Phối hợp á thiết bị bảo vệ và tự động hoá trong lưới điện trung áp

Phơng pháp và chủng loại thiết bị bảo vệ các lộ đờng dây tải điện phụ thuộc rất nhiều yếu tố nh: đờng dây trên không hay dây cáp, chiều dài đờng dây, phơng thức nối đất của hệ thốn

Trờng đại học bách khoa hà nội

-

luận văn thạc sĩ khoa học

ngành: mạng và hệ thống điện

phối hợp các thiết bị bảo vệ và tự động hoá

trong lới điện trung áp

Lêi cam ®oan

T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i C¸c sè liÖu, kÕt qu¶ trong luËn v¨n lµ trung thùc

T¸c gi¶

Danh mục các bảng biểu ix

Chơng 1 Các yếu tố liên quan đến việc lựa chọn phơng thức bảo

vệ của lới điện trung áp

1

1.1 Các cấu trúc thờng gặp của lới trung áp 1

1.2.3 Hệ thống có trung tính nối đất trực tiếp 11

1.2.6 Hệ thống có trung tính nối đất cộng hởng 15 1.3 ảnh hởng của chế độ nối đất trung tính đến bảo vệ rơ - le 16 1.3.1 Bảo vệ chạm đất cho các thiết bị trên lới có trung

tính cách ly

16

1.3.1.2 Bảo vệ quá dòng chạm đất có hớng 19 1.3.2 Bảo vệ chống chạm đất trong lới có trung tính nối

đất qua cuộn dập hồ quang

21

1.3.2.1 Bảo vệ quá dòng chạm đất có hớng 21 1.3.2.2 Bảo vệ chống chạm đất chập chờn 23 1.3.2.3 Bảo vệ chạm đất có hớng sóng hài 24 1.3.3 Bảo vệ chống sự cố chạm đát trong lới có trung

tính nối đất qua tổng trở nhỏ

24

2.6 Phối hợp máy cắt tự đóng lại với các thiết bị bảo vệ khác 49

2.7.1 Chống sét van có khe hở phóng điện 53 2.7.2 Chống sét van không có khe hở phóng điện 54

động không điều khiển từ xa

3.1.1 Lới một nguồn phân đoạn bằng dao cách ly, phân

đoạn bằng thiết bị tự đóng lại (recloer)

3.5.1 Các mức mang tải khác nhau của đờng dây 99 3.5.2 DAS cho phép cắt tải không u tiên 100 3.5.3 Tính toán sự trao đổi công suất tới bộ phận mất điện 100

Chơng 4 áp dụng DAS vào lới trung áp quận Cầu Giấy 101

4.1 Giới thiệu lới trung ấp quận Cầu Giấy 101 4.2 Các thiết bị đóng cắt, bảo vệ và tình hình sự cố trên lới điện trung áp của quận

102

4.3.2 Hệ thống tự động phân phối cho cáp ngầm 103 4.4 Tính toán cụ thể để lắp đặt thử nghiệm DAS cho lộ 476E9 103

4.5.5 Giảm thời gian và chi phí quản lý vận hành bảo dỡng 116 4.5.6 Thu hồi đợc tủ RMU chuyển sang dự án khác 116

4.6.1 Mục đích phân tích kinh tế – tài chính 117

4.6.3 Tính hiệu quả kinh tế – tài chính của dự án đầu t

lắp đặt DAS cho lộ 476E9

118

ARR auto reclosing relay Thiết bị tự động đóng lại

ATM

Asynchronous Transmission

Mode Device Phơng thức truyền phi đồng bộ

CDL Computer data linker unit Khối kết nối dữ liệu máy tính CDS Central distribution subtation Trạm phân phối trung tâm

CPU Central processing unit Bộ xử lý trung tâm

CRT Cathode Ray Tube Màn hình điện tử

DAS Distribution automation system Hệ thống tự động phân phối DGR Directional Grounding Relay Rơ le phát hiện chạm đất trực tiếp FCB Feeder Circuit Breaker Máy cắt đờng dây

FDR Fault detecting relay Rơ le phát hiện sự cố

FSI Fault section indicator Thiết bị chỉ thị vùng bị sự cố

IRR Internal rate of return Tỷ suất hoàn vốn nội tại

LAN Local Area Network Mạng nội bộ

LBS Load break switch Cầu dao cắt tải

RTU Remote Terminal Units Thiết bị đầu cuối

SAS Substation Automation System Hệ thống tự động hoá TBA SCADA Supervisory control and data acquisition

SPS Switch power supply

Máy biến điện áp cấp nguồn cho cầu dao cắt tải tự động

SW automatic load break switch Cầu dao phụ tải tự động

TCM Tele control master unit Máy chủ điều khiển từ xa

TCR Telecontrol receiver unit Bộ tiếp nhận điều khiển từ xa

VCB Vacuum circuit breaker Máy cắt khí

Bảng 2.1 Hệ số chuyển máy biến áp ∇/Y 50

Bảng 3.1 So sánh các cách khác nhau của cách truyền thông tin hữu

Bảng 3.9 Các thông số kỹ thuật chính của tủ đóng cắt đầu nguồn 86

Bảng 3.13 Các đặc điểm và chức năng chính của TOSDAG – G303 93

Bảng 4.5 Sản lợng điện năng tiết kiệm của mỗi lần sự cố 114

Hình 1.2 Lới phân phối hình tia có phân đoạn 3

Hình 1.11 Sơ đồ nguyên lý đo dòng điện cho bảo vệ quá dòng chạm đất 17

Hình 1.12 Phân bố trị số và hớng của dòng sự cố trên các đờng dây

khác nhau ở lới điện hình tia có trung tính cách ly

19

Hình 1.14 Mạch bảo vệ chạm đất có hớng trong lới có trung tính nối

đất qua cuộn dập hồ quang

22

Hình 2.2 Điện áp phóng điện là một hàm số của khoảng di chuyển… 36

Hình 3.7 Cấu hình hệ thống của DAS giai đoạn 2 58

Hình 3.9 Điều khiển và giám sát lới điện phân phối theo thời gian thực 70

Hình 3.17 Sơ đồ một sợi đấu nối của cầu dao phụ tải tự động 80

Hình 3.24 Cấu hình của hệ thống truyền dữ liệu ATM bớc đầu 90

Hình 3.25 Cấu hình của hệ thống truyền dữ liệu ATM tơng lai 90

Hình 3.27 Giảm thời gian mất điện của đờng dây trên không 96

Hình 3.29 Các mức mang tải khác nhau của đờng dây khi có DAS 98

Hình 3.31 Lu đồ thuật toán tính toán sự trao đổi công suất của DAS 100

1, Trần Ngọc Do (1998), Phân tích chế độ trung tính của lới trung áp và

ảnh hởng của nó tới việc bảo vệ rơ le, bảo vệ an toàn trong lới - trung hạ áp, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà Nội,

Hà Nội

2, GS, VS, TSKH Trần Đình Long (2000), Bảo vệ các hệ thống điện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội

3, GS, VS, TSKH Trần Đình Long (2004), Tự động hoá hệ thống điện,

Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội

4, GS, VS, TSKH Trần Đình Long (1999), Lý thuyết hệ thống, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội

5, Đinh Thế Phúc (2002), Nghiên cứu chế độ nối đất trung tính và các

giải pháp bảo vệ chạm đất của lới trung áp ở Việt Nam, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội

6, Hoàng Hữu Thận (2003), Tính toán ngắn mạch và chỉnh định bảo vệ

rơ l e, trang bị tự động trên hệ thống điện, Nhà xuất bản khoa học và

kỹ thuật, Hà Nội

7, Nguyễn Hoàng Việt (2003), Bảo vệ rơ le và tự động hoá trong hệ

thống điện, Nhà xuất bản đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh

8, Tài liệu quản lý kỹ thuật (2005), Điện lực Cầu giấy

Tiếng Anh:

1, Siemen (1987), Electrical Installations handbook, (Part 1)

2, Toshiba Corporation (Sep.2001), Distribution Automation System,

Tokyo Japan

3, Tokio electric power company (4/2002), DAS, Tokio Japan

4, Kyushu electric power company (6/2002), DAS, Kyushu Japan

5, TMT&D Corporation(2003), Distribution Automation System

Lới điện trung áp là cầu nối quan trọng trong hệ thống cung cấp điện Chính vì vậy mà cấu trúc, chế độ vận hành, các thiết bị bảo vệ trên lới và mức độ tự động hoá của lới điện trung áp có ảnh hởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và chất lợng điện năng cung ứng cho các hộ dùng điện Một trong các yếu tố có nhiều ảnh hởng tới chất lợng điện năng của các hộ dùng điện đó là vấn đề bảo vệ chống sự cố và tự động hoá trên lới điện trung

áp

Hiện nay trên thế giới, ở các nớc phát triển, vấn đề tự động hoá ở lới

điện trung áp mấy thập niên qua đã đợc đặc biệt quan tâm, bỡi nguồn điện và lới truyền tải có phát triển tốt tới đâu nhng lới trung áp vận hành kém chất lợng thì chất lợng điện năng cho hộ tiêu thụ sẽ không đảm bảo

ở Việt Nam, mấy năm gần đây đã chú trọng tới phát triển nguồn và lới truyền tải, cha chú trọng tới đầu t xây dựng, cải tạo lới phân phối trung - hạ áp nói chung nên chất lợng điện năng và an toàn trong vận hành cha

đợc đảm bảo

Do lịch sử để lại, lới điện trung áp của nớc ta hiện nay đã trải qua nhiều thời kỳ phát triển, chịu ảnh hởng của nhiều trờng phái kỹ thuật và công nghệ khác nhau nên rất đa dạng về cấp điện áp cũng nh các thiết bị trên lới Trong những năm qua, theo nhịp độ phát triển kinh tế xã hội chung của

đất nớc, lới điện trung áp của nớc ta cũng đã phát triển rất nhanh Tuy nhiên, sự phát triển nhanh chóng của lới điện ở một số nơi còn bị động, nhằm

đáp ứng nhu cầu tăng nhanh của các hộ dùng điện và do thiếu vốn đầu t nên còn mang tính chắp vá, không đồng bộ và bản thân hệ thống bảo vệ của lới

điện trung áp nhiều nơi còn quá thô sơ, phơng thức bảo vệ không thống nhất nên đã phần nào phá vỡ cấu trúc và tính năng bảo vệ của một số thiết bị vốn

đợc tính toán và lắp đặt cho một lới điện có công suất và phạm vi cung cấp

còn lớn Điều này đòi hỏi phải tiếp tục nghiên cứu, phân tích, đánh giá và …phải có sự đầu t tơng ứng để thay đổi, hoàn thiện lới điện trung áp, phải xây dựng đợc các phơng thức bảo vệ thống nhất cho các phần tử trên lới

điện Nâng cấp các thiết bị phù hợp với sự thay đổi về cấu trúc và kích cỡ của lới điện trung áp

Vì vậy, nghiên cứu các đặc tính của các thiết bị bảo vệ để phối hợp các thiết bị bảo vệ phù hợp với từng cấu trúc lới khác nhau, nghiên cứu nâng cấp, thay thế các thiết bị tự động hoá lới trung áp có ý nghĩa khoa học và thực tiễn quan trọng để nâng cao các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật, chất lợng điện năng, cũng nh tính an toàn và tin cậy của hệ thống cung cấp điện

2 Mục tiêu chính của luận văn.

Mục tiêu của luận văn là tìm hiểu các thiết bị bảo vệ và tự động hoá đang

đợc sử dụng trên lới hiện nay và vấn đề phối hợp hoạt động của các thiết bị

đó, đặc biệt đối với lới điện trung áp với các chế độ nối đất trung tính khác nhau, từ đó kiến nghị các phơng thức bảo vệ chạm đất tơng ứng Phần thứ hai của luận văn tìm hiểu hệ thống tự động hoá lới trung áp và vấn đề áp dụng hệ thống tự động hoá dựa trên phân tích kinh tế tài chính

3 Bố cục của luận văn

Bản luận văn đợc trình bày trong 4 chơng chính, phần mở đầu và phần kết luận, nội dung cụ thể:

Chơng 1: Các yếu tố liên quan đến việc lựa chọn phơng thức bảo vệ của lới điện trung áp Phần đầu của chơng trình bày các loại cấu trúc của lới trung áp, phần sau phân tích tìm hiểu ảnh hởng của chế độ nối đất trung tính và kiến nghị các phơng thức bảo vệ chạm đất tơng ứng

Chơng 3: Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện bằng phơng pháp phân

đoạn lới điện trung áp Giới thiệu thiết bị tự động hoá lới điện trung áp, các giai đoạn lắp đặt, vận hành và hiệu quả ứng dụng của thiết bị tự động hoá lới trung áp (DAS)

Chơng 4: p dụng DAS vào lới trung áp quận Cầu Giấy Thiết kế hệ áthống DAS áp dụng cho một lộ đờng dây cáp ngầm của quận Cầu Giấy và phân tích tài chính kinh tế của phơng án thiết kế.–

Chơng 1 Các yếu tố liên quan đến việc lựa chọn phơng thức bảo vệ của lới điện trung áp

1.1 Các cấu trúc thờng gặp của lới trung áp

Mỗi nớc khác nhau sử dụng các cấp điện áp trung áp khác nhau ở Việt Nam các cấp điện áp trung áp là 6, 10, 15, 22 và 35kV Lới 6kV là lới điện tồn tại lâu đời nhất ở Việt Nam (từ thời Pháp) và đợc phát triển chủ yếu ở miền Bắc cùng với một số địa phơng của miền Nam Sự phát triển của lới

điện này trong thời kỳ chiến tranh chống Mỹ gần nh không theo quy hoạch

và có tính chắp vá, đối phó nên lới điện không đợc đồng bộ, sự phát triển nhanh chóng về phụ tải và sự già cỗi của lới điện này đã khiến nó trở thành lạc hậu, không đáp ứng đợc yêu cầu truyền tải năng lợng phục vụ việc công nghiệp hoá, hiện đại hoá của đất nớc

Lới điện 10kV bắt đầu xuất hiện ở Việt Nam vào thập niên 70 của thế

kỷ 20 dới sự trợ giúp của Liên Xô cũ với mục đích thay thế dần cấp điện áp 6kV, nhất là ở các thành phố lớn Sự phát triển lới điện bắt đầu thực hiện theo quy hoạch nên chất lợng lới điện có tốt hơn 6kV Tuy nhiên quy hoạch lập

ra vào đầu thập niên 80 đã không tính đợc các biến cố lớn về chính trị trên thế giới và sự phát triển nhanh chóng về kinh tế của Việt Nam nh hiện nay cho nên ngay từ các năm đầu thập niên 90 nó đã có các biểu hiện không khả thi cho sự phát triển của lới điện trong tơng lai, khiến cho các nhà khoa học phải nghiên cứu đề ra quy hoạch và định hớng mới cho sự phát triển lới điện trung áp Trong khi lới 6kV, 10kV chủ yếu dùng để phân phối điện cho các phụ tải, cấp điện cho các trạm biến áp phân phối, lới điện 35kV dùng cho cả mục đích cấp điện cho các MBA phân phối ở những vùng có bán kính cấp

điện rộng nh lới điện nông nghiệp chẳng hạn và đồng thời cũng dùng để tải

điện cấp cho các trạm trung gian 35/6kV và 35/10kV đợc xây dựng ở các khu vực xa trạm 110kV Kết cấu lới 35kV chủ yếu là đờng dây trên không, lợng điện năng chuyên tải lớn, thậm chí ở một số khu vực lới 35kV đóng vai trò cấp nguồn chủ đạo, do vậy lới điện 35kV đã đợc đầu t sửa chữa, cải tạo thờng xuyên cho nên chất lợng lới điện tuy vẫn cha hoàn toàn tốt nhng vẫn có thể chấp nhận để vận hành tiếp trong một thời kỳ quá độ dài hạn nếu đợc tiếp tục đầu t cải tạo nâng cao chất lợng lới điện lên thêm nữa Lới điện 15kV đợc dùng nhiều ở miền Nam và miền Trung với quy trình vận hành, bảo dỡng thiết bị theo mô hình và tiêu chuẩn của Mỹ Lới

điện thờng đợc bố trí theo sơ đồ 4 dây (có kéo dây trung tính và nối đất lặp lại) Cũng giống nh lới điện 35kV, lới điện 15kV trong những năm qua đã

đợc đầu t sửa chữa, cải tạo nên chất lợng lới điện có thể chấp nhận để vận hành tiếp trong một thời kỳ quá độ dài hạn trong tơng lai

Lới điện 22kV bắt đầu xuất hiện vào năm 1994 sau khi Bộ Năng Lợng

có quyết định là cấp điện áp 22kV sẽ là cấp điện áp chính thức cho lới phân phối của Việt Nam và sẽ là lới có trung tính trực tiếp nối đất Tuy nhiên có hay không kéo dây trung tính cũng cha có quy định thống nhất giữa các vùng lãnh thổ, trong một số khu vực cũng đã thí điểm áp dụng các biện pháp nối đất khác nh qua điện trở nhỏ (Huế) hoặc qua MBA tạo trung tính

Tuỳ theo mật độ phụ tải, vào yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện, vào trình độ quản lý, vào khả năng kinh tế, kỹ thuật của mỗi nớc mà lới trung áp (lới phân phối) có thể có các cấu trúc, sơ đồ khác nhau Có thể chia thành các loại nh sau:

- Lới phân phối hình tia

+ Lới phân phối hình tia không phân đoạn

+ Lới phân phối hình tia có phân đoạn

- Lới phân phối kín vận hành hở

1.1.1 Lới phân phối hình tia

a, Lới phân phối hình tia không phân đoạn (hình 1.1)

Hình 1.1: Lới phân phối hình tia không phân đoạn

Lới hình tia có đặc điểm đơn giản, rẻ tiền nhng độ tin cậy kém, không

đáp ứng đợc nhu cầu của phụ tải điện Đối với lới phân phối này, hỏng hóc

ở bất kỳ chỗ nào cũng gây mất điện toàn lới phân phối (LPP) Khi ngừng

điện công tác bảo dỡng định kỳ cũng vậy, toàn bộ lới có thể coi nh một phần tử Thời gian mất điện trung bình của một phụ tải tơng đối lớn

b, Lới phân phối hình tia có phân đoạn (hình 1.2):

Hình 1.2: Lới phân phối hình tia có phân đoạn

Để nâng cao độ tin cậy, LPP hình tia đợc chia thành nhiều phân đoạn với các thiết bị đóng cắt Chúng có thể là dao cách ly hoặc máy cắt, điều khiển bằng tay hoặc từ xa

Trong trờng hợp phân đoạn bằng dao cách ly, nếu xảy ra sự cố ở một phân đoạn nào đó, máy cắt đầu nguồn sẽ cắt, tạm thời cắt toàn bộ LPP Dao cách ly phân đoạn đợc cắt ra, cô lập phần tử bị sự cố với nguồn Sau đó

Đờng trục trung áp

Phụ tải Phụ tải

Phụ tải Phụ tải Phụ tải

nguồn đợc đóng lại Tiếp tục cấp điện cho các phân đoạn nằm trớc phân

đoạn sự cố về phía nguồn

Nh vậy, khi xảy ra sự cố ở phân đoạn nào đó thì phụ tải của phân đoạn

sự cố và các phân đoạn đợc cấp điện thông qua phân đoạn sự cố (tức là nằm sau nó tính từ nguồn) sẽ bị mất điện trong suốt thời gian sửa chữa phân đoạn

sự cố Còn phụ tải của các phân đoạn nằm trớc phân đoạn sự cố về phía nguồn thì chỉ bị mất điện trong thời gian thao tác cô lập phần tử sự cố

Trong trờng hợp phân đoạn bằng máy cắt, khi một phần tử bị sự cố, máy cắt phân đoạn ở đầu phần tử bị sự cố sẽ cắt và cô lập phần tử sự cố Các phần

tử phía trớc phần tử bị sự cố hoàn toàn không bị ảnh hởng

Giải pháp phân đoạn làm tăng đáng kể độ tin cậy của LPP, giảm đợc tổn thất kinh tế do mất điện nhng cần phải đầu t vốn Do đó, phân đoạn là một bài toán tối u, trong đó cần phải xác định loại thiết bị đợc đặt, số lợng và

vị trí sao cho hiệu quả kinh tế cao nhất

Ngày nay, các máy cắt phân đoạn tiên tiến có thể không phải bảo quản,

đợc điều khiển từ xa bởi các trung tâm điều khiển, đợc trang bị tự động

đóng lại, do đó góp phần khá lớn tăng độ tin cậy cho LPP

MC 2

MC 1

a, Lới phân phối kín đợc cung cấp từ một TBA nguồn

LPP kín vận hành hở bao gồm nhiều nguồn và nhiều đờng dây phân

đoạn tạo thành lới kín Khi vận hành, một số dao hoặc máy cắt phân đoạn

đợc cắt ra để tạo thành lới hở Khi một đoạn lới ngừng cấp điện thì chỉ phụ tải ở đoạn lới đó mất điện, còn các đoạn khác chỉ tạm ngừng cấp điện trong thời gian ngắn để thao tác, sau đó lại đợc cấp điện bình thờng (nếu khả năng tải của lới đủ)

LPP kín vận hành hở có độ tin cậy đợc nâng cao rất nhiều, đặc biệt là khi thao tác các thiết bị đóng cắt đợc điều khiển từ xa hoặc tự động

Trong hệ thống phân phối điện, để có thể chọn đợc phơng án đóng cắt, bắt buộc phải sử dụng hệ thống đo lờng và điều khiển tự động, trong đó máy tính điện tử có thể tự chọn phơng thức vận hành sau sự cố nhờ các thông số

đo lờng tức thời ở các điểm quan sát trên lới

Đối với LPP cáp ngầm: Sự cố xảy ra ở cáp ngầm đòi hỏi thời gian sửa chữa lâu Do vậy lới cáp ngầm có cấu trúc liên thông từ trạm này đến trạm kia Khi một đoạn cáp nào đó bị hỏng thì không xảy ra mất điện lâu dài, các trạm phân phối đợc cấp điện trở lại sau khi thao tác đổi nối

Dao cách ly thờng đóng

Thanh cái TBA

nguồn số 2

Dao cách ly thờng mở

1.2 Các yếu tố ảnh hởng đến phơng thức bảo vệ của

lới điện trung áp

Để đảm bảo chất lợng điện năng tới các phụ tải điện thì vấn đề bảo vệ

các lộ đờng dây trung áp đóng một vai trò quan trọng Phơng pháp và chủng

loại thiết bị bảo vệ các lộ đờng dây tải điện phụ thuộc rất nhiều yếu tố nh:

đờng dây trên không hay dây cáp, chiều dài đờng dây, phơng thức nối đất

của hệ thống, công suất truyền tải và tầm quan trọng của đờng dây, cấp điện

áp của đờng dây v.v Những sự cố thờng gặp đối với đờng dây tải điện là

ngắn mạch (nhiều pha hoặc một pha) chạm đất một pha (trong lới điện có

trung điểm cách điện hoặc nối qua cuộn Petersen), quá điện áp (khí quyển

hoặc thao tác), đứt dây và quá tải

Để bảo vệ các đờng dây trung áp chống ngắn mạch, ngời ta dùng các

Tuy nhiên, đối với từng lộ đờng dây cụ thể, phụ thuộc vào các phần tử

có trên đờng dây, phụ thuộc vào chiều dài đờng dây, vào mức độ yêu cầu

của phụ tải của đờng dây đó cấp điện để ngời ta thiết kế bảo vệ

Về cơ sở lý thuyết, cũng nh cách tính toán để đặt chỉnh định cho rơ - le

của các lộ đờng dây đã có nhiều tài liệu đề cập tới Trong phạm vi luận văn

chỉ nêu lên vấn đề nối đất và ảnh hởng của nối đất tới phơng thức bảo vệ

cho đờng dây

1.2.1 Tổng quan về vấn đề nối đất trung tính của lới trung áp

Hiện nay trên thế giới, các biện pháp nối đất trung tính của lới trung áp rất đa dạng, chúng là kết quả của sự phân tích một bài toán kinh tế kỹ thuật tổng hợp, vừa phải đảm bảo chất lợng của các thông số vận hành, tính liên tục và ổn định, cung cấp điện an toàn và phải đảm bảo các chỉ tiêu kinh tế cho lới điện Các phơng thức nối đất trung tính mạng trung áp hiện nay phổ biến

ở các dạng sau:

+ Nối đất trực tiếp không kéo dây trung tính ra mạng hoặc có kéo dây trung tính ra mạng

+ Trung tính cách ly

+ Nối đất qua điện trở nhỏ

+ Nối đất qua cuộn dập hồ quang

Mỗi phơng thức nối đất trung tính đều có các điểm mạnh và điểm yếu khác nhau, tuỳ thuộc vào quy mô và cấu trúc của lới điện trung hạ áp mà nó -

đợc áp dụng Quy mô và cấu trúc của lới điện trung hạ áp lại phụ thuộc rất - nhiều vào các điều kiện địa lý và sự phát triển của kinh tế khu vực cho nên nó rất đa dạng Chính vì vậy mà từ nhiều năm nay các phơng thức nối đất này đã cùng tồn tại và phát triển song song với nhau

Trong mọi phơng thức nối đất trung tính thì vấn đề cấp điện ổn định, an toàn cho con ngời và cơ sở vật chất xã hội vẫn phải đợc đáp ứng một cách

đầy đủ Phơng thức nối đất trung tính của lới điện có ảnh hởng quyết định, tác động đến diễn biến sự cố chạm đất, chính vì vậy mà đối với mỗi một phơng thức nối đất chúng ta đều phải lựa chọn phơng thức bảo vệ rơ le phù - hợp đảm bảo một cách tốt nhất các yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơ- le: chọn lọc, nhanh, nhậy và tin cậy

Để phân tích nghiên cứu các chế độ nối đất khác nhau trong lới điện trung áp cần phải xác định đợc các thông số chủ yếu của lới điện trong các chế độ khác nhau Các thông số chủ yếu là dòng và điện áp các pha lúc bình

thờng và sự cố, trong đó sự cố đợc quan tâm nhiều là sự cố ngắn mạch 3

pha và chạm đất 1 pha Dới đây ta sẽ xem xét các đại lợng đó

Theo [1] dòng điện ngắn mạch 3 pha trong HTĐ có thể xác định theo

công thức:

1

dd 3

Z3

U1,1

Trong đó Udd là điện áp dây định mức của lới điện Khi chạm đất 1

pha (pha a) có thể tính dòng chạm đất I1 theo công thức:

I1 =

)ZZZ(

U.3.1,1)

ZZZ(

)U1,1(3

2 1 0

a 2

1 0

dd

++

=++ (1.2) Trong đó Z0, Z1, Z2 là tổng trở thứ tự không, thứ tự thuận, thứ tự nghịch

của lới điện nhìn từ điểm ngắn mạch,

2 '

a a

1

aa

1

1 1

1 a

0 a

UU

Z 0 0

0 Z 0

0 0Z

0E0

1 a

0 a

II

1 1 a

0 0 a

ZI

ZIE

ZI

' b

' a

UU

a a 1

aa 1

1 1 1

1 1 a

0 0 a

ZI

ZIE

ZI

2 2 a 0 0 a 1 1 a 2

2 2 a 0 0 a 1 1 a

IIZI)ZIE(a

ZIZI)ZIE(a

ZIZIZIE

Vì khi chạm đất một pha dòng các thứ tự bằng nhau:

Ia0 = Ia1 = Ia2 =

)ZZZ(

E

2 1

−

++

−

++

−

)ZaaZZ(IaE

)aZZaZ(IEa

)ZZZ(I

2 2 1 0 0 a

2 1 2 0 0 a 2

2 1 0 0 a

−

++

−

++

−

)ZaaZZ(IU

)aZZaZ(IU

)ZZZ(IU

2 2 1 0 0 a c

2 1 2 0 0 a b

2 1 0 0 a a

(1.3)

Khi chạm đất pha a và coi Z1 = Z2ta có:

' b

' a

UU

)ZZ(IU

0

1 0 0 a c

1 0 0 a b

' b

' a

UU

1 0 a c

1 0

1 0 a b

Z2Z

)ZZ(UU

Z2Z

)ZZ(UU

0

(1.5)

Trong đó: Ua, Ub, Uc là điện áp của các pha trong chế độ làm việc bình

c ' b '

U là điện áp của các pha trong chế độ sự cố một pha chạm

đất Dựa vào các biểu thức (1-1) (1ữ -5) ta sẽ nghiên cứu các đặc điểm của các chế độ nối đất trung tính

1200 và có giá trị tuyệt đối bằng nhau nên dòng dung tổng Ig = Ica+Icb+ Icc = 0 Trong chế độ sự cố chạm đất pha a từ (1.4) ta có:

'

a

U = 0; U = U'b b - Iao(Z0-Z1) = Ub -

1 0

1 0 a

Z2

Z(Z Z )

U+ −Khi bỏ qua tổng trở dọc thứ tự không của đờng dây, lấy Z0= X0= -jXc

có tính dung trong khi đó Z1 = R1+ jX1có tính cảm

c 1

c 1 1

)X2X(jR2

))XX(jR(U

có thể lớn hơn điện áp pha b

Hình1.4: Véc tơ dòng và áp lúc bình thờng Dòng chạm đất một pha

I1 =

)ZZZ

(

E3

2 1

a

Z2Z

U3

' a 1 c 1

)X2X(jR2

I’cc

Khi tính gần đúng ta có công thức quen thuộc

I1 = 3Ica = 3jωCUa = 3jUaB = 3jUab0l

Trong đó: C là điện dung các pha so với đất và B là dung dẫn của pha so với đất: B = ωC = bol

Và giá trị tuyệt đối của các pha lành khi pha a chạm đất đều bằng điện áp

c '

1.2.3 Hệ thống có trung tính nối đất trực tiếp

Lúc này điện trở nối đất Ro = 0 (hoặc Rđ ≈ 0), trong lới trung áp có trung tính nối đất trực tiếp ta có hai phơng pháp phân phối điện năng đó là phơng pháp phân phối 3 pha 3 dây và phơng pháp phân phối 3 pha 4 dây Ta lần lợt xét 2 trờng hợp đó

1.2.3.1 Hệ thống phân phối 3 pha 3 dây

Khi pha a chạm đất ta cũng có dòng chạm đất

I1 =

)ZZZ(

U3

2 1 0

U3+

1 0 a

Z2Z

)ZZ(U+

−

Khi chạm đất pha a ngay tại thanh cái thứ cấp trạm biến áp nguồn (CA/TA) vì Rđ = 0 và bỏ qua điện trở bé các thứ tự (của hệ thống và MBA nguồn) ta có thể coi Z0, Z1 là thuần cảm và có

1 0

1 0

Z2Z

ZZ+

điện áp dây tức là lúc đó hệ thống nối đất hiệu quả

Trong các hệ thống thực tế vì với 1km đờng dây Z0 >Z1 nênkhi chiều dài đờng dây tăng tỷ số

1

0

Z

Z cũng tăng và có thể vợt quá giá trị

1

0

Z

Z =3 có

nghĩa là lúc này nối đất trực tiếp không phải là nối đất hiệu quả (ngay cả khi

điện trở nối đất bằng không) và không thể chọn cách điện của hệ thống theo

điện áp pha đợc

1.2.3.2 Hệ thống phân phối 3 pha 4 dây

Trờng hợp hệ thống là 3 pha 4 dây: theo quy phạm Việt Nam cũng nh nhiều nớc trên thế giới, hệ thống 3 pha 4 dây thờng là hệ thống có trung tính nối đất lặp lại (khoảng 200 ữ 300m nối đất lặp lại một lần) Trong hệ thống 3 pha 4 dây thờng có tổng trở thứ tự không bé hơn hệ thống 3 pha 3 dây có cùng tiết diện (với tiết diện dây trung tính khác nhau) Mặt khác vì dây trung tính đợc nối đất lặp lại nhiều lần nên điện trở nối đất của lới điện lúc này sẽ là điện trở nối đất tơng đơng của mạch gồm điện trở nối đất của các nối đất lặp lại trung tính, của nối đất các trạm biến áp nguồn và nối đất các trạm biến áp phụ tải có tính đến cả điện trở của dây trung tính (hình 1.7) Điện trở nối đất tơng đơng này sẽ bé hơn điện trở nối đất của hệ thống 3 pha 3 dây (chỉ gồm điện trở nối đất trạm nguồn Rđ) Vì tổng trở thứ tự không và

điện trở nối đất tơng đơng của lới 3 pha 4 dây bé hơn lới 3 pha 3 dây có cùng tiết diện nên dòng ngắn mạch 1 pha trong lới 3 pha 4 dây sẽ lớn hơn dòng ngắn mạch 1 pha ở lới 3 pha 3 dây

Chú thích:

Rđ: là điện trở nối đất của trạm biến áp nguồn

RTT: là điện trở của các đoạn đờng dây trung tính (giữa hai điểm có nối

đất lặp lại)

RLL: là điện trở của nối đất lặp lại dây trung tính

Hình 1.7:Hệ thống có trung tính nối đất lặp lại

1.2.4 Hệ thống nối đất qua điện trở

Trong trờng hợp này trung tính của máy biến áp nguồn đợc nối đất qua một điện trở nối đất (Rđ) khá lớn Ta cũng có dòng khi pha a chạm đất là:

I1=

1 0

a

Z2Z

U3+

ở đây trong thành phần tổng trở thứ tự không của hệ thống có thành phần 3Rđvà điện áp các pha khi sự cố là:

1 0 a

Z2Z

)ZZ(U+

−

; ' c

U = Uc -

1 0

1 0 a

Z2Z

)ZZ(U+

−

Xét điểm ngắn mạch chạm đất ngay sau thanh cái trạm biến áp nguồn (CA/TA) và cũng bỏ qua điện trở thứ tự thuận, thứ tự không của hệ thống và của MBA và giả thiết điện kháng thứ tự không lớn hơn điện kháng thứ tự thuận (X0 >X1) ta thấy khi điện trở nối đất Rđ tăng thì tỉ số:

1 d 0

1 d 0 1

0

1

0

X2R3

Z

2

ZZ Z )

( +− = ++ +− tăng (tuy vẫn bén hơn 1) và góc lệch pha của tỷ

số đó càng giảm nên ta có đồ thì véc tơ nh hình 1.8 với: Ub', Uc' là điện áp của pha b với pha c khi có chạm đất 1 pha ứng với trờng hợp Rđbé

Ub", Uc, là điện áp của pha b và pha c khi có chạm đất 1 pha ứng với trờng hợp Rđ lớn

RLL

RLL

ao

RTT

Hinh1.8: Dòng và áp lúc 1 pha chạm đất

Khi giá trị Rđ khá lớn tỷ số

1 0

1 0

Z2Z

)ZZ(+

−

sẽ có giá trị gần bằng 1 và điện áp

sự cố có thể tăng lên đến (1,7 1.9) lần điện áp pha, ở đây ta cũng chú ý rằng ữvì tỷ số

1 0

1 0

Z2Z

)ZZ

1.2.5 Hệ thống nối đất qua điện kháng

Ta cũng xét trờng hợp chạm đất pha a ngay tại thanh cái thứ cấp trạm biến áp nguồn và cũng giả thiết Z1= Z2; Z0 >Z1 và Z1, Z2, Z0thuần cảm

Chú ý là ở đây trong thành phần Z0 đã có mặt của điện kháng nối đất 3Xđ

Dòng chạm đất lúc này là:

I1 =

1 0

a

Z2Z

U3+ =j(X 3X 2X )

U3

1 d

0

a

++

Vì lúc này các giá trị tổng trở cộng đại số nên khi X >a Ra thì dòng I1

sẽ bé hơn khi nối đất qua điện trở có cùng một giá trị tuy rằng khi giá trị điện kháng nối đất càng tăng thì sự chênh lệch đó càng bé

Trong trờng hợp này tỷ số

1 0

1 0

Z2

ZZ Z )

(+− là một số thực nhỏ hơn 1 nên điện

áp hai pha không sự cố có giá trị tuyệt đối bằng nhau (hình 1.9) với một số giá trị Xđ khá nhỏ và chiều dài đờng dây ngắn thì nối đất qua điện kháng có thể cũng là nối đất hiệu quả

Hình 1.9: Dòng và áp lúc 1 pha chạm đất

1.2.6 Hệ thống có trung tính nối đất cộng hởng

Hệ thống nối đất cộng hởng (hay nối đất qua cuộn dập hồ quang) là hệ thống trong đó dòng điện dung đờng dây đợc bù (cộng hởng) với dòng

điện cảm qua cuộn dập hồ quang

Cuộn dập hồ quang đơn giản là một điện kháng có một số đầu phân áp

điều chỉnh nối giữa trung tính MBA và đất (hình 1.10)

Lúc bình thờng dòng qua cuộn dập hồ quang IL = 0 và tổng dòng điện dung 3 pha Ica+ Icb+ Icc= 0

Trong trờng hợp sự cố pha a chạm đất, dòng dung hai pha lành Icc', Icb'

chạy từ đờng dây qua pha a về đất đồng thời dòng kháng trễ chạy từ cuộn dập hồ quang cũng qua pha a về đất (lúc này cuộn kháng đợc đặt một điện áp

U0 -= Ua) Dòng dung tổng ICT lệch với dòng kháng IL một góc 1800 nên tại

điểm chạm đất dòng điện tổng IT sẽ có giá trị bé (thậm chí bằng không tùy theo việc điều chỉnh điện kháng của cuộn dập hồ quang) Dòng điện chạm đất trong trờng hợp này nhỏ đến mức hồ quang sẽ không tự duy trì và sự cố đợc dập tắt

1.3 ảnh hởng của các chế độ nối đất trung tính đến bảo vệ Rơ le 1.3.1 Bảo vệ chạm đất cho các thiết bị trên lới có trung tính cách ly

1.3.1.1 Bảo vệ quá dòng chạm đất

Đối với lới có trung tính cách điện, nh đã biết khi chạm đất 1 pha thì dòng chạm đất một pha ở đờng dây dẫn tới điểm sự cố sẽ bằng 3 lần dòng

điện thứ tự không và bằng tổng các dòng điện dung của các đờng dây nối vào lới điện Nó phụ thuộc vào tổng điện dung và điện áp của lới Thông thờng thì giá trị này rất nhỏ chỉ vài chục Ampe (tuỳ thuộc vào cấp điện áp của lới) bởi vì nếu dòng chạm đất mà lớn hơn thì ngời ta sẽ có những biện pháp hạn chế nó nh nối đất trung tính thông qua cuộn dập hồ quang chẳng hạn Để thực hiện bảo vệ quá dòng chạm đất, tín hiệu dòng điện thứ

tự không đợc nhận biết nhờ vào các bộ lọc dòng điện thứ tự không sau đó

đa vào tác động rơ le dòng điện có độ nhạy cao.-

Nguyên lý xác định tín hiệu dòng điện thứ tự không có thể dùng mạch lọc 3 biến dòng (BI) hoặc dùng biến dòng điện pha không (BI0 – hình 1.11) Hình 1.11a, giới thiệu giản đồ phân bố dòng điện sự cố và dòng điện dung khi có sự chạm đất trên lới có trung tính cách ly Giả thiết sự cố xảy

ra trên pha c của đờng dây lộ 1, khi đó trên pha c sẽ có dòng điện sự cố bằng dòng điện dung tổng hợp các lộ đờng dây đấu chung trên cùng lới

điện hớng về điểm sự cố nhng đồng thời trên các pha a và b cũng của chính lộ đó lại có dòng điện dung của riêng nó chạy hớng về phía nguồn Kết quả tín hiệu i0 thu đợc của các bộ lọc dòng thứ tự không (hình 1.11b và 1.11c) sẽ bằng tín hiệu của dòng điện dung tổng hợp tạo bởi các pha không sự cố của toàn lới điện trừ đi dòng điện dung riêng của chính phần đờng dây có sự cố chạm đất tính từ vị trí đặt bộ lọc trở ra Nói một cách khác, tín hiệu dòng i0 thu đợc là tín hiệu dòng điện dung tổng của phần lới điện còn lại sau khi trừ phần lới điện bị sự cố tính từ vị trí đặt bộ lọc dòng thứ tự không trở ra Hình 1.11 cũng cho chúng ta thấy rằng khi có

chạm đất thì bộ lọc dòng thứ tự không của các lộ không bị sự cố cũng sẽ thu đợc tín hiệu dòng điện dung do các pha không sự cố của riêng lộ đó tạo ra

Hình 1.11: Sơ đồ nguyên lý đo dòng điện cho bảo vệ quá dòng chạm đất

Sử dụng biến dòng pha không (BI0) có độ nhạy cao, sai số thấp thích hợp với nhiệm vụ phát hiện dòng chạm đất bé trong lới điện có trung điểm không nối đất trực tiếp, nhng kích thớc nó nhỏ, chỉ phù hợp với các lộ

đờng dây sử dụng cáp bọc Tỷ số biến của loại BI0 này thờng là từ 25/1A

đến 100/1A Nh vậy dòng thứ cấp của nó khi trên lới điện có chạm đất thờng sẽ chỉ là vài chục tới vài trăm miliampe Rơ le dùng cho bảo vệ - quá dòng chạm đất do vậy mà cũng đòi hỏi phải có độ nhậy cao Để tăng thêm độ chọn lọc, trong mạch bảo vệ dạng này có thể đợc lắp thêm 1 rơ -

le thời gian để mạch bảo vệ rơ le khỏi tác động nhầm khi lới có dao -

động Mặc dù vậy, độ chọn lọc của dạng bảo vệ này cho đến nay vẫn đợc

đánh giá là thấp vì nh đã phân tích ở trên thì:

c, Mạch BI thứ tự không (BI0)

Lộ3

a

b c

Lộ2

a

b c

Lộ1

a

b c

- Khi có sự cố chạm đất thì các lộ đờng dây không có sự cố cũng có dòng điện thứ tự không do các dòng điện dung của các pha không sự cố của riêng lộ đờng dây đó tạo nên (hình 1.11a).

- Tín hiệu dòng sự cố thu đợc bằng tổng dòng điện dung của các lộ

đờng dây không sự cố nên nó bị phụ thuộc vào số lộ đờng dây của lới

điện đợc đa vào vận hành, con số này có thể thay đổi trong quá trình vận hành lới điện tùy thuộc vào phơng thức cấp điện

Chính vì thế dạng bảo vệ này đợc sử dụng cho lới điện có các tính chất sau:

- Lới điện hình tia đợc cấp điện từ một phía

- Có nhiều lộ xuất tuyến

- Dòng điện chạm đất chạy qua chỗ bảo vệ đảm bảo vợt qua giá trị chỉnh định và giá trị chỉnh định của mỗi lộ đờng dây phải cao hơn dòng

điện dung do riêng nó tạo ra khi có chạm đất ở lộ đờng dây khác

Chính vì phải có các điều kiện ràng buộc nh trên trong khi lới điện vận hành luôn luôn thay đổi cả về số lợng đờng dây xuất tuyến cũng nh cấu trúc riêng của mỗi lộ, do đó trong một số trờng hợp nó chỉ để báo tín hiệu, giúp cho việc xác định đờng dây sự cố đợc nhanh chóng hơn thay vì

đi cắt máy cắt đờng dây vì lới có trung tính cách ly cho phép ta vận hành với một khoảng thời gian nhất định khi có sự cố chạm đất 1 pha Với các công nghệ tiên tiến, hiện nay trên thị trờng đã xuất hiện một số các rơ - le

số có độ nhạy cao có các bộ phận lọc nhiễu, sai số thấp có khả năng làm việc ngay cả với dòng điện thứ cấp đi vào rơ - le chỉ ở mức 2-3mA (ví dụ SPAJ320C của ABB; 7SJ61/62/63 của Siemens) hoặc cao hơn một chút 5mA (nh các rơ - le MCSU của GEC Alsthom; SEL315) Điều này làm cho khả năng sử dụng bảo vệ rơ le theo nguyên lý này càng đợc mở rộng - thêm cho các lới có dòng chạm đất thấp

1.3.1.2 Bảo vệ quá dòng chạm đất có hớng

Nh đã biết bảo vệ quá dòng đơn thuần không thể đủ độ chọn lọc để tác động đi cắt đờng dây khi có sự cố chạm đất 1 pha, vì loại bảo vệ này không phân biệt đợc hớng dòng chảy công suất của dòng điện sự cố Bảo

vệ chống chạm đất có hớng giải quyết đợc tồn tại trên và đợc sử dụng cho lới có trung tính cách điện hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang Trong trờng hợp thứ nhất hớng đợc chọn để bảo vệ là của thành phần công suất

điện dung trong dây trung tính còn trong trờng hợp thứ hai là hớng của công suất tác dụng Khi bị sự cố, năng lợng của thành phần công suất tơng ứng chảy theo hớng về điểm sự cố

Hình 1.12: Phân bố trị số và hớng của dòng sự cố trên các đờng dây

khác nhau ở lới điện hình tia có trung tính cách ly

Nh đã phân tích ở trên dòng điện sự cố tổng hợp của lộ đờng dây bao gồm dòng sự cố chạm đất (không đổi và chạy từ nguồn tới vị trí chạm

đất) và dòng điện dung tạo nên bởi các pha không sự cố của bản thân lộ

đờng dây đó (độ lớn thay đổi theo hớng tăng dần khi tiến về phía nguồn

và chạy hớng về phía nguồn) Điều này làm cho dòng sự cố cũng phân bố không giống nhau khi có sự cố xảy ra ở trên các đờng dây có độ dài ngắn khác nhau Hình 1.12 mô tả rõ hơn sự phân bố dòng điện sự cố khi có chạm

đất 1 pha trên các đờng dây khác nhau trong lới điện hình tia có trung tính cách ly và đợc cung cấp từ một phía ở đó chúng ta có thể thấy đợc là chiều của dòng điện phía đầu đờng dây trên pha sự cố luôn luôn hớng từ trạm đến điểm sự cố Nh vậy độ lớn của dòng điện sự cố tổng hợp phía

đầu dây chạm đất sẽ khác nhau khi sự cố xảy ra trên đờng dây dài (L1) hay đờng dây ngắn (L3) Sự khác biệt sẽ rõ ràng hơn khi mà vị trí sự cố xảy ra ở trên đờng dây ngắn của một thanh cái trạm có nhiều đờng dây xuất tuyến dài đi ra và khi mà sự cố xảy ra ở trên đờng dây dài của một thanh cái có ít đờng dây đi ra và hầu hết là ngắn Trong trờng hợp thứ 2 tín hiệu dòng điện sự cố tổng hợp có giá trị thấp hơn, đòi hỏi rơ - le bảo vệ phải có độ nhạy cao hơn

Nếu ta chọn điện áp thứ tự không U0 làm điện áp quy chiếu để xác

định mối quan hệ pha của dòng điện, hớng công suất đợc thể hiện bởi góc ϕ0 giữa U0 và I0 Đại lợng dòng thứ tự không 3I0 đợc đo bằng sơ đồ

bộ lọc 3 biến dòng hoặc biến dòng thứ tự không Điện áp thứ tự không 3U0

đợc đo bằng mạch tam giác hở phía thứ cấp của máy biến áp 3 pha hoặc 3 máy biến điện áp 1 pha

Hình 1.13: Bảo vệ quá dòng chạm đất có hớng

MC

Đi cắt máy cắt

I0

U0

U0>

I0> ϕ0 t Bảo vệ quá dòng có hớng

a, Bảo vệ riêng lẻ cho từng lộ xuất tuyến

I0

U0 U0

I0> ϕ0 t Bảo vệ quá dòng có hớng

Đi cắt máy cắt

b, Bảo vệ chung cho nhiều lộ xuất tuyến

Sơ đồ nguyên lý đấu nối của bảo vệ đợc mô tả trên hình 1.13a Các tín hiệu áp và dòng thứ tự không khi vợt quá các mức ngỡng đã đợc chỉnh định sẵn sẽ đợc đa vào rơ le định hớng - ϕ0 bằng cách kiểm tra góc pha giữa hai đại lợng này Trong trờng hợp hớng của dòng chảy công suất chỉ ra rằng sự cố nằm ở trên lộ đờng dây có đặt bảo vệ thì rơ - le

định hớng sẽ đóng tiếp điểm nối tiếp điểm của rơ le quá dòng chạm đất -

I0 và đi khởi động rơ le thời gian "t" và sẵn sàng gửi lệnh đi cắt máy cắt - khi hết thời gian trễ cho phép Rơ le thời gian lắp trong mạch bảo vệ tăng - thêm tính chọn lọc của bảo vệ và để dễ dàng hơn trong việc phối hợp thời gian giữa các cấp bảo vệ trên lới điện

Lới trung tính cách ly cho phép vận hành một thời gian ngắn khi bị sự

cố chạm đất một pha nên để tiết kiệm, ngời ta có thể dùng một bộ bảo vệ chạm đất cho nhiều lộ xuất tuyến Nguyên tắc đấu nối đợc mô tả ở hình 1.13b khi có tín hiệu sự cố chạm đất (ví dụ tín hiệu 3U0 lấy ra từ cuộn tam giác hở), mạch dòng diện thứ cấp của biến dòng thứ tự không đợc lần lợt nối vào rơ - le qua các khoá chuyển mạch S1, S2… cho đến khi xác định

đợc đờng dây sự cố, các khoá này có thể đợc chuyển tự động hoặc bằng tay

1.3.2 Bảo vệ chống chạm đất trong lới có trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang (nối đất cộng hởng)

1.3.2.1 Bảo vệ quá dòng chạm đất có hớng

Nh đã phân tích ở mục 1.3.1, trong hệ thống có trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang ta có thể sử dụng mạch bảo vệ quá dòng có hớng với rơ

- le hớng dòng điện thứ tự không 3I0 để xác định đờng dây sự cố Về nguyên tắc, công suất này đợc hình thành do tác động của thành phần điện trở thuần trong cuộn kháng ở lới điện trung áp thông thờng dòng điện d khi sự cố bằng khoảng 5 8% dòng điện dung của lới trung tính cách -

điện khi sự cố Giới hạn dới thờng sử dụng cho lới cáp ngầm còn giới

hạn trên là cho hệ thống đờng dây trên không Cấp điện áp càng cao thì tỷ

lệ dòng điện d càng thấp vì thế việc phát hiện sự cố càng kém chính xác

Để tăng độ tin cậy tác động của bảo vệ ở các hệ thống nhỏ hoặc điện áp cao

ta có thể đấu thêm một điện trở song song với cuộn dập hồ quang Điện trở này đợc đa vào làm việc khi các rơ le phát hiện thấy trên lới có dấu - hiệu sự cố chạm đất nhằm tạo ra thành phần công suất tác dụng của dòng 3I0 tăng lên một cách nhân tạo, tăng thêm độ nhậy và độ tin cậy của các rơ

le

Nguyên lý sơ đồ đấu nối mạch bảo vệ quá dòng có hớng đợc mô tả ở hình 1.14 Rơ - le RU0 có nhiệm vụ phát hiện tín hiệu 3U0 của lới điện Khi có sự cố chạm đất điện áp 3U0 sẽ xuất hiện làm rơ le RU- 0tác động vàthông qua rơ le thời gian RT1 với thời gian trễ để điều khiển đóng công - tắc S khi chắc chắn lới điện bị chạm đất lâu dài, đa điện trở R vào làm việc trong một khoảng thời gian xác định Rơ le thời gian RT2 với thời - gian trễ lớn hơn 1 chút sẽ đa tín hiệu 3U0 đến các rơ le bảo vệ của các lộ -

đờng dây để phát hiện và tách đờng dây sự cố ra khỏi lới Nguyên lý làm việc của bộ bảo vệ quá dòng chạm đất có hớng đã đợc mô tả cụ thể ở mục 1.3.1.2

Tơng tự nh đối với lới trung tính cách ly, để tiết kiệm rơ le ngời -

ta cũng có thể dùng một bộ rơ le bảo vệ quá dòng có hớng để bảo vệ cho - một số lộ đờng dây xuất tuyến bằng cách đa lần lợt các tín hiệu dòng

Hình 1.14: Mạch bảo vệ chạm đất có hớng trong lới có trung

tính nối đất qua cuộn dập hồ quang

điện của từng lộ đờng dây vào bộ rơ le bảo vệ khi có các tín hiệu chạm -

đất trên lới điện Khi đó thời gian đa điện trở R vào làm việc phải kéo dài hơn đủ để quét qua một lợt các đờng dây để dò tìm sự cố

1.3.2.2 Bảo vệ chống chạm đất chập chờn

Nguyên lý làm việc của bảo vệ chống chạm đất chập chờn dựa trên hiện tợng dòng điện quá độ khi xẩy ra chạm đất trong mạng có trung tính cách điện hoặc nối đất qua cuộn Petersen có trị số rất lớn

Dấu của dòng điện ở nửa chu kỳ đầu tiên của quá trình quá độ đợc sử dụng để xác định hớng sự cố

Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ chống chạm đất chập chờn nh hình 1.15

Dòng I0 và áp U0 đợc đa qua các biến áp tổng hợp BTH1 và BTH2

để lấy ra Ua và Ub theo quan hệ (các đại lợng U, I là số phức):

Hình 1.15: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống chạm đất chập chờn

1.3.2.3 Bảo vệ chạm đất có hớng sóng hài

Bảo vệ này phản ứng theo trị số xác lập của hài bậc cao của dòng và áp

ở trung tính của hệ thống để phát hiện sự cố chạm đất

Các hài bậc cao thờng phát sinh do đặc tính phi tuyến của máy biến

áp

Sơ đồ nguyên lý của mạch bảo vệ gần giống nh mạch bảo vệ chạm

đất có hớng thông thờng đợc mô tả ở phần lới có trung tính cách ly, chỉ có điều là các dòng điện thứ tự không và điện áp thứ tự không đợc đa qua các bộ lọc sóng hài để loại bỏ các thành phần sóng hài bậc 1, bậc 3 và khuyếch đại thành bậc 5 trớc khi đa vào bộ phận so sánh pha

Trong hệ thống điện, sóng hài bậc 5 có thể xuất hiện do sự dao động phụ tải trong ngày, để tránh nhầm lẫn ngời ta có thể dùng phơng pháp

"bơm" vào lới tín hiệu với tần số cao đến 500Hz là tần số không có trong các phụ tải của lới điện Khi đó các bộ lọc sẽ lọc các tín hiệu có tần số ứng với tần số tín hiệu bơm vào lới Tất nhiên các máy biến dòng của mạch lọc tín hiệu dòng 3I0 sẽ phải có độ nhạy cao và tỷ số biến thấp, cũng nh các rơ

- le bảo vệ cũng phải có độ nhạy cao bởi vì tín hiệu "bơm" vào lới có biên

đáng kể so với lới có trung tính cách ly Giá trị tổng trở nối đất này phải

đợc chọn sao cho giá trị dòng chạm đất trực tiếp nhỏ nhất của lới điện

đảm bảo đủ để cho các rơ le chỉnh định theo ngỡng tác động một cách - chắc chắn Vì vậy bảo vệ chống sự cố chạm đất trên lới có trung tính nối

đất qua tổng trở thờng sử dụng loại bảo vệ quá dòng chạm đất, phản ứng

theo các dòng điện pha và dòng điện 3I0 với các thiết bị đơn giản (rơ le - quá dòng, cầu chì ) để bảo vệ các đờng dây hoặc các MBA công suất …vừa và nhỏ

Sơ đồ nguyên lý của mạch bảo vệ quá dòng chạm đất cho các đờng dây xuất tuyến hình tia đợc biểu diễn ở hình 1.16 Tín hiệu dòng điện 3I0

đợc lấy ra từ dây trở về của mạch 3 máy biến dòng hoặc bằng biến dòng

điện pha không (BI0) nh đã nêu ở mục 1.3.1.1 Khác với trờng hợp lới

có trung tính cách ly hay nối đất qua cuộn dập hồ quang cho phép lới điện vận hành trong một thời gian giới hạn nên trong một số trờng hợp để tiết kiệm trên đờng dây ta có thể chỉ lắp 2 máy biến dòng điện phục vụ cho bảo vệ chống chạm đất giữa các pha Trờng hợp trung tính nối đất qua tổng trở nhỏ, các máy biến dòng phải đợc lắp đầy đủ trên cả 3 pha

Rơ - le làm việc là loại đơn giản tác động theo ngỡng Với công nghệ hiện đại nh hiện nay các rơ le kỹ thuật số thông thờng đã có thể đảm - bảo sự làm việc tin cậy ngay cả với giá trị chỉ bằng 10% dòng danh định nên mạch bảo vệ sẽ làm việc với độ tin cậy cao, nhất là khi sử dụng máy biến dòng điện pha không để nhận tín hiệu Nh vậy nếu trị số tổng trở nối

đất trung tính đợc chọn sao cho dòng ngắn mạch ở cuối đờng dây xa nhất

có trị số lớn hơn 20% dòng danh định của máy biến dòng điện (IđmBI) thì rơ

- le bảo vệ sẽ đảm bảo sự làm việc rất tin cậy với độ nhạy của mạch rơ le -

Bảo vệ dự phòng

I0>

I0> t

Các mạch bảo vệ và đo lờng khác

Bảo vệ quá dòng chạm đất đờng dây

Đi cắt máy cắt

Đi cắt máy cắt

t

Hình 1.16: Sơ đồ nguyên lý mạch bảo vệ quá dòng chạm đất