
Lưới điện phân phối
1.1.1 Khái niệm lưới phân phối
Lưới phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian (hoặc Trạm khu vực hoặc thanh cái nhà máy điện) cho các phụ tải
Lưới điện phân phối gồm 2 phần:
Lưới phân phối trung áp bao gồm các cấp điện áp 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV và 35 kV, có nhiệm vụ cung cấp điện cho các trạm phân phối trung áp/hạ áp cũng như các phụ tải trung áp.
+ Lưới hạ áp cấp điện cho các phụ tải hạ áp 380/220 V
Lưới phân phối điện thường có chiều dài ngắn, dưới 60 km, kết nối từ thanh cái thứ cấp của trạm biến áp khu vực đến các hộ tiêu thụ như công nghiệp, nông nghiệp và đô thị Các trạm biến áp hạ áp 22 - 35/0,4 kV có công suất nhỏ, từ hàng trăm đến hàng ngàn kVA, chủ yếu cung cấp điện cho khu dân cư hoặc làm trạm biến áp phân xưởng Trong hệ thống điện quốc gia, mạng lưới phân phối có tỉ trọng lớn, với số lượng máy biến áp phân phối gấp 2.5 đến 3 lần so với máy biến áp truyền tải, và tổng chiều dài của lưới phân phối gấp 3 lần.
Đường dây truyền tải có chiều dài gấp 4 lần, kèm theo nhiều thiết bị quan trọng như máy cắt, dao cách ly, thiết bị chống sét, cùng với các thiết bị bảo vệ và đo đếm.
1.1.2 Đặc điểm của lưới phân phối Đặc điểm chính của hệ thống lưới phân phối là cung cấp điện trực tiếp đến người sử dụng Trong công cuộc phát triển đất nước hiện nay, việc cung cấp điện năng là một trong những ngành quan tâm hàng đầu của Chính Phủ nói chung và của Thành Phố nói riêng Vì vậy để đảm bảo chất lượng điện năng thì việc nghiên cứu, thiết kế hệ thống lưới điện phân phối là hết sức quan trọng
Hệ thống phân phối điện năng cần được thiết kế và lắp đặt để nhận điện từ một hoặc nhiều nguồn cung cấp, phân phối đến các hộ tiêu thụ một cách hiệu quả Để giảm thiểu tình trạng mất điện, cần áp dụng các biện pháp như sử dụng nhiều nguồn cung cấp, thiết lập đường dây dự phòng và có nguồn thay thế như máy phát điện.
Lưới điện phân phối hoạt động linh hoạt, đáp ứng tốt cho sự phát triển của lưới điện trong tương lai Nó đảm bảo chất lượng điện năng cao nhất với độ ổn định tần số và điện áp, trong đó độ biến thiên điện áp cho phép là ± 5% Uđm Hệ thống này cũng giúp giảm thiểu chi phí duy tu và bảo dưỡng.
Hình 1.1 Lưới điện phân phối 22kV
Hệ thống điện là tập hợp các thiết bị điện được kết nối chặt chẽ, tạo thành một cấu trúc đồng bộ và hoàn chỉnh Việc lựa chọn đúng thiết bị điện là rất quan trọng để đảm bảo chức năng trong sơ đồ cấp điện, đồng thời giúp hệ thống cung cấp điện hoạt động hiệu quả, đáp ứng các tiêu chí kỹ thuật, kinh tế và an toàn.
Thiết bị điện là các công cụ quan trọng trong hệ thống lưới điện, đảm nhiệm các chức năng như đóng cắt, điều khiển, điều chỉnh, bảo vệ, chuyển đổi, khống chế và kiểm tra hoạt động của máy điện Bên cạnh đó, chúng còn được sử dụng để kiểm tra, điều chỉnh và biến đổi đo lường nhiều quá trình không điện khác.
Thiết bị điện bảo vệ đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ các động cơ, máy phát điện và lưới điện khỏi các sự cố như quá tải, ngắn mạch và sụt áp Các thiết bị này bao gồm rơle và cầu chì, giúp đảm bảo an toàn và ổn định cho hệ thống điện.
TÍNH TOÁN, PHỐI HỢP BẢO VỆ TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
Phối hợp giữa cầu chì với cầu chì
Một nguyên tắc quan trọng 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, nhằm đảm bảo hiệu quả bảo vệ và an toàn trong hệ thống điện.
Ba phương pháp được sử dụng trong việc phối hợp cầu chì:
Phương pháp dùng đường đặc tuyến TCC
Khi phối hợp, 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 để đảm bảo an toàn Việc sử dụng cầu chì như thiết bị bảo vệ dự phòng phải đảm bảo rằng dây chảy không bị hư hỏng trong vùng bảo vệ của thiết bị phía tải Đặc tuyến TCC được thiết lập ở 25°C, và thời gian chảy nhỏ nhất của dây chảy thay đổi theo nhiệt độ môi trường Nhiệt độ tăng do dòng tải trước đó có thể làm giảm thời gian chảy nhỏ nhất, trong khi sự thay đổi môi trường cũng gây khó khăn cho việc đánh giá đặc tuyến Hơn nữa, sự suy giảm tuổi thọ dây chảy theo thời gian cũng ảnh hưởng đến thời gian giải trừ sự cố và thời gian chảy của cầu chì Để khắc phục tình trạng này, nên chọn dây chảy có khả năng chịu đựng dòng trong phạm vi 90% trên đường cong thời gian chảy nhỏ nhất.
Hình 2.1 Phối hợp bảo vệ giữa các cầu chì
Trong một số trường hợp, việc phối hợp giữa các cầu chì lặp đi lặp lại và các đặc tuyến TCC chồng chéo có thể gặp khó khăn Nếu các cầu chì có cùng hệ số nhân và có thể xác định dòng sự cố, việc sử dụng bảng tra để phối hợp sẽ trở nên dễ dàng hơn Tuy nhiên, độ chính xác của phương pháp này thường kém hơn so với việc phối hợp dựa trên đặc tuyến TCC.
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%
Thông số được cho như bảng 2.1 và 2.2
2.1.3 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 cho phép kết hợp linh hoạt giữa các định mức kề cận trong cùng một nhóm, với khả năng chịu đựng dòng lên đến 13 lần định mức của dây chảy bảo vệ.
Dây chảy loại T cho phép phối hợp linh hoạt giữa các định mức kề cận trong cùng một nhóm, đạt giá trị dòng lên đến 24 lần định mức dây chảy bảo vệ Ứng dụng này mang lại hệ số an toàn cao, lên tới 75% hoặc hơn.
Các dây chảy loại T thông dụng là : 6T, 10T, 15T, 25T, 40T, 65T, 100T, 140T, 200T
Bảng 2.1: Dây chảy loại K EEI-NEMA
K Maximun Fault – Current Protection Provided by Protecting Link –
Bảng 2.2: Dây chảy loại T EEI-NEMA
Maximun Fault – Current Protection Provided by Protecting Link –
Phối hợp giữa RECLOSER với cầu chì
Recloser là thiết bị bảo vệ quá dòng phổ biến, giúp chuyển đổi các sự cố thành sự cố thoáng qua Để sử dụng recloser hiệu quả, cần chú ý đến một số vấn đề quan trọng.
- 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 thiết kế ảnh hưởng đến việc lựa chọn đặc tuyến bảo vệ, thứ tự hoạt động của thiết bị, cũng như vị trí của chúng trên lưới phân phối Số lượng và vị trí các thiết bị được xác định nhằm cô lập sự cố trong phạm vi nhỏ nhất, tùy thuộc vào quan điểm thiết kế của từng công ty.
Hình 2.2 Phối hợp đặc tính giữa Recloser và cầu chì Đường cong C cầu chì
Giới hạn dòng Đường cong đứt tổng cầu chì C
Giới hạn dòng cực đại
Giới hạn dòng cực tiểu
Phương pháp gần đúng để kiểm tra sự phối hợp giữa Recloser và cầu chì mà không cần phân tích quá trình phát nhiệt và tản nhiệt của cầu chì là sử dụng đường cong hư hỏng của cầu chì, được xác định bằng 75% đường cong thời gian nóng chảy Đường cong 75% này được so sánh với đường cong A’=2xA Tương tự, điểm a’ được xác định từ đường cong B’, giúp cải thiện độ chính xác của sự phối hợp nhờ vào việc cộng thêm thời gian tác động của Recloser.
2.2.1 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 lựa chọn dựa trên đặc tuyến của recloser và loại recloser, kết hợp với đặc tuyến TCC của recloser đã chọn trước Sau đó, cầu chì phía tải sẽ được chọn để phối hợp hiệu quả với recloser.
Hình 2.3 Sơ đồ Phối hợp Recloser với cầu chì phía nguồn
Recloser cần được phối hợp với cầu chì nguồn để đảm bảo cầu chì không ngắt mạch với bất kỳ dòng điện sự cố nào phía tải Nhiệt sinh ra từ hoạt động của recloser phải không làm chảy cầu chì, điều này đạt được bằng cách sử dụng hệ số nhân (K) để hiệu chỉnh đặc tuyến TCC tại điểm phá hỏng cầu chì Đặc tuyến tác động trễ của recloser phải luôn nằm dưới đặc tuyến nóng chảy nhỏ nhất của cầu chì phía nguồn.
Để so sánh đặc tuyến TCC của cầu chì và Recloser, cần dịch chuyển các đặc tuyến về cùng cấp điện áp do chúng được lắp đặt ở hai cấp điện áp khác nhau Cầu chì thường được xác định theo dung lượng máy biến áp, vì vậy cần dịch chuyển đặc tuyến TCC của cầu chì theo phương ngang, tỉ lệ với tỉ số biến áp K n Sau khi dịch chuyển, các đặc tuyến này sẽ được so sánh với đặc tuyến của Recloser để chọn được loại Recloser thích hợp Đối với máy biến áp có tổ đấu dây Δ/Y, tỉ số dòng ngắn mạch giữa sơ cấp và thứ cấp sẽ khác nhau tùy thuộc vào dạng ngắn mạch, và bảng các hệ số chuyển đường cong cầu chì về thứ cấp máy biến áp được trình bày trong bảng 2.3.
Bảng 2.3 Giá trị của hệ số K khi phối hợp Recloser với cầu chì phía nguồn [1]
Bảng 2.4 Các hệ số chuyển đường cong cầu chì về thứ cấp máy biến áp
Dạng ngắn mạch Hệ số chuyển đổi
Với K n là tỉ số biến áp
Hệ số nhân K t đóng lại (s) 2 nhanh 2 chậm 1 nhanh 3 chậm 4 lần chậm
Hình 2.4 Phối hợp Recloser với cầu chì phía nguồn
2.2.2 Phối hợp Recloser với cầu chì phía tải
Khi phối hợp Recloser với cầu chì phía tải cần cài Recloser làm việc ở hai lần cắt nhanh và hai lần cắt chậm
Theo thống kê, khoảng 70% sự cố thoáng qua được xử lý thành công khi Recloser hoạt động lần đầu và lần thứ hai, trong khi chỉ có khoảng 10% sự cố còn lại Nếu sự cố vẫn chưa được khắc phục, cầu chì sẽ tự động ngắt khi Recloser hoạt động lần ba và lần tư.
Hai quy luật ràng buộc sự phối hợp và chọn lựa thứ tự hoạt động của Recloser và cầu chì:
Khi giá trị dòng sự cố đạt mức làm dây chảy bắt đầu chảy, thời gian dây chảy cần phải lớn hơn thời gian cắt của Recloser theo đặc tuyến nhanh Quy luật này đảm bảo rằng trong trường hợp có sự cố thoáng qua, cầu chì sẽ không bị cắt hay đốt nóng, tức là t cmin(chì) > K t A(Recloser).
Thời gian chảy xác định của cầu chì, ký hiệu là t cmin(chì), tương ứng với đặc tuyến thời gian nóng chảy tối thiểu Trong khi đó, thời gian cắt tương ứng theo đặc tuyến nhanh A của Recloser được ký hiệu là t A(Recloser).
K là hệ số điều chỉnh đặc tuyến của Recloser, có vai trò quan trọng trong việc phối hợp với cầu chì phụ tải Hệ số này phụ thuộc vào chu trình làm việc và thời gian đóng lại của Recloser, đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy trong hệ thống điện.
Mục đích của việc phối hợp recloser với cầu chì phía tải là để cầu chì có thể giải trừ sự cố ngắn mạch trước khi recloser ngắt điện hoàn toàn Để đảm bảo recloser có khả năng cắt dòng điện sự cố mà không làm hư hỏng cầu chì, cần so sánh đường cong chảy nhỏ nhất của cầu chì với đường cong tác động nhanh của recloser đã được hiệu chỉnh.
Bảng 2.5 Bảng hệ số nhân K
Thời gian đóng lại Hệ số hiệu chỉnh K
Recloser một lần cắt nhanh Recloser hai lần cắt nhanh
Hình 2.5 Sơ đồ phối hợp giữa recloser và cầu chì phía tải
Hình 2.6 Phối hợp đặc tuyến giữa Recloser và cầu chì phía tải.
Phối hợp giữa RECLOSER với RECLOSER
Phối hợp recloser được thực hiện bằng cách lựa chọn giá trị dòng cắt nhỏ nhất phù hợp và dựa trên đặc tuyến TCC Để đạt được sự phối hợp tốt nhất, các recloser cần có ít nhất một lần tác động nhanh Khi thực hiện phối hợp, cần chú ý đến khoảng thời gian giữa các đặc tuyến của hai recloser, nhằm đảm bảo rằng chúng không tác động đồng thời khi sự cố xảy ra.
Hình 2.7 Minh họa phối hợp đặc tuyến của các RECLOSER
2.3.2 Nguyên tắc phối hợp cơ bản của RECLOSER điện tử
Recloser điện tử được thiết kế linh hoạt để đáp ứng nhu cầu riêng của từng hệ thống điện Khi phối hợp các recloser, cần chú ý đến dòng cắt tạm thời cho các sự cố chạm đất và chạm pha Ngoài ra, việc lựa chọn đặc tuyến TCC, thứ tự tác động, thời gian tác động và các yếu tố phụ khác cũng rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả hoạt động.
Thông số chính cần quan tâm khi phối hợp là:
Công suất định mức của recloser điện tử cần được xác định dựa trên giá trị dòng tải đỉnh tại vị trí lắp đặt Điều này đảm bảo rằng recloser có khả năng hoạt động hiệu quả trong mọi tình huống sự cố trong phạm vi bảo vệ.
Để xử lý các sự cố thoáng qua, recloser phía máy biến áp cần thực hiện ít nhất một lần tác động nhanh Recloser phía tải cần phối hợp với recloser phía nguồn, yêu cầu số lần tác động nhanh của nó phải bằng hoặc lớn hơn Đường cong tác động chậm được lựa chọn để recloser phía tải có khả năng cắt các sự cố vĩnh cửu mà recloser phía nguồn không thể xử lý hoàn toàn sau khi đã thực hiện các tác động nhanh Để tránh tác động cắt đồng thời, cần chọn các đặc tuyến phù hợp và áp dụng recloser phối hợp tuần tự.
Hình 2.8 Sơ đồ phối hợp Recloser điều khiển điện tử ở mạng hình tia
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
Relay điều khiển máy cắt theo thời gian trong cả hai trường hợp Khi kết hợp với cầu chì phía nguồn, relay cần cắt trước khi cầu chì bắt đầu chảy, trong khi với cầu chì phía tải, relay phải tác động sau cầu chì.
2.4.1 Phối hợp Rơle với cầu chì phía nguồn
Cầu chì bảo vệ mạch phía sơ cấp MBA cùng với một máy cắt, được điều khiển bằng relay, bảo vệ mạch phía thứ cấp
Hình 2.9 Sơ đồ phối hợp cầu chì phía sơ cấp và Rơle phía thứ cấp
2.4.2 Phối hợp Rơle với cầu chì phía tải
Rơle quá dòng với đặc tuyến đơn được phối hợp với cầu chì phía tải nhằm đảm bảo rằng đặc tuyến của rơle chậm hơn đặc tuyến của cầu chì Điều này giúp tăng cường độ an toàn và hiệu quả trong hệ thống điện.
Khi cầu chì hoạt động trong trường hợp sự cố cuối đường dây, máy móc sẽ được bảo vệ khỏi những hư hại nghiêm trọng, đồng thời chỉ có một phần nhỏ của đường dây bị mất điện.
Hình 2.10 Sơ đồ phối hợp Rơle với cầu chì
2.4.3 Các phương pháp phối hợp a, Phương pháp tổng thời gian tích luỹ:
Phương pháp đơn giản và kinh điển để kiểm tra cầu chì là thêm vào bộ đếm thời gian các sự cố thời gian độc lập nhỏ hơn 10 giây, giúp làm nguội hoàn toàn Thời gian tổng này sau đó được so sánh với đặc tuyến của cầu chì Để đảm bảo an toàn, một thời gian dự phòng khoảng 50% của đặc tuyến thời gian chảy nhỏ nhất của cầu chì phía nguồn được phép mang tải trước Cần lưu ý đến ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường xung quanh và tính không lặp lại của đặc tính relay Một phương pháp khác là phương pháp hệ số nguội.
Phương pháp này mang lại kết quả phối hợp chính xác hơn so với phương pháp tổng thời gian tích lũy, nhờ vào việc sử dụng các hệ số làm nguội của dây chảy và 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 2.6 Bảng hệ số làm nguội của dây chảy
Phối hợp giữa RECLOSER với RELAY
Phối hợp giữa recloser và Relay được thực hiện giống như với các thiết bị bảo vệ khác, nhưng khi phối hợp với Relay bảo vệ quá dòng, cần hiểu rõ đặc tính của Relay Relay tĩnh có thời gian trở về nhanh, do đó thời gian tích lũy khi Recloser đóng lại nhiều lần không đáng kể, khiến việc phối hợp giữa Recloser và Relay tĩnh ở đầu nguồn trở nên đơn giản Chỉ cần chọn đặc tính của Recloser nằm dưới đặc tính của Relay bảo vệ và đảm bảo khoảng cách an toàn giữa hai đường đặc tính, đảm bảo Recloser sẽ tác động trước Relay bảo vệ đầu nguồn Ngược lại, với Relay điện cơ, cần xem xét nhiều đặc điểm, vì thời gian tác động và trở về có quán tính thời gian Do đó, khi phối hợp Recloser với Relay điện cơ, cần lưu ý cộng tất cả các khoảng thời gian tích lũy sai số cho Relay khi Recloser tác động.
Hình 2.11 Phối hợp đặc tính Relay với đặc tính Recloser WVE
Phối hợp giữa Rơle và Rơle
Hiện nay, rơle quá dòng với đặc tính phụ thuộc ngày càng được ưa chuộng hơn rơle độc lập, vì nó phù hợp hơn với khả năng chịu dòng của thiết bị bảo vệ Rơle này có khả năng phản ứng đồng nhất khi dòng ngắn mạch thay đổi trong một phạm vi rộng Tuy nhiên, với dòng ngắn mạch lớn, rơle có thể không tác động kịp thời, trong khi với dòng nhỏ, nó có thể cắt quá sớm, gây gián đoạn cho hoạt động liên tục của thiết bị Do đó, bài viết này chỉ tập trung vào rơle quá dòng với đặc tính phụ thuộc.
2.6.1 Độ phân cấp thời gian với đặc tuyến phụ thuộc Độ phân cấp về thời gian với đặc tính phụ thuộc giữa 2 rơle liền kề được xác định như sau:
100 t n + t MC(n−1) + t qt + t dp Trong đó:
Sai số thời gian tương đối (E sr) của rơle quá dòng cấp đang xét và cấp bảo vệ trước thường dao động từ 3% đến 5% Đặc điểm thời gian dòng của hai rơle liền kề bị ảnh hưởng bởi sai số đo lường, và sai số này phụ thuộc vào độ lớn của dòng tác động.
+ t MC là thời gian cắt của máy cắt cấp bảo vệ trước(về phía tải) có giá trị bằng 0,1
Thời gian cắt của các loại máy cắt điện khác nhau là khác nhau: 0,2 giây đối với máy cắt không khí, 0,06 - 0,08 giây đối với máy cắt chân không, và 0,04 - 0,05 giây đối với máy cắt khí SF6 Thời gian này phụ thuộc vào thời gian truyền tín hiệu từ rơle tới máy cắt, thời gian kích hoạt cuộn cắt, và thời gian dập hồ quang Ngoài ra, thời gian sai số do quán tính, ký hiệu là t qt, thường nhỏ hơn 0,05 giây, cho thấy rằng khi dòng ngắn mạch đã bị cắt, rơle vẫn có thể tiếp tục tác động trong một khoảng thời gian ngắn do năng lượng điện còn lại trong các mạch dung kháng bên trong rơle.
Hình 2.12 Xác định độ phân cấp về thời gian
+E BI là sai số đo lường của biến dòng
Cần lưu ý rằng sai số của các rơle và BI là một đại lượng thay đổi, phụ thuộc vào dòng ngắn mạch qua rơle, cụ thể là vị trí của điểm ngắn mạch Do đó, việc xác định độ phân cấp về thời gian sẽ phụ thuộc vào dòng ngắn mạch tại các vị trí chuyền tiếp của cấp bảo vệ.
2.6.2 Nguyên tắc phối hợp giữa 2 Rơle liền kề
Hình 2.13 Nguyên tắc phối hợp các bảo vệ quá dòng liền kề
- Để phối hợp tốt các rơle quá dòng liền kề với đặc tuyến phụ thuộc, ta cần phải thực hiện các nguyên tắc cơ bản sau:
- Đặc tuyến bảo vệ phải nằm dưới và có độ nghiêng càng gần với đặc tuyến chịu dòng an toàn của đối tượng bảo vệ càng tốt
- Sử dụng các bảo vệ liền kề có độ dốc của đặc tuyến gần giống nhau
- Các bảo vệ càng xa nguồn càng có giá trị đặt dòng nhỏ hơn so với các bảo vệ gần nguồn
- Chọn thời gian đặt phải thực hiện sao cho rơle sẽ tác động với thời gian nhỏ nhất tại điểm cuối đường dây
Khi xảy ra ngắn mạch tại các điểm chuyển tiếp giữa hai bảo vệ liền kề, thời gian tác động của hai bảo vệ này cần phải khác biệt ít nhất bằng độ phân cấp thời gian xác định trong chế độ cực đại của hệ thống.
- Các đặc tuyến được xác định từ bảo vệ xa nguồn nhất đến bảo vệ gần nguồn nhất
Từ đặc tuyến bảo vệ chung, nhận thấy xu hướng giảm thời gian tác động của bảo vệ đối với các sự cố gần nguồn, đồng thời vẫn duy trì độ phân cấp thời gian tại những điểm có khả năng xảy ra tác động nhầm.
Phối hợp giữa cầu chì sơ cấp và aptomat thứ cấp máy biến áp, phối hợp giữa các aptomat nối tiếp
2.7.1 Phối hợp giữa cầu chì sơ cấp và Aptomat thứ cấp MBA Để tránh sự tác động của cầu chì trung thế khi có sự cố phía sau Aptomat tổng hạ thế thì đặc tính vận hành Aptomat phải nằm phía trái đường cong thời gian nóng chảy tối thiểu của cầu chì Đặc tính của Aptomat tổng phía hạ thế:
- Giá trị chỉnh định dòng cắt ngắn mạch lớn nhất của bộ tác động từ
- Giá trị tối đa của độ trễ đưa vào để thực hiện việc chọn lọc theo thời gian
Hình 2.14 Phối hợp đặc tính Aptomat và cầu chì 2.7.2 Phối hợp giữa các Aptomat mắc nối tiếp
Aptomat hạn chế dòng sử dụng điện trở để kiểm soát dòng điện trong các hồ quang ngắn mạch Có thể lắp thêm các mô-đun hạn chế dòng (mắc nối tiếp) vào Aptomat tiêu chuẩn nhằm tối ưu hóa chức năng hạn chế dòng.
Mỗi pha của môđun hạn chế dòng có một thanh tiếp điểm, thanh này sẽ nối hai tiếp điểm loại chịu công suất lớn
Khi giá trị dòng điện tăng cao, lực tác động lên thanh cũng sẽ lớn hơn, dẫn đến điện trở hồ quang tăng lên khi chiều dài của hồ quang kéo dài Điều này cho thấy biên độ dòng sự cố có khả năng tự điều chỉnh.
Aptomat sẽ dễ cắt ở mức dòng thấp, nhất là khi cos𝜑 của mạch vòng sự cố tăng lên do xuất hiện điện trở hồ quang
Khi áp dụng sơ đồ ghép tầng, các tiếp điểm chính của Aptomat có khả năng hạn chế dòng điện với thời gian tác động chậm hơn, điều này cho phép Aptomat tốc độ nhanh phía sau cắt dòng sự cố Điều này có nghĩa là Aptomat hạn chế dòng vẫn đang trong trạng thái đóng.
Thanh tiếp điểm của Aptomat hạn chế dòng sẽ trở về trạng thái ban đầu nhờ vào các lò xo nén khi dòng sự cố chấm dứt Nếu Aptomat phía sau không hoạt động, Aptomat hạn chế dòng sẽ kích hoạt sau một khoảng thời gian trễ ngắn.
Sử dụng Aptomat hạn chế dòng giúp tối ưu hóa thiết bị đóng cắt, cáp và các phần tử mạch phía sau bằng cách giảm thiểu đặc tính kỹ thuật, từ đó đơn giản hóa quy trình lắp đặt và giảm chi phí.
Aptomat hạn chế dòng giúp bảo vệ các thiết bị kết nối bằng cách tăng tổng trở nguồn trong tình huống ngắn mạch Tuy nhiên, thiết bị này không làm tăng tổng trở nguồn khi khởi động động cơ lớn.
Bảo vệ có thể được chọn lọc một cách tuyệt đối hoặc từng phần, dựa trên nguyên lý mức dòng, thời gian trễ, hoặc phối hợp cả hai theo nguyên lý logic.
Khi xảy ra sự cố tại bất kỳ điểm nào trong hệ thống, Aptomat ngay sau điểm sự cố sẽ tự động ngắt điện để giải quyết vấn đề, trong khi các Aptomat khác sẽ không bị ảnh hưởng.
Hình 2.15 Chọn lọc tuyệt đối và từng phần
Tính toán ngắn mạch
2.8.1 Phương pháp đơn vị tương đối
Xét phương trình đơn giản giữa điện áp, dòng điện và tổng trở:
E, I, Z được tính theo đơn vị Vôn, Ampe và Ohm Chia cả 2 vế của phương trình trên cho cùng một số do đó sự cân bằng không bị phá vỡ, gọi số này là điện áp cơ bản
(2.2) Xác định dòng điện cơ bản I cb và tổng trở cơ bản Z cb phụ thuộc vào điều kiện:
Cuối cùng, các đại lượng trong đơn vị tương đối được xác định như sau:
Lấy phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa công suất, điện áp và dòng điện
Và xác định công suất cơ bản S cb theo Vôn, Ampe như sau:
Từ đó, công suất trong đơn vị tương đối S được xác định như sau:
Trong hệ thống điện một pha, việc tính toán dòng điện pha, điện áp pha và công suất mỗi pha được thực hiện theo các công thức cụ thể Đối với hệ thống điện ba pha, quy trình tính toán tương tự nhưng cần lưu ý đến các yếu tố khác nhau giữa từng pha.
𝑆 𝑐𝑏 = 𝑘𝑉𝐴 𝑐𝑏 : Công suất cơ bản mỗi pha hoặc công suất cơ bản 1 pha
𝐸 𝑐𝑏 : Điện áp pha cơ bản, điện áp 1 pha, tính bằng kV
𝐸 𝑐𝑏 : Dòng điện dây cơ bản tính bằng A
𝑆 𝑐𝑏 : Tổng trở cơ bản tính bằng Ω
- Tính toán trong hệ thống điện 3 pha:
𝑆 𝑐𝑏 = 𝑘𝑉𝐴 𝑐𝑏 : Công suất cơ bản 3 pha kVA
𝐸 𝑐𝑏 : Điện áp dây cơ bản, tính bằng kV
√3 𝐸 𝑐𝑏 : Dòng điện pha cơ bản tính bằng A
𝑆 𝑐𝑏 : Tổng trở cơ bản tính bằng Ω
Tổng trở trong đơn vị tương đối của một thành phần trong mạch được tính như sau:
Giá trị cơ bản có thể bao gồm điện áp pha và công suất 1 pha, hoặc điện áp dây và tổng công suất 3 pha Việc chuyển đổi tổng trở từ hệ đơn vị tương đối theo hệ cơ bản hiện tại sang tổng trở trong hệ đơn vị tương đối theo hệ cơ bản mới là cần thiết.
2.8.2 Tổng trở tương đương Thevenin
Hình 2.16 Mạch tương đương Thevenin
2.8.3 Sự cố không đối xứng
- Tổng trở thứ tự và mạng thay thế của đường dây
Hình 2.17 Mạng thứ tự của đường dây
+ 𝑋 𝑠 : Điện kháng thứ tự thuận của đường dây
+ 𝑋 𝑚 : Điện kháng tương hỗ của cặp dây dẫn
- Giả sử đường dây có hoán vị:
+ Kháng trở thứ tự thuận và thứ tự nghịch bằng nhau
+ Kháng trở thứ tự không lớn hơn so với thứ tự thuận và thứ tự nghịch
2.8.4 Xây dựng mạng thứ tự của hệ thống điện
Mạng thứ tự của các phần tử trong hệ thống điện, như động cơ đồng bộ, máy biến áp và đường dây, giúp xây dựng mạng thứ tự một cách hiệu quả Quá trình bắt đầu bằng việc tạo ra mạng thứ tự thuận từ sơ đồ đơn tuyến của hệ thống, từ đó dễ dàng suy ra mạng thứ tự nghịch.
Mạng thứ tự không của các phần tử trong hệ thống điện có thể dễ dàng kết hợp để hoàn thành sơ đồ mạng Tổng trở nối trung tính, bao gồm máy phát và máy biến áp có trung tính, bằng 3 lần giá trị của nó ở mạng thứ tự không Đặc biệt, cần chú ý đến tổ đấu dây của máy biến áp trong mạng thứ tự không.
Từ những mạng trên của hệ thống điện, chúng ta xây dựng ma trận tổng trở thứ tự thanh cái của mạng: [𝑍 𝑏𝑢𝑠 1 ] , [𝑍 𝑏𝑢𝑠 2 ], [𝑍 𝑏𝑢𝑠 0 ]
- Ngắn mạch 1 pha chạm đất:
Hình 2.18 Ngắn mạch 1 pha chạm đất
Hình 2.19 Ngắn mạch 2 pha chạm nhau
2.8.5 Sự cố trên đường dây phân phối hình tia
Hình 2.20 Trạm phân phối và đường dây hình tia Bảng 2.7 Loại sự cố và dòng điện sự cố
Loại sự cố Dòng điện sự cố
+ 𝑉 𝐹 : Điện áp tương đương Thevenin (1÷1,1)
+ 𝑍 𝑆 : Kháng trở tương đương Thevenin của nguồn
+ 𝑍 𝑇 : Kháng trở máy biến áp
+ 𝑍 𝐿 : Kháng trở đường dây phân phối
+ 30÷40 (Ω) cho trường hợp sự cố cực tiểu
+ 0 (Ω) cho trường hợp sự cố cực đại
Bảng 2.8 Giá trị ước lượng của 𝑘 0
𝒌 𝟎 Các điều kiện giữa đất và dây trung tính
4 Dây nối đất cùng cỡ với dây pha 4.6 Dây nối đất một cỡ nhỏ hơn dây pha