Được sự hướng dẫn của thầy Phạm Xuân Hổ trong thời gian làm bài chúng em đã hoàn thành đề tài “TÌM HIỂU VỀ KCĐ ĐÓNG NGẮT TRUNG CAO ÁP CÓ BẢO VỆ TỰ ĐỘNG RECLOSER VÀ MÁY CẮT PHÂN ĐOẠN”.. K
Khí cụ điện đóng ngắt
Khái niệm
Khí cụ điện đóng ngắt là loại khí cụ có chức năng đóng cắt mạch điện bằng tay hay tự động khi gặp sự cố hay cần sửa chữa.
Ví dụ: Dao cách ly, máy cắt điện, cầu dao, CB,…
Các loại khí cụ điện đóng ngắt trung, cao áp
Máy cắt trung, cao áp gọi chung là máy cắt cao áp Máy cắt trung áp được quy định từ 1KV đến 52KV, lớn hơn 52KV được quy về cao áp Máy cắt cao áp (MCCA) là khí cụ điện đóng cắt chuyên dùng để đóng cắt mạch điện xoay chiều từ 3KV trở lên ở tất cả các chế độ vận hành: đóng cắt điện định mức, dòng điện ngắn mạch, dòng điện không tải, máy biến áp điện lực, dòng điện dung của tụ và đường dây.
- Máy cắt chân không VCB là khí cụ điện có chức năng chính là cắt mạch điện, các tiếp điểm mở ra dưới điều kiện chân không (áp suất bằng 10 ) -4
- Máy cắt không khí (ACB) là khí cụ điện có chức năng chính là đóng cắt bảo vệ quá tải và ngắn mạch, sử dụng khí nén làm môi trường dập hồ quang.Khi các tiếp điểm rời nhau, khí nén được thổi qua các tiếp điểm dạng lỗ để dập tắt hồ quang và thiết lập khe hở cách điện.
- Máy cắt SF6 là máy cắt có cấu tạo và nguyên lý hoạt động tương tự máy cắt không khí nhưng có môi trường dập hồ quang là khí đặc biệt SF Khí SF6 6 là khí mang điện tích âm và có độ bền điện môi gấp 3 lần không khí trong cùng điều kiện áp suất Khí này không độc, không mùi và không cháy.
- Máy cắt tự sinh khí là máy cắt dùng vật liệu cách điện có khả năng tự sinh khí ở nhiệt độ cao và khí sinh ra có độ bền điện cao để dập tắt hồ quang và phục hồi cách điện.
- Máy cắt dầu là máy cắt dùng dầu như chất cách điện và làm môi trường dập hồ quang
- Máy cắt điện từ là máy cắt có buồng dập hồ quang theo kiểu rãnh hẹp Sự dập hồ quang được thực hiện bằng cách làm tăng điện trở hồ quang nhờ kéo dài và làm nguội nó nhanh chóng.
1.2.2 Máy cắt tự đóng lại (ACR)
Máy cắt tự đóng lại là khí cụ đóng ngắt có chức năng chính là bảo vệ quá dòng hay ngắn mạch rất tin cậy.
1.2.3 Máy cắt phân đoạn (CPD)
Máy cắt phân đoạn là khí cụ điện đóng ngắt tự động cắt mạch hoặc đoạn dây khi bị sự cố.
1.2.4 Máy cắt phụ tải (LBS)
Máy cắt phụ tải là khí cụ chỉ có thể đóng ngắt dòng phụ tải nhưng không thể đóng cắt dòng ngắn mạch.
Dao cách ly là khí cụ điện dùng để cắt mạch điện hệ thống cao áp khi không tải thường được bố trí liền trước máy cắt hay cầu chì bảo vệ hoặc cả hai phía máy cắt hay recloser.
Cầu chì cao áp là khí cụ điện đóng cắt được sử dụng trên hệ thống lưới điện có điện áp đến 115KV
Thường được dùng ở những vị trí sau:
- Đặt ở phía cao áp của máy biến áp để bảo vệ ngắn mạch
- Bảo vệ máy biến áp đo lường ở các cấp điện áp
- Kết hợp với cầu dao phụ tải thành máy cắt phụ tải để bảo vệ các đường dây trung áp
Gồm 2 loại là: cầu chì nổ và cầu chì hạn chế dòng ngắn mạch.
Khí cụ điện đóng ngắt có bảo vệ tự động
Recloser
Recloser (máy cắt tự động đóng lại) là một khí cụ điện đóng ngắt tự động chính xác với độ tin cậy cao, được trang bị các cảm biến và thiết bị điện tử thông minh được thiết kế đặc biệt để bảo vệ đường dây và khách hàng, tự động cắt mạch và sau đó tự đóng lại để nhanh chóng tái lập sự cung cấp điện nếu là sự cố thoáng qua.
Cấu tạo chung gồm 4 phần:
Recloser được ứng dụng chủ yếu trên các đường phân phối trên không hoặc các trạm biến áp phân phối tích hợp như: bảo vệ, đo lường, giao tiếp từ xa, phát hiện lỗi, giám sát trực tuyến việc đóng hoặc mở sau khi xảy ra sự cố.
Phân tích số liệu thống kê về sự cố của đường dây trên không cho thấy có đến 80% - 90% hư hỏng mang tính thoáng qua Những hư hỏng thoáng qua thường xảy ra do sự phóng điện bề mặt, do sét đánh, cành cây rơi, tai nan chim chóc hoặc do gió mạnh làm dây dẫn chạm nhau hoặc chạm phải các vật bên cạnh, v.v Khi có sự cố, máy cắt cắt mạch một khoảng thời gian đủ để cho môi trường chỗ hư hỏng khôi phục lại tính chất cách điện thì tự đóng lại đường dây, và đường dây có thể tiếp tục làm việc bình thường, nhanh chóng khôi phục cung cấp điện cho hộ tiêu thụ, giữ vững chế độ đồng bộ và ổn định của hệ thống Vậy để tăng cường độ liên tiếp cung cấp điện tới phụ chuyên chở, người ta sử dụng máy cắt tự đóng lại (Recloser)
Về thực chất, Recloser là máy cắt thường thì có kèm theo bộ tinh chỉnh và điều khiển được cho phép lập trình số lần đóng lặp đi lặp lại theo nhu yếu xác lập trước. Đồng thời sẽ đo và tàng trữ những giá trị quan trọng như P, U, I, thời gian ngắt mạch,
Khi ngắn mạch, Recloser mở ra ( cắt mạch ), sau một khoảng chừng thời hạn t1 ( thiết lập bắt đầu ) nó sẽ tự động hóa đóng lại Lúc này, nếu sự cố còn sống sót, recloser sẽ liên tục mở mạch, sau thời hạn t2 recloser sẽ tự động hóa đóng mạch Cứ như vậy,recloser hoạt động giải trí theo đúng chương trình được thiết lập khởi đầu
Theo số lần đóng lại: 1 lần hoặc 2 lần recloser 2 lần thường chỉ áp dụng cho lưới 110kV trở xuống Sau số lần tác động đã được quy định, recloser bị khóa lại
Theo số pha thực hiện: recloser 3 pha và recloser 1 pha Trong sơ đồ recloser 3 pha, khi có hư hỏng ở 1 pha hay nhiều pha thì thiết bị bảo vệ sẽ cắt cả 3 pha và recloser cả 3 pha Để thực hiện recloser 1 pha, máy cắt và bộ phận truyền động làm việc riêng rẻ cho từng pha, sơ đồ bảo vệ phát hiện sự cố riêng từng pha để cắt máy cắt của pha bị hư hỏng và recloser pha đó
Theo môi trường dập hồ quang: dầu, chân không
Theo kỹ thuật điều khiển: điều khiển thủy lực hay điều khiển theo kỹ thuật điện tử.
Theo vật liệu cách điện: dầu, không khí, khí SF6, nhựa epoxi. a) Recloser 1 pha
Hình dưới đây mô tả bên trong của một loại recloser 1 pha., sử dụng trong hệ thống phân phối đến 38kV, có thể lắp trên cột điện, hoặc lắp trên khung thép Những bộ phận của recloser là: máy cắt chân không đặt trong ống sứ, máy biến dòng với 2 tỉ số 500:1 và 1000:1, nam châm điện từ kiểu pittông để đóng mở máy cắt chân không, đầu cực vào và đầu cực ra; đầu cực vào trực tiếp với máy cắt chân không, đầu cực ra được dẫn qua ống cách điện bằng epoxi; đèn chỉ thị vị trí của tiếp điểm; cách điện epoxi; bộ điều khiển điện tử; vỏ nhôm.
Cách lắp đặt recloser 1 pha : b) Recloser 3 Pha
Hình dưới đây mô tả bên trong của một loại recloser 1 pha., sử dụng trong hệ thống phân phối đến 38kV, gồm các bộ phận như: Biến dòng, máy cắt chân không, thùng chứa SF6, nam châm, hệ thống truyền động,…
Một số hình ảnh lắp đặt của recloser 3 pha:
2.1.5 Các yêu cầu kĩ thuậtMột số tủ điều khiển recloser: Để sử dụng đúng recloser, cần phải xem xét 5 yếu tố sau đây: a Điện áp của hệ thống: điện áp định mức của recloser phải bằng hoặc lớn hơn điện áp của hệ thống. b Dòng điện sự cố lớn nhất ở vị trí đặt recloser: khả năng cắt của recloser phải bằng hoặc lớn hơn dòng điện sự cố lớn nhất ở vị trí đặt recloser. c Dòng điện phụ tải lớn nhất: dòng điện định mức của recloser phải bằng hoặc lớn hơn dòng điện phụ tải lớn nhất trong quy hoạch phát triển thêm hệ thống Đối với loại recloser có cuộn dây tác động mắc nối tiếp, có thể chọn kích cỡ cuộn dây phù hợp với dòng điện phụ tải hiện tại, dòng điện phụ tải trong tương lai phát triển, hoặc dòng điện định mức của biến áp ở trạm Dòng điện tác động tối thiểu bằng 2 lần dòng điện định mức của cuộn dây Đối với loại recloser điều khiển bằng điện tử, dòng điện tác động tối thiểu phải lớn hơn dòng điện phụ tải cao điểm trong phát triển tương lai Nói chung, dòng điện tác động phải bằng ít nhất 2 lần dòng điện phụ tải trong phát triển tương lai d Dòng điện sự cố tối thiểu trong phạm vi cần được bảo vệ Dòng điện sự cố e Phối hợp với các thiết bị bảo vệ khác đặt ở phía nguồn của recloser, kể cả đặt ở phía phụ tải của recloser.
Cách chọn thời gian đóng lại
Việc chọn thời gian đóng lại phụ thuộc vào sự phối hợp thời gian tác động. a Đối với sự phối hợp là 2 NHANH – 2 CHẬM , thì có thể chọn thời gian đóng lại là: TỨC THỜI – 2 GIÂY – 5 GIÂY
+ Khoảng thời gian đầu tiên phải là nhanh.để phục hồi hệ thống càng nhanh càng tốt để giảm thiểu thời gian mất điện của động cơ.
+ Khoảng thời gian thứ 2 thường được chọn khoảng 2 giây để có đủ thời gian làm mất sự cố.
+ Khoảng thời gian thứ 3 thường được chọn dài hơn, 5 giây hoặc 10 giây để có thể phối hợp tốt hơn với cầu chì ở phía nguồn cho phép cầu chì có thời gian để nguội bớt trong khoảng thời gian đóng lại lần 3 và lần 4 cho phép bảo vệ tốt hơn với rơle đặt ở phía sau nguồn , cho phép rơle quá dòng có nhiều thời gian hơn để phục hồi, rơle sẽ không tác động mở máy cắt b Đối với sự phối hợp 1 NHANH – 2 CHẬM , thời gian đóng lại có thể chọn là 2 giây – 5 giây.
+ Khoảng thời gian đầu (2 giây) cho phép làm mất sự cố thoáng qua.
+ Khoảng thời gian thứ 2 chọn dài hơn, 5 giây hoặc 10 giây… c Đối với sự phối hợp 1 NHANH – 3 CHẬM, thời gian đóng lại có thể chọn là 2 giây – 5 giây – 5 giây, hoặc 2 giây – 5 giây – 10 giây
+ Khoảng thời gian đầu (2 giây) cho phép làm mất sự cố thoáng qua.
+ Khoảng thời gian thứ 2 và thứ 3 phải dài hơn, 5 hoặc 10 giây.
2.1.6 Các thông số kĩ thuật
THÔNG SỐ KỸ THUẬT RECLOSER 24KV 630A ENTEC - SCHNEIDER
Mô tả 1 Pha 3 Pha Điện áp định mức (Kv) 15.5 15.5 27 38 Đánh giá hiện hành (A) 630 630 630 800
Thời gian ngắn mạch (KA) 16 16 12.5/16 16
Thời gian ngắn mạch chịu được hiện tại, 3sec
Dòng ngắn mạch cực đại (KA) 40 40 32.5/40 40
Line charging breaking current (A) 2 2 5 5 Điện áp cơ bản (KV) 110 110 150 170
Tần số nguồn chịu được điện áp, khô (Hz) 50 50 60 70
Tần số nguồn chịu được điện áp, ẩm ướt (Hz) 45 45 50 60 Vận hành
Operating voltage 110-240Vac / 125Vdc Operating temperature -40 to +80ºC
Số lần hoạt động tối đa 10 000 lần
Recloser thường được trang bị cho những đường trục chính công suất lớn và đường dây dài đắt tiền.
Chúng có thể được đặt ở bất kỳ trên hệ thống miễn thông số định mức của chúng thỏa mãn được các đòi hỏi của hệ thống.
Những vị trí hợp lý có thể tham khảo để lắp đặt như:
- Đặt tại trạm như thiết bị bảo vệ chính của hệ thống
- Đặt trên đường dây trục chính nhưng cách xa trạm để phân đoạn các đường dây dài, như vậy ngăn chặn sự ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống khi có sự cố cách xa nguồn.
- Đặt trên các nhánh rẽ của đường dây trục chính nhằm bảo vệ đường dây trục chính khỏi bị ảnh hưởng do các sự cố trên nhánh rẽ.
Sơ đồ lắp đặt recloser trên hệ thống cung cấp điện:
Máy cắt phân đoạn
2.2.1 Cấu tạo và chức năng a) Cấu tạo
Gồm có mạch điện tử logic đặt trên ống đồng Mạch logic nhận tín hiệu từ 2 máy biến dòng cũng được lắp trên ống đồng, ở hai đầu ống có tiếp điểm
Máy biến dòng được bọc kín bằng nhựa epoxi…mạch logic có thể đếm số lần tác động cắt mạch của máy cắt tự đóng lại, và cho dao cắt phân đoạn mở ở thời điểm thích hợp. Ống đồng nối với mạch logic là 1 lồng Faraday chống nhiễu từ trường Dao cắt phân đoạn có thể bật ra nhờ nam châm điện từ kiểu solenoid tháo móc có bản lề.
+ Theo số pha: 1 pha, 3 pha;
+ Theo bộ phận điều khiển: điều khiển thủy lực, điều khiển điện tử. b) Chức năng
Dao cắt phân đoạn là một loại khí cụ điện đóng cắt dùng để tự động cắt mạch, cô
Dao cắt phân đoạn là một khí cụ điện độc lập, tự động mở và cắt mạch sau khi cảm nhận và đáp ứng số lần dòng xung liên tiếp nhau đã được cài đặt bằng hoặc lớn hơn một giá trị đã cho
Nó thường được lắp đặt sau máy cắt tự đóng lại và phối hợp với máy cắt tự đóng lại để bảo vệ quá dòng.
- Máy cắt phân đoạn chỉ được phép cắt không tải
- Khi có sự cố ở phía phụ tải, máy cắt tự đóng lại cắt mạch nhanh, dao cắt phân đoạn mở và cô lập đoạn đường dây có sự cố Dao cắt phân đoạn cảm nhận và tự ghi lần cắt dòng sự cố, và sau 1, 2, hoặc 3 lần cắt dòng thì tự mở mạch Quá trình này diễn ra theo 2 bước:
+ Khi dao cắt phân đoạn cảm nhận dòng điện vượt trên giá trị cài đặt, nó chuẩn bị đếm Và khi dòng điện chảy qua nó bị cắt hoặc giảm xuống nhỏ hơn một giá trị nào đó, thì nó đếm.
+ Nếu số lần đếm theo giá trị cài đặt đã được ghi thì dao cắt phân đoạn mở sau khi máy cắt tự đóng lại đã cắt dòng sự cố.
Trường hợp có sự cố thoáng qua, máy cắt tự đóng lại cắt nhanh 2 lần thì hết sự cố, máy cắt tự đóng lại trở về trạng thái cũ như trước sự cố Trong lúc đó dao cắt phân đoạn đếm 2 lần, chưa đến 3, và cũng trở về trạng thái cũ như trước sự cố
Trường hợp có sự cố duy trì, máy cắt tự đóng lại tác động theo chương trình đã cài đặt và dao cắt phân đoạn đếm mỗi lần máy cắt tự đóng lại cắt Sau khi máy cắt tự đóng lại đã cắt lần thứ 3, thì dao cắt phân đoạn đã đếm đủ 3 lần và mở mạch, và cách ly sự cố máy cắt tự đóng lại phục hồi phần còn lại của hệ thống bằng cách đóng lại, và vì chưa tác động hết số lần đã cài đặt để khóa, nó tự động trở về trạng thái cũ, chuẩn bị cho lần tác động mới.
2.2.3 Các yêu cầu kĩ thuật khi vận hành
- Phải có trình độ chuyên môn, trải qua đào tạo, đã tìm hiểu kỹ về quy trình vận hành thiết bị.
- Việc thao tác đóng cắt cầu bằng tay phải thực hiện nhanh chóng Dứt khoát nhưng không được đập mạnh ở cuối hành trình.Trong quá trình đóng nghiêm cấm cắt các lưỡi dao trở lại khi thấy xuất hiện hồ quang
-Thao tác đóng cắt cầu dao bằng điện được thực hiện thông qua các nút ấn trên tủ điều khiển trong phòng điều khiển Trong trường hợp điều khiển từ xa hoặc tại ngay tủ điều khiển trên giá đỡ cầu dao ta điều khiển bằng cơ khí tại chỗ.
- Thao tác đóng cắt được thực hiện từ dưới đất thông qua sào cách điện vì máy cắt phân đoạn không tự cắt mạch khi có sự cố xảy ra
- Trong trường hợp cơ cấu liên động không cho phép tiến hành một thao tác nào đó, phải dừng ngay thao tác và kiểm tra:
+ Kiểm tra tên thiết bị cần thao tác có đúng không.
+ Trình tự thao tác có đúng với quy trình vận hành đối với từng thiết bị cụ thể.
+ Vị trí của thiết bị chuyển mạch,các cơ cấu liên động khác có liên quan đến thao tác đang tiến hành
2.2.4 Các thông số kĩ thuật
Thông số kỹ thuật của CPĐ
Hiệu AUTOLINK do ABB chế tạo Điện áp định mức: 10/24 & 36 kV Điện áp thử xung sét: 125/150 & 170 kV BIL
Dòng điện định mức lớn nhất: 250A
Dòng điện tác động định mức: 5÷400A
Dòng điện ngắn hạn: 2kA/1s hoặc 10kA/1s
Số lần đếm cài đặt: 1,2,3 hoặc 4
Sơ đồ hệ thống dao cắt phân đoạn
Dao cắt phân đoạn là một thiết bị thông minh dùng để phân biệt giữa các lỗi tạm thời và lỗi cố định xảy ra trong mạng điện dùng để tự động cắt mạch, cô lập đoạn đường dây bị sự cố trên hệ thống phân phối
Thường được lắp đặt sau máy cắt tự đóng lại (Recloser) và phối hợp với Recloser để bảo vệ quá dòng Recloser là một tính năng được cung cấp trong thiết bị ngắt mạch, nó mở ra khi xảy ra ngắn mạch trên đường dây Nó được thiết kế đặc biệt để bảo vệ các đường dây một pha Chức năng và thiết kế của nó đã cải thiện khả năng điều phối hệ thống điện rất nhiều.
2.2.6 Chọn dao cắt phân đoạn
Khi chọn dao cắt phân đoạn, cần phải xét những yếu tố là: điện áp, dòng điện dài hạn liên tục, dòng điện sự cố, dòng điện tác động nhỏ nhất, số lần đếm, và một số yếu tố khác Điện áp: dao cắt phân đoạn phải có điện áp định mức bằng hoặc lớn hơn điện áp của hệ thống Dòng điên dài hạn liên tục: dòng điện định mức của dao cắt phân đoạn phải bằng hoặc lớn hơn dòng phụ tải của hệ thống và dòng quá tải Dòng điện sự cố lớn nhất: dòng điện ngắn hạn của dao cắt phân đoạn phải bằng hoặc lớn hơn dòng sự cố có thể có Dòng tác động nhỏ nhất: dòng điện tác động của dao cắt phân đoạn có giá trị bằng 80% dòng tác động nhỏ nhất của recloser đặt trước nó Dòng điện tác động nhỏ nhất của dao cắt phân đoạn bằng 160% dòng định mức của nó Dòng tác động của recloser bằng 200% dòng định mức của nó, từ đó tính ra là 160/200 = 0,80 = 80%.
Số lần đếm : số lần đếm của dao cắt phân đoạn phải nhỏ hơn số lần cắt mạch của recloser đặt trước nó, hiệu số nhỏ nhất là 1 Ví dụ recloser được cài đặt 2 nhanh – 2 chậm (4 lần tác động), thì số lần đếm của dao cắt phân đoạn sẽ là 3 Số lần đếm của dao cắt phân đoạn có thể bằng 2 để giảm số lần tác động của recloser Trường hợp có 2 dao cắt phân đoạn đặt nối tiếp thì số lần đếm của dao cắt phân đoạn đặt ở sau phải nhỏ hơn với 1 so với số lần đếm của dao cắt phân đoạn đặt ở trước Bảo vệ quá điện áp : dao cắt phân đoạn đã được thử với dòng xung sét 65kA Tuy nhiên, nên đặt van chống sét cho mỗi dao cắt phân đoạn.