CHƯƠNG CÁC TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC CỦA ĐIỂM TRUNG TÍNH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN DÀN BÀI I Định nghĩa điểm trung tính II Lưới điện ba pha có điểm trung tính cách đất Tình trạng làm việc bình thường Khi có pha chạm đất III Lưới điện ba pha có điểm trung tính nối đất qua cuộn dập tắt hồ quang Giới thiệu cuộn dây dập tắt hồ quang (Cuộn Peterson) Khi có pha chạm đất lưới điện ba pha điểm trung tính nối đất qua cuộn dập tắt hồ quang IV Lưới điện ba pha có điểm trung tính trực tiếp nối đất Giới thiệu lưới điện ba pha trung tính trực tiếp nối đất Ưu khuyết điểm lưới điện có chế độ làm việc điểm trung tính khác V Tóm tắt - ơn tập Hình – Nối đất trực tiếp cho điểm trung tính MBA Mục tiêu Xác định chế độ làm việc điểm trung tính hệ thống điện Phân biệt lưới điện có dòng chạm đất bé có dòng chạm đất lớn (dòng ngắn mạch) Xác định nguyên nhân ứng dụng lưới điện có chế độ làm việc điểm trung tính khác So sánh ưu – nhược điểm lưới điện có chế độ làm việc điểm trung tính khác Phân biệt điểm nối đất khác trạm biến áp hay lưới điện, nối chung với khơng? 31 PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC CỦA ĐIỂM TRUNG TÍNH I ĐỊNH NGHĨA ĐIỂM TRUNG TÍNH Trong hệ thống điện ba pha, điểm trung tính (trung điểm) điểm chung ba cuộn dây nối hình (Y) máy phát điện hay máy biến áp hệ thống Điểm trung tính (1) Cách điện đất (2) Nối đất qua cuộn dập tắt hồ quang (3) Nối đất trực tiếp Hình – : Các chế độ làm việc điểm trung tính Tình trạng làm việc điểm trung tính có ảnh hưởng đến việc: chọn thơng số bảo vệ Rơ-le ; mức cách điện cho máy điện khí cụ điện ; Chọn cách nối đất ; … II LƯỚI ĐIỆN BA PHA CÓ ĐIỂM TRUNG TÍNH CÁCH ĐẤT II.1 Tình trạng làm việc bình thường Sơ đồ lưới điện đơn giản gồm: máy phát, đường dây phụ tải Mỗi pha lưới điện có điện dung đất Điện dung pha đất phân bố dọc đường dây.( lưới điện lớn 1000 V, mối liên hệ điện dung trội hơn) Để đơn giản coi điện dung ba pha đất đối xứng tập trung đường dây CA ; CB ; CC Giữa dây dẫn pha khác có điện dung, giá trị nhỏ, khơng ảnh hưởng đến phân tích tình trạng làm việc điểm trung tính nên khơng cần ý biểu diễn chúng hình vẽ A A I FA I ptA ZAB B B C I FB CA I ptB CB CC ICoB ICoC UA I FA C ptA ZBC I ptA A I ptC I FC I CoA ZAC Hình – : Sơ đồ lưới điện I CoA Hình – : Đồ thị vectơ Trong tình trạng làm việc bình thường, điện áp ba pha đất UA ; UB ; UC đối xứng điện áp pha máy phát UF Do đó, dòng điện diện dung pha IC0A ; IC0B ; IC0C đối xứng với nhau, nghĩa 32 PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC CỦA ĐIỂM TRUNG TÍNH ICoA = ICoB = ICoC = ICo = UF C Trên hình – dòng điện ICoA ; ICoB ; ICoC tương ứng vượt trước điện áp UA ; UB ; UC góc 900 Vì vậy, tổng hình học dòng điện điện dung chạy đất ICoA + ICoB + ICoC = Dòng điện pha máy phát điện IFA ; IFB ; IFC tổng hình học dòng điện phụ tải pha IptA ; IptB ; IptC dòng điện điện dung ICoA ; ICoB ; ICoC pha tương ứng IFA = IptA + ICoA IFB = IptB + ICoB IFC = IptC + ICoC Từ hình – 4, ta thấy dòng điện điện dung ảnh hưởng làm giảm góc lệch pha dòng điên máy phát, tức có khả tăng hệ số cơng suất lưới điện A II.2 Khi có pha chạm đất ICA U/A Hình – : Sơ đồ lưới điện pha C chạm đất U/C U/B O C B Iđ,C ICB UC Iđ,C / ICB Iđ,C IC O / CA CB CC ICA ICB ICC / ICA + ICB -IC UB UA / ICA - UC / UB / O / UA - UC - UC Hình – : Sơ đồ vectơ pha C chạm đất Giả thiết pha C lưới điện chạm đất trực tiếp Điện áp đất pha C (UC = 0) Điện áp pha C coi chỗ chạm đất đặt thêm vào điện áp thứ tự không – UC 33 PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC CỦA ĐIỂM TRUNG TÍNH ., , Như điện áp pha đất UA ; UB tổng hình học điện áp pha đất trước chạm đất điện áp thứ tự không Từ đồ thị vectơ, tính U A UB UA UB U C Tức điện áp đất pha bị chạm đất khơng, hai pha lại tăng lên 3 lần (bằng điện áp dây Ud) Dòng điện điện dung pha: I’CA, I’CB, I’CC chạm đất pha C xác định tổng hình học dòng điện I CA, I CB, I CC pha chế độ bình thường dòng chuyển dịch trung điểm IC0 = – I CC nghĩa là: I I - I I I - I I I - I B B C C C C A A C Từ đồ thị vectơ, ta tính IC IA IB IB Góc vectơ ICA ; ICB 600 Dòng điện dung chạm đất Icđ,C tổng hình học dòng điện điện dung pha khơng có cố ( ICA ; ICB ) IA I cđ -C - (ICA ICB ) I cđ-C ICA I CoA I Co UP UP C XC Tức là, dòng điện dung pha bị chạm đất tăng lên gấp ba lần dòng điện dung lúc bình thường Trong đó: UP : điện áp pha thiết bị : tần số góc mạng điện C : điện dung pha với đất Từ thấy Icđ,C phụ thuộc vào điện áp, tần số điện dung pha đất Điện dung pha đất lại phụ thuộc cấu tạo chiều dài đường dây Với tần số cơng nghiệp 50 Hz , dòng điện điện dung xác định theo công thức kinh nghiệm sau U l Đối với đường dây không IC d 350 Đối với đường dây cáp IC Ud l 10 Ud : điện áp dây thiết bị (kV) l : chiều dài tổng cộng đường dây có nối điện với (km) Từ đồ thị vectơ, ta xác định điện áp pha sau lúc chạm đất U - U U U AB A B AB U - U U U BC B C BC U - U U U CA C A CA Các biểu thức cho ta kết luận rằng: điện áp dây trước sau chạm đất pha không thay đổi Trước lúc chạm đất, điểm trung tính có điện áp khơng 34 PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC CỦA ĐIỂM TRUNG TÍNH sau lúc chạm đất pha C, điểm C có điện áp khơng Do điện áp điểm trung tính đất sau pha chạm đất tăng lên điện áp pha Tóm lại, lưới điện có trung điểm cách đất, sau chạm đất trực tiếp pha tình hình lưới điện có thay đổi, điều cần lưu ý sau Điện áp đất pha chạm đất không Còn hai pha tăng lên điện áp dây (Ud) Dòng điện điện dung chỗ chạm đất lần, hai pha lại tăng gấp lần dòng điện điện dung lúc bình thường Điện áp dây thiết bị trước sau chạm đất không thay đổi Điện áp điểm trung tính tăng từ khơng đến điện áp pha Do dòng điện điện dung sau chạm đất nhỏ so với dòng điện phụ tải bình thường sau chạm đất tam giác điện áp không thay đổi nên phụ tải (ba pha) làm việc bình thường Tuy vậy, lưới điện này, người ta không cho phép làm việc lâu dài với điểm chạm đất lý sau : a) Sau chạm đất, điện áp đất pha lại tăng lên điện áp dây Ud , đó, chỗ cách điện yếu bị chọc thủng dẫn đến ngắn mạch pha, dẫn đến rơ-le bảo vệ cắt điện đường dây làm ngưng trệ việc cung cấp điện Để khắc phục tình trạng đó, cách điện pha mạng thiết bị đặt mạng phải thiết kế chịu Ud làm cho giá thành trang thiết bị điện tăng lên b) Dòng điện điện dung sinh hồ quang đốt cháy cách điện chỗ chạm đất dẫn đến ngắn mạch pha c) Với trị số định dòng điện điện dung, hồ quang cháy lập lòe, nghĩa tắt cháy lại cách chu kỳ, làm cho điện áp pha tăng lên 2,5 lần Uđm (vì lưới điện mạch vòng dao động) Do cách điện pha khơng bị chạm đất dễ dàng bị chọc thủng gây ngắn mạch pha Xác xuất lớn để dòng điện hồ quang cháy lập lòe ứng với dòng điện điện dung lớn khoảng 10 (A) Vì lưới điện khơng có bảo vệ rơ-le cắt chạm đất pha, phải có thiết bị kiểm tra cách điện phát pha chạm đất để kịp thời sửa chữa Nếu lưới điện nối trực tiếp với máy phát khơng cho làm việc với pha chạm đất kéo dài Trong lưới điện 20 kV dự trữ cách điện lớn, nhiên cho phép làm việc với dòng điện dung IC < 30 (A) Trong lưới điện 20 35 kV dự trữ cách điện kém, mạng cho phép làm việc với dòng điện điện dung IC < 10 (A) Theo quy định lưới điện U 110 kV thường lưới điện có điểm trung tính nối đất trực tiếp Người ta thường nối đất điểm trung tính lưới điện U 110 kV trạm biến áp 35 PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC CỦA ĐIỂM TRUNG TÍNH III LƯỚI ĐIỆN BA PHA CĨ ĐIỂM TRUNG TÍNH NỐI ĐẤT QUA CUỘN DẬP TẮT HỒ QUANG (CUỘN PETERSON) Giới thiệu cuộn dập tắt hồ quang III.1 Cuộn dập tắt hồ quang thường dùng loại kháng điện, điện cảm điều chỉnh Cuộn dập tắt hồ quang gồm lõi thép kỹ thuật điện cuộn dây đặt thùng chứa đầy dầu máy biến áp Điện cảm cuộn dây LCD điều chỉnh nhờ thay đổi số vòng dây tăng giảm khe hở lõi thép Điện trở cuộn dây rCD nhỏ so với điện cảm Trơng bề ngồi cuộn dây dập tắt hồ quang Hình – : Cuộn dập tắt hồ quang giống máy biến áp pha III.2 Khi có pha chạm đất lưới điện ba pha có trung điểm nối đất qua cuộn dây dập tắt hồ quang Để giảm dòng điện điện dung chạm đất pha, người ta đặt thiết bị bù trung điểm nguồn phụ tải (hệ thống có bù dòng điện điện dung chạm đất) Trong điều kiện làm việc bình thường, điện áp đặt lên cuộn dây dập tắt hồ quang coi khơng (vì điện áp điểm trung tính gần khơng) Do cuộn dây dập tắt hồ quang khơng có dòng điện A ICA U/A C U/C O U/B B IC ICB Iđ,C IL UC Iđ,C CA CB CC IL ICA ICB ICC Hình – : Sơ đồ lưới điện ba pha nối đất điểm trung tính qua cuộn dập hồ quang IL Hình – Sơ đồ vectơ lưới điện ba pha có điểm trung tính nối đất qua cuộn dâp hồ quang, có pha chạm đất Khi có pha chạm đất trực tiếp, điện áp điểm trung tính tăng lên điện áp pha Cuộn dây dập tắt hồ quang đặt điện áp pha có dòng điện cảm IL chậm pha so với điện áp điểm trung tính góc 900 Kết chỗ chạm đất có hai dòng điện : điện cảm IL điện dung IC ngược pha Nếu điều chỉnh IL thích hợp, dòng điện chỗ chạm đất không, hồ quang chập chờn mà không sợ tượng đốt cháy cách điện hay qúa điện áp nội 36 PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC CỦA ĐIỂM TRUNG TÍNH Trong thực tế, vận hành đóng cắt đường dây nên dòng điện IC thay đổi thực IL = IC dòng điện chạm đất không thời điểm Mặt khác, người ta muốn dòng điện chỗ chạm đất sau bù có trị số bảo vệ rơ-le tác động cho tín hiệu báo để nhân viên vận hành biết kịp thời sửa chữa Nếu cuộn dây dập tắt hồ quang điều chỉnh ứng lúc toàn đường dây làm việc mà IC > IL Lúc chạm đất pha chỗ chạm đất có dòng điện bù thiếu: Ib = IC – IL Hiệu chỉnh có có số đường dây bị cắt mà có chạm đất pha, dẫn đến IC giảm Ib giảm theo, làm cho bảo vệ rơ-le không tác động được, nhân viên vận hành, bảo trì khơng nhận biết để sửa chữa Nếu cuộn dây dập tắt hồ quang hiệu chỉnh ứng lúc toàn đường dây làm việc mà IL > IC lúc chạm đất pha, chỗ chạm đất có dòng điện q bù Ib = IL – IC Hiệu chỉnh có đường dây bị cắt mà có chạm đất pha, dẫn đến IC giảm Ib tăng lên làm cho bảo vệ rơ-le khởi động chắn Trong thực tế, thường hiệu chỉnh cuộn dập tắt hồ quang cho có tượng bù Lưới điện ba pha trung tính cách điện hay nối đất qua cuộn dập tắt hồ quang gọi lưới điện có dòng điện chạm đất bé cần phải có thiết bị kiểm tra tình trạng cách điện làm việc cách điện pha thiết kế cách điện dây IV LƯỚI ĐIỆN BA PHA CÓ ĐIỂM TRUNG TÍNH TRỰC TIẾP NỐI ĐẤT IV.1 Giới thiệu mạng A A C O B Hình – 10 : Lưới điện có điểm trung tính nối đất trực tiếp C O B Hình – 11 : Lưới điện có điểm trung tính nối đất qua điện kháng nhỏ IV.2 So sánh ưu khuyết điểm lưới điện có chế độ làm việc điểm trung tính khác Các lưới điện có U > 35kV có trung tính nối đất trực tiếp nối đất qua điện kháng nhỏ nguyên nhân sau 37 PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC CỦA ĐIỂM TRUNG TÍNH a) Dòng điện điện dung mạng lớn điện áp cao chiều dài đường dây lớn b) Nhược điểm lưới điện có dòng điện chạm đất bé (dù có dùng cuộn dây dập tắt hồ quang giải được) chạm đất pha, điện áp pha lại tăng lên điện áp dây Trong dự trữ cách điện mạng điện áp cao không lớn lắm, nên cách điện dễ dàng bị chọc thủng dẫn đến ngắn mạch pha Đồng thời việc tăng cách điện mạng > 35 kV trở nên tốn so với lưới điện có điện áp thấp Ưu điểm lưới điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất làm cho giá thành khí cụ điện cách điện đường dây rẻ tiết kiệm cách điện pha với đất, nối đất trực tiếp nên điện áp dây dẫn đất chế độ làm việc không vượt qua điện áp pha Nhược điểm lưới điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất: a) Khi chạm đất pha ngắn mạch, nên dòng điện lớn, dẫn đến việc bảo vệ rơ-le tác động cắt mạch điện làm cho việc cung cấp điện bị ngưng trệ, lưới điện khơng cần thiết bị kiểm tra cách điện Nhược điểm khắc phục nhờ gắn tự động đóng lại mạng điện làm giảm thời gian điện hộ tiêu thụ đến mức thấp kinh nghiệm vận hành cho biết, ngắn mạch pha lưới điện khơng hầu hết có tính chất tạm thời (thống qua) cách điện chỗ hư hỏng tự phục hồi ngắn mạch tự b) Dòng điện chạm đất pha, nhiều trường hợp lớn nên thiết bị nối đất phức tạp đắt tiền c) Dòng điện ngắn mạch pha lớn dòng điện ngắn mạch ba pha Để hạn chế dòng ngắn mạch pha, phải tăng cường điện kháng thứ tự không cách giảm số điểm nối đất trung tính hệ thống điện nối đất trung tính qua điện kháng nhỏ d) Lưói điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất, nối đất qua điện kháng nhỏ, gọi lưới điện có dòng điện chạm đất lớn e) Cần nói rõ thêm rằng, lưới điện có U 1000 (V) làm việc với điểm trung tính nối đất trực tiếp khơng phải ngun nhân cách điện (cách điện lưới điện tương đối rẻ) mà xuất phát từ vấn đề an toàn cho người Các lưới điện lưới điện sinh hoạt, xác suất người chạm phải phần mang điện tương đối lớn Nếu điểm trung tính cách đất, có pha chạm đất, người chạm phải dây dẫn pha phải chịu điện áp dây nguy hiểm Ngoài người ta lấy điện áp dây Ud điện áp pha Up Trên lưới điện phân phối có điểm trung tính trực tiếp nối đất, người ta bố trí thêm dây điểm nối đất lập lại, để nhắc lại điện áp không dây trung tính, có khơng cân công suất xuất pha Các dây khoảng cách nối đất lập lại quy định quy phạm 38 PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC CỦA ĐIỂM TRUNG TÍNH V TĨM TẮT VÀ ƠN TẬP TĨM TẮT Lưới điện có dòng chạm đất bé (lưới điện có điểm trung tính không nối đất nối đất qua cuộn dập tắt hồ quang) thường sử dụng cho lưới điện có U ≤ 35 kV Trong lưới điện này, cách điện pha đất phải cách điện cho điện áp dây Cần phải có thiết bị kiểm tra cách điện lưới điện Khi có cố chạm đất pha lưới điện, phải tìm kiếm khắc phục điểm cố thời gian tối đa Nếu lưới điện điểm trung tính có nối đất qua cuộn dập tắt hồ quang nên điều chỉnh trạng thái bù ( IL > IC ) Lưới điện có dòng chạm đất lớn (lưới điện có điểm trung tính nối đất trực tiếp hay nối đất qua điện kháng nhỏ) thường dùng lưới điện có U > 35 kV Khi lưới điện có điểm trung tính nối đất trực tiếp giá thành khí cụ điện cách điện đường dây rẻ hơn, tiết kiệm cách điện pha với đất Cần phải có thiết bị tự động đóng lại mạng để bảo đảm độ tin cậy cung cấp điện cho hộ tiêu thụ Trong trạm biến áp thường giảm điểm nối đất để tăng điện kháng thứ tự không lưới điện Lưới điện có U ≤ 1000 V làm việc với trung điểm nối đất trực tiếp để bảo đảm an toàn cho người, lấy hai cấp điện áp : Ud & Up CÂU HỎI ÔN TẬP Điểm trung tính là………… ; ký hiệu: … ? Dây trung tính là………… ; ký hiệu: …? Lưới điện có trung điểm cách đất, có pha chạm đất phép vận hành thời gian : ……… , lý là: ………………………………………… Lưới điện có U 110kV thường lưới điện có trung điểm …………………… Vì lý do: ……… Quan sát lưới điện có U 110kV, dây trung tính lưới điện? Lưới điện hạ áp U 1000V thường có điểm trung tính làm việc theo chế độ nào? Tại sao? Công dụng dây nối đất lập lại lưới điện? Thế nối đất: làm việc ; an toàn ; bảo vệ trạm biến áp? Các điểm nối đất có chung điểm nối đất không? Thế nối đất lập lại lưới điện? Tác dụng nối đất lập lại? Yêu cầu nối đất lập lại? Thế nối đất điểm trung tính qua điện trở lớn? Ưu – nhược điểm loại lưới điện nối đất điểm trung tính qua điện trở lớn? Quan sát hình – 13 ; hình – 14 thấy nối đất cho máy biến áp trạm biến áp trung gian Nêu tác dụng nối đất đó? Tại không nối vào vỏ máy biến áp mà phải cách ly dây nối đất với vỏ máy biến áp sứ cách điện? 39 PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC CỦA ĐIỂM TRUNG TÍNH Hình – 12 : Nối đất cho máy biến áp Hình – 13 : Nối đất cho trung điểm a Điện trở nối đất b Dao cách ly nối trung điểm đến điện trở nối đất Hình – 14 : Thiết bị nối đất điểm trung tính qua điện trở nối đất 40 PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC CỦA ĐIỂM TRUNG TÍNH ... dài Trong lưới điện 20 kV dự trữ cách điện lớn, nhiên cho phép làm việc với dòng điện dung IC < 30 (A) Trong lưới điện 20 35 kV dự trữ cách điện kém, mạng cho phép làm việc với dòng điện điện... chạm đất Giả thiết pha C lưới điện chạm đất trực tiếp Điện áp đất pha C (UC = 0) Điện áp pha C coi chỗ chạm đất đặt thêm vào điện áp thứ tự khơng – UC 33 PHẦN ĐIỆN TRONG TBA TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC... điện : điện cảm IL điện dung IC ngược pha Nếu điều chỉnh IL thích hợp, dòng điện chỗ chạm đất khơng, hồ quang chập chờn mà không sợ tượng đốt cháy cách điện hay qúa điện áp nội 36 PHẦN ĐIỆN TRONG