Đồ án môn học bảo vệ rơ le

Máy biến dòng điện BI: có nhiệm vụ biến đổi dòng điện sơ cấp bất kì về dòng điện thứ cấp tiêu chuẩn 1A hoặc 5A và cách ly mạch thứ cấp của bảo vệ với điện áp cao và dòng điện lớn ở phía

ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ RƠ LE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

II Nội dung

Tính toán bảo vệ cho lưới điện đã cho

6 Tính toán bảo vệ quá dòng cắt nhanh, quá dòng cực đại, quá dòng thứ tự không đặt cho đoạn đường dây L

7 Kiểm tra sự làm việc của các bảo vệ cho các đối tượng nói trên

MỤC LỤ

CHƯƠNG I : CHỌN CÁC BI 5

CHƯƠNG II : XÂY DỰNG CÁC PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO ĐƯỜNG DÂY VÀ MÁY BIẾN ÁP 8

1 Các phương thức bảo vệ cho máy biến áp B1 và B2 8

2.1 Các phương thức bảo vệ cho đường dây L: 8

CHƯƠNG III : TRÌNH BÀY CÁC NGUYÊN LÝ BẢO VỆ RƠ LE SỬ DỤNG 10 1 Nguyên lí so lệch dòng điện 10

2 Nguyên lí của rơ le khí 10

3 Nguyên lí quá dòng điện 11

4 Nguyên lí bảo vệ so lệch thứ tự không ( bảo vệ chống chạm đất hạn chế ) 14

5 Nguyên lí bảo vệ chống quá tải máy biến áp 15

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 16

4.1 Tính giá trị điện kháng của các phần tử trong hệ thống trong các chế độ 16

4.1.1 Trong chế độ phụ tải cực đại 16

4.1.2 Trong chế độ phụ tải cực tiểu 17

4.2 Tính toán dòng ngắn mạch 18

4.2.1 Tính toán dòng ngắn mạch trong chế độ max 19

4.2.2 Tính toán dòng ngắn mạch trong chế độ cực tiểu 24

CHƯƠNG V:TÍNH TOÁN BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY 31

5.1 Tính toán bảo vệ quá dòng cắt nhanh 32

5.2 Tính toán bảo vệ quá dòng cực đại 33

5.3 Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian. 36

5.4 Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh 37

CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHO MÁY BIẾN ÁP 38

6.1 Tính toán bảo vệ so lệch có hãm của máy biến áp 38

1) Tính dòng khởi động của bảo vệ 38

2) Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ: 39

6.2 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh của MBA 41

6.3 Bảo vệ quá dòng cực đại của máy biến áp 42 6.4 Bảo vệ chống chạm đất cho MBA 43

CHƯƠNG I : CHỌN CÁC BI.

Máy biến dòng điện (BI): có nhiệm vụ biến đổi dòng điện sơ cấp bất kì về dòng điện thứ cấp tiêu chuẩn (1A hoặc 5A) và cách ly mạch thứ cấp của bảo vệ với điện

áp cao và dòng điện lớn ở phía sơ cấp

Điều kiện chọn BI:

dmI

i k

i l F

- k odd : hệ số dòng điện ổn định động, thông số này do nhà chế tạo quy định

- a: là khoảng cách giữa các pha

- : khoảng cách từ máy biến dòng đến sứ đỡ gần nhất

- k odn: là hệ số dòng ổn định nhiệt, thông số này do nhà chế tạo quy định

Ta thấy trên sơ đồ lưới đã cho ta cần sử dụng 5 BI dùng để bảo vệ trong đó có 4

BI dùng để bảo vệ máy biến áp B1, B2 và 1 BI dùng để bảo vệ cho đường dây L Tuy nhiên ta thấy hai máy biến áp giông nhau, đấu song song với nhau nên BI ởhai đầu sơ cấp và thứ cấp của 2 máy đều như nhau

- Ta có công thức xác định tỷ số biến đổi của máy biến dòng như sau:

n= I S

I T

Trong đó : IS: Dòng điện phía sơ cấp của BI

IT: Dòng điện phía thứ cấp của BI

- Chọn BI1 ở phía cao áp của máy biến áp:

Dòng điện phia cao áp của máy biến áp ở trong chế dộ làm việc bình thườngcủa BI1 là:

1 max

s T

BI

I

- Chọn BI2 ở phía hạ áp của máy biến áp:

Dòng điện làm việc lớn nhất phía hạ của máy biến áp BI2 là:

3 2

Khi đó ta có

2 1500

300 5

s T

Do máy biến áp B2 xét đến khi vận hành song song hai MBA hoặc xảy ra sự

cố cắt 1 MBA và không xét đến sự cố xếp chồng nên ta không xét đến trường hợp quá tải mà chỉ tính toán dòng điện làm việc chạy qua máy biến ap (B2) khi phụ tải cực đại

Dòng điện lớn nhất chạy qua BI3 là:

Khi đó ta có

11 5

s T

s T

BI

I

- Chọn BI5 cho đương dây L

Dòng điện chạy lớn nhất chạy trên dường dây L là:

max

3 max

max

9 cos 0,88 10 268,40

Llv

dm

P S

BI lv

s T

BI

I

CHƯƠNG II : XÂY DỰNG CÁC PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO ĐƯỜNG

DÂY VÀ MÁY BIẾN ÁP

1 Các phương thức bảo vệ cho máy biến áp B1 và B2

- Bảo vệ quá tải dùng : quá tải dòng điện, rơ le nhiệt độ

- Bảo vệ bão hòa mạch từ

 Sơ đồ bảo phương thức bảo vệ cho hai máy biến áp B1 và B2 (hình 1.1):

Hình 1.1: Bảo vệ cho máy biến áp.

2.1 Các phương thức bảo vệ cho đường dây L:

Đường dây L là đường dây trung áp (22kV) nên ta sử dụng các loại bảo vệ

Hình 1.2 : Bảo vệ cho đường dây.

CHƯƠNG III : TRÌNH BÀY CÁC NGUYÊN LÝ BẢO VỆ RƠ LE SỬ

DỤNG.

1 Nguyên lí so lệch dòng điện

Nguyên tắc tác động: là loại bảo vệ làm việc dựa trên nguyên tác so sánhbiên độ của dòng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ Nếu biên độ của dòng điệnvượt quá giá trị cho trước thì bảo vệ sẽ tác động

Vùng tác động của bảo vệ so lệch được giới hạn bằng vị trí đặt của hai tổmáy biến dòng ở đầu và ở cuối phần tử được bảo vệ , từ đó nhận được tín hiệudòng điện để so sánh

Hình 1.3 : Sơ đồ nguyên lí bảo vệ so lệch có hãm

Ở trong chế độ làm việc bình thường trong bình rơ le đầy dầu, các phao nổi lơ lửng trong dầu, tiếp điểm của rơ le ở trạng thái hở Khi khí bốc ra yếu , khí tập trung lên phía trên của bình rơ le dẩy phao số 1 xuống, rơ le gửi tín hiệu cấp 1 cảnhbáo Nếu khí bốc ra mạnh luồng dầu vận chuyển từ bình lên thùng dãn dầu xô phaothứ 2 chìm xuống gửi tín hiệu đi cắt máy biến áp.

Rơ le khí còn có thể tác động khi mức dầu trong bình rơ le hạ xuống thấp do dầu bị dò dỉ hoặc thùng biến áp bị thủng Để rơ le khí làm việc được dễ dàng người

ta tạo một độ nghiêng nhất định của ống dẫn dầu so với mặt phẳng nằm ngang Goc nghiêng ở khoảng từ 2- 50 đối với rơ le khí có 1 phao, từ 3-70 đối với rơ le có

2 phao Cấp cảnh báo thường tác động với lượng khí tập trung phía trên bình dầu

rơ le từ 100- 250cm3, cấp 2 tác động cắt máy biến áp khi tốc độ di chuyển của dầu qua rơ le

3 Nguyên lí quá dòng điện.

Nguyên tắc tác động: Nguyên lý quá dòng điện là loại bảo vệ tác động khidòng điện đi qua phần tử bảo vệ vượt quá giá trị dòng điện lâu dài cho phép Quádòng điện có thể do ngắn mạch hoặc quá tải

Theo phương pháp đảm bảo tính chọn lọc bảo vệ quá dòng chia làm hai loại:

- Bảo vệ quá dòng cực đại – kí hiệu 51,51N hoặc I> , I0>

- Bảo vệ quá dòng cắt nhanh – kí hiệu 50, 50N hoặc I>>, I0>>

 Bảo vệ quá dòng cực đại:

I> t 1

t 0

K t

I

I

I I

N

kd V

b)

Hình 1.4 Bảo vệ quá dòng cực đại (a- sơ đồ nguyên lý; b- chọn dòng điện khởi động).

- Dòng điện khởi động của rơle quá dòng có thời gian được chọn theo Ilvmax

đi qua phần tử bảo vệ:

max

.

kat : là hệ số an toàn , thường lấy kat = 1,1 ÷ 1,2

kmm : là hệ số mở máy, thường lấy kmm = 2 ÷ 5

ktv : là hệ số trở về, thường lấy kv = 0,85÷0,9 với rơle điện cơ,ktv =1đối với rơ le số

Ilvmax : dòng điện cực đại của đường dây bảo vệ

Nếu xét đến hệ số sơ đồ và hệ số máy biến dòng điện TI thì dòng điện khởi động của rơle bằng:

max

.

.

- Thời gian của bảo vệ được chọn theo nguyên tắc từng cấp, thời gian của

hai bảo vệ kề nhau được chọn lớn hơn nhau một lượng Δt Có thể chọn t Có thể chọn thời gian theo nguyên tắc độc lập hoặc phụ thuộc

- Thời gian tác động: Theo nguyên tắc bậc thang từng cấp là bảo vệ phía

trước gần nguồn hơn sẽ tác động sau bảo vệ phía sau-xa nguồn hơn 1 khoảng thời gian trễ định trước

ti=ti+1 +∆t với ∆t=0.3 ÷ 0.5s

- Có 2 loại đặc tính thời gian:

Đặc tính thời gian độc lập :thời gian làm việc của bảo vệ không phụ thuộc vào trị số dòng điện chạy qua bảo vệ.(hình a)

Đặc tính thời gian phụ thuộc : thời gian làm việc của bảo vệ tỉ lệ nghịch với dòng điện chạy qua bảo vệ Tức là dòng càng lớn thì thời gian tác động càng ngắn.(hình b)

t=f(It) với It=

N kđ I

I với It là dòng điện phụ thuộc

t

I t

D1

max min a)

L CN min CN

Hình 1.5 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh

( a- sơ đồ nguyên lý;b- cách chọn dòng điện khởi động).

- Dòng điện khởi động của quá dòng cắt nhanh : I kd k I at. Nngmax

Trong đó:

kat : là hệ số an toàn, thường lấy 1,2 ÷ 1,3

INngmax : là dòng ngắn mạch ngoài lớn nhất thường được tính theo ngắn mạch ba pha trực tiếp tại điểm N với chế độ làm việc cực đại của hệ thống

- Bảo vệ quá dòng cắt nhanh làm việc tức thời với thời gian rất bé 0,1s.

4 Nguyên lí bảo vệ so lệch thứ tự không ( bảo vệ chống chạm đất hạn chế )

- Nguyên tắc hoạt động: Là loại bảo vệ tác động khi có dòng điện

dò( dòng điện ở dây trung tính) và dòng khởi động được xác định bởicông thưc:

Ikđ = kat.Iđm

Trong đó:

kat: Là hế số an toàn (kat= 0,2-0,4)

Iđm: Là dòng điện định mức

Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lí của bảo vệ chống chạm đất

- Thời gian làm việc chọn theo nguyên tắc bậc thang phối hợp với thời

gian bảo vệ chống chạm đất đặt ở các phần tử lân cận

- Đối với máy biến áp có công suất lớn.

Trong chế độ làm việc bình thường và ngắn mạch chạm đất ngoài vùng bảo vệ,

IR : Là dòng điện dò ( dòng điện chạy trong cuộn dây trung tính của máy biến áp )

- Ngắn mạch trong vùng bảo vệ thì toàn bộ dòng chạm đất chạy qua rơ le

tạo ra dòng so lệch lớn làm cho rơ le tác động

5 Nguyên lí bảo vệ chống quá tải máy biến áp

a Sử dụng rơ le quá tải dòng điện,

- Là loại bảo vệ tác động khi dòng điện đi qua phần tử được bảo vệ vượt

quá 1 giá trị định trước

- Thời gian tác động phụ thuộc vào dòng điện quá tải t=f(I), nếu dòng điện

quá tải càng lờn thì thời gian tác động cang ngắn

- Không phản ánh được trạng thái của máy biến áp trước khi quá tải.

b Sử dụng rơ le nhiệt

- Phản ánh được trạng thái nhiệt độ của máy biến áp

- Có các cảm biến do nhiệt độ, để đo nhiệt độ ở những chỗ nóng nhất trong

cuộn dây, dầu, tùy theo mức độ tăng nhiệt mà nó có các cấp tác động khác nhau:

Khởi động quạt gió

Khởi động bơm dầu

Sa thải phụ tải

- Nếu tất cả các biện pháp trên mà vẫn không giảm được nhiệt độ thì rơ le

sẽ tác động để cắt máy biến áp ra khỏi lưới

CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH.

4.1 Tính giá trị điện kháng của các phần tử trong hệ thống trong các chế độ.Chọn Scb = 40 MVA, Ucb=Utb ở các cấp điện áp

1 1 0,02 0,02

0,1

40 0,394 10 0,298

23 2

- Sơ đồ thay thế thứ tự thuận

- Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch tương tự như sơ đồ thứ tự thuận nhưng

không có suất điện động

- Sơ đồ thay thế thứ tự không.

4.1.2 Trong chế độ phụ tải cực tiểu.

23 2,5 2,5 0,298 0 5

- Sơ đồ thay thế thứ tự thuận:

- Sơ đồ thay thế thứ tự nghịch tương tự như sơ đồ thứ tự thuận nhưng

không có suất điện động

- Sơ đồ thay thế thứ tự không.

E I

:

: 3 1

4.2.1 Tính toán dòng ngắn mạch trong chế độ max

- Sơ đồ thay thế thứ tự thuận của hệ thống

E I

N

E I

N

E I

N

N BI

BI

I

I I

Các dòng ngắn dòng ngắn mạch chạy qua BI tương tự như N(3) nhưng khac nhau về trí số.

Tại điểm ngắn mạch còn lại

Tính toán tương tự như tính toán tại điểm ngắn mạch N5, khi đó ta có bảng kếtquả dòng điện chạy qua các BI như sau:

Điểm ngắn mạch

Dạng ngắn mạch

4.2.2 Tính toán dòng ngắn mạch trong chế độ cực tiểu.

- Sơ đồ thay thế thứ tự thuận:

E I

N

E I

N

E I

+ Ngắn mạch N(1) và N(1,1)

Các dòng ngắn dòng ngắn mạch chạy qua BI tương tự như N(2) nhưng khac nhau về trí số

Tại điểm ngắn mạch còn lại

Tính toán tương tự như tính toán tại điểm ngắn mạch N5, khi đó ta có bảng kếtquả dòng điện chạy qua các BI như sau:

Điểm

ngắn

mạch

Dạngngắnmạch

CHƯƠNG V:TÍNH TOÁN BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY.

Ta có :

- Dòng ngắn mạch trên đường dây trong chế độ hệ thống cực đại như sau:

Dòng điện

Các dang NM

Các dang

5.1 Tính toán bảo vệ quá dòng cắt nhanh.

Khi đó

2 1

CN max

0 1

.5.2 Tính toán bảo vệ quá dòng cực đại

Dòng điện khởi động của rơle quá dòng có thời gian được chọn theo Ilvmax đi qua phần tử bảo vệ:

.

kat : là hệ số an toàn , thường lấy kat = 1,1 ÷ 1,2, chọn kat = 1,1

kmm : là hệ số mở máy, thường lấy kmm = 2 ÷ 5, chọn kmm = 2

ktv : là hệ số trở về, thường lấy kv = 0,85÷0,9 với rơle điện cơ,ktv =1đối với rơ le số, chọn kv = 0,85

Ilvmax : dòng điện cực đại của đường dây bảo vệ I Llvmax  268,40A

Khi đó:

1,1 2

268,40 694,68 0,85



Trong đó:

TMS : Là thời gian đặt của rơ le

IN: Dòng ngắn mạch chạy qua rơ le

a) Đặc tính thời gian làm việc trong chế độ hệ thống có công suất cực đại + Xét điểm N8 có IN8max=2,73 kA

8max

*

2,73

3,93 0,69468

N kdI

I I

N kdI

I I

+ Các điểm còn lại tính tương tự điểm N7 Khi đó ta có bảng kết quả tính toán như sau:

b) Đặc tính thời gian làm việc trong chế độ hệ thống có công suất cực tiểu+ Xét điểm N8 có IN8min=1,75 kA; TMS=0,198s

8

*

1,75

2,52 0,69468

N kdI

I I

N4 N5 N6 N7 N8INmin

c) Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ

Độ nhạy của bảo vệ được xác định bởi công thức

I k

Như vậy bảo vệ cực đại thỏa mãn yêu cầu về độ nhạy

5.3 Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian

-Dòng khởi động của bảo vệ được xác định bởi công thức:

Ikđ=kat.Iđm Trong đó:

kat là hệ số an toàn, kat=0,2-0,4 ( chọn kat=0,2)

Iđm là dòng điện định mức của phụ tải với Iđm= 268,40A

- Độ nhạy của bảo vệ được xác định bởi công thức

(1)

3 8min 1,7

1,5 53,6

5

10 32,6 8

N N kdI

I k

Như vậy bảo vệ cực đại thỏa mãn yêu cầu về độ nhạy

5.4 Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh

Dòng khởi động của bảo vệ được xác định bởi công thức:

Ikđ=kat.I0Nngmax Trong đó:

kat là hệ số an toàn, kat=0,2- 0,3 ( chọn kat=0,2)

I0Nngmax= I0N8max =1,93kA

Vậy Ikđ=0,2.1,93= 0,386 kA

- Thời gian tác động của bảo vệ là tức thì t<<0,01s

CHƯƠNG VI: TÍNH TOÁN BẢO VỆ CHO MÁY BIẾN ÁP.

6.1 Tính toán bảo vệ so lệch có hãm của máy biến áp.

1) Tính dòng khởi động của bảo vệ.

I I I I I I

+ Doạn đăc tính (a): So lệch ngưỡng thấp

Có dòng khởi động như sau: Ikđ = (0,3- 0,4).IđmB

IH : Là dòng điện hãm.

Khi đó Ikđ = 0,25.IH

+ Đoạn đặc tính (c):

Chọn điểm cơ sở có giá trị bằng 2,5 và độ dốc bằng 0,5

Ta có dòng điện so lêch của đoạn ( c) có dạng :ISL = a + 0,5IH, đường đặc tínhnày đi qua điểm cơ sở (2,5;0) khi đó ta có:

0  0,5.2,5a   a 1,25

Vậy dòng điện so lêch của đoạn (c) như sau: ISL = -1,25 + 0,5IH

+ Đoạn đặc tính (d) : Đoạn so lệch ngưỡng cao

Dòng so lệch ngưỡng cao đối với MBA 2 cuộn dây, ISL>> là giới nhạn phía trên của đường đặc tính (d)

Đoạn này rơ le tác động ngay lập tức mà không cần quan tâm đến dòng điện hãm

 

Với U N% 12,5% khi đó

1

100 8 12,5

2) Kiểm tra sự làm việc của bảo vệ:

 Để kiểm tra sự làm việc của bảo vệ ta xét trường hợp có dòng ngắn mạch ngoài lớn nhất

+ Xét với dòng điện lớn nhất qua bảo vệ khi ngắn mạch tại N4

Dòng ngắn mạch lớn nhất chạy qua bảo vệ của mỗi máy biến áp khi công suất

hệ thống đạt cực đại là dòng ngắn mạch 3pha tại điểm N4

Khi đó ta có dòng ngắn mạch chạy qua bảo vệ mỗi máy là

Dòng ngắn mạch nhỏ nhất chạy qua bảo vệ của mỗi máy biến áp khi công suất

hệ thống đạt cực tiểu là dòng ngắn mạch 2pha tại điểm N4

Khi đó ta có dòng ngắn mạch chạy qua bảo vệ mỗi máy là

I k I

atH k

 Bảo vệ chắc chắn, không tác động khi có sự cố ngắn mạch ở ngoài vùng bảo vệ

 Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ

Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ, dòng điên ISL=IH (do chỉ có 1 nguồn).Ta có biểu thức sau:

H H Htt

I k I



Để kiểm tra độ nhạy của bảo vệ ta xét dòng ngắn mạch nhỏ nhất khi xảy ra ngắn

mạch trong vùng bảo vệ ở chế độ công suất của hệ thống cực tiểu

- Khi ngắn mạch tại điểm N2

Từ những kết quả tính toán ở chương trên ta có

Dòng ngắn mạch nhỏ nhất khi ngắn mạch tại N2 là: I Nmin I N(2)2  37,65

Vậy ta có I SL I H I Nmin 37,65

Do đó điểm ngắn mạch N2 nằm trên đường thẳng ISL=IH và có IHtt=8

Kiểm tra dộ nhạy của bảo vệ:

37,65

4,71 2 8

H

thỏa mãn

- Khi ngắn mạch tại điểm N3

Từ những kết quả tính toán ở chương trên ta có

Dòng ngắn mạch nhỏ nhất khi ngắn mạch tại N3 là: I Nmin I N(2)2  7,04