Tài liệu bảo vệ role chương 1.pdf

Chia sẻ tài liệu bảo vệ role chương1.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM Chương KHOA ĐIỆN KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 NHIỆM VỤ CỦA BẢO VỆ Trong trình vận hành hệ thống điện xuất trình trạng cố chế độ làm việc không bình thường phần tử Phần lớn cố thường kèm theo tượng dòng điện tăng cao điện áp giảm thấp Các thiết bị có dòng điện tăng cao chạy qua bị đốt nóng mức cho phép dẫn đến hư hỏng Khi điện áp giảm thấp hộ tiêu thụ làm việc bình thường, tính ổn định máy phát làm việc song song toàn hệ thống bị giảm Các chế độ làm việc không bình thường làm cho áp, dòng tần số lệch khỏi giới hạn cho phép để kéo dài trình trạng xuất cố Có thể nói, cố làm rối loạn hoạt động bình thường hệ thống điện nói chung hộ tiêu thụ điện nói riêng Chế độ làm việc không bình thường có nguy xuất cố làm giảm tuổi thọ máy móc thiếc bị Muốn trì hoạt động bình thường hệ thống hộ tiêu thụ điện xuất cố cần phát nhanh tốt chỗ cố để cách ly khỏi phần tử không bị hư hỏng, có phần tử lại trì hoạt động bình thường, đồng thời giảm mức độ hư hỏng cố Như có thiết bị tự động bảo vệ thực tốt yêu cầu nêu Các thiết bị hợp thành hệ thống bảo vệ Các mạng điện đại làm việc thiếu hệ thống bảo vệ, theo dõi liên tục trình trạng làm việc tất phần tử hệ thống điện ♣ Khi xuất cố, bảo vệ phát cho tín hiệu cắt phần tử hư hỏng thông qua máy cắt điện (MC) ♣Khi xuất chế độ làm việc không bình thường, bảo vệ phát tuỳ thuộc theo yêu cầu tác động để khôi phục chế độ làm việc bình thường báo tín hiệu cho nhân viên trực Hệ thống bảo vệ tổ hợp phần tử rơle, nên gọi bảo vệ rơle 1.2 CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI HỆ THỐNG BẢO VỆ 1.2.1 Các yêu cầu chống ngắn mạch a) Tính chọn lọc Khả bảo vệ cắt phần tử bị cố cố xảy gọi tính chọn lọc Đối với ví dụ hình 1.1, yêu cầu thực sau: Khi ngắn mạch (NM) điểm N1, máy cắt 3(MC3 ) máy cắt gần chỗ cố cắt ra, nhờ phụ tải không nối vào đường dây hư hỏng nhận điện Khi ngắn mạch điểm N2 đường dây cố II cắt từ GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN hai phía nhờ MC1 MC2, đường dây I làm việc, toàn hộ tiêu thụ nhận điện Yêu cầu tác động chọn lọc yêu cầu để đảm bảo cung cấp điện an toàn cho hộ tiêu thụ điện Nếu bảo vệ tác động không chọn lọc cố lan rộng Hình 1.1 Cắt chọn lọc phần tử bị hư hỏng NM mạng điện b) Tác động nhanh Tính tác động nhanh bảo vệ yêu cầu quan trọng có ngắn mạch bên thiết bị Bảo vệ tác động nhanh thì: ♣ Đảm bảo tính ổn định làm việc song song máy phát hệ thống, làm giảm ảnh hưởng điện áp thấp lên phụ tải ♣ Giảm tác hại dòng ngắn mạch tới thiết bị ♣ Giảm xác suất dẫn đến hư hỏng nặng ♣ Nâng cao hiệu thiết bị tự đóng lại Thời gian cắt hư hỏng t bao gồm thời gian tác động bảo vệ (tbv ) thời gian cắt máy cắt (tmc ), tmc số máy cắt t= tbv + tmc Đối với hệ thống điện đại, thời gian cắt NM lớn cho phép theo yêu cầu đảm bảo tính ổn định nhỏ Ví dụ đường dây tải điện 300 ÷ 500 kV, cần phải cắt cố vòng 0.1 ÷ 0.12 giây (s) sau NM xuất hiện, mạng từ 110 ÷ 220 kV vòng 0.15÷ 0.3s Muốn giảm thời gian cắt NM cần giảm thời gian tác động bảo vệ thời gian cắt máy cắt Hiện dùng phổ biến MC có tmc = 0.15 ÷ 0.06 s Nếu cần cắt NM với thời gian t = 0.12 s MC có tmc = 0.08 s thời gian tác động bảo vệ không vựơt 0.04s (2 chu kỳ sóng dòng điện có tần số 50Hz) Bảo vệ có tác động 0.1s xếp vào loại tác động nhanh Loại bảo vệ tác động nhanh đại có tbv = 0.01 ÷ 0.04s ♣ Việc chế tạo bảo vệ vừa có tác động nhanh, vừa có tính chọn lọc vấn đề khó Các bảo vệ phức tạp đắt tiền Để đơn giản, thực GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN cắt nhanh NM không chọn lọc, sau dùng thiết bị tự đóng lại phần bị cắt không chọn lọc c) Độ nhạy Trên hình 1.1 ta thấy bảo vệ cần tác động cố xảy vùng bảo vệ (để bảo đảm vừa có bảo vệ vừa có bảo vệ dự trữ chỗ) Ví dụ bảo vệ cần tác động NM xảy đoạn DE Ngoài bảo vệ cần tác động cố xảy đoạn BC bào vệ (bảo vệ gọi bảo vệ dự trữ cho bảo vệ 3) Điều cần thiết để dự phòng trường hợp NM đoạn BC mà BV3 MC3 không làm việc Tác động BV đoạn gọi dự phòng xa Mỗi bảo vệ cần tác động không với trường hợp NM trực tiếp mà NM qua điện trở trung gian hồ quang điện Ngoài tác động NM xảy lúc hệ thống làm việc chế độ cực tiểu (ở chế độ này, số nguồn cắt dòng NM có gía trị nhỏ) Độ nhạy bảo vệ thường đánh giá hệ số nhạy knh Đối với bảo vệ cực đại tác động, đại lượng theo dõi tăng có cố hư hỏng (ví dụ dòng điện) knh xác định: k nh = I N I kdbv với INmin – dòng NM nhỏ nhất; Ikdbv – giá trị dòng nhỏ mà BV tác động Đối với bảo vệ cực tiểu tác động đại lượng theo dõi giảm hư hỏng (ví dụ điện áp cực tiểu) hệ số knh xác định ngược lại trị số điện áp khởi động chia cho điện áp dư lại lớn hư hỏng Bảo vệ cần có độ nhạy cho tác động chắn NM qua điện trở hồ quang cuối vùng giao bảo vệ chế độ cực tiểu hệ thống d) Độ tin cậy Độ tin cậy thể yêu cầu bảo vệ phải tác động chắn NM xảy vùng giao bảo vệ không tác động chế độ mà nhiệm vụ tác động Đây yêu cầu quan trọng Một bảo vệ không tác động tác động nhầm dẫn đến hậu số phụ tải bị điện nhiều làm cho cố lan tràn Ví dụ NM điểm N2 hình 1.1 mà bảo vệ không tác động cắt MC1 MC2 bảo vệ dự phòng xa cắt nguồn II MC4, MC5 trạm B bảo vệ không tin cậy, làm điện nhiều gây thiệt hại cho kinh tế ♣ Để bảo vệ có độ tin cậy cao cần dùng sơ đồ đơn giản, giảm số rơle tiếp xúc, cấu tạo đơn giản, chế độ lắp ráp đảm bảo chất lượng, đồng thời kiểm tra thường xuyên trình vận hành 1.2.2 Yêu cầu bảo vệ chống chế độ làm việc không bình thường GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN Tương tự bảo vệ chống NM, bảo vệ cần tác động chọn lọc, nhạy tin cậy Yêu cầu tác động nhanh không đề Thời gian tác động bảo vệ loại xác định theo tính chất hậu chế độ làm việc không bình thường Thông thường chế độ xảy chốc lát tự tiêu tán, ví dụ tượng tải ngắn hạn khởi động động không đồng Trường hợp cắt làm phụ tải điện Trong nhiều trường hợp, nhân viên vận hành có nhiệm vụ loại trừ chế độ không bình thường cần yêu cầu bảo vê báo tín hiệu 1.3 CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ Trong trường hợp tổng quát, sơ đồ bảo vệ gồm hai phần : phần đo lường phần lôgic (hình 1.2) Phần đo lường(PĐL) liên tục thu nhập tin tức tình trạng phần tử bảo vệ, ghi nhận xuất cố tình trạng làm việc không bình thường đồng thời truyền tín hiệu đến phần lôgic PĐL nhận thông tin đối tượng bảo vệ qua biến đổi đo lường sơ cấp máy biến dòng (BI)và máy biến điện áp (BU) - Phần lôgic tiếp nhận tín hiệu từ PĐL Nếu giá trị, thứ tự tổng hợp tín hiệu phù hợp với chương trình định trước phát tín hiệu điều khiển cần thiếc (cắt MC báo tín hiệu ) qua phận thực 1.3.1 Đo lường sơ cấp Máy biến dòng (BI), máy biến điện áp (BU) dùng để: - Giảm dòng điện điện áp đối tượng bảo vệ đến giá trị thấp đủ để hệ thống bảo vệ làm việc an toàn (dóng thứ cấp BI định mức 5A 1A, áp thứ cấp BU định mức 100V 120V) - Cách ly bảo vệ với đối tượng bảo vệ - GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN - Cho phép dòng áp chuẩn thích ứng với hệ thống bảo vệ Tổng trở thứ cấp BI thấp , ngược lại tổng trở BU cao Lõi BI chế tạo thép hay khe hở không khí, BI có lõi thép có công suất lớn có nhiều sai số chế độ làm việc bình thường hay độ BI có lõi không khí có công suất thấp thường không đủ cho rơle, vi mạch Chúng có đặc tính làm việc tuyến tính sai số chế độ độ Tiêu chuẩn chọn tỉ số BI theo dòng điện tải cực đại Các đối tượng bảo vệ có điện cao, sử dụng BU qua chia điện tụ điện, để điện BU 10% điện hệ thống (hình 1.3) U ht C1 L1 C2 U2 UT UT =(Uht C1)/(C1+C2) Uht –điện hệ thống C1,C2 –điện dung phân L1 – kháng trở UT – điện thứ cấp BU Hình 1.3 Mạch phân tụ điện MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN (ký hiệu BI, TI ,CT) Tỉ số biến đổi dòng điện BI theo lý thuyết nghịch với số vòng cuộn sơ cấp thứ cấp BI Nhưng thực tế dòng thứ cấp xác định : NI.IT =IS -Iµ Trong : IT , IS , Iµ dòng điện thứ cấp, dòng điện sơ cấp dòng điện từ hoá NI : hệ số biến đổi dòng điện Dòng từ hoá tỉ lệ với tổng trở mạch thứ cấp, sai số BI tỉ lệ với tổng trở thứ cấp (phụ tải BI) Các BI đảm bảo độ xác chúng làm việc tình trạng gần với tình trạng nối tắt phía thứ cấp BI, nghóa phụ tải thứ cấp BI bé lúc dòng từ hoá (Iµ ) bé Ví dụ, phụ tải 30VA dòng điện định mức 5A, ta có điện thứ cấp UT = 6V Khi điện trở phụ tải thay đổi phạm vi giới hạn, dòng điện thứ cấp IT thực tế không biến đổi Iµ bé so với dòng điện sơ cấp IS Vì phụ tải BI luôn nối tiếp, khác với phụ tải BU luôn ghép song song Nối tắt thứ cấp trường hợp làm việc bình thường BI Không cho GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN phép máy biến dòng làm việc tình trạng hở mạch thứ cấp dòng điện sơ cấp định mức Đặc biệt ngắn mạch, dòng sơ cấp lớn, sức điện động phía thứ cấp (nếu hở mạch) đạt đến hàng chục KV Cũng cần ý điện trở phụ tải mạch thứ cấp lớn gây điện áp nguy hiểm Độ xác BI tính tỷ soá: % sai soá = ( N I IT − I S ) * 100 IS Đối với số loại rơle độ xác biến dòng từ 10% đến 15% NM chấp nhận được, ví dụ rơle dòng điện có thời gian Còn rơle khác khoảng cách, so lệch yêu cầu độ xác biến dòng cao từ 2% đến 3% Trong trường hợp tổng quát dùng độ xác 5% Sai số cho phép góc pha δ ≤ 70 Cách xác định phụ tải BI sơ đồ bảo vệ Trong sơ đồ BV phụ tải BI bao gồm điện trở rơle, dây nối phụ điện trở tiếp xúc Giá trị tính toán phụ tải BI xác định sau: & U & Z pt = T & I T Đối với dòng điện thứ cấp cho, điện áp đầu cuộn thứ cấp BI phụ thuộc vào sơ đồ nối BI phần đo lường, dạng NM phối hợp pha hư hỏng Trong số trường hợp để giảm phụ tải BI, người ta giảm UT cách nối tiếp hai (hay ba bốn) máy biến dòng có hệ số biến đổi giống nhau(như hình 1.4) I Hình 1.4 Nối tiếp hai máy biến dòng R Lúc đó: & U & Z pt = T = 0.5( Z R + Z dd ) & IT với ZR – tổng trở rơle; Zdd – tổng trở dây dẫn Cách đánh dấu cuộn dây GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN Hình 1.5 Cách đánh dấu đầu cuộn dây BI Trong sơ đồ bảo vệ cần phải nối đầu cuộn dây BI phần đo lường BV, cần phải biết cách đánh dấu cuộn dây sơ cấp thứ cấp BI Các đầu cuộn sơ cấp đánh dấu S1 S2 Các đầu cuộn thứ cấp ta đánh dấu T1 T2 Xác định đầu dây theo quy tắc sau: chọn đầu dây S1 cuộn sơ cấp tuỳ ý, đầu lại cuộn sơ cấp S2 Đầu T1 cuộn thứ cấp xác định theo đầu S1 cuộn sơ cấp với qui ước giá trị tức thời dòng điện sơ cấp IS từ đầu S1 đến S2 dòng điện thứ cấp IT từ T2 đến T1 Ở đầu S1 T1 người ta đánh dấu (*) Nếu chọn đầu dây theo qui ước vừa nêu dòng điện thẳng từ mạch sơ cấp qua rơle không bị đổi chiều Vì vẽ thường người ta không đánh dấu đoạn dây mà hiểu ngầm đấu tên S1 T1 nằm cạnh Đối với BI lõi thép, đặc tính bão hoà từ quan trọng Khi dòng điện NM lớn làm lõi thép bão hoà, điều gây ảnh hưởng nhiều hay đến bảo vệ, mức độ ảnh hưởng tuỳ thuộc vào nguyên tắc bảo vệ, chẳng hạn không ảnh hưởng nhiều đến bảo vệ tín hiệu đầu vào bảo vệ dòng điện Mức độ xác BI ảnh hưởng lớn đến sơ đồ bảo vệ so lệch cần so sánh khác dòng điện Sự bão hoà BI tính đoán ba phương pháp sau: - Phương pháp đường cong từ hoá hay gọi đường cong bảo hoà - Phương pháp công thức - Phương pháp mô máy vi tính (Các phương pháp trình bày rõ giáo trình bảo vệ rơle tự động hoá tác giả Ts Nguyễn Hoàng Việt.) Bộ biến đổi dòng điện quang Để khắc phục tượng bão hoà lõi thép BI, ta dùng biến đổi dòng điện quang Nguyên tắc làm việc biến đổi đo lường vùng từ trường lân cận dây dẫn mang dòng điện Ưu điểm phương pháp là: GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN - Khoảng làm việc phận quang lớn nhiều so với loại BI điện từ - Bộ biến đổi quang gọn nhẹ Khuyết điểm: Loại tín hiệu đầu nhỏ khoảng vài microwatt so với vài watt loại cổ điển Phần cứng biến đổi dòng điện quang ngày phát triển có dạng khác sau: - Loại 1: BI cổ điển kết hợp với biến đổi điện - quang - Loại 2: dùng mạch từ quang dây dẫn kết hợp đo từ trường bên lõi thép qua khe hở không khí - Loại 3: dùng đường ánh sáng bên khỏi vật liệu quang bao bọc dây dẫn điện - Loại 4: dùng dây quang quấn quanh dây dẫn - Loại 5: đo từ trường điểm gấn dây dẫn Hình 1.6 Các loại biến đổi dòng điện quang MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP( ký hiệu BU, TU, PT) Máy biến điện áp chế tạo chuẩn hoá máy biến dòng điện Điện thứ cấp pha thường 100V (115V) Thường có loại từ điện dung( dùng tụ phân thế) Khi điện hệ thống lớn 500 kV máy biến áp điện dung dùng BU khác với máy biếm áp điện lực chỗ làm nguội, cở dây dẫn độ yêu cầu làm việc xác Trị số sai BU định theo hệ số: % sai soá = NU U T − U S *100 US GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN với: NU – hệ số biến đổi điện áp; UT, US : điện áp thứ sơ cấp Sai số phần điện sơ cấp tạo dòng điện từ hoá phần tải phía thứ cấp Để dùng cho bảo vệ, BU chế tạo thường ba pha có lõi trụ Mỗi pha có cuộn thứ cấp, cuộn nối điện ba pha cần thiết cho bảo vệ cuộn lại nối tiếp thành tam giác hở dùng để lọc thành Hình 1.7 Máy biến điện áp phần thứ tự không (H.1.7a) BU pha dùng nới không cần điện áp thứ tự không, lúc cần điện áp pha nối theo kiểu tam giác thiếu (H.1.7b) Sơ đồ nối BI, BU với phần đo lường mạch bảo vệ Phần đo lường mạch bảo vệ nhận thông tin đối tượng bảo vệ từ cuộn dây thứ cấp BI, BU Trạng thái, chế độ đầy đủ đối tượng bảo vệ xác định dòng áp ba pha chỗ đặt bảo vệ Trong vài trường hợp, bảo vệ tác động cần dòng hai pha hay cần dòng điện áp pha (điện áp dây), trường hợp cần đặt BI hai pha hai biến áp pha Thành phần thứ tự không nhận cách nối thích hợp cuộn dây thứ cấp BI BU Thành phần nhận qua lọc thành phần thứ tự từ phần đo lường bảo vệ Đối với bảo vệ thực bán dẫn, vi mạch, thành phần thứ tự dòng sơ cấp tạo phần đo lường bảo vệ, sau phần nhận UT, IT từ BU, BI Vấn đề đặt cần dùng thêm BI, BU, phân thế, phân dòng trung gian để chuyển dòng áp định mức từ BI, BU (5A hay 1A 100V) xuống dòng áp thích hợp cho phần đo lường bán dẫn hay vi mạch Đới với bảo vệ thực vi xử lý, thành phần hoạ tần nhận cách tính toán biết dòng áp pha Máy biến dòng thứ tự không (BI0) Trong mạng điện có trung tính không nối đất, thường dòng chạm đất bé, dùng lọc BI không đủ độ nhạy để BV tác động, dòng khởi động sơ GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN cấp BV không nhỏ 20 đến 25A, trường hợp dùng BI0 có độ nhạy cao Ưu điểm BI0 Ikc (dòng không cân bằng)rất bé có khả chọn số vòng cuộn thứ cấp tuỳ điều kiện bảo đảm cho độ nhạy lớn mà không bị giới hạn phụ tải Nhờ BI0 có khả làm cho BV tác động với dòng sơ cấp đến A Hình 1.8 Máy biến dòng thứ tự không BI0 Nếu dùng BI0 kết hợp với rơle có độ nhạy cao tạo nên BV tác động với dòng sơ cấp đến 2A Trên hình 1.8a giới thiệu cấu tạo BI0 khung từ (1) gồm thép biến áp có dạng hình vành khăn chữ nhật ôm lấy ba pha đường dây BV, dây dẫn pha A, B, C chui qua lỗ BI0, cuộn thứ cấp (2) quấn khung từ Các dòng IA, IB, Ic tạo khung từ từ thông tương ứng φA, φB, φC Từ thông tổng cuộn sơ cấp: φΣ = φA + φB + φc Neáu φΣ ≠ : cuộn thứ cấp có sức điện động e2 tạo nên dòng ĐL Giá trị từ thông dòng tạo có liên hệ qua φ = ωI/R = KI Khi dây dẫn pha có vị trí khung từ cuộn thứ cấp, coi hệ số k pha nhau, đó: φΣ = φA + φB + φc = k ( I&A + I&B + I&C ) tổng dòng I&A + I&B + I&C = 3I nên nói từ thông tổng tạo nên dòng sơ cấp BI0 tỉ lệ với thành phần thứ tự không φΣ = k3I0 Từ thông tổng φΣ đại lượng mà tạo nên SĐĐ thứ cấp e2 dòng thứ cấp IR có tổng dòng pha khác không, hay nói cách khác mà dòng pha qua BI0 có chứa thành phần thứ tự không Trong thực tế vị trí dây dẫn pha cuộn thứ không Hệ số hỗ cảm pha cuộn thứ cấp k có giá trị khác nhau, dòng sơ cấp hoàn toàn cân bằng, từ thông tổng khác không Đó từ thông không cân tạo nên cuộn thứ cấp SĐĐ dòng không cân Dòng không cân BI0 nhỏ nhiều so với lọc dùng GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 10 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN 3BI Trong BI0 thực cộng từ thông dòng Ikc phụ thuộc vào mức độ không đối xứng vi trí dòng sơ cấp pha Để bảo vệ đường dây, động điện, người ta chế tạo BI0 loại cáp Khi cần thiết BV đường dây không người ta làm thêm đoạn cáp đặt BI0 đoạn Khi có dòng Iv chạy trở vỏ cáp đường dây không cố mà có đặt BI0, BV đường dây tác động sai Kinh nghiệm vận hành cho biết theo vỏ cáp thép hay chì có dòng Iv chạy vòng qua đất Các dòng xuất chạm đất gần chỗ đặt cáp Dòng Iv chạy theo vỏ cáp đường dây không hư hỏng chạy qua BI0 BV tác động sai Để loại trừ điều nêu trên, triệt tiêu ảnh hưởng dòng sau: vỏ đoạn cáp từ phểu BI0 đặt cách điện với đất, dây nối đất nối phễu cáp luồn qua lỗ BI0 (H1.8b) Nhờ có Iv chạy theo vỏ cáp, Dòng qua dây nối đất chạy ngược trở Từ thông khung BI0 dòng chạy vỏ dòng nối đất triệt tiêu nhau, nên không Khung từ BI0 cần phải đặt cách điện vỏ cáp b Sơ đồ nối BU với phần đo lường BV Sơ đồ nối cuộn dây BU nối hình sao, tam giác, lọc áp thứ tự không - Sơ đồ hình (có thể dùng BU pha hay BU ba pha) Sơ đồ ba MBA thường dùng cho mạng từ 35KV trở lên BU ba pha trụ thường dùng cho mạng 15KV, lúc cần lấy điện áp thứ tự không Trong sơ đồ cuộn dây sơ cấp BU nối hình sao, trung tính nối đất Bộ phận đo lường bảo vệ nhận điện áp dây (H.1.9a), điện áp pha (H.1.9b) nhận áp pha với trung tính giả (H.1.9c), giản đồ véctơ cho û(H1.10) A B C ÑL ÑL ÑL ÑL ÑL ÑL ÑL ÑL ÑL a c ` a) & U ba & U ca b) c) Hình 1.9 Sơ đồ hình N b & U cb Hình 1.10 Điện áp pha hệ thống có trung tính giả Trong trường hợp c, tổng trở ĐL thì: Ua = U ab + U ac U + U ba U + U cb ;U b = bc ;U c = ca 3 GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 11 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN Nếu trung tính sơ cấp BU không nối đất điện áp sơ đồ Hình 1.9b trường hợp c mà trung tính sơ cấp có nối đất _Sơ đồ tam giác khuyết Sơ đồ thực hai điện áp dây (hình 1.11) Bộ phận đo lường BV nối để nhận điện áp dây điện áp pha có trung tính giả Sơ đồ dùng không cần nhận điện pha với đất A BC ĐL ĐL ĐL ĐL ĐL ĐL ` Hình 1.11 Sơ đồ tam giác khuyết (sơ đồ nối hình chữ V) Bộ lọc áp thứ tự không: để nhận thành phần điện áp thứ tự không thường dùng ba BU pha, hay ba pha năm trụ Cuộn sơ cấp nối hình sao, trung tính nối đất, cuộn thứ cấp nối tam giác hở, để nối phận ĐL vào(hình 12a) Hình 1.12 Sơ đồ nối BU nhận áp thứ tự không Máy phát A BC a b ĐL ĐL c a) b) Điện áp nhận ĐL là: & & & & & & & & U + U B + U C = 3U U R = Ua +Ub +Uc ≈ A KU KU Điện áp nhận tỷ lệ với điện áp thứ tự không nên sơ đồ gọi lọc áp thứ tự không GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 12 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN Điện áp thứ tự không nhận từ trung tính hệ thống Ví dụ trung tính máy phát (Hình 1.12b) nối đất qua máy biến áp pha Khi có chạm đất pha, trung tính có dòng I0 thứ cấp BU xuất thứ tự không Để cung cấp áp thứ tự không cho rơle cấu tạo bán dẫn hay vi mạch, người ta nhận áp thứ tự không qua trung gian lọc A BC R ĐL ĐL a) b) ĐL c) Hình 1.13 Bộ lọc thứ cấp áp thứ tự không thứ cấp nối vào điện áp pha cuộn thứ cấp BU (hình 1.13) Bộ lọc dùng điện trở (Hình 1.13a) BU trung gian tam giác hở (Hình 1.13b)hay tụ điện 1.3.2 Phần logic bảo vệ Phần logic nhận tín hiệu phản ảnh tình trạng đối tượng BV từ phần đo lường Phần logic tổ hợp rơle trung gian (rơle điện cơ, bán dẫn…) hay mạch logic tín hiệu (0 – 1), rơle thời gian, phần tử điều khiển máy cắt Phần hoạt động theo chương trình định sẵn điều khiển máy cắt Như khảo sát phần đo lường diễn so sánh đại lượng đo lường với hay với đại lượng chuẩn Trường hợp tổng quát biểu diễn phần đo lường n hàm số chức có dạng: 1khiAi ≤ B j    φi ( Ai , B j ) =   0khiAi > B j    đó: Ai = f1 (UR, IR…), Bj = f2 (UR, IR…) Đối với phần logic biểu diễn hàm: 1  L(φ1 , φ , φ3 , ,φ n ) =   0 GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 13 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN Hàm số L liên phần tử logic chuẩn, phần tử thời gian, tín hiệu Trạng thái L phụ thuộc vào phần đo lường Để thực chương trình làm việc phần logic dùng tiếp điểm rơle trung gian hay phần tử logic Với ba toán tử logic OR (y = x1 ÷ x2 ÷ x3), AND (y = x1 x2 x3) vaø NO (y = x ) phần tử thời gian, báo tín hiệu ta thực phần logic mạch BV Hình 1.14 giới thiệu toán tử logic thực tiếp điểm rơle ký hiệu Trong số mạch BV, phần logic có thêm phầm tử CẤM (khoá) hay cần tín hiệu thời gian phần tử giữ ( NHỚ) Ký hiệu cách thực cho Hình 1.15 Cách làm việc mạch tự giữ sau: x1 = (cuộn x1 có điện) y=1 (y có điện dòng qua tiếp điểm x1 tiếp điểm đóng x2 ) Trạng thái y=1 tiếp tục giữ ( x1 trở 0) nhờ tiếp điểm y y trở không x2 hở ra, nghóa x2=1 Trong thực tế có sơ đồ mạch BV phức tạp Để đơn giản hoá mạch logic, tuỳ theo công cụ chế tạo BV người ta có X1 X2 X3 X1 X X1 X2 X3 X2 Y S T R X2 A N D Y & + X1 X1 X1 Y Y X2 Y X X3 X2 X1 Y X1 Y X2 Y X2 X3 a) b) c) Hình 1.14 Những toán tử logic a) y=x1+x2+x3; b) y=x1.x2.x3; c) y= x a) b) Hình 1.15 a) Mạch khoá x 1, x b) Mạch tự giữ y=(x1+y) x thể dùng quy luật biến đổi đại số logic 1.3.3 Mạch thực điều khiển máy cắt Hệ thống mạch điều khiển máy cắt phải đảm bảo làm việc tin cậy Hình 1.16 giới thiệu sơ đồ khối dạng hệ thống điều khiển thường dùng hệ thống BV - Dạng 1: Hệ thống hai rơle nhận điện từ nguồn thao tác chiều máy biến điện - Dạng 2: làm tin cậy cách dùng hai biến điện riêng biệt cung cấp cho hai rơle GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 14 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN - Dạng 3: dùng máy cắt có hai cuộn cắt, rơle đưa tín hiệu đến cuộn cắt riêng biệt - Dạng 4: hai hệ thống BV riêng biệt điều khiển máy cắt Nhận xét: dạng tin cậy có biến điện riêng biệt cung cấp cho rơle Dạng dạng đắt tiền tin cậy có hai hệ thống BV riêng biệt điều khiển máy cắt accu BI rơle1 BU rơle2 BI1 BU1 accu rôle1 BI2 rôle2 BU2 BI1 BU1 accu BI2 BU2 BI1 BU1 Accu Accu BI2 rôle1 rôle2 rơle1 rơle2 Cuộn cắt1 Cuộn cắt2 Cuộn cắt1 BU2 Cuộn cắt2 Cuộn cắt Cuộn cắt Máy cắt Máy cắt Máy cắt Máy cắt 2) 3) 4) 1) Hình 1.16:Sơ đồ khối hệ thống điều khiển máy cắt tiêu biểu 1.3.4 Các nguồn thao tác Dòng điện thao tác dùng để cung cấp cho rơle trung gian, thời gian, tín hiệu, phân cực linh kiện điện tử, đóng cắt điều khiển máy cắt điện số mục đích khác Nguồn dòng điện thao tác cần phải đảm bảo cho BV làm việc cách chắn trường hợp NM, mà điện áp chỗ hư hỏng giảm đến không Vì máy biến áp tự dùng máy biến điện áp nguồn cung cấp cho BV Hiện thường dùng nguồn thao tác chiều accu cung cấp nguồn xoay chiều máy biến dòng, biến áp mạng điện áp thấp cung cấp a) Nguồn thao tác chiều Accu điện áp 110 ÷ 220 V, trạm biến áp nhỏ accu điện áp 24 ÷ 48 V dùng làm nguồn chiều Accu đảm bảo cung cấp lượng điện cần thiết cho mạch thao tác thời điểm bất kỳ, không phụ thuộc vào trạng thái mạng BV, nguồn cung cấp bảo đảm Tuy nhiên nguồn accu đắt nhiều so với nguồn thao tác khác, đòi hỏi thiết bị nạp, phòng riêng bảo trì thường xuyên b) Nguồn thao tác xoay chiều Đối với BV chống NM, máy biến dòng nguồn cung cấp đảm bảo cho mạch thao tác Khi có NM dòng áp đầu cực máy biến dòng tăng lên đảm bảo cung cấp lượng cần thiết cho mạch thao tác Tuy nhiên cố chế độ không bình thường mà dòng qua phần tử BV không tăng lên máy biến dòng không đảm bảo công suất cần thiết GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 15 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN Máy biến điện áp máy biến áp tự dùng dùng để cung cấp cho mạch thao tác BV chống NM áp mạng điện giảm Nhưng cố chế độ không bình thường áp không giảm nhiều chúng làm việc tốt Tụ nạp sẵn Thộng thường tụ nạp điện sẵn từ mạng chế độ bình thường Khi áp trạm bị mất, lượng tụ trì, tụ nạp sẵn dùng để cung cấp lïng cho BV thiết bị tự động làm việc áp trạm Tổ cung cấp liên hợp, cung cấp cho ta dòng điện thao tác cách tổng hợp dòng điện chỉnh lưu từ càc dòng điện (có máy biến dòng) điện áp (máy biến áp) Trong tổ liên hợp cần phải ý đến việc chọn pha dòng điện điện áp để nhận công suất lớn c) Nguồn chiều cho phần tử thực điện tử, vi macïh Hệ thống BV bán dẫn, vi mạch cần nguồn điện áp chiều ổn định Trị số điện áp phụ thuộc vào transistor, hay vi mạch Những điện áp thông dụng cung cấp cho mạch ± V, ± V, ± 15 V Để cung cấp nguồn chiều linh kiện ban dẫn, vi mạch … người ta thường dùng hai phương pháp sau: - Dùng chia từ mạng 110 V hay 220 V - Bộ biến đổi chiều 110 V (220 V DC) thành điện chiều có điện thích hợp Phương pháp thường dùng cho mạch rơle riêng biệt (rơle trung gian, dòng điện, thời gian…) lượng tiêu thụ phần không lớn Sơ đồ nguyên lý đơn giản phương pháp Hình1.17 BU CL + _ CL Hình 1.17:Tổ cung cấp liên hợp Trong trường hợp nguồn cung cấp cho BV phức tạp, lúc cung cấp cho phần đo lường logic cần thiết dùng phương pháp thứ hai 1.3.5 Các ký hiệu thường gặp sơ đồ BV rơle a) Cuộn dây rơle (ngõ vào rơle) GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 16 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM 50 a 50 b KHOA ĐIỆN 50 50 c d b) Tiếp điểm rơle (ngõ rơle) Tiếp điểm thường mở(“a”) cho biết tiếp điểm mở cuộn dây điện ( rơle chưa tác động) Tiếp điểm thường đóng (“b”) cho biết tiếp điểm đóng cuộn dây điện Khi rơle tác động trạng thái tiếp điểm thay đổi 1.4 CÁC DẠNG RƠLE 1.4.1 Các rơle điện Rơle điện sử dụng để thực phần chức BV Rơle điện làm việc sở lực tác dụng dòng điện chạy rơle; rơle điện tín hiệu điện đầu vào thành tín hiệu trạng thái đóng, mở tiếp điểm Trong rơle điện cơ, lương điện từ chuyển đổi thành lượng cơ, làm chuyển đổi phần động rơle 1.4.2 Bảo vệ thực điện tử (Sử dụng linh kiện bán dẫn, vi mạch sơ đồ BV hay gọi rơle bán dẫn) Giai đoạn đầu tiên, linh kiện bán dẫn dùng hệ thống BV chủ yếu rơle điện cơ, sau tỷ lệ sử dụng phần tử bán dẫn, vi mạch hệ thống BV tăng dần lên, nhiều trường hợp có phần tử cuối dùng rơle điện Trong sơ đồ BV điện từ, người ta dùng linh kiện bán dẫn khác Đó GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 17 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN diod, transistor, thyristo, phần tử Hall, khuyếch đại thụât toán … Các linh kiện dùng để tạo thành phần tử chức khác BV Cấu trúc làm việc linh kiện nêu trình bày hàng loạt tài liệu kỹ thuật Vì việc giới thiệu góp phần thiết kế giải thích dễ dàng làm việc phận chức hệ thống BV 1.4.3 Bảo vệ dùng kỹ thuật số vi xử lý (Rơle kỹ thuật số) Trong thời gian gần đây, người ta có khả xử lý khối lượng lớn thông tin thời gian ngắn chế độ làm việc trang thiết bị điện BV Hiện thống điện thông tin xử lý máy vi tính Do tạo nên thay đổi quan trọng việc thực hệ thống BV Việc sử dụng hệ thống vi tính thiết kế, thực phần BV vấn đề thời Cũng tương tự BV thực điện cơ, điện tử, BV vi tính kỹ thuật số có phần chức đo lường, tạo thời gian, phần logic hoạt động theo chương trình định trước để điều khiển máy cắt Với khả linh động rơle dùng kỹ thuật số, chức phát NM, làm nhiệm vụ đo lường, định vị trí cố, lưu trữ tượng trước sau thời điểm NM, phân tích liệu hệ thống, dễ dàng giao tiếp với BV khác, hiển thị thông tin rõ ràng cho người sử dụng Sau giới thiệu sơ lược nguyên lý hoạt động rơle kỹ thuật số Một rơle kỹ thuật số bao gồm phận: Bộ biến đổi dòng sang áp, lọc, chỉnh lưu xác, dịch pha, phát qua điểm zero, chọn kênh, mạch lấy mẫu giữ, biến đổi ADC, xử lý, xuất nhập, tiếp điểm rơle điều khiển… Tín hiệu từ máy biến điện áp tín hiệu từ máy biến dòng sau biến đổi thành tín hiệu áp tương ứng cho qua lọc để tránh lỗi giả Sau qua lọc tín hiệu cho qua (hay không cho qua) chỉnh lưu xác đầu đưa vào chọn kênh Bộ vi xử lý trung tâm gửi lệnh đến chọn kênh để mở kênh mong muốn Đầu chọn kênh đưa vào biến đổi A/D, để biến tương tự thành tín hiệu dạng số Nguyên lý biến đổi tín hiệu phải qua mạng lấy mẫu giữ cho tín hiệu điện áp tức thời không thay đổi chu kỳ biến đổi GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 18 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN Đầu biến đổi AD tín hiệu số tương ứng với tín hiệu tương tự đầu vào đưa vào vi xử lý Tác động liên thông vi xử lý trung Hình 1.18 Sơ đồ khối bảo vệä vi xử lý tâm với nhớ ( chương trình phần mềm) cho phép đo số đặt, xác định đặc tuyến khởi động BV theo chương trình định trước, xác định thời gian làm việc, logic tác động, tự động thay đổi quan hệ phần logic phụ thuộc vào tín hiệu từ đối tượng BV, sau cho định điều khiển máy cắt, thông qua xuất nhập, DAC , tiếp điểm rơle… rơle cần xác định công suất, dịch pha, phát tín hiệu qua điểm zero dùng GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 19 ... thấy bảo vệ cần tác động cố xảy vùng bảo vệ (để bảo đảm vừa có bảo vệ vừa có bảo vệ dự trữ chỗ) Ví dụ bảo vệ cần tác động NM xảy đoạn DE Ngoài bảo vệ cần tác động cố xảy đoạn BC bào vệ (bảo vệ. .. tượng bảo vệ đến giá trị thấp đủ để hệ thống bảo vệ làm việc an toàn (dóng thứ cấp BI định mức 5A 1A, áp thứ cấp BU định mức 100V 120V) - Cách ly bảo vệ với đối tượng bảo vệ - GIÁO TRÌNH BẢO VỆ... hay đến bảo vệ, mức độ ảnh hưởng tuỳ thuộc vào nguyên tắc bảo vệ, chẳng hạn không ảnh hưởng nhiều đến bảo vệ tín hiệu đầu vào bảo vệ dòng điện Mức độ xác BI ảnh hưởng lớn đến sơ đồ bảo vệ so lệch