Đồ án môn học bảo vệ rơ le

Đồ án môn học bảo vệ rơ le

PHẦN I :LÝ THUYẾT

Để thực hiện các chức năng và nhiệm vụ quan trọng trên, thiết bị bảo vệ phải thỏamạn những yệu cầu cơ bản sau:

- Độ tin cậy không tác động là mức độ chắc chắn rằng rơle hoặc hệ thống rơle

sẽ không làm việc sai

Tuỳ thuộc vào thiết bị được bảo vệ và đặc tính bảo vệ mà ta cần phải cân nhắctính kinh tế trong lựa chọn thiết bị bảo vệ sao cho có thể đảm bảo được các yêu cầu kĩthuật mà chi phí thấp nhất.

II.Nguyên lý làm việc của bảo vệ:

1.Bảo vệ quá dòng điện:

Là loại bảo vệ tác động khi dòng điện đi qua phần tử được bảo vệ vượt quá mộtgiá trị định trước Theo nguyên tắc đảm bảo tính chọn lọc chia thành 2 loại:

- Bảo vệ dòng điện cực đại

- Bảo vệ dòng điện cắt nhanh

a Bảo vệ dòng điện cực đại:

Là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn thời gian làm việc theo

nguyên tắc từng cấp, bảo vệ càng gần nguồn cung cấp thì thời gian tác động càng lớn

b Bảo vệ dòng điện cắt nhanh:

Là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn giá trị dòng điện tác động

lớn hơn giá trị dòng điện ngắn mạch ngoài max

2 Bảo vệ so lệch dòng điện:

Là loại bảo vệ làm việc theo nguyên tắc so sánh trực tiếp biên độ dòng điện ở hai

đầu phần tử được bảo vệ Nếu sự sai lệch vượt quá trị số cho trước thì bảo vệ sẽ tácđộng

3 Bảo vệ khoảng cách:

Bảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ dùng rơ le tổng trở có thời gian làm việc phụthuộc vào quan hệ giữa điện áp UR và dòng điện IR đưa vào rơ le và góc pha giữachúng

t = f(U R

I R , ϕ R)

Thời gian này tự động tăng lên khi khoảng cách từ chỗ đặt bảo vệ đến chỗ đặtbảo vệ tăng lên Bảo vệ đặt gần chỗ hư hỏng nhất có thời gian làm việc bé nhất

4.Bảo vệ dòng điện có hướng:

Là loại bảo vệ làm việc theo giá trị dòng điện tại chỗ nối rơ le và góc pha giữadòng điện ấy vơi điện áp trên thanh góp có đặt bảo vệ cung cấp cho rơ le Bảo vệ sẽtác điuộng khi dòng điện vào rơ le vượt quá giá trị chỉnh định trước và góc pha phùhợp với trường hợp ngắn mạch trên đường dây được bảo vệ

 Từ đó, thấy rằng bảo vệ dòng điện có hướng chính là bảo vệ dòng điệncực đại cộng thêm bộ phận làm việc theo góc lệch pha giữa dòng điện và

áp vào rơ le

4.Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất bé:

Thực chất là bảo vệ quá dòng sử dụng bộ lọc thứ tự không để lấy thành phầnthứ tự không của dòng 3 pha Khi có ngắn mạch 1 pha chạm đất sẽ xuất hiện dòng thứ

tự không vào rơ le Nếu dòng này lớn hơn giá trị đặt của rơ le thì sẽ tác động cắt máycắt

5.Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất lớn:

Bảo vệ này lấy dòng điện làm việc vào rơ le là dòng tổng của 3 BI đặt ở 3 pha

và thành phần dòng không cân bằng Người ta chọn dòng khởi động của rơ le lớn hơndòng không cân bằng tính toán nhân với 1 hệ số kat nào đó Nên khi có ngắn mạch 1pha chạm đất thì dòng vào rơ le lớn hơn dòng khởi động và bảo vệ tác động cắt máycắt Khi xảy ra các loại ngắn mạch khác thì thành phần 3 I0 không tồn tại và rơ lekhông tác động.

II Nhiệm vụ, sơ đồ nguyên lý làm việc, thông số khởi

động và vùng tác động của từng bảo vệ.

1 Bảo Vệ Qúa Dòng Điện

a) B o v quá dòng đi n c t nhanh (50): ả ệ ệ ắ

+ Nhiệm vụ: Cắt nhanh (tức thời hoặc cỡ 0,1s) phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống loại

bỏ dòng sự cố đảm bảo an toàn cho hệ thống và vẫn làm việc bình thường

+ Nguyên lý làm việc: Bảo vệ dòng điện cắt nhanh là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn dòng điện khởi động của bảo vệ lớn hơn trị số dòng ngắn điện mạch lớn nhất đi qua chỗ dặt bảo vệ khi có hư hỏng ỏ đầu phần tử tiếp theo

+ Thông số khởi động :

Dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh:

Ikđ_50 = kat * IN.ng max

Với: kat : hệ số an toàn Lấy kat = 1,2 ÷ 1,3

INng max : dòng ngắn mạch ngoài cực đại Thường lấy bằng giá trị dòng ngắn mạch lớn nhất tại thanh cái cuối đường dây

+ Vùng tác động : Vùng tác động của bảo vệ không bao trùm toàn bộ chiều dài đường dây được bảo vệ và thay đổi theo dạng ngắn mạch ,chế độ vận hành của hệ thống Phạm vi bảo vệ : Lcn-50max - Lcn-50min

B o v quá dòng c t nhanh : S đ nguyên lý ,ph m vi b o v , ch n Ikđ ả ệ ắ ơ ồ ạ ả ệ ọ

+ Nhi m v : C t nhanh (t c th i ho c c 0,1s) ph n t b s c ra kh i h ệ ụ ắ ứ ờ ặ ỡ ầ ử ị ự ố ỏ ệ

th ng lo i b dòng s c đ m b o h th ng v n làm vi c bình th ng ố ạ ỏ ự ố ả ả ệ ố ẫ ệ ườ

và không b h h i.ị ư ạ

+ Nguyên lý làm vi c: t ng t nh BV quá dòng c t nhanh nh ng b o v nàyệ ươ ự ư ắ ư ả ệ

ho t đ ng d a trên tr s dòng TTK Io c a đ ng dây đ c b o v Khi dòngạ ộ ự ị ố ủ ườ ượ ả ệnày l n h n Ikđ c a BV thì BV sẽ tác đ ng c t máy c tớ ơ ủ ộ ắ ắ

+ Thông s kh i đ ngố ở ộ :

Dòng đi n kh i đ ng c a BV:ệ ở ộ ủ

Ikđ_50N = kat * 3 * I0Nng max

V i: kat : h s an toàn L y kat = 1,2 ÷ 1,3ớ ệ ố ấ

I0Nng max: dòng ng n m ch TTK ngoài c c đ i ắ ạ ự ạ

+ Vùng tác đ ng : Cũng t ng t nh BV quá dòng c t nhanh nh ng vùng b o v ộ ươ ự ư ắ ư ả ệ

n đ nh h n khi ch đ v n hành h th ng thay đ i

Ph m vi b o v : Lạ ả ệ cn-50Nmax - Lcn-50Nmin

c) B o v quá dòng đi n có th i gian (51): ả ệ ệ ờ

+ Nhiệm vụ :Loại bỏ phần tử bị sự cố sau thời gian t (đã đặt) ra khỏi hệ thống nhằm loại bỏ dòng sự cố đảm bảo hệ thống vẫn làm việc bình thường không bị gián đoạn + Nguyên lý làm việc :Tính chọn lọc của BV dòng điện có thời gian được đảm bảo bằng nguyên tắc phân cấp chọn thời gian tác động Bảo vệ càng gần nguồn cung cấp thời gian tác động càng lớn

+ Thông số khởi động : -Dòng điện khởi động của bảo vệ

Ikđ51 = k*Ilvpt max

Với: k : hệ số chỉnh dịnh Lấy k = 1,6

Ilvpt max: dòng làm việc max

- Thời gian làm việc của bảo vệ : Có 2 loại đặc tính thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng có thời gian :(a) - Đặc tính độc lập

(b) - T/h đặc tuyến độc lập ; (c) - T/h đặc tuyến phụ thuộc

+ Vùng tác động : Toàn bộ đường dây

d) Bảo vệ quá dòng TTK có thời gian (51N):

Nhiệm vụ và nguyên lý làm việc cũng tương tự như BV quá dòng điện có thời gian nhưng nó làm việc theo dòng TTK của đường dây được bảo vệ

+ Thông số khởi động :

- Dòng khởi động của bảo vệ :

Ikđ_51N = k * Idđs BI

Với: k = 0,2

Idđs BI: dòng sơ cấp định mức BI

- Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng TTK có thời gian: được chọn theo từng cấp Thời gian làm việc của bảo vệ về phía nguồn cấp hơn bảo vệ phía đường dây

Sơ đồ nguyên lý làm việc của bảo vệ so lệch dòng điện có dạng như sau:

Dòng vào rơ le:

IR = 0 (trường hợp lý tưởng) Rơ le không tác động

Khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ N2 Ta có: IS1 ¿IS2, nên IT1 ¿IT2, nên IR =

Ikcbttmax = kđn.kkck.fimax.INMNmaxVới:

kđn: hệ số kể tới sự đồng nhất của các BI, bằng 0 khi các BI cùng loại, và

có cùng đặc tính từ hóa, hoàn toàn giống nhau, có dòng ISC như nhau

kđn = 1 khi các BI khác nhau nhiều nhất, 1 bộ có sai số, 1 bộ không

kkck: hệ số kể đến thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch ngoài

INMNmax: thành phần chu kì của dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất

fimax = 0,1: sai số cực đại cho phép của BI làm việc trong tình trạng ổn định

- Vùng tác động:

Bảo vệ so lệch có vùng tác động được giới hạn bởi vị trí đặt của 2 tổ BI ở đầu

và cuối đường dây được bảo vệ, là loại bảo vệ có tính chất tác động chọn lọc tuyệt đối,không có khả năng làm dự phòng cho các bảo vệ khác

3.Bảo Vệ Khoảng Cách

B o v kho ng cách là lo i b o v có b ph n c b n là b ph n đoả ệ ả ạ ả ệ ộ ậ ơ ả ộ ậkho ng cách làm nhi m v xác đ nh t ng tr t ch đ t b o v t i đi m ng nả ệ ụ ị ổ ở ừ ỗ ặ ả ệ ớ ể ắ

R le, dòng vào R le và góc l ch pha gi a chúng Th i gian này t đ ng tăng lênơ ơ ệ ữ ờ ự ộkhi kho ng cách tăng t ch h h ng đ n ch đ t b o v , b o v g n ch hả ừ ỗ ư ỏ ế ỗ ặ ả ệ ả ệ ầ ỗ ư

h ng nh t có th i gian làm vi c bé nh t vì th b o v kho ng cách v nguyênỏ ấ ờ ệ ấ ế ả ệ ả ề

t c đ m b o c t ch n l c đo n h h ng trong m ng có c u hình b t kỳ v i sắ ả ả ắ ọ ọ ạ ư ỏ ạ ấ ấ ớ ốngu n cung c p tuỳ ý và th i gian làm vi c t ng đ i bé.ồ ấ ờ ệ ươ ố

th c hi n nh R le t ng tr ự ệ ờ ơ ổ ở

+ B ph n t o th i gian: t o th i gian làm vi c t ng ng v i kho ng cách đ nộ ậ ạ ờ ạ ờ ệ ươ ứ ớ ả ế

đi m h h ng, đ c th c hi n b ng m t s R le th i gian khi b o v có đ cể ư ỏ ượ ự ệ ằ ộ ố ơ ờ ả ệ ặtính th i gian nhi u c p.ờ ề ấ

+ B ph n đ nh h ng công su t: đ tránh b o v tác đ ng nh m khi h ngộ ậ ị ướ ấ ể ả ệ ộ ầ ướcông su t ng n m ch t đ ng dây đ c b o v đi vào thanh góp c a tr m,ấ ắ ạ ừ ườ ượ ả ệ ủ ạ

đ c th c hi n b ng các R le đ nh h ng công su t riêng bi t ho c k t h pượ ự ệ ằ ơ ị ướ ấ ệ ặ ế ợtrong b ph n kh i đ ng và kho ng cách.ộ ậ ở ộ ả

4.Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất lớn:

Những mạng có dòng chạm đất lớn là những mạng có trung tính nối đất trựctiếp Những mạng này đòi hỏi bảo vệ phải tác động cắt máy cắt khi có ngắn mạch 1pha

Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ được trình bày như hình vẽ sau:

Ta thấy bảo vệ dùng ba biến dòng đặt ở 3 pha làm đầu vào cho 1 rơ le

W T : là thành phần dòng không cân bằng, sinh ra

do sự không đồng nhất của các BI

Sơ đồ chỉ làm việc khi xảy ra ngắn mạch 1 pha Còn khi ngắn mạch giữa cácpha thì bảo vệ không tác động do thành phần 3 I0 bằng 0

- Dòng khởi động:

Dòng khởi động được chọn như sau:

Ikđ ¿Ikcbtt0Tức là:

 Bảo vệ chống ngắn mạch 1 pha có thời gian làm việc bé hơn so với bảo

vệ quá dòng chống ngắn mạch giữa các pha và có độ nhạy cao hơn

- Áp dụng: trong các mạng có trung tính nối đất trực tiếp.

5.Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất bé:

- Nhiệm vụ: Bảo vệ cho các mạng có trung tính cách đất, hoặc nối đất qua cuộn dập hồ

quang, thường áp dụng cho các đường dây cáp

- Sơ đồ nguyên lý:

Vì giá trị dòng chạm đất bé nên những bảo vệ nối pha rơ le toàn phần khôngthể làm việc với những dòng chạm đất nhỏ như vậy Nên thực tế người ta phải dùngcác bộ lọc thành phần thú tự không như hình vẽ sau:

Ở điều kiện bình thường, ta có: IA + IB + IC = 0, từ thông trong lõi thép bằng 0

và mạch thứ cấp không có dòng điện nên I2 = 0, rơ le không làm viêc

Khi xảy ra chạm đất, có thành phần 3I0 chạy vào rơ le nên rơ le tác động

Đường dây 1: Phụ tải có P = 6MW; cosφ = 0,8

Đường dây 2: Phụ tải có P = 4MW; cosφ = 0,85

CHƯƠNG 1: CHỌN MÁY BIẾN DÒNG ( BI )

Chọn tỷ số biến dòng cho máy biến dòng BI1,BI2 dùng cho bảo vệ đường dâyD1, D2 Dòng điện sơ cấp danh định của BI chọn theo dòng công suất phụ tải Dòngthứ cấp lấy bằng 1A

Tỷ số biến đổi của máy biến dòng BI:

- ISdd : dòng điện danh định phía sơ cấp: Chọn ISdd ≥ Ilvmax = Icb: dòng điện làm việc lớn nhất đi qua BI

- ITdd : dòng điện danh định phía thứ cấp.(lấy ITdd =1A)

Dòng điện làm việc trên đường dây 2 là:

Dòng điện làm việc trên đường dây 1 là:

Tỷ số của máy biến dòng điện: n i=

ISdd

ITdd với ITdđ = 5ADòng điện sơ cấp danh định của BI1 là: I1 = 428,95A

Tỷ số biến dòng:

Dòng điện sơ cấp danh định của BI2 là: I2 = 165,38A

Tỷ số biến dòng:

Giả thiết trong quá trình tính toán ngắn mạch ta bỏ qua:

- Bão hòa từ

- Dung dẫn ký sinh trên đường dây, điện trở của cả MBA và cả đường dây

- Ảnh hưởng của phụ tải tới ngắn mạch

2.1.1 Các Đại Lượng Cơ Bản

Tính trong hệ đơn vị tương đối ta chọn:

Công suất cơ bản:S cb=S dđB=25MVA

Điện áp cơ bản: U¿cb=U tb các cấp=23kV;115kV; E HT=1

2.1.2 Điện kháng các phần tử

 Hệ Thống

S Nmax =2500 MVA ;S Nmin =2200 MVA ; X 0HT =0,8∗X 1HT

Giá tr đi n kháng th t thu n:ị ệ ứ ự ậ

XB1 XB2

Giá trị điện kháng thứ tự thuận:

Giá trị điện kháng thứ tự không:

2.2 Tính Dòng Ngắn Mạch Của Mạng Điện Ở Chế Độ Cực Đại

Để tính toán dòng ngắn mạch trong chế độ ngắn mạch không đối xứng ta sử dụng

phương pháp các thành phần đối xứng.Điện áp và dòng điện được chia làm 3

với: XΔ(n) là điện kháng phụ của loại ngắn mạch n

Trị số dòng điện ngắn mạch tổng tại các pha bị sự cố được tính theo công thức:

T

N1Xtđ

Trong hệ đơn vị có tên:

 Ngắn Mạch 2 Pha Với Nhau N(2)

2 1

X X

X I

I a a

T

N1Xtđ

T

N2Xtđ

EH

T

N2Xtđ

N1 0,0625 0,061 10,041 8,696 10,15 10,096 10,15 10,3 10,3 10,096N2 0,0887 0,128 7,0726 6,125 6,163 6,7061 6,163 5,46 6,16 7,07N3 0,115 0,198 5,457 4,726 4,399 5,0722 4,399 3,68 4,4 5,457N4 0,1412 0,267 4,4444 3,849 3,428 4,094 3,428 2,79 3,43 4,45N5 0,1674 0,336 3,7484 3,246 2,808 3,4348 2,808 2,25 2,81 3,75N6 0,1893 0,393 3,3151 2,871 2,44 3,0289 2,44 1,93 2,44 3,32N7 0,211 0,45 2,9742 2,576 2,159 2,7115 2,159 1,69 2,16 2,97N8 0,233 0,507 2,6934 2,333 1,935 2,4516 1,935 1,51 1,94 2,7

N9 0,255 0,565 2,461 2,131 1,751 2,237 1,751 1,36 1,75 2,46

Đồ thị dòng điện ngắn mạch ở chế độ phụ tải cực đại:

2.3 Tính Dòng Ngắn Mạch Của Mạng Điện Khi Phụ Tải Cực Tiểu

Ta có sơ đồ vị trí các điểm ngắn mạch khi phụ tải cực tiểu:

N1Xtđ

EHT

N1Xtđ

I( 1,1)kAN1 =m(1,1).I1N1(1,1 ) Icb= kADòng điện thứ tự không trong hệ đơn vị có tên:

Khi ngắn mạch tại điểm N1 thì không có dòng qua BI

Tính toán tương tự cho những điểm còn lại ta được:

N1 0,11636 0,1141 5,39 4,67 5,43 5,41 5,43 5,46 5,46 5,43

N2 0,14483 0,1829 4,33 3,75 3,98 4,18 3,98 3,69 3,98 4,33

N3 0,17106 0,2516 3,67 3,18 3,17 3,47 3,17 2,79 3,17 3,67N4 0,1973 0,3204 3,18 2,75 2,63 2,97 2,63 2,25 2,63 3,18N5 0,22352 0,3891 2,81 2,43 2,25 2,61 2,25 1,88 2,25 2,81N6 0,2454 0,4464 2,56 2,21 2,01 2,36 2,01 1,65 2,01 2,56N7 0,267 0,504 2,35 2,04 1,81 2,17 1,81 1,48 1,81 2,35N8 0,289 0,561 2,17 1,88 1,65 2 1,65 1,33 1,65 2,17N9 0,311 0,618 2,02 1,75 1,52 1,85 1,52 1,22 1,52 2,02

Đồ thị dòng điện ngắn mạch ở chế độ phụ tải cực tiểu

CHƯƠNG 3:TÍNH TOÁN THÔNG SỐ KHỞI VÀ XÁC ĐỊNH

VÙNG BẢO VỆ CHO CÁC BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY

Để bảo vệ cho đường dây ta sử dụng 2 phương án bảo vệ sau:

- Bảo vệ quá dòng cắt nhanh dòng pha và dòng thứ tự không

-Bảo vệ quá dòng có thời gian dòng pha và dòng thứ tự không

Sơ đồ bố trí thiết bị:

3.1 Bảo Vệ Quá Dòng Cắt Nhanh

 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh dòng pha:

Trị số dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh dòng pha được lựa chọn theo công thức:

I kđ (50) = K at I Nngmax

Trong đó: Kat : Hệ số an toàn (1,1÷ 1,2) Chọn Kat =1,15

INngmax : Dòng ngắn mạch ngoài cực đại là dòng ngắn mạch lớn nhất

thường lấy bằng giá trị dòng ngắn mạch trên thanh cái cuối đường dây

Dòng khởi động cho bảo vệ quá dòng cắt nhanh trên đoạn đường dây D2 là:

Dòng khởi động cho bảo vệ quá dòng cắt nhanh trên đoạn đường dây D1 là:

 Bảo Vệ Quá Dòng Thứ Tự Không Cắt Nhanh (50N)

Dòng kh i đ ng đ c ch n theo công th c sau:ở ộ ượ ọ ứ

Ikd50N=kat.I0Nngmax

Trong đó: kat - hệ số an toàn, lấy kat = 1,2

I0Nngmax : Dòng ngắn mạch ngoài cực đại là dòng ngắn mạch lớn nhất thường lấy bằnggiá trị dòng ngắn mạch trên thanh cái cuối đường dây

Dòng kh i đ ng cho b o v quá dòng c t nhanh trên đo n đ ng dây Dở ộ ả ệ ắ ạ ườ 2là:

Dòng kh i đ ng cho b o v quá dòng c t nhanh trên đo n đ ng dây Dở ộ ả ệ ắ ạ ườ 1là:

 B o V C t Nhanh Dòng Pha: ả ệ ắ

Ta xác định theo phương pháp hình học như sau:

0 2 4 6 8 10

12

IminN ImaxN IkđD2 IkđD1

Axis Title Axis Title

 Chế độ cực đại:

Bảo vệ 1 có l1CNmax = 4,5 km tương ứng với 75 % đường dây D1

Bảo vệ 2 có l2CNmax = 2,5km tương ứng với 50% đường dây D2

 Chế độ cực tiểu:

Bảo vệ 1 có l1CNmax = 1,5 km tương ứng với 25 % đường dây D1

Bảo vệ 2 có l2CNmax = 0 km tương ứng với 0 % đường dây

 Vùng bảo vệ của quá dòng cắt nhanh thứ tự không:

N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 0

2 4 6 8 10 12

Quan hệ dòng điện thứ tự không với chiều dài đường dây "chế độ max &min"

Imax 0 Imin0 D2 D1

Đường dây D1: tương ứng với 75% đường dây D1

Đường dây D2: tương ứng với 50 % đường dây D2

Ở chế độ cực tiểu:

Đường dây D1: tương ứng với 50% đường dây D1

Đường dây D2: tương ứng với 0% đường dây D2

3.2 Bảo vệ quá dòng có thời gian:

Dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng có thời gian được xác định theo

+ Chọn dòng khởi động cho bảo vệ quá dòng trên đoạn đường dây D2:

+ Chọn dòng khởi động cho bảo vệ quá dòng trên đoạn đường dây D1: