bài tập dài tính toán thiết kế hệ thống bảo vệ

Trong trường hợp này, dòng khởi động của bảo vệ được tính theo biểu thức: Trong biểu thức trên không cần kể đến Kmm vì sau khi cắt ngắn mạch ngoài các động cơ tự khởi động nhưng không l

Trang 1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VINH

KHOA ĐIỆN

BÀI TẬP DÀI

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN VIẾT HOÀNG

Lớp : DHDDTCK15(ĐCN)B Giáo viên hướng dẫn : VÕ TIẾN DŨNG

VINH, THÁNG 12 NĂM 2022

Trang 2

KHOA ĐIỆN

Bộ môn Kỹ thuật điện

o0o CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

BÀI TẬP LỚN KẾT THÚC MÔN HỌC

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẢO VỆ

Học kỳ I, 2022- 2023

Họ và tên SV : Nguyễn Viết Hoàng Mã số SV:1505200237

n= hai số cuối của mã số sinh viên (nếu là 00 thì lấy = 37) n

Nội dung thực hiện

Câu 1.

Cho đường dây 35 kV có chiều dài 12 km được làm bằng dây dẫn AC-120 (r =0,27 Ω/km0

và x =0,36 Ω/km) Hãy tính toán bảo vệ dòng điện cực đại, biết I0 lvmax= 500 + 10 (A), hện

số mở máy k = 1,65; hệ số an toàn k = 1,2; công suất ngắn mạch của hệ thống là S =mm at HT

400 MVA, X/R = 5

Câu 2.

Hãy tính toán bảo vệ dòng điện cực đại và bảo vệ cắt nhanh cho một đường dây 22 kV, biết Ilvmax= 0,9 + 0,1.n (kA), hệ số mở máy k = 1,6, hệ số an toàn k = 1,2, dòng ngắnmm at mạch 3 pha cuối đường dây là I = 3,9 + 0,1N .n (kA).

Câu 3.

Đường dây 22 kV, chiều dài 12 km được làm bằng dây dẫn AC-120 (r =0,27 Ω/km và0

x0=0,36 Ω/km), công suất ngắn mạch của hệ thống là S = 200 MVA Hãy tính toán bảoHT

vệ dòng điện cắt nhanh, lấy hệ số an toàn k = 1,2.at

Câu 4.

Tính toán bảo vệ khoảng cách cho đường dây 220 kV cho sơ đồ dưới đây Biết Imax= 500 + 10 (A), dây dẫn AC-185 (r = 0,17 Ω/km và x = 0,38 Ω/km) Chiều dài dây: L = 89n 0 0 AB

km, L = 108km, hệ số mở máy k = 1,6; hệ số an toàn k = 1,2.BC mm at

Câu 5.

Cho sơ đồ nguyên lý bảo vệ rơ le trên hình dưới đây Hãy cho biết:

Đây là sơ đồ nguyên lý của bảo vệ gì? Trình bày nguyên lý làm việc của bảo vệ và phạm

vi ứng dụng

Trang 3

Câu 6.

vi ứng dụng

Câu 7.

vi ứng dụng

Câu 8.

Trang 4

vi ứng dụng

Câu 9.

vi ứng dụng

Câu 10 :

Hãy tìm hiểu tính năng và các thông số của rơ le số trên thị trường (SV được tùy chọn loại rơ le số để trình bày)

Nghệ An, ngày 5 tháng 12 năm 2022

Võ Tiến Dũng

Trang 5

BÀI LÀM

Câu 1.

Cho đường dây 35 kV có chiều dài 12 km được làm bằng dây dẫn AC-120 (r =0,27 Ω/km0

và x =0,36 Ω/km) Hãy tính toán bảo vệ dòng điện cực đại, biết I0 lvmax= 500 + 10 (A), hện

số mở máy k = 1,65; hệ số an toàn k = 1,2; công suất ngắn mạch của hệ thống là S =mm at HT

400 MVA, X/R = 5

Ta có :

Sơ đồ thay thế:

Tổng trở dây:

Tổng trở ngắn mạch cuối đường dây:

Dòng ngắn mạch cuối đường dây:

Chọn sơ đồ 3BI (2BI) nối Y,

Sử dụng RL số ,

Chọn cài đặt:

Dòng khởi động thực tế:

Độ nhạy :

Trang 6

Câu 2

Hãy tính toán bảo vệ dòng điện cực đại và bảo vệ cắt nhanh cho một đường dây 22 kV, biết Ilvmax= 0,9 + 0,1.n (kA), hệ số mở máy k = 1,6, hệ số an toàn k = 1,2, dòng ngắnmm at mạch 3 pha cuối đường dây là I = 3,9 + 0,1N .n (kA).

Ta có : =0.9+0,1.37=4,6(KA)=4600(A)

=3,9+0,1.37=7,6(KA)

Chọn sơ đồ 3BI(2BI) nối Y, =1

Sử dụng Role số , =0,96

Chọn cài đặt =10(A)

Độ nhạy :

Dòng khởi động của Role cắt nhanh

Chọn =10(A)

= 10 =9400(A)=9,4(kA)

Độ nhạy :

1

Trang 7

d d H

Câu 3

Đường dây 22 kV, chiều dài 12 km được làm bằng dây dẫn AC-120 (r =0,27 Ω/km và0

x0=0,36 Ω/km), công suất ngắn mạch của hệ thống là S = 200 MVA Hãy tính toán bảoHT

vệ dòng điện cắt nhanh, lấy hệ số an toàn k = 1,2.at

Ta có :

Ta có dòng làm việc cực đại:

Sơ đồ thay thế:

Utb= 1,05.U = 1,05.22 = 23 kVđm

X

HT

U 2

= tb

S HT = 200232 = 2,65 (Ω)

Tổng trở dây:

Zd =(r0 + jx 0).LAB= (0,27 + j0,36).12 = 3,24 + j4,32 (Ω) ⇒|Zd|=5,4 (Ω)

Tổng trở ngắn mạch cuối đường dây:

ZN 2 =√ R2+( X + X )2= √3,24 +(4,32+2,65)2 2= 7,7 (Ω)

Dòng điện NM cuối đường dây:

Dòng điện NM đầu đường dây

Chọn sơ đồ biến dòng sao đủ, n = 5300/5= 1060, K = 1

Trang 8

Dòng khởi động của Role cắt nhanh:

Chọn =2(A)

=2 =2120(A)=2,12(kA)

Độ nhạy :

1 Phạm vi bảo vệ :

m%=

M%=

=66,9%>30% => ĐẠT

Câu 4.

Tính toán bảo vệ khoảng cách cho đường dây 220 kV cho sơ đồ dưới đây Biết Imax= 500+

10.n (A), dây dẫn AC-185 (r = 0,17 Ω/km và x = 0,38 Ω/km) Chiều dài dây: L = 89 km,0 0 AB

LBC= 108km, hệ số mở máy k = 1,6; hệ số an toàn k = 1,2.mm at

Ta có :

Chọn cài đặt dòng khởi động :

Chọn sơ đồ 3BI nối sao ,

Tỷ số :

Chọn BU có :

Chọn sử dụng Role số :

Dòng khởi động tính toán của Role:

Trang 9

Chọn giá trị cài đặt Role :

Chọn cài đặt bảo vệ cấp 1:

Điện trở qua Role :

(Chọn bé thua 1,2 lần => =3 ) Tổng trở khởi động thực tế:

Độ nhạy:

Chọn cài đặt bảo vệ cấp 2:

Qua Role ;

Chọn

Tổng trở khởi động thực tế ;

Chọn cài đặt bảo vệ cấp 1 cho đoạn BC:

Chọn

Tổng trở thực tế:

Độ nhạy :

Trang 10

Đây là sơ đồ nguyên lý của bảo vệ gì? Trình bày nguyên lý làm việc của bảo vệ và phạm vi ứng dụng

-Từ sơ đồ trên ta thấy đây là sơ đồ nguyên lý của bảo vệ dòng cực đại có kiểm tra áp

-Nguyên lý làm việc của bảo vệ:

Để phân biệt giữa ngắn mạch và quá tải, đồng thời nâng cao độ nhạy về dòng của bảo vệ dòng cực đại, người ta dùng sơ đồ bảo vệ dòng có kiểm tra áp Khi ngắn mạch thì dòng điện tăng và điện áp giảm xuống do vậy cả rơle dòng RI và rơle áp RU đều khởi động dẫn đến cắt máy cắt Trong trường hợp này, dòng khởi động của bảo vệ được tính theo biểu thức:

Trong biểu thức trên không cần kể đến Kmm vì sau khi cắt ngắn mạch ngoài các động cơ tự khởi động nhưng không làm điện áp giảm nhiều, các rơle RU không khởi động và bảo vệ không thể tác

động được Rõ ràng là khi không kể đến hệ số Kmm thì dòng khởi động của bảo vệ dòng có kiểm

tra áp sẽ nhỏ hơn nhiều so với dòng khởi động của bảo vệ dòng cực đại và tương ứng độ nhạy được nâng cao đáng kể

-Phạm vi ứng dụng:

Dùng làm bảo vệ chính trong mạng điện có một nguồn cung cấp đến 35KV(mạng cung cấp ) Đối với mạng điện áp cao hơn chỉ được làm mạng dự phòng

Trang 11

Câu 6 : Cho sơ đồ nguyên lý bảo vệ rơ le trên hình dưới đây Hãy cho biết:

vi ứng dụng

Sơ đồ nguyên lý bảo vệ dòng điện có hướng nguồn thao tác xoay chiều

Nguyên lí làm việc :Sơ đồ bảo vệ dòng có hướng với nguồn thao tác xoay chiều Đặc điểm của sơ đồ là dùng nguồn thao tác xoay chiều là các cuộn cắt 1 MC và 2MC, được lấy điện

từ máy biến dòng 1BI và 2BI Khi có sự cố ngắn mạch xảy ra trong vùng bảo vệ rơ le dòng

sẽ có tác động đóng tiếp điểm thường mở của mình cấp nguồn cho rơ le gắn Rt , sau một khoảng thời gian xác định tiếp điểm thường mở của rơ le thời gian đóng mạch cung cấp điện cho các cuộn dây của rơ le trung gian 3RG và 4RG Các rơ le trung gian có 2 cặp tiếp điểm ( thường đóng và thường mở ) các cặp tiếp điểm của rơ le này làm hở mạch nối tắt và đóng mạch của các cuộn cắt do đó cuộn cắt được cấp điện từ bộ nguồn 1BN và 2BN làm máy cắt tác động cắt phần tử sự cố ra khỏi mạng điện

Phạm vi ứng dụng : bảo vệ dòng điện cực đại có hướng được áp dụng rộng rãi với vai trò chính trong mạng điện 2 nguồn cung cấp từ 35KV trở xuống Đối với các mạng điện áp cao hơn bảo vệ dòng điện cực đại có hướng được áp dụng với vai trò bảo vệ dự phòng

Trang 12

Câu 7 : Cho sơ đồ nguyên lý bảo vệ rơ le trên hình dưới đây Hãy cho biết:

vi ứng dụng

Dòng khởi động của bảo vệ IKĐ, tức là dòng nhỏ nhất đi qua phần tử được bảo vệ mà có thể làm cho bảo vệ khởi động, cần phải lớn hơn dòng phụ tải cực đại của phần tử được bảo vệ để ngăn ngừa việc cắt phần tử khi không có hư hỏng

Có thể đảm bảo khả năng tác động chọn lọc của các bảo vệ bằng 2 phương pháp khác nhau về nguyên tắc:

Phương pháp thứ nhất - bảo vệ được thực hiện có thời gian làm việc càng lớn khi bảo vệ càng đặt gần về phía nguồn cung cấp Bảo vệ được thực hiện như vậy được gọi là BV dòng điện cực đại làm việc có thời gian

Phương pháp thứ hai - dựa vào tính chất: dòng ngắn mạch đi qua chỗ nối bảo vệ sẽ giảm xuống khi

hư hỏng càng cách xa nguồn cung cấp Dòng khởi động của bảo vệ IKĐ được chọn lớn hơn trị số lớn nhất của dòng trên đoạn được bảo vệ khi xảy ra ngắn mạch ở đoạn kề (cách xa nguồn hơn) Nhờ vậy bảo vệ có thể tác động chọn lọc không thời gian Chúng được gọi là bảo vệ dòng điện cắt nhanh

Các bảo vệ dòng điện cực đại làm việc có thời gian chia làm hai loại tương ứng với đặc tính thời gian độc lập và đặc tính thời gian phụ thuộc có giới hạn Bảo vệ có đặc tính thời gian độc lập là loại bảo vệ có thời gian tác động không đổi, không phụ thuộc vào trị số của dòng điện qua bảo vệ Thời gian tác động của bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc giới hạn, phụ thuộc vào dòng điện qua bảo

vệ khi bội số của dòng đó so với dòng IKĐ tương đối nhỏ và ít phụ thuộc hoặc không phụ thuộc khi bội số này lớn

Trang 13

: Cho sơ đồ nguyên lý bảo vệ rơ le trên hình dưới đây Hãy cho biết

Câu 8

Đây là sơ đồ bảo vệ khoảng cách

Trong trường hợp chung, bảo vệ khoảng cách có các bộ phận chính như sau:

* Bộ phận khởi động: có nhiệm vụ :

- Khởi động bảo vệ hư hỏng vào thời điểm phát sinh hư hỏng

- Kết hợp với các bộ phận khác làm cấp bảo vệ cuối cùng

Bộ phận khởi động thường được thực hiện nhờ rơle dòng cực đại hoặc rơle tổng trở cực tiểu

* Bộ phận khoảng cách : đo khoảng cách từ rôle nối bảo vệ đến điểm hư hỏng, thực hiện bằng rơle tổng trở

* Bộ phận tạo thời gian: tạo thời gian làm việc tương ứng với khoảng cách đến điểm hư hỏng, được thực hiện bằng một số khoảng thời gian khi bảo vệ có đặc tính thời gian nhiều cấp

* Bộ phận định hướng công suất: để ngăn ngừa tác động bảo vệ khi hướng công suất rút ngắn mạch

từ đường dây được bảo vệ đi vào thanh đóng góp của trạm, được thực hiện bằng cách chuyển hướng công suất định hướng riêng biệt hoặc kết hợp trong bộ bộ phận khởi động và khoảng cách, nếu các bộ phận này thực hiện bằng rơle tổng trở có hướng

Trên hình là sơ đồ nguyên lý một pha của khoảng bảo vệ có đặc tính thời gian nhiều cấp, có bộ phận khởi động dòng điện, không có phần tử nào thực hiện nhiệm vụ chung của một số bộ phận

Bộ phận khởi động sử dụng rơle dòng 3RI, bộ phận định hướng công suất - 4RW, bộ phận khoảng cách - cấp I: 5RZ, cấp II: 6RZ, và bộ phận tạo thời gian - cấp I: 8RGT, cấp II: 10RT, cấp III: 7RT

Trang 14

Khi rút ngắn mạch trong vùng bảo vệ, 3RI và 4RW sẽ khởi động và khớp nối tiếp điểm của chúng, cực (+) của nguồn thao tác được đưa đến điểm tiếp theo của 5RZ, 6RZ và đến cuộn dây của 7RT Nếu mạch ngắn xảy ra trong phạm vi vùng I, các rơ le 5RZ, 8RGT sẽ khởi động và qua rơle 9Th sẽ xung đột cắt 1MC với thời gian tI Nếu xảy ra hư hỏng ở xa hơn trong vùng II, rơ le 5RZ không khởi động được, rơle 6RZ và 10RT được tạo ra trong khoảng thời gian thứ 2 của cấp II sẽ khởi động và cho xung đột đi cắt 1MC qua rơ le 11Th Khi rút ngắn mạch xa hơn nữa trong vùng III, các

rơ le 5RZ và 6RZ sẽ không khởi động, 1MC bị cắt theo thời gian tIII được tạo nên bởi 7RT qua 12Th Như vậy, trong sơ đồ đang xem xét bộ phận khoảng cách không kiểm soát vùng III và khi rút ngắn mạch trong vùng đó bảo vệ (theo hình ) sẽ hoạt động như một dòng bảo vệ cực đại có hướng

Câu 9 : Cho sơ đồ nguyên lý bảo vệ rơ le trên hình dưới đây Hãy cho biết:

Dòng bảo vệ có đặc tính thời gian nhiều cấp (hay còn gọi là đặc tính thời gian phụ thuộc nhiều cấp) là sự kết hợp của các dòng bảo vệ cắt nhanh không thời gian, bảo vệ dòng cắt nhanh có thời gian và bảo vệ dòng cực đại Sơ đồ nguyên lý một pha bảo vệ như trên , thời gian đặc trưng trên hình

Nguyên tắc làm việc của bảo vệ được khảo sát thông qua sơ đồ mạng hình tia có nguồn cung cấp 1 phía như hình Bảo vệ A và B được đặt ở đầu đường dây AB và BC Sự thay đổi giá trị của dòng rút ngắn theo khoảng cách từ thanh góp trạm A đến điểm hư hỏng được biểu thị bằng đường cong

IN = f(l)

* Cấp độ bảo vệ thứ nhất A và B (rơ le 3RI, 4RGT và 5Th trên hình 2.18) là cấp cắt nhanh không thời gian (tI 0,1 giây) Để đảm bảo bộ lọc được chọn, dòng khởi động IIKĐA và IIKĐB được  chọn lớn hơn dòng rút ngắn mạch ngoài cực đại Phần lIA và lIB của đường dây (xác định bằng đồ thị trên hình ) là vùng thứ nhất của bảo vệ A và B, chúng chỉ sử dụng một phần chiều dài của đường dây AB và BC

Trang 15

Câu 10 : Hãy tìm hiểu tính năng và các thông số của rơ le số trên thị trường (SV được tùy chọn loại rơ le số để trình bày)

Rơ le bảo vệ là một 1 loại thiết bị điện tử nó được dựa trên hoạt động của cuộn dây điện

từ tác động lên các bộ phận truyền động để phát hiện các điều khiển hoạt động bất thường như quá dòng,quá áp,dòng công suất ngược,tần số quá cao hoặc thấp

- Về cấu tạo được xây dựng từ các linh kiện bán dẫn chủ yếu là vi mạch số nên dôi khi gọi là rơ le bán dẫn kỹ thuật số

 Ưu điểm của rơ le

- Có độ tin cậy cao

- Có độ nhạy, độ chính xác cao

- Thời gian tác động nhanh do rơ le số không có phần động,không có quán tính cơ,quán tính điện nhỏ

- Kích thước trong lượng và không gian lắp đặt nhỏ

- Các thông số làm việc hiển thị rõ ràng đầy đủ có khả năng tự kiểm tra bản thân thiết bị

- Có chức năng ghi nhớ lưu trữ các số liệu và tình trạng hoạt động của thiết bị công tác thuận tiện cho người sử dụng trong vận hành

- Có khả năng kết nối với máy tính sử dụng chương trình phần mềm giúp rơ le số có chức và đặc tính làm việc phức tạp

 Nhược điểm

- Yêu cầu vận hành ,sửa chữa có trình độ cao

- Giá thành cao

- Phải có thiết bị dự phòng cao ,các rơ le điện cơ

Trang 16

- Phụ thuộc nhiều vào bên cung cấp hàng trong sửa chữa nâng cấp thiết bị

- Chất lượng làm việc chịu ảnh hưởng nhiều của môi trường lắp đặt nhất là độ

ẩm ,nhiệt độ.Ở việt nam cần phải trang bị máy điều hòa không khí cho phòng đặt thiết bị có sử dụng linh kiện bán dẫn

- Dòng tải đầu ra của rơ le số có bộ phận đầu ra bằng dụng cụ bán dẫn còn nhỏ ( 300 MA với Ulv = 24VDC ) để tăng dòng tải người ta phải sử dụng bộ phận đầu

ra bằng rơ le điện từ có dòng tải từ 2A 10A điện áp 250v AC đồng thời rơ le  điện tử còn cho phép cách ly về điện giữa rơ le số vè phần mạch tải sau rơ le

Tiêu đề	Tính toán thiết kế hệ thống bảo vệ
Tác giả	Nguyễn Việt Hoàng
Người hướng dẫn	Vũ Tiến Dũng
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Vinh
Chuyên ngành	Kỹ thuật điện
Thể loại	Bài tập lớn
Năm xuất bản	2022
Thành phố	Vinh

Định dạng
Số trang	18
Dung lượng	1,37 MB