tài liệu thí nghiệm hệ thống điện

Mẫu ĐT05/BTN ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM HỌC PHẦN: THÍ NGHIỆM CHUYÊN MÔN NGÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN MÃ SỐ HỌC PHẦN: LAB505 SỐ TÍN CHỈ: 01 TC THÁI NGUYÊN – 2011 Mẫu ĐT05/BTN TS. NGÔ ĐỨC MINH, ThS. NGUYỄN HIỀN TRUNG ThS. VŨ VĂN THẮNG, ThS. LÂM HOÀNG LINH ThS. TRƯƠNG TUẤN ANH , ThS. ĐOÀN KIM TUẤN, ThS. LÊ TIÊN PHONG TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM HỌC PHẦN: THÍ NGHIỆM CHUYÊN MÔN NGÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN MÃ SỐ HỌC PHẦN: LAB505 SỐ TÍN CHỈ: 01 TC Trưởng Bộ môn Hệ thống điện (Ký và ghi rõ họ tên) TS. Ngô Đức Minh Trưởng khoa Điện (Ký và ghi rõ họ tên) TS. Trần Xuân Minh Mẫu ĐT05/BTN MỤC LỤC STT Tên bài thí nghiệm Trang 1 Bài 1. Bảo vệ quá dòng điện cực đại cho mạng điện hình tia nguồn cung cấp một phía, dùng rơle có đặc tính tác động độc lập 01 2 Bài 2.Bảo vệ quá dòng điện cực đại cho lưới điện hình tia nguồn cung cấp một phía, dùng rơle có đặc tính tác động phụ thuộc hạn chế 16 3 Bài 3. Bảo vệ cắt nhanh và bảo vệ cực đại cho máy biến áp, dùng rơle điện từ có đặc tính tác động độc lập 31 4 Bài 4. Bảo vệ so lệch dọc máy biến áp, dùng rơle số 7UT512 (SIEMENS) – Giới thiệu chức năng và cài đặt các thông số cho bảo vệ 43 5 Bài 5. Bảo vệ so lệch dọc máy biến áp, dùng rơle số 7UT512 (SIEMENS) 67 6 Bài 6. Tự động đóng máy biến áp dự phòng (TĐD) 75 Mẫu ĐT04/BTN BÀI 1 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN CỰC ĐẠI CHO MẠNG ĐIỆN HÌNH TIA NGUỒN CUNG CẤP MỘT PHÍA, DÙNG RƠLE CÓ ĐẶC TÍNH TÁC ĐỘNG ĐỘC LẬP SỐ TIẾT: 05 TIẾT Page | 1 Mẫu ĐT04/BTN Phần I. THÍ NGHIỆM 1.1. Mục đích thí nghiệm - Giúp cho sinh viên nắm vững thêm những phần lý thuyết đã học, biết áp dụng những kiến thức đó vào việc thiết kế một mạch bảo vệ quá dòng điện dùng rơle có đặc tính tác động độc lập trong hệ thống điện và phối hợp tác động chọn lọc giữa các cấp của bảo vệ, khi trong mạng có đặt nhiều cấp bảo vệ. - Tạo cho sinh viên khả năng nhận biết, kỹ năng đấu nối các thiết bị của mạch bảo vệ, quá trình tác động, sự liên kết giữa các phần tử logic. 1.2. Cơ sở lý thuyết 1.2.1. Giíi thiÖu chung vÒ b¶o vÖ qu¸ dßng ®iÖn Trong quá trình vận hành mạng điện không tránh khỏi hiện tượng dòng điện chảy qua thiết bị tăng vượt quá trị số định mức, gây nguy hiểm cho thiết bị bởi các hiệu ứng nhiệt và hiệu ứng cơ. Ví dụ, như quá tải hoặc ngắn mạch. Bảo vệ rơle làm việc dựa trên nguyên tắc là luôn kiểm soát giá trị dòng điện và sẽ tác động khi phát hiện sự tăng dòng điện đến bằng hay vượt quá giá trị khởi động của bảo vệ (I ≥ I kđbv ) gọi là bảo vệ quá dòng điện. Bảo vệ quá dòng điện được chia thành 2 loại là bảo vệ dòng điện cực đại và bảo vệ cắt nhanh, sự khác nhau cơ bản của 2 loại bảo vệ này được phân biệt dựa trên phương thức thực hiện phối hợp tác động chọn lọc khi có nhiều phân cấp bảo vệ. Tính tác động chọn lọc của bảo vệ dòng điện cực đại được thực hiện bằng cách chọn thời gian tác động cho từng bảo vệ khác nhau (cài đặt trên rơle thời gian), còn tính tác động chọn lọc của bảo vệ dòng điện cắt nhanh được thực hiện bằng cách chọn giá trị dòng khởi động cho từng bảo vệ khác nhau (cài đặt trên rơle dòng điện). Mô hình thí nghiệm là mạng hình tia gồm 2 trạm phân phối, có 1 nguồn cung cấp (hình 1.1a), từ trạm phân phối 1 có nhiều đường dây để cung cấp điện cho các trạm phân phối phía sau, trong đó có đường dây 1 cung cấp điện cho trạm phân phối 2, từ trạm này có đường dây 2 cung cấp điện cho trạm phân phối (hoặc phụ tải) ở cuối đường dây. Tại đầu mỗi đoạn đường dây có đặt một bộ bảo vệ dòng điện cực đại BV1, BV2. Đối với mạng có trung tính cách điện với đất bảo vệ thực hiện trên 2 pha, còn Page | 2 Hình 1.1 BV1 ~ I N Trạm 1 MC 1 t BV1 1 N-1 BV2 I N t’ 2 MC 2 Trạm 2 Trạm 3 2 t BV2 t t BV1 t BV2 ∆t ∆t a) b) Mẫu ĐT04/BTN đối với mạng có trung tính nối đất bảo vệ thực hiện trên 3 pha. Sơ đồ 3 pha của bảo vệ thể hiện trên hình 1.2 Bình thường trên mỗi đoạn đường dây đều có dòng làm việc tương ứng đi qua. Đối với các dòng này, các bảo vệ không tác động. Khi ngắn mạch xảy ra, ví dụ điểm N-1, dòng ngắn mạch IN chạy qua cả hai đoạn 1 và 2. Cả 2 bộ bảo vệ đặt ở đầu 2 đoạn đường dây này đều khởi động. Tuy nhiên theo yêu cầu tác động chọn lọc của bảo vệ thì chỉ BV2 được phép tác động cắt máy cắt MC2 là máy cắt gần chỗ sự cố nhất (BV1 chỉ tác động khi BV2 từ chối tác động). Để thực hiện được điều đó cần phải chọn dòng khởi động của bảo vệ cũng như thời gian tác động của bảo vệ theo những nguyên tắc nhất định. 1.2.2. Tính chọn các tham số của bảo vệ a) Xác định dòng khởi động của bảo vệ Xét ví dụ chọn dòng khởi động cho bảo vệ BV1. Giả thiết trước khi xẩy ra ngắn mạch trên đường dây 1 có dòng làm việc cực đại I lvmax (hình 1.3). Khi xảy ra ngắn mạch tại N 1 (tại thời điểm t 1 ) dòng trên đường dây tăng lên tới trị số I N . Sau khoảng thời gian tồn tại ngắn mạch t N , máy cắt MC2 cắt đoạn đường dây 2 ra (tại tại thời điểm t 2 ), lúc này dòng điện chạy trên đường dây 1 là: Page | 3 Tr¹m 1 Tr¹m 2 MC1 + ThG1 RI9 _ RI7 RI8 TrG1 - TH 2 A1 A2 A3 MC2 + ThG4 RI6 _ RI4 RI5 TrG2 - TH 5 A4 A5 A6 BV1 BV2 ~ H×nh 1.2 Mẫu ĐT04/BTN I mm = k mm .I lv max trong đó: k mm = 1,5 ÷ 2 - hệ số kể đến hiện tượng các phụ tải động cơ gia tốc trở về tốc độ làm việc trước ngắn mạch do điện áp được phục hồi sau khi cắt ngắn mạch ngoài. Tại thời điểm này BV1 phải trở về. Như vậy: max . tv m m lv I k I> max . . tv at mm lv I k k I= trong đó: k at = 1,1 ÷ 1,2 - hệ số an toàn Ta đã biết: tv tv kd I k I = và từ điều kiện suy ra biểu thức chọn dòng khởi động cho các bảo vệ: max . . at m m kdB V lv tv k k I I k = trong đó: k tv = 0,85 - hệ số trở về của rơle. Dòng điện khởi động của rơle: max . . . . . at m m lv kdB V kdR L sd sd B I tv B I k k I I I k k n k n = = trong đó: k sđ - hệ số sơ đồ kể đến cách nối máy biến dòng và rơle. Với sơ đồ hình sao k sđ = 1; với sơ đồ hiệu số k sđ = 3 ; n BI - tỉ số biến dòng. b) Xác định thời gian duy trì của bảo vệ Thời gian làm việc của các bảo vệ chọn theo nguyên tắc bậc thang (hình 1.1b). Page | 4 I I lvmax I N I mm I ’ lvmax Trước khi NM t Sau khi đã cắt NM Hình 1.3 t 1 t 2 t N Mẫu ĐT04/BTN Thời gian duy trì của bảo vệ đang xét lớn hơn thời gian duy trì của bảo vệ có thời gian duy trì lớn nhất ở cấp ngay sau bảo vệ tính theo hướng nguồn cung cấp. t n = t (n + 1) max + ∆ t Trong trường hợp này giả thiết: t (n+1)max = t 2 Và theo ta có: t BV1 = t BV2 + ∆t ∆t = (0,35 ÷ 0,6) s - cấp chọn lọc về thời gian tác động của bảo vệ 1.2.3. Giới thiệu thiết bị phục vụ bài thí nghiệm - Phòng thí nghiệm có một máy biến áp nhận điện áp 0,4 kV từ mạng hạ áp, nâng điện áp từ 0,4 kV lên 6 kV để cấp cho các tủ đo lường, các tủ máy cắt cao thế, hai máy cắt cao thế được dùng để cấp điện cho 2 máy biến áp hợp bộ 160 - 6/0,4 kV. Sơ đồ bố trí các thiết bị được thể hiện trên hình 1.4. - Để thực hiện bài thí nghiệm “Bảo vệ quá dòng điện cực đại cho mạng hình tia có một nguồn cung cấp, dùng rơle có đặc tính tác động độc lập” ta sử dụng một số rơle trong tủ bảo vệ số 5 (hình 1.5), các rơle dùng trong mạch bảo vệ này có sơ đồ đầu nối như hình 6. Giả thiết máy cắt MC1 để đóng cắt điện cho đường dây1 (hình 1.1), Bảo vệ quá dòng điện cực đại cho mạng hình tia có một nguồn cung cấp, dùng rơle có đặc tính tác động độc lập BV1 được đặt tại MC1. Máy cắt MC2 để đóng cắt điện cho đường dây 2 (hình 1.1), Bảo vệ quá dòng điện cực đại cho mạng hình tia có một nguồn cung cấp, dùng rơle có đặc tính tác động độc lập BV2 được đặt tại MC2. Dòng điện chạy qua các bảo vệ khi làm việc bình thường I lvmax và dòng điện ngắn mạch I N do người thực hiện thí nghiệm giả thiết và được cung cấp từ các nguồn tạo dòng điện (từ 0 - 30 A). Mạch điện thí nghiệm bảo vệ quá dòng điện cực đại 1 pha cho mạng hình tia có một nguồn cung cấp, dùng rơle có đặc tính tác động độc lập, bảo vệ 2 cấp được mô tả trên hình 1.7. Mạch điện thí nghiệm bảo vệ quá dòng điện cực đại 3 pha cho mạng hình tia có một nguồn cung cấp, dùng rơle có đặc tính tác động độc lập, bảo vệ 2 cấp được mô tả trên hình 1.3. 1.3. Thí nghiệm 1.3.1. Nội quy an toàn thí nghiệm: - Người thực hiện thí nghiệm phải nắm vững các nội quy an toàn do phòng thí nghiệm quy định, thông qua việc học nội quy có kiểm tra sát hạch. - Các thiết bị thí nghiệm chịu sự kiểm soát an toàn theo phân cấp của nhà nước phải đảm bảo có đầy đủ biên bản kiểm định an toàn của cấp có thẩm quyền. 1.3.2. Nội dung bài thí nghiệm: B ước 1: - Đóng cầu dao nguồn (dứt khoát). Page | 5 Mẫu ĐT04/BTN - Đóng Aptômát tổng AB1. - Đóng các Aptomát nhỏ: AB2, AB3, AB4, AB6. - Đóng MC1 và MC2 (KĐK5, KĐK6 ở vị trí MC). - Cắm dây nguồn vào ổ + bật công tắc. B ước 2 : Kiểm tra trị số I kđRL (tính tin cậy) - Vặn từ từ tay quay của BA tự ngẫu (kiểm tra thông mạch bằng cách tăng nhẹ nguồn dòng). - Khi mạch thông, đưa tay vặn về 0. - Tăng mạnh nguồn dòng đến giá trị I N (I N >I kdRL ) và quan sát xem hai bảo vệ có khởi động với dòng đã chỉnh định không. - Sinh viên ghi lại kết quả thí nghiệm. B ước 3: Kiểm tra t BV1 , t BV2 + tính chọn lọc - Tăng mạnh nguồn dòng đến giá trị I N. - Bấm đồng hồ đo thời gian và quan sát BV2 có tác động không và tác động với t đặt2 chưa (lúc đó MC2 sẽ cắt ra). - Sinh viên đọc và ghi lại t tđ2 Bước 4: Kiểm tra tính dự phòng của BV1 - Đóng MC2 + Vẫn giữ nguyên mạch. - Giả sử BV2 bị sự cố (lấy mảnh giấy giữ cho ThG4 của BV2 không tác động). - Bật công tắc nguồn và quan sát khi BV2 bị sự cố thì BV1 có tác động dự phòng cho BV2 với thời gian đã chỉnh định trên rơle không (khi đó MC1 sẽ cắt ra). - Sinh viên đọc và ghi lại kết quả thí nghiệm Bước 5: Sau khi thí nghiệm xong cắt nguồn như sau - Cắt MC1, MC2. - Cắt áptômát nhỏ: AB2, AB3, AB4, AB6. - Cắt áptômát tổng: AB1 - Cắt cầu dao tổng, mở cửa tủ cầu dao và treo biển “Cấm sờ có điện nguy hiểm chết người”. - Lắp hoàn trả lại sơ đồ bảo vệ trạm biến áp như cũ. 1.4. Chuẩn bị của sinh viên 1.4.1. Nhiệm vụ chuẩn bị trước ở nhà của sinh viên 1- Nghiên cứu bài giảng chương “Bảo vệ quá dòng điện” và các tài liệu mô tả về cấu tạo, nguyên lý làm việc của các loại rơle có liên quan đến mạch thí nghiệm, đồng Page | 6 Mẫu ĐT04/BTN thời nắm chắc sơ đồ nguyên lý phòng thí nghiệm. Tính toán các giá trị và ghi vào bảng 1.2. Bảng 1.1. Các giá trị đặt và tác động của rơle dòng điện PT40/6 Trị số đặt 1,5 1,8 2,1 2,4 2,7 3 Dòng khởi động rơle (A) 1,5 1,8 2,1 2,4 2,7 3 Bảng 1.2 S TT Các đại lượng Các trạm phân phối 1 2 1 Dòng điện làm việc cực đại qua các bảo vệ I lvmax (A) 2 Thời gian làm việc lớn nhất của bảo vệ các hộ tiêu thụ t (n+1)max (s) 3 Dòng ngắn mạch cực đại khi ngắn mạch trên thanh góp các trạm I max (A) 2- Chọn dòng khởi động I kđR cho các bảo vệ BV1, BV2 (hình 1.1) và các trị số đặt của chúng. Chọn I kđR theo biểu thức trong đó: k at = 1,1; k mm = 1,5; k tv = 0,85; k (3) sđ = 1; n BI = 300/5. Nếu I kđR là số lẻ thì trị số đặt của rơle là số lớn hơn gần nhất theo bảng 1.1. Page | 7 [...]... theo hỡnh thc bo v vn ỏp im thớ nghim ca sinh viờn c tng hp theo lp cú ch ký xỏc nhn Trng b phn ph trỏch thớ nghim Page | 10 Mu T04/BTN 1 2 3 4 6 7 8 5 Hình 1.4 Sơ đồ bố trí thiết bị điện trong phòng thí nghiệm năng lợng điện Page | 11 Mu T04/BTN A2 A1 Ri1 A3 Ri2 Ri4 Ri6 Ri5 TH2 TH1 A4 Ri3 TH3 RI7 TH4 RI8 Ri9 TH5 Thg 1 A5 T1 A6 A7 A8 T2 Ri 10 A9 T3 Ri 11 Ri 12 siemens A10 K4 00000000 K1 A11 K2 K3 A12... theo hỡnh thc bo v vn ỏp im thớ nghim ca sinh viờn c tng hp theo lp cú ch ký xỏc nhn Trng b phn ph trỏch thớ nghim Page | 24 Mu T04/BTN 1 2 3 4 6 7 8 5 Hình 2.5 Sơ đồ bố trí thiết b điện trong phòng thí nghiệm năng lợng điện Page | 25 Mu T04/BTN A2 A1 Ri1 A3 Ri2 Ri4 Ri6 Ri5 TH2 TH1 A4 Ri3 TH3 RI7 TH4 RI8 Ri9 TH5 Thg 1 A5 T1 A6 A7 A8 T2 Ri 10 A9 T3 Ri 11 Ri 12 siemens A10 K4 00000000 K1 A11 K2 K3 A12 . TUẤN, ThS. LÊ TIÊN PHONG TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM HỌC PHẦN: THÍ NGHIỆM CHUYÊN MÔN NGÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN MÃ SỐ HỌC PHẦN: LAB505 SỐ TÍN CHỈ: 01 TC Trưởng Bộ môn Hệ thống điện (Ký và ghi rõ họ tên) TS ĐT05/BTN ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM HỌC PHẦN: THÍ NGHIỆM CHUYÊN MÔN NGÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN MÃ SỐ HỌC PHẦN: LAB505 SỐ TÍN CHỈ: 01 TC THÁI NGUYÊN –. an toàn thí nghiệm: - Người thực hiện thí nghiệm phải nắm vững các nội quy an toàn do phòng thí nghiệm quy định, thông qua việc học nội quy có kiểm tra sát hạch. - Các thiết bị thí nghiệm chịu