Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 58 bằng dòng điện pha hoặc sử dụng các hài bậc cao (bậc 2, bậc 5) xuất hiện trong quá trình quá độ và khi mạch từ bị bão hòa. Một số trờng hợp sự cố có thể xảy ra: Trong vận hành bình thờng hoặc khi có ngắn mạch ngoài: Hình 3-6: Sơ đồ bảo vệ so lệch MBA Dòng I 2 đảo chiều vì vậy nó đổi dấu. I 2 = -I 1 suy ra 12 II = (3-6) Do vậy: 0III 21íl =+= (3-7) 11h 2II2II =+= (3-8) Bảo vệ sẽ tác động khi: I sl > I h còn dòng điện hãm I h tỷ lệ với 2 lần dòng chảy qua nó. Khi ngắn mạch xảy ra trong vùng bảo vệ, mỗi phía đợc cấp bởi các nguồn dòng nh nhau từ hai phía, trong trờng hợp này: 121íl 2IIII =+= (3-9) 11h 2II2II =+= (3-10) Các thành phần dòng so lệch và dòng hãm bằng nhau và tỷ lệ với hai lần dòng sự cố. Khi sự cố bên trong, chỉ cấp dòng từ một phía: Trong trờng hợp này: I 2 = 0 (3-11) Khi đó: 121íl IIII =+= (3-12) 121h IIII =+= (3-13) Các thành phần dòng so lệch và dòng hãm bằng nhau và tỷ lệ với dòng sự cố. Từ các kết quả trên cho thấy rằng với dòng sự cố bên trong thì dòng điện so lệch và dòng điện hãm bằng nhau (I sl = I h ). Vì vậy đặc tính sự cố bên trong là một đờng thẳng với độ rốc bằng 1. . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 59 Hình 3 - 7: Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch Đặc tính sự cố và đặc tính tác động của rơle đợc vẽ trên hình 3 - 7. Nhánh a : biểu thị giá trị dòng điện khởi động của bảo vệ, với mỗi máy biến áp coi nh là hằng số. Dòng điện này phụ thuộc vào dòng từ hóa MBA và sai số không đổi của biến dòng. Nhánh b : Đoạn đặc tính có kể đến sai số biến đổi của máy biến dòng, các sai số của bản thân rơle do sự điều chỉnh điện áp dới tải của MBA tạo nên, sai số của các BI đầu vào rơle. Nhánh c : Đoạn đặc tính có tính đến chức năng khóa bảo vệ khi xuất hiện hiện tợng bão hào không giống nhau ở các máy biến dòng. Nhánh d : Là giá trị dòng điện khởi động ngỡng cao của bảo vệ so lệch. Khi dòng điện so lệch I sl vợt quá giá trị ngỡng cao này, lệnh cắt đợc triển khai mà không phụ thuộc vào dòng điện hãm I h . Các dòng điện I sl , I h đợc biểu diễn trên trục tọa độ theo hệ tơng đối định mức. Nếu tọa độ đợc tính rơi vào vùng tác động thì rơle sẽ cho tín hiệu cắt, ngợc lại sẽ không cho tín hiệu cắt nếu tọa độ đợc tính rơi vào vùng khóa trên đồ thị đặc tính. Hãm các thành phần sóng hài bậc cao. Giá trị của dòng điện so lệch không chỉ do ngắn mạch ngoài mà còn do một số nguyên nhân nh: - Do dòng điện xung kích từ hóa khi đóng máy biến áp không tải gây ra. - Do hiện tợng quá kích thích máy biến áp. . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 60 3.4/ Hãm cộng thêm khi máy biến dòng bị bão hòa. Khi xảy ra ngắn ngoài vùng bảo vệ, ở thời điểm ban đầu giá trị dòng điện ngắn mạch có thể có trị số rất lớn làm cho máy biến dòng bị bão hòa dẫn đến xuất hiện dòng điện không cân bằng rất lớn, có thể có giá trị cao hơn ngỡng tác động nhỏ nhất (nhánh a) của đặc tính khởi động dẫn đến bảo vệ tác động nhầm. Để loại trừ hiện tợng này đối với rơle số 7UT51* có trang bị bộ phận phát hiện hiện tợng bão hòa, nó sẽ khóa bảo vệ trong vùng hãm cộng thêm (add-on stabiliztion). Độ rốc của đờng đặc tính hãm cộng thêm bằng 1/2 độ rốc đờng đặc tính nhánh b. Thời gian mở khóa của bảo vệ bằng 1/2 chu kỳ đầu tiên sau thời điểm bắt đầu sợ cố. Mặt khác khi phát hiện một sự cố bên ngoài, bảo vệ bị khóa trong một thời gian có thể lựa chọn (lâu nhất là 8 chu kỳ tơng đơng với 160 ms ở tần số 50Hz). Việc khóa bị xóa bỏ ngay khi điểm làm việc dịch chuyển chắc chắn (quá 2 chu kỳ) vào đặc tính sự cố. Hãm cộng thêm nó cho phép phát hiện một cách tin cậy sự cố diễn biến bên trong máy biến áp và ngay cả khi có sự cố bên ngoài, máy biến dòng bị bão hòa. 3.5/ Hãm hài. Giá trị dòng điện so lệch không chỉ do sự cố bên trong MBA mà còn do một sồ thành phần dòng điện khác tạo nên: Do dòng điện xung kích từ hóa khi đóng MBA không tải gây nên Do hiện tợng quá kích thích MBA (quá điện áp) Các nguyên nhân này khi phân tích thành phần dòng điện đều có chứa các thành phần sóng hài bậc cao nh phân tích dòng từ hóa MBA ngời ta thấy có các thành phần hài bậc 2, 3, 4, 5 vv Nhng trong đó thành phần sóng hài bậc 2 chiếm tỷ lệ lớn hơn cả. Hơn nữa khi phân tích dòng điện ngắn mạch thì thành phần sóng hài bậc 5 không có nên sóng hài bậc 2 đợc sử dụng cho mục đích ổn định bảo vệ chống lại hiện tợng quá dòng xung kích từ hóa khi đóng MBA không tải, khi thành phần sóng hài bậc 2 lớn hơn giá trị đặt, bảo vệ sẽ bị khóa. Còn khi xuất hiện hiện tợng quá kích thích (quá điện áp) có thành phần sóng hài bậc 5 chiếm phần lớn, do đó thành phần này đợc sử dụng cho mục đích ổn định. Bảo vệ sẽ bị khóa khi thành phần sóng hài bậc 5 lớn hơn giá trị đặt. Các đặc tính khóa bảo vệ đợc vẽ trên hình 3 - 8. . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 61 Hình 3 - 8: Đồ thị ổn định sóng hài bậc 2 và sóng hài bậc 5. 3.6/ Tác động cắt. Ngay khi sóng cơ bản của dòng điện so lệch đạt 85% giá trị đặt hoặc dòng hãm vợt quá 4 lần dòng định mức của MBA, bảo vệ tác động. Vì vậy tác động xảy ra ngay cả khi có sự cố bên ngoài do đó ghi sự cố và chỉ số bão hòa có thể làm việc. Tác động không đợc nhận ra khi dòng điện so lệch giảm xuống 70% giá trị đặt. Nếu lệnh cắt không đợc đa ra thì sự cố coi nh đã qua. Nếu đã có lệnh cắt, khi đó bộ đếm thời gian đợc khởi động. 3.7/ Sử dụng ở máy biến áp đơn pha. Trong các máy biến áp 1 pha, nó đợc thiết kế với một hoặc hai pha trên một cuôn dây, trong trờng hợp có hai pha, các cuộn dây có thể đợc quấn trên một hoặc hai lõi thép. Để đảm bảo các dòng điện sẽ đợc làm phù hợp một cách tối u, ngời ta luôn sử dụng hai đầu vào dòng điện ngay cả khi chỉ có một biến dòng trên một pha. Hai pha cuộn dây có thể đợc đấu nối tiếp (tơng ứng với cuộn dây đấu sao Y) hoặc song song (tơng ứng với cuộn dây đấu tam giác Góc lệch pha giữa các cuộn dây chỉ có thể là 0 hoặc 180 0 . . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 62 Hình 3 - 9: Ví dụ của MBA lực 1 pha. Giống nh các máy biến áp ba pha các dòng điện đợc làm cho phù hợp bởi các ma trận hệ số. Dạng chung của phơng trình này là: [] [][] nm I.Kk.I = (3-14) Trong đó: [I m ]- Là ma trận dòng điện đã đợc biến đổi phù hợp (I A , I C ) k- Hệ số không đổi. [K]- Ma trận hệ số, phụ thuộc vào tổ nối dây MBA. [I n ]- Ma trận dòng điện (I L1 , I L3 ). Vì góc lệch pha giữa các cuộn dây chỉ có thể là 0 hoặc 180 0 việc điều chỉnh này chỉ thích hợp đối với cách đối sử với dòng thứ tự không. Nếu điểm đấu sao của máy biến áp đợc bảo vệ không nối đất (hình 3-9) thì phơng trình ma trận khi đó là: = L2 L1 B A I I . 1 0 0 1 1. I I (3-15) Nếu điểm đấu sao của máy biến áp đợc nối đất, lúc này dòng thứ tự không phải đợc loại trừ, bằng cách tạo ra các sai lệch dòng. Phơng trình ma trận khi đó là: = L2 L1 B A I I . 1 1 1 1 . 2 1 I I (3-16) Điều bất lợi của việc loại trừ dòng thứ tự không là làm cho bảo vệ kém nhạy hơn (hệ số 1/2). Trong trờng hợp có một sự cố chạm đất bên trong vùng đợc bảo vệ. Độ nhạy với sự cố chạm đất cao hơn có thể đạt đợc nếu có đợc dòng trung tính bằng cách đặt máy biến dòng trung tính cho máy biến áp nh hình vẽ: . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 63 Phơng trình ma trận cho cuộn dây nối đất khi đó là: + = st st L2 L1 B A I I . 2 1 I I . 1 0 0 1 1. I I (3-17) Trong đó: I st - là dòng trung tính của cuộn dây nối đất. Dòng thứ tự không đợc loại trừ bằng thành phần này khi có sự cố bên ngoài (minh họa trên hình 3 - 10) nhng nó đợc phát hiện đầy đủ khi có sự cố chạm đất trong vùng đợc bảo vệ. Xử lý các đại lợng đo đợc khác và ma trận cắt cũng giống nh bảo vệ so lệch đối với máy biến áp 3 pha. 4/ Bảo vệ chạm đất có giới hạn máy biến áp. 4.1/ Nguyên lý của bảo vệ. Bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự không dùng để bảo vệ chống sự cố chạm đất trong các máy biến áp lực, cuộn kháng shunt, máy điện quay mà có điểm chung tính trực tiếp nối đất. Nó cũng có thể sử dụng để bảo vệ cho máy biến áp có chung tính cách điện với đất hoặc máy biến áp có cuộn dây nối tam giác, khi đó phải sử dụng các trung tính nhân tạo. Điều kiện trớc hết là có một biến dòng đặt trên dây trung tính nối đất. Biến dòng trung tính và biến dòng 3 pha xác định chính xác các giới hạn của vùng đợc bảo vệ. Hình 3 - 11: Bảo vệ so lệch dòng thứ tự không MBA có nối đất trực tiếp Hình 3 - 10: Ví dụ cho MBA 1 pha . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 64 Hình 3 - 12: Bảo vệ so lệch dòng thứ tự không MBA có cuộn dây nối tam giác với điểm trung tính giả Trong điều kiện vận hành bình thờng không có dòng điện đi qua trung tính và điểm đấu sao của các máy biến dòng ở các pha. Tức: I A + I B + I c = 0 (3-18) Và: I L1 + I L2 + I L3 = 0 (3-19) Khi có một sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ, sẽ xuất hiện dòng thứ tự không ở trung tính máy biến áp (I o1 ) và dòng thứ tự không ở các pha (I o2 ). Các dòng này bằng nhau về độ lớn và cùng chiều. Khi đó: I sl0 = I o1 + I o2 khác 0 nên bảo vệ sẽ tác động. Ngợc lại khi xảy ra chạm đất ngoài vùng bảo vệ, dòng điện qua dây trung tính máy biến áp (I o1 ) và dòng điện d trên dây trung tính của các biến dòng pha (I o2 ) sẽ bằng nhau về độ lớn và ngợc pha với nhau nên: I Slo =I o1 + I o2 = 0 nên bảo vệ không tác động. Ngoài ra dòng không cân bằng có thể tồn tại do bão hòa các máy biến dòng không giống nhau, bão hòa này cũng có thể làm cho bảo vệ tác động nhầm. Để khắc phục hiện tợng này bảo vệ chống sự cố chạm đất có bộ phận khóa bảo vệ với dòng thứ tự không khi chạm đất ngoài vùng bảo vệ. 4.2/ Đánh giá các đại lợng đo đợc. Chức năng khóa bảo vệ bằng cách so sánh dòng điện đi qua trung tính nối đất với dòng điện thứ tự không tổng ở các pha. Ta có: 01sl II = (3-20) ) 02010201h IIII( .k I += (3-21) . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 65 Trong đó: I sl0 : Dòng điện đặt của bảo vệ. I h : Dòng điện hãm (hay dòng điện lấy mẫu) k: Hệ số, trờng hợp chung giả thiết k = 1. Bảo vệ sẽ tác động cho tín hiệu cắt máy biến áp khi I sl0 > I h . Dới đây xét một số trờng hợp sự cố có thể xảy ra: Sự cố chạm đất ngoài vùng bảo vệ. Dòng điện thứ tự không (I o1 ) và dòng d trên dây trung tính của các máy biến dòng pha (I o2 ) cùng độ lớn và ngợc chiều nhau. I o1 = -I o2 . (3-22) Do vậy: 01sl II = (3-23) 0102010201h 2I)IIII(I =+= (3-24) Bảo vệ sẽ tác động khi I sl0 > I h . Trong trờng hợp này dòng I h > 2I sl0 nên bảo vệ không tác động. Sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ phía cuộn dây nối hình sao mà không có nguồn ở phía cuộn dây nối hình sao đó. Khi đó: I o2 =I l1 +I l2 +I l3 =0 (3-25) 01slo II = (3-26) Suy ra: 0IIIII 02010201h =+= ) (2-27) Bảo vệ sẽ tác động cắt máy cắt máy biến áp vì I sl0 > I h . Sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ ở phía cuộn dây nối hình sao có nguồn đi đến. Trong trờng hợp này ta có: I o1 =I o2 suy ra 01sl II = (3-28) 0102010201h 2I)IIII(I =+= (3-29) Từ kết quả trên ta thấy khi sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ dòng điện hãm (I h < 0) vẫn thỏa mãn điều kiện I sl0 > I h và bảo vệ sẽ tác động cắt máy cắt máy biến áp. Tuy nhiên việc giả thuyết I o1 và I o2 trùng pha nhau trong trờng hợp sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ và ngợc pha nhau khi xảy ra sự cố chạm đất ở ngoài vùng bảo vệ, điều này chỉ có đợc khi máy biến dòng là lý tởng. Thực tế dòng điện I o1 và I o2 ở các phía lệch pha nhau. Đặc tính hãm đợc đặc trng bằng hệ số k, hệ số này phụ thuộc vào góc lệch pha cho trong bảng dới đây. . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 66 Bảng 3-1 130 0 120 0 110 0 100 0 90 0 k 1 1.4 2 4 Dới đây minh họa đờng đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch dòng thứ tự không hình 3 - 13. Hình 3 - 13: Đặc tính làm việc của bảo vệ chống chạm đất phụ thuộc vào góc lệch pha giữa I 01 và I 02 . Đặc tính vẽ cho trờng hợp I 01 =I 02 (=180 0 khi ngắn mạch chạm đất ngoài vùng bảo vệ). Đồ thị minh họa quan hệ của I 01 và I 02 . Hình 3 - 14: Đồ thị quan hệ giữa I 01 và I 02 và góc pha = (I 01 , I 02 ) Từ đồ thị ta thấy nếu khi đó thành phần hãm bằng không. . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 67 5/ Một số chức năng khác trong 7UT51* 5.1/ Bảo vệ quá dòng có thời gian. Trong rơle bảo vệ so lệch 7UT51* đợc trang bị một bảo vệ quá dòng có thời gian tích hợp. Nó có thể làm việc cho bất cứ phía nào của đối tợng bảo vệ. Với 7UT512, bảo vệ quá dòng có thời gian có thể làm việc cho cả phía điện áp cao hoặc thấp của MBA, phía đầu cực hay trung tính của máy phát hay đông cơ vvcòn với 7UT513 thì bảo vệ quá dòng có thời gian có thể làm việc với bất cứ phía nào của MBA 3 cuộn dây, máy phát hay động cơ hoặc điểm rẽ nhánh có 3 phía. Nếu ta sử dụng 7UT513 đợc sử dụng cho MBA 2 cuộn dây, máy phát hay động cơ hoặc điểm rẽ nhánh có 2 phía thì bảo vệ quá dòng có thì gian có thể dùng bảo vệ cho một đối tợng ảo khác nếu muốn. Có thể dùng bảo vệ quá dòng nh bảo vệ quá dòng với thời gian độc lập hoặc phụ thuộc với đờng đặc tính thời gian đợc trang bị là loại rốc chuẩn (standard inverse time SIT), rất rốc (very inverse time VIT) và loại cực kỳ rốc (extremely invese time EIT) theo tiêu chuẩn IEC-253-3. Với thời gian tác động tính theo phơng trình: Đờng cong rốc chuẩn: = 1 14.0 02.0 m TDt td ; = 1 08.1 2 m TDt tv (3-30) Đờng cong rất rốc: = 1 5.13 m TDt td ; = 1 5.13 m TDt tv (3-31) Đờng cong cực kỳ rốc : = 1 80 2 m TDt td ; = 1 80 2 m TDt tv (3-32) Các giá trị tác động của bảo vệ quá dòng có thời gian luôn quy đổi theo dòng định mức của đối tợng bảo vệ. Nghĩa là với máy biến áp dòng định mức của cuộn dây đợc lấy từ công suất định mức và điện áp định mức của cuộn dây đó, còn với máy phát hay động cơ nó chính là dòng định mức của thiết bị hoặc với điểm rẽ nhánh là dòng định mức của nhánh đó. Trong điều kiện thao tác bằng tay khi có sự cố, bảo vệ quá dòng có thời gian có thể cung cấp lệnh cắt nhanh, thời gian trễ gán cho nó bị bỏ qua trong trờng hợp này Điều kiện cần là lệnh cắt phải đợc lặp qua một đầu vào nhị phân của rơle. . . dòng điện xung kích từ hóa khi đóng MBA không tải gây nên Do hiện tợng quá kích thích MBA (quá điện áp) Các nguyên nhân này khi phân tích thành phần dòng điện đều có chứa các thành phần. bậc cao nh phân tích dòng từ hóa MBA ngời ta thấy có các thành phần hài bậc 2, 3, 4, 5 vv Nhng trong đó thành phần sóng hài bậc 2 chiếm tỷ lệ lớn hơn cả. Hơn nữa khi phân tích dòng điện ngắn. Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 61 Hình 3 - 8: Đồ thị ổn định sóng hài bậc 2 và sóng hài bậc 5. 3 .6/ Tác động cắt. Ngay khi sóng cơ bản của dòng điện so lệch đạt