CCD c9 2010

Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh CHƯƠNG LỰA CHỌN THIẾT BỊ MẠNG PHÂN PHỐI CAO & HẠ ÁP A LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHÂN PHỐI CAO ÁP 9.1 Thiết bị đóng cắt 9.1.1 Máy cắt (CB) Máy cắt điện thiết bị sử dụng mạng điện cao áp để đóng, cắt dòng điện phụ tải cắt dòng điện ngắn mạch Đây loại thiết bị đóng cắt làm việc tin cậy, đảm bảo an toàn vận hành lưới điện Song giá thành cao nên máy cắt điện thường dùng nơi quan trọng  Liên quan đến vận hành lưới điện, yêu cầu máy cắt độ tin cậy đặc biệt cao tất chế độ vận hành có  Liên quan đến chế độ ngắn mạch, hệ thống chế độ nặng nề nhất, máy cắt phải ngắt mạch thời gian ngắn Các máy cắt đại cho phép cắt 10 lần dòng điện ngắn mạch công suất định mức mà không cần kiểm tra hay sửa chữa Máy cắt vận hành truyền động tay, điều khiển điện hay thông qua hệ thống điều khiển từ xa để đóng cắt mạng điện Cấu tạo Nhằm chống lại tác động môi trường, vỏ nắp máy làm loại thép không gỉ bao phủ lớp sơn Máy cắt trang bị thêm số chân, số phận điều chỉnh Cấu tạo máy cắt bao gồm thành phần sau: đầu trên, buồng đóng cắt, đầu dưới, cuộn hãm, lò xo nén, nối, lò xo mở, dịch chuyển cấu điều khiển Phân loại Theo môi trường dập hồ quang máy cắt phân thành: máy cắt chân không, máy cắt không khí, máy cắt dầu, máy cắt điện từ, máy cắt SF6,… Theo tốc độ cắt máy cắt phân thành: máy cắt tốc độ nhanh, tốc độ vừa tốc độ chậm Theo vị trí lắp đặt máy cắt phân thành: máy cắt trời, máy cắt nhà a Máy cắt chân không Đây loại máy cắt mà ngắt mạch, tiếp điểm mở điều kiện chân không (áp suất 10-4pa) Do trình khuếch tán điện tích chân không, hồ quang sinh nhanh chóng bị dập tắt Cấu tạo máy cắt chân không loại VBL, VD4 hãng ABB (Thụy Điển) thể Hình 9.1 Cơ cấu bên máy cắt chân không bao gồm: buồng dập hồ quang đặt hai sứ cách điện, tiếp điểm đặt cố định bên ổ đỡ tiếp điểm chuyển động Ống kim loại cho phép tiếp điểm chuyển động tạo độ kín phần bên phần bên buồng dập hồ quang Ngoài ra, máy cắt chân phận tích trữ lượng lò xo, khí nén hay thuỷ lực có cấu điều khiển b Máy cắt không khí Đây loại máy cắt sử dụng khí nén làm môi trường dập hồ quang, áp suất bình chứa từ đến 5Mpa Khi ngắt, không khí nén đưa từ bình chứa vào buồng dập hồ quang Hồ quang ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 141 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh hình thành buồng dập hồ quang bị thổi luồng khí nén bên Cách điện thành phần dẫn điện thực cách điện rắn không khí Hình 9.1 Cấu tạo máy cắt chân không c Máy cắt SF6 Đây loại máy cắt có cấu tạo nguyên lý hoạt động tương tự với máy cắt không khí, có môi trường dập hồ quang khí đặc biệt SF6 SF6 loại khí trơ tinh khiết không màu, không mùi, không dẫn điện, không bắt cháy, bền vững đến nhiệt độ 1800C, tác dụng gây hại kim loại với vật liệu kết cấu khác Tuy nhiên, tác động hồ quang nhiệt độ cao, phân huỷ SF6 với kim loại sản sinh tạp chất Để loại bỏ tạp chất này, thường sử dụng chất xúc tác ôxíùt nhôm để làm bề mặt tiếp điểm máy cắt SF6 phải sử dụng thêm tiếp điểm có tác động trượt a.Trạng thái đóng b Trạng thái mở c Trạng thái mở Hình 9.2 Cấu tạo máy cắt khí SF6 Các loại máy cắt SF6 chế tạo cho trạm đóng cắt cao áp trung áp Loại máy cắt hãng ABB có điện áp định mức đến 36kV dòng điện làm việc định mức đến 4000A, dòng điện cắt ngắn mạch định mức đến 50kA hệ số điện áp thấp Các loại máy cắt thích hợp để đóng cắt động cơ, máy biến áp nối shunt kháng điện ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 142 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh d Máy cắt dầu Đây loại máy cắt dùng dầu làm môi trường dập hồ quang Hồ quang sinh hai tiếp điểm cháy dầu biến áp, tác dụng lượng hồ quang sinh ra, dầu bị phân huỷ hình thành khí để dập tắt hồ quang Máy cắt dầu phân thành máy cắt dầu máy cắt nhiều dầu: + Máy cắt dầu Hình 9.3 Cấu tạo máy cắt dầu Lớp cách điện thành phần dẫn điện với chúng với đất thực cách điện rắn Dầu chủ yếu làm nhiệm vụ dập hồ quang Hiện nay, máy cắt dầu thay máy cắt chân không máy cắt khí SF6 + Máy cắt nhiều dầu Hình 9.4 Cấu tạo máy cắt nhiều dầu Lớp cách điện thành phần dẫn điện với chúng với đất thực dầu biến áp Đồng thời dầu môi trường dập hồ quang Khuyết điểm máy cắt dầu là:  Hồ quang gây cháy  Dầu gây ô nhiễm nên phải giữ kín ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 143 Giáo trình cung cấp điện  PGS.TS Quyền Huy Ánh Độ bền cách điện dầu bị giảm bị carbon hoà hồ quang nên phải định kỳ thay dầu e Máy cắt điện từ Đây loại máy cắt có buồng dập hồ quang theo kiểu rãnh hẹp Sự dập hồ quang thực cách làm tăng điện trở hồ quang nhờ kéo dài làm nguội nhanh chóng Trong loại máy cắt nói trên, máy cắt chân ưu điểm vượt trội so với loại máy cắt khác sau:  Không cần có loại khí hay chất lỏng để phụ giúp dập tắt hồ quang, không tạo lửa gây nguy hại vật liệu xung quanh  Tuổi thọ buồngï dập hồ quang cao không đòi hỏi giám sát hay bảo trì  Khả đóng cắt lớn  Công suất truyền động nhỏ  Hoạt động không gây tiếng ồn Vì ưu điểm mà máy cắt chân không ngày phát triển Nhược điểm máy cắt chân không giá thành cao Các thông số kỹ thuật Các thông số kỹ thuật chủ yếu máy cắt là:  Điện áp định mức dòng điện định mức  Tần số định mức  Dòng điện cắt ngắn mạch định mức  Điện áp làm việc cuộn đóng /cuộn cắt  Số tiếp điểm phụ  Dòng điện ổn định nhiệt dòng điện ổn định động  Thời gian cắt thời gian mở 9.1.2 Máy cắt tự đóng lại (ACR) Máy cắt tự đóng lại thiết bị bảo vệ dòng hay ngắn mạch tin cậy Nó cảm nhận tượng dòng điện, tự cắt mạch sau tự đóng lại để nhanh chóng tái lập cung cấp điện cố thoáng qua Nếu có cố vónh viễn, máy cắt tự đóng lại tự động khoá lại sau 2, 3, lần đóng lại theo cài đặt ban đầu người vận hành Máy cắt tự đóng lại đóng cắt tay nhờ sào cách điện Hoạt động máy cắt tự đóng lại thực nhờ điều khiển lập trình cóù đặc tính cắt theo số lần đặt trước thời gian tự động đóng lại xác Điều cho phép phối hợp chặt chẽ với thiết bị bảo vệ khác hệ thống điện Khi yêu cầu bảo vệ hệ thống điện thay đổi, dễ dàng chỉnh định giá trị cài đặt cho chương trình 1.Cấu tạo Về bản, máy cắt tự đóng lại hãng có cấu tạo tương tự Cấu tạo máy cắt tự đóng lại loại Useries hãng Nulec thể Hình 9.5 Một chức quan trọng ACR chức điều khiển Thường chức điều khiển có ba mức truy cập cho người sử dụng:  Mức người vận hành cho phép thực thao tác như: đóng cắt hiển thị thông số điện áp, dòng điện, công suất … ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 144 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh  Mức kỹ thuật viên cho phép bảo vệ chương trình cài đặt mật mã theo ý người sử dụng  Mức kỹ sư cho phép truy cập qua máy tính Hình 9.5 Cấu tạo máy cắt tự đóng lại Phân loại Máy cắt tự đóng lại phân làm hai loại là:  ACR dầu sử dụng dầu làm môi trường dập hồ quang Năng lượng hồ quang hạn chế giá trị dòng cố tăng  ACR chân không sử dụng chân không làm môi trường dập nhanh chóng hồ quang mức lượng thấp, kéo dài tuổi thọ tiếp điểm buồng cắt Các thông số chủ yếu ACR giống máy cắt Tuy nhiên, có thông số tủ điều khiển, là: Chức phận cài đặt (chức bàn phím hay máy tính)  Đặc tuyến bảo vệ  Số lần đóng lại khoảng thời gian đóng lại  Thời gian trở  Các thông số đo lường lưu trữ 9.1.3 Máy cắt phụ tải (LBS) Máy cắt phụ tải thiết bị đóng cắt đóng cắt dòng phụ tải cắt dòng ngắn mạch Để cắt dòng ngắn mạch, cần kết hợp sử dụng thêm cầu chì Thường hệ thống tiếp điểm máy cắt phụ tải đặt môi trường khí SF6 nhờ hồ quang bị dập tắt nhanh chóng cắt có tải Một số loại máy cắt phụ tải trang bị thêm phận tự ngắt dòng điện có cố, máy cắt phụ tải tự đóng lại sau cắt mạch Máy cắt phụ tải vận hành đóng cắt tay thông qua sào cách điện Cấu tạo Cấu tạo máy cắt phụ tải thiết bị ba cực, đặt bình kín làm thép không gỉ, bên thùng chứa đầy khí SF6 chất khí làm môi trường dập hồ quang ngắt dòng điện có cường độ lớn Ngoài ra, máy cắt phụ tải gắn thêm số thiết bị ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 145 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh khác như: thiết bị nối đất, thiết bị chống sét, phận theo dõi áp suất SF6 để đảm bảo đóng cắt an toàn Hình 9.6 Máy cắt phụ tải Phân loại Việc phân loại máy cắt phụ tải chủ yếu dựa vào thông số định mức như: điện áp định mức, dòng điện định mức dòng điện cắt định mức Các thông số chủ yếu máy cắt phụ tải tương tự máy cắt 9.1.4 Dao cách ly (DS) Dao cách ly khí cụ điện dùng để cắt mạch không tải thường trang bị trạm cột điện Nhiệm vụ chủ yếu dao cách ly mở tạo khoảng cách hở trông thấy phần mang điện phần cắt điện nhằm đảm bảo an toàn tạo cảm giác an tâm cho nhân viên sửa chữa làm việc lưới điện Vì vậy, nơi cần sửa chữa thường xuyên trạm đóng cắt đặt dao cách ly kèm với thiết bị đóng cắt Thông thường, dao cách ly phận dập hồ quang nên sử dụng để đóng cắt dòng điện chạy qua Tuy nhiên, số dao cách ly trang bị thêm phận dập hồ quang, nhờ cắt dòng tải nhỏ Cấu tạo Cấu tạo dao cách ly bao gồm thành phần sau:  Bệ đỡ kim loại để cố định dao cách ly cột sứ cách điện để cách ly phần dẫn điện với cột  Đầu nối để bắt dây  Các tiếp điểm dao dẫn điện thực chức đóng cắt  Bộ ngắt có tác dụng dập hồ quang (chỉ có số loại dao cách ly) Phân loại Các loại dao cách ly phân loại sau:  Theo hướng di chuyển: dao cách ly di chuyển theo phương ngang dao cách ly di chuyển theo phương đứng  Theo công cụ thao tác đóng cắt: loại đóng cắt sào cách điện loại đóng cắt hệ thống liên động ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 146 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh  Theo kết cấu: dao cách ly dập hồ quang loại có phận dập hồ quang  Theo số pha: dao cách ly pha dao cách ly pha Các thông số dao cách ly bao gồm:  Điện áp định mức dòng điện định mức  Tần số định mức  Dòng điện ổn định nhiệt dòng điện ổn định động  Độ bền điện áp tăng cao tần số công nghiệp  Độ bền xung sét Hình 9.7 Cấu tạo dao cách ly pha Hình 9.8 Cấu tạo dao cách ly pha 9.1.5 Thiết bị cắt pha tạo khoảng cách (LTD) Thiết bị cắt pha tạo khoảng cách thiết bị đóng cắt pha có dạng giống dao cách ly, dùng cắt riêng cho pha LTD gắn trực tiếp đường dây điện trung để cắt tạo khoảng hở trông thấy đường dây, tạo cảm giác an toàn cho nhân viên sửa chữa lưới điện LTD phép cắt không tải Thao tác đóng cắt thực từ đất thông qua sào cách điện, LTD không tự cắt mạch có cố xảy ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 147 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh Cấu tạo Cấu tạo thiết bị cắt pha tạo khoảng cách bao gồm thành phần sau:  Thanh sứ đỡ với đầu nối để bắt dây hai đầu  Tiếp điểm dao dẫn điện  Móc để cắt mạch sào cách điện  Các má dập hồ quang loại cho phép cắt dòng tải nhỏ Hình 9.9 Cấu tạo dao cách ly pha Phân loại Các thiết bị cắt pha tạo khoảng cách có cấu tạo cách lắp đặt đơn giản nên việc phân loại chủ yếu dựa vào giá trị định mức như: dòng điện định mức, điện áp xung sét Ngoài phân loại dựa theo khả cắt tải gồm: loại cắt dòng không tải loại cắt dòng có tải Các thông số chủ yếu thiết bị cắt pha tạo khoảng cách tương tự dao cách ly 9.2 Lựa chọn thiết bị đóng cắt mạng phân phối 9.2.1 Điều kiện chung để lựa chọn thiết bị Trong điều kiện vận hành, thiết bị điện có ba chế độ sau: chế độ làm việc lâu dài, chế độ tải hay chế độ ngắn mạch Ngoài có chế độ làm việc không đối xứng mà không xét Trong chế độ làm việc lâu dài, thiết bị điện làm việc tin cậy chúng chọn theo điện áp dòng điện định mức Trong chế độ tải, dòng điện qua thiết bị điện lớn so với dòng điện định mức giá trị quy đổi dòng điện điều kiện định mức không vượt giới hạn cho phép quy định nhà chế tạo thiết bị làm việc an toàn Trong điều kiện ngắn mạch, thiết bị điện không bị phá hỏng trình lựa chọn chúng có kiểm tra điều kiện ổn định động ổn định nhiệt Dó nhiên, để hạn chế tác hại dòng ngắn mạch cần phải nhanh chóng cách ly cố khỏi mạng điện Đối với máy cắt điện, máy cắt phụ tải, cầu chì tự rơi, cầu chì cắt có tải thêm điều kiện khả cắt dòng ngắn mạch chúng Ngoài ra, phải ý đến cách lắp đặt thiết bị điều kiện môi trường làm việc thực tế để có hiệu chỉnh cần thiết ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 148 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh Khi thành lập sơ đồ thay để tính dòng điện ngắn mạch nhằm tìm thiết bị điện cần phải xác định điểm ngắn mạch tính toán ứng với tình trạng làm việc nguy hiểm (phù hợp với điều kiện thực tế) Cuối cùng, việc lựa chọn thiết bị điện phải xem xét yêu cầu hợp lý kinh tế kỹ thuật Chọn theo điều kiện làm việc lâu dài a Chọn theo điện áp định mức Điện áp định mức m thiết bị ghi nhãn máy phù hợp với cấp cách điện Mặt khác, thiết kế chế tạo thiết bị điện có dự trữ độ bền điện, nên cho phép chúng làm việc lâu dài không hạn chế với điện áp làm việc cao điện áp định mức (từ 10  15)% gọi điện áp lâu dài cực đại thiết bị điện Như vậy, điều kiện làm việc bình thường, việc chọn thiết bị điện phải thỏa mãn điều kiện điện áp sau đây: m + m  m mạng + Umạng (9.1) Ở đây: m điện áp định mức thiết bị điện, m độ tăng điện áp cho phép thiết bị điện, m mạng điện áp định mức mạng điện nơi thiết bị điện làm việc, Umạng độ lệch điện áp có mạng điện so với điện áp định mức điều kiện vận hành Trị số độ tăng điện áp cho phép quy định nhà sản xuất b Chọn theo dòng điện định mức Dòng điện định mức thiết bị điện Iđm dòng điện qua thiết bị thời gian không hạn chế với nhiệt độ môi trường xung quanh định mức Chọn thiết bị điện theo dòng định mức đảm bảo cho phận thiết bị điện không bị đốt nóng nguy hiểm tình trạng làm việc lâu dài định mức Điều kiện chọn thiết bị điện theo dòng điện định mức: Iđmtb  Ilv max (9.2) Ở đây: Iđmtb dòng điện định mức thiết bị, Ilv max dòng điện làm việc cực đại qua thiết bị Dòng điện làm việc cực đại qua thiết bị điện xác định sau:  Dòng lúc cắt hai đường dây làm việc song song, đường dây lại phải gánh toàn phụ tải  Dòng điện qua thiết bị điện hay cáp/dây dẫn có xét đến khả tải cho phép quy định nhà sản xuất Do thiết bị điện chế tạo với nhiệt độ môi trường xung quanh định mức (xqđm) nên nhiệt độ môi trường xung quanh (xq) khác với nhiệt độ định mức phải hiệu chỉnh dòng điện cho phép thiết bị theo biểu thức sau: I’ñm = Iñm (θ cp  θ xq ) (θ cp  θ xqđm ) (9.3) Ở đây: θ xq nhiệt độ môi trường xung quanh thực tế nơi lắp đặt thiết bị đóng cắt; θ cp nhiệt độ phát nóng cho phép thiết bị đóng cắt; I’đm dòng điện định mức thiết bị quy đổi điều kiện lắp đặt thực tế; θ xqđm nhiệt độ môi trường xung quanh định mức ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 149 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh Kiểm tra thiết bị theo điều kiện ổn định động ổn định nhiệt a Kiểm tra ổn định lực điện động Giữa phận mang điện có lực tác động tương hỗ gọi lực điện động Lực điện động phụ thuộc nhiều yếu tố như: hình dáng, kích thước vật mang dòng điện, khoảng cách chúng, tính chất môi trường trị số dòng điện qua Trong điều kiện làm việc bình thường, dòng điện làm việc nhỏ nên lực điện động không gây tác hại Nhưng có ngắn mạch, dòng điện lớn lực điện động lớn gây nên biến dạng dẫn, phá vỡ sứ cách điện, làm hư hỏng cuộn dây… Vì vậy, thiết kế lựa chọn thiết bị điện phận dẫn điện khác cần phải kiểm tra ổn định lực điện động để đảm bảo an toàn cho thiết bị điện phần có dòng điện qua Khi kiểm tra ổn định động, cần xét đến dòng ngắn mạch có giá trị lớn Đối với mạng phân phối thường dòng ngắn mạch pha Điều kiện kiểm tra ổn định động thiết bị điện là: imax  ixk (9.4) Ở : imax trị số biên độ dòng điện cực đại cho phép thiết bị điện; ixk trị số biên độ dòng điện ngắn mạch xung kích b Kiểm tra ổn định nhiệt Dưới tác dụng dòng điện ngắn mạch, thiết bị điện bị nóng lên nhiệt độ thiết bị điện vượt mức cho phép thiết bị điện hư hỏng hay tuổi thọ bị suy giảm Vì vậy, cần phải kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt Đối với thiết bị điện, khả ổn định nhiệt đặc trưng dòng điện ổn định nhiệt định mức Iđm nh thời gian ổn định nhiệt định mức tđm nh (quy định nhà chế tạo) Kiểm tra điều kiện ổn định nhiệt thiết bị theo biểu thức sau: I2ñmnh.tñmnh  BN Hay: I ñmnh.tñmnh Iñmnh  I oâñ oâñ qñ (9.5)  I t (9.6) t qđ (9.7) t đmnh Ở đây: Iđmnh dòng ổn định nhiệt định mức tương ứng với thời gian ổn định nhiệt định mức; tđmnh thời gian ổn định nhiệt định mức; BN xung lượng nhiệt đặc trưng cho lượng nhiệt tỏa thiết bị điện thời gian xảy ngắn mạch; dòng điện ngắn mạch ổn định (khi ngắn mạch mạng phân phối, xa nguồn Iôđ = I (N3) ); tqđ thời gian tác động quy đổi dòng điện ngắn mạch kiểm tra ổn định nhiệt thiết bị điện Thời gian tổng thời gian tác động bảo vệ với thời gian tác động toàn phần máy cắt Một cách gần đúng, thời gian quy đổi tqđ phụ thuộc thời gian tồn ngắn mạch tN tỷ số I '' ”= , nghóa tqđ = (tN , ”) Quan hệ tqđ = (tN , ”), trình bày Hình 9.10 I ôđ tqñ = tgtck = f(tN, ’’) tN = tbv + tc Ở đây: tbv thời gian tác động của rơle bảo vệ, tc thời gian cắt thiết bị đóng cắt, I” dòng điện ngắn mạch siêu độ Các đường cong tqđ = f(tN, ’’) vẽ với thời gian tồn ngắn mạch tN  5s Nếu thời gian tồn ngắn mạch tN  5s tqđ tính sau: ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 150 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh U TOV  K e    Um Xác định điện áp cực đại vận hành liên tục UMCOV: U U MCOV  m Điều kiện lựa chọn chống sét van: + Điện áp định mức chống sét van : U nLA  U p + Điện áp làm việc liên tục lớn : U MCOV  LA  U MCOV + Quá điện áp tạm thời : U TOV  LA  U TOV + Dòng phóng điện định mức : IS dạng sóng 8/20μs (9.15) (9.16) Đối với thiết bị chống sét mạng phân phối trung áp, dòng tản xung sét định mức thường 3, 5, 10, 20 40kA dạng sóng 8/20 μs (dạng sóng xung sét lan truyền) dạng sóng 4/10 μs (xung đóng cắt đường dây) 9.4 Thiết bị biến đổi dòng áp 9.4.1 Máy biến dòng Máy biến dòng (CT – Current Transformer) máy biến đo lường sử dụng để cung cấp dòng có giá trị giảm xuống tương thích với dòng danh định cấu đo, rơle bảo vệ thiết bị đo lường khác Máy biến dòng có cuộn thử cách ly với phía sơ cấp cao áp nên nối đất thứ cấp với mục đích an toàn Hầu hết máy biến dòng có dòng đầy tải phía thứ cấp 5A Đây giá trị dòng thị đầy khung thiết bị đo dòng, đo công suất rơle bảo vệ Ngoài có loại máy biến dòng chế tạo với dòng đầy tải phía thứ cấp 1A, sử dụng cho thiết bị chuyên dùng Các thông số chủ yếu máy biến dòng điện bao gồm:  Tỷ số biến dòng: tỷ số dòng sơ cấp dòng thứ cấp (50/5, 60/5, 75/5, 120/5, 150/5, 200/5, …)  Cực tính: cuộn sơ thứ cấp  Cấp xác (1%, 2%, 3%, …)  Tải phía thứ cấp (0.1, 0.2, 1.0, 2.0, 4.0, 8…) 1.Đầu cực trung áp, Cuộn sơ cấp, Mạch từ, Cuộn dây thứ cấp, Keo epoxy, Đầu cực thứ cấp, Đế, Vỏ che, Bản tên a Biến dòng (CT) b Biến điện áp (VT) Hình 9.14 Cấu tạo máy biến điện đo lường Máy biến dòng điện chọn theo điều kiện sau: ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 156 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh Máy biến dòng chọn theo điện áp, dòng điện phụ tải phía thứ cấp, cấp xác, kiểu loại Máy biến dòng kiểm tra theo điều kiện ổn định lực điện động ổn định nhiệt có dòng điện ngắn mạch chạy qua Cụ thể : + Điện áp định mức : U đm BI  U đm mạng (9.17) + Dòng điện sơ cấp định mức : I 1đmBI  I lv max (9.18) + Phụ tải định mức phía thứ cấp : S2 đmBI  S tt (9.19) Ở : S2đm.BI phụ tải định mức cuộn dây thứ cấp máy biến dòng điện, tính VA; Stt phụ tải tính toán cuộn dây thứ cấp máy biến dòng tình trạng làm việc bình thường, tính VA S2 đmBI  I 22 đm Z đm (9.20) Ở đây: I2đm dòng điện định mức cuộn dây thứ cấp BI; Z2đm điện trở cho phép toàn phần mạch ngoài, xác định sau: z đm   rdc  rdd  rtx Ở đây: r dc (9.21) tổng điện trở cuộn dây dụng cụ đo rơle; rdd điện trở dây dẫn nối từ thứ cấp BI đến dụng cụ đo; rtx điện trở chỗ tiếp xúc (thường lấy 0,05  0,1 ) Tiết diện bé dây dẫn: l tt rdd (9.22) Với:  điện trở suất dây dẫn, đồng CU  0,0175m/mm2 nhôm Fmin    AL  0,0283 m/mm2; ltt chiều dài tính toán dây dẫn từ nơi đặt máy biến dòng điện đến dụng cụ đo xác định tuỳ theo sơ đồ nối dây Cụ thể sau: + Với sơ đồ hình hoàn toàn ltt = l + Với sơ đồ hình không hoàn toàn l tt  3.l + Khi dùng máy biến dòng ltt = 2l Ở đây: l chiều dài dây dẫn nối từ máy biến dòng điện đến dụng cụ đo Để đảm bảo độ bền học, người ta qui định tiết diện bé mạch thứ cấp máy biến dòng 2,5mm2 dây dẫn nhôm 1,5mm2 dây dẫn đồng Khi cần chọn máy biến dòng điện, vào vị trí đặt, điện áp định mức mạng điện, dòng điện làm việc lớn nhất, cấp xác cần thiết, chọn máy biến dòng Sau đó, dựa vào sơ đồ nối dây dụng cụ đo mắc vào thứ cấp máy biến dòng đểø kiểm tra xem phụ tải thứ cấp có vượt phụ tải thứ cấp định mức không, cuối kiểm tra ổn định động ổn định nhiệt có dòng điện ngắn mạch qua Lực điện động máy biến dòng điện đặc trưng hệ số ổn định lực điện động kđ : i xk (9.23) kđ  2I 1đmBI Hệ số nhà máy chế tạo quy định Lực cho phép tác dụng lên đầu sứ máy biến dòng cung cấp nhà chế tạo Lực phải kiểm tra thoả mãn lực tác dụng lên đầu sứ máy biến dòng có ngắn mạch, tức là: ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 157 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh Fcp  Ftt  0,88.10 2 i xk l kG a (9.24) Ở đây: a khoảng cách pha, cm; l khoảng cách từ máy biến dòng điện đến sứ đỡ gần nhất, cm Ổn định nhiệt máy biến dòng điện đặc trưng hệ số ổn định nhiệt kôđn kiểm tra sau: k ôđn  I ôđ t gt (9.25) I1đmBI t đmnh 9.4.2 Máy biến điện áp Máy biến điện áp có nhiệm vụ biến đổi điện áp từ trị số cao xuống trị số thấp phục vụ cho đo lường, bảo vệ rơle tự động hoá Điện áp thứ cấp máy biến điện áp chuẩn hoá 100V hay 100 / 3V với cấp điện áp định mức sơ cấp Nguyên lý làm việc máy biến điện áp tương tự máy biến áp điện lực thông thường, khác công suất nhỏ hàng chục đến hàng trăm VA Đồng thời tổng trở mạch thứ cấp máy biến điện áp lớn, xem máy biến điện áp thường xuyên làm việc không tải Máy biến điện áp thường chế tạo thành loại pha, ba pha, ba pha năm trụ, cấp điện áp 6, 10, 22, 110, 220 kV v.v…, có loại có dầu loại khô Để kiểm tra cách điện mạng – 10 kV, thường dùng máy biến áp đo lường ba pha năm trụ với cách nối dây Y / Y0 /  Phía thứ cấp máy biến điện áp có hai cuộn dây quấn đấu tam giác hở Khi xảy ngắn mạch không đối xứng (một pha, hai pha), hai đầu dây quấn tam giác hở xuất điện áp Nhờ kiểm tra tình trạng cách điện mạng a Biến dòng (CT) b Biến điện áp (VT) Hình 9.15 Máy biến điện đo lường Máy biến áp đo lường chọn theo điện áp (sơ cấp), cấp xác, phụ tải thứ cấp kiểu loại Máy biến áp đo lường bảo vệ cầu chì (trừ loạivới U  110 kV) , nên không cần kiểm tra theo điều kiện ngắn mạch (tức theo điều kiện ổn định động ổn định nhiệt) Tùy theo nhiệm vụ thiết kế mà chọn sơ đồ nối dây cho phù hợp Căn vào vị trí đặt máy biến điện áp lưới điện, cấp xác theo yêu cầu để chọn máy biến điện áp đo lường Sau đó, cần kiểm tra điều kiện công suất thứ cấp không vượt công suất định mức Phụ tải thứ cấp máy biến điện áp xác định sau: ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 158 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh S2 tt   P    Q  2 dc dc (9.26) Ở đây:  Pdc   Sdc cos  dc tổng công suất tác dụng dụng cụ nối vào thứ cấp; Q dc   Sdc sin  dc tổng công suất phản kháng dụng cụ nối vào mạch thứ cấp Điều kiện kiểm tra: S2 tt  S đm (9.27) Với S2đm công suất định mức máy biến điện áp Tiết diện dây dẫn từ máy biến điện áp đến dụng cụ phải chọn cho tổn thất điện áp mạng không lớn 0,5% điện áp định mức Theo điều kiện độ bền học tiết diện không bé 1,5mm2 dây đồng 2,5mm2 dây nhôm Các điều kiện chọn máy biến áp đo lường bao gồm: + Điện áp định mức : U 1đm  U đmmạng (9.28) + Phụ tải pha (VA) : S2 ñmfa  S2 ttfa (9.29) + Sai soá (9.30) : % ≤ cp% B LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHÂN PHỐI HẠ ÁP 9.5 Máy cắt hạ áp Máy cắt hạ áp (CB - Circuit Breaker) loại khí cụ điện điều khiển tay có khả tự động cắt mạch mạng điện bị ngắn mạch, tải sụt áp v.v… Hiện nay, máy cắt hạ áp sử dụng rộng rãi hệ thống điện hạ áp thuộc lónh vực công nghiệp, dân dụng… thay dần cầu chì Cấu tạo Cấu tạo CB gồm thành phần sau:  Vỏ CB có chức đảm bảo an toàn cho người sử dụng thao tác đóng cắt CB  Cơ cấu đóng ngắt đảm bảo tất cực CB đóng ngắt lúc xác  Cơ cấu ngắt điện từ có phận cuộn dây.Cuộn dây có lõi sắt cố định lõi chuyển động Nếu dòng điện vượt giá trị xác định trước, cuộn dây sinh lực điện từ đủ mạnh để thắng lực giữ lò xo hút phần ứng Cơ cấu đóng ngắt lúc tác động cần đóng ngắt làm tiếp điểm CB nhanh chóng mở  Cơ cấu nhiệt bảo vệ tải lưỡng kim Độ cong phụ thuộc vào cường độ dòng điện thời gian dòng điện chạy qua Sau cong đến mức độ xác định (hay nhiệt độ định) lưỡng kim tác động tới cấu đóng cắt  Tiếp điểm gồm có tiếp điểâm hồ quang, tiếp điểm động, tiếp điểm tónh Do yêu cầu tiếp điểm phải có điện trở tiếp xúc nhỏ vật liệu làm tiếp điểm phải chịu nhiệt ngắn mạch nên đòi hỏi tiếp điểm phải làm chất liệu đặc biệt  Hệ thống dập hồ quang gồm hai phần: ngăn dẫn hồ quang buồng dập hồ quang Hồ quang vừa phát sinh bị dồn vào buồng dập hồ quang qua ngăn dẫn hồ ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 159 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh quang Quá trình dập tắt hồ quang xảy buồng dập hồ quang theo nguyên tắc hạn chế dòng điện Đầu vào Đầu Cơ cấu đóng ngắt: tác động để 10 đóng mở tiếp điểm Vận hành đóng ngắt tay: sử dụng cầu dao Cơ cấu ngắt điện từ Cơ cấu nhiệt bảo vệ lưỡng kim nhiệt Tiếp điểm: gồm có tiếp điểm hồ quang, tiếp điểm động, tiếp điểm tónh Hệ thống dập hồ quang Khoá ráp: dùng để lắp đặt CB lên 10 Phụ kiện bổ xung: gồm chụp đầu nối, khoá móc, nắp chụp vít v.v… 7 Hệ Hình 9.16 Cấu tạo CB Phân loại CB a Loại MCB (Miniature Circuit Breakers) thường sử dụng công nghiệp thương mại, thiết bị nhà dân dụng Do đó, MCB có kích thước dòng định mức nhỏ, nên phù hợp cho việc bảo vệ cáp, bảo vệ thiết bị chiếu sáng, mạch nung (lò sưởi, bàn ủi) điều khiển bảo vệ động có công suất nhỏ Các thông số đặc trưng MCB là:  Số cực: 1P, 1P+N, 2P, 3P 4P;  Dòng điện định mức: -63A;  Điện áp định mức: 220 - 415VAC, 60 -110VDC;  Khả cắt dòng ngắn mạch: 3, 4.5, 6, 10 15kA;  Lắp ray;  Tiêu chuẩn áp dụng: IEC 60898 b MCCB (Moulded Case Circuit Breakers), giống MCB có số khác biệt sau:  Số cực 3P, 4P  MCCB có giá trị định mức cao nên thường đặt hệ thống phân phối điện gần nguồn MCB Các giá trị điện áp định mức cao lên đến 1000VAC hay 1200VDC;  Dòng định mức: l00A đến 1000A, hay lớn hơn;  Khả ngắt dòng ngắn mạch: từ 25kA đến 35kA hay lớn hơn;  Lắp cố định tủ điện  Tiêu chuẩn áp dụng: IEC 947-2 c ACB (Air Circuit Breaker) loại máy cắt không khí hạ áp với đặc tính sau:  Số cực: 3P, 4P;  ACB thường lắp đặt tủ đóng-cắt tổng nhà máy, công trình; ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 160 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh  Giá trị dòng định mức lớn 1000A lên đến 3000A hay lớn hơn;  Khả ngắt dòng ngắn mạch: từ 35 đến 50kA hay nữa;  Lắp đặt ngăn tủ loại đẩy kéo;  Tiêu chuẩn áp dụng: IEC 947-2 Chức CB Máy cắt hạ thế, với vai trò thiết bị đóng cắt, có chức sau:  Bảo vệ điện: chống dòng tải, dòng ngắn mạch hư hỏng cách điện;  Cách ly an toàn;  Điều khiển: điều khiển vận hành, cắt khẩn cấp, dừng khẩn cấp cắt lý bảo dưỡng học;  Bảo vệ chống áp chống thấp áp, kèm với rơle áp thấp áp;  Bảo vệ phát dòng rò, kèm với thiết bị phát dòng rò;  Bảo vệ chống chạm đất, kèm Thông số CB Các thông số CB bao gồm: a Số cực: 1P, 1P+N, 2P, 3P 4P; b Điện áp định mức (Ue); c Điện áp cách điện (Ui); d Điện áp thử nghiệm xung (Uimp); e Điện áp làm việc cực đại (UBmax); f Điện áp làm việc cực tiểu (UBmin); g Dòng điện định mức (In); h Dòng tác động cấu nhiệt (Ir=Kr.In) i Dòng tác động cấu từ (Im) j Dòng cắt ngắn mạch định mức (Icu) k Dòng cắt ngắn mạch thao tác (Ics) l Tần số làm việc; m Loại đặc tuyến ngắt dòng: B, C, D, K, Z MA; n Dòng rò định mức (In), có chức chống dòng rò Đặc tính ngắt dòng Chức quan trọng CB bảo vệ hệ thống điện ví dụ cáp dây dẫn chống lại tượng phát nóng tải hay ngắn mạch, CB phải nhảy xác giới hạn nhiệt độ cách điện dây dẫn Trong số trường hợp ứng dụng định nên có CB đặc thù để bảo vệ thiết bị bán dẫn, mô tơ, biến áp … Đường cong đặc tính ngắt dòng bao gồm hai phần: thời gian nghịch cắt tức thời Đặc tính thời gian nghịch hàm số nhiệt sinh bình phương cường độ dòng điện nhân với thời gian, có nghóa dòng điện lớn thời gian cần thiết để ngắt nhỏ (Hình 9.17) CB thiết kế nhiều đặc tính ngắt dòng khác đáp ứng nhiều hệ tiêu chuẩn khác (Bảng 9.2) ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 161 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh Bảng 9.2 Đặc tính ngắt CB Tiêu chuẩn Đặc tuyến Mứùc tác động B 3-5In C 5-10In IEC 898 DIN VDE 0641/A4 BS3871 Phaàn D MA 12In K Z 10-14In 2,4-3,6In L 3,5-5,25In U 6-12In Loaïi 2,7-4In Loaïi 3-5In Loaïi 5-10In Loaïi 10-14In DIN VDE 0660 DIN VDE 0641/T3 OEVE – SN 52 CEE 19 II BS 3871 Phaàn 10-14In Ứng dụng Bảo vệ thống điện dân dụng nói chung Bảo vệ hệ thống nơi tải có tính cảm kháng cao máy biến áp đèn cao áp cảm ứng Ứng dụng công nghiệp (tương tự loại hệ tiêu chuẩn BS) Bảo vệ khởi động động thiết bị chuyên dụng (không bảo vệ tải) Bảo vệ môtơ máy biến áp Bảo vệ mạch bán dẫn mạch điện tử Bảo vệ hệ thống điện dân dụng nói chung (có thể thay phần loại B) Bảo vệ hệ thống điện dân dụng nói chung (chỉ dùng thông dụng nước Pháp, Bỉ, o, Ý) Bảo vệ hệ thống lắp đặt thiết bị có đặc tính đóng ngắt có tượng tăng dòng đột ngột Bảo vệ hệ thống dây thiết bị gia dụng nói chung (tương tự loại B) Bảo vệ hệ thống điện nơi phụ tải cảm ứng cao đèn cao áp, đèn huỳnh quang biến áp (tương tự loại C) Chủ yếu bảo vệ hệ thông công nghiệp chẳng hạn thiết bị hàn, môtơ, máy X-quang v.v…, nhiên người ta không giới hạn đóng cắt (tương tự loại D) a Cơ cấu bảo vệ kiểu từ nhiệt b Cơ cấu bảo vệ kiểu điện tử Hình 9.17 Đặc tính ngắt dòng CB Phối hợp bảo vệ Các CB mạng phân phối hạ áp phải tác động xuất trạng thái bất thường cách có chọn lọc Điều có nghóa xảy cố điểm hệ thống, cố phải loại trừ CB đặt phía trước điểm cố, CB khác không tác động Chọn lọc bảo vệ tuyệt đối phần dựa nguyên lý mức dòng, thời gian trễ phối hợp hai Bảng 9.3 trình bày số phương pháp thường sử dụng để thiết lập tính chọn lọc CB ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 162 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh Bảng 9.3 Các phương pháp sử dụng để thiết lập tính chọn lọc Chọn lọc theo mức dòng: dựa việc chọn lọc ngưỡng dòng tác động rơle, từ rơle cuối nguồn đến đầu nguồn theo bậc Tính chọn lọc tuyệt đối hay phần Chọn lọc theo thời gian trễ kiểu bậc thang: dựa chênh lệch thời gian tác động cho CB gần nguồn có thời gian tác động lớn xa nguồn nhỏ CB A phía sử dụng độ trễ đủ để đạt tính chọn lọc tuyệt đối phối hợp với CB B Chọn lọc hỗn hợp: làm trễ thời gian kiểu học góp phần cải thiện đặc tính chọn lọc theo tác động dòng Chọn lọc tuyệt đối ISCB < IrmA (giá trị tức thời) CB phía trước sử dụng hai ngưỡng tác động: - Giá trị trễ IrmA tạo trễ kiểu điện tử SD (Short Delay); - Giá trị tức thời Irm A chuẩn Bị trễ Lựa chọn dựa mức lượng hồ quang: cho phép chọn lọc tuyệt đối hai CB có dòng cố Điều đạt nhờ sử dụng CB hạn chế dòng tác động CB nhờ cảm ứng áp suất buồng hồ quang CB Mức áp suất không khí bị nóng lên tùy thuộc vào mức lượng hồ quang Tức thời Đặc tuyến tác động tức thời kiểu từ (truyền thống) Đặc tuyến tác động tức thời kiểu từ nhờ áp suất Điều kiện lựa chọn CB CB hạ áp thường lựa chọn theo điều kiện sau:  Các đặc tính điện lưới điện mà CB đặt vào: + Điện áp định mức Ue + Ue  m mạng + Umạng ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com (9.31) 163 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh Ở đây: Ue điện áp định mức CB, Ue độ tăng điện áp cho phép CB, m mạng điện áp định mức mạng điện nơi thiết bị CB lắp đặt, Umạng độ lệch điện áp có mạng so với điện áp định mức điều kiện vận hành + Dòng điện định mức: Kr In  Ilv max (9.32) Ở đây: In dòng điện định mức CB, Ilv max dòng điện làm việc lâu dài cực đại phụ tải, Kr hệ số hiệu chỉnh (Kr = 0,8÷1 cấu nhả nhiệt, Kr=0,4÷1 cấu nhả điện tử) + Tần số: fn  fmạng  (9.33) Khả cắt dòng ngắn mạch: Icu (hoặc Icn)  I 3N (9.34) Ở đây: Icu dòng cắt ngắn mạch định mức CB công nghiệp Icn dòng cắt ngắn mạch định mức CB dân dụng  Đặc tuyến ngắt dòng: phù hợp với thiết bị bảo vệ  Môi trường sử dụng:nhiệt độ xung quanh, lắp đặt trong/ngoài tủ, điều kiện khí hậu  Các yêu cầu khai thác: tính chọn lọc, yêu cầu điều khiển từ xa, công tắc tơ phụ, cuộn dây tác động phụ, có đưa thêm vào hệ thống mạng tín hiệu nội (thông tin, điều khiển thị…) 9.6 Cầu chì hạ áp Hình 9.18 Cầu chì HRC Cầu chì thiết bị bảo vệ cách chảy nhiều dây chảy để ngắt mạch cắt dòng dòng vượt giá trị cài đặt khoảng thời gian cho phép Các thành phần cầu chì HRC là: vỏ cầu chì kèm đầu nối, dây chảy cầu chì, vật liệu dập hồ quang (thường cát thạch anh), đế cầu chì kèm ngàm kẹp, niêm chì báo tình trạng cầu chì tay kẹp cầu chì cho phép thay nóng cầu chì hư hỏng Tiêu chuẩn áp dụng cầu chì hạ áp có điện áp đến 1000VAC 1500V DC tiêu chuẩn IEC 60269, cụ thể:  Tiêu chuẩn IEC 60269-1: Qui định chung  Tiêu chuẩn IEC 60269-2: Qui định cho cầu chì công nghiệp  Tiêu chuẩn IEC 60269-3: Qui định cho cầu chì dân dụng Các mã hiệu phạm vi ứng dụng cầu chì hạ áp theo tiêu chuẩn IEC 60269 bao gồm: ĐH Sư phạm Kỹ thuật Tp HCM www.quyenhuyanh.com 164 Giáo trình cung cấp điện PGS.TS Quyền Huy Ánh Bảng 9.4 Mã hiệu phạm vi ứng dụng cầu chì hạ áp Mã hiệu gG gM aM aR gTr gR, gS gL, gF, gI Phaïm vi áp dụng Cầu chì phổ dụng bảo vệ dây/cáp Cầu chì phổ dụng bảo vệ động Cầu chì bảo vệ ngắn mạch động Cầu chì bảo vệ thiết bị bán dẫn Cầu chì bảo vệ máy biến áp Cầu chì bảo vệ thiết bị bán dẫn dây dẫn Cầu chì thay cầu chì gG để bảo vệ dây dẫn Loại cầu chì sử dụng để chống tải ngắn mạch mạng hạ áp dân dụng có đặc tính gG phù hợp với IEC 60269-3 Loại có hai dòng qui ước tiêu chuẩn hoá gồm:  Dòng không nóng chảy Inf: giá trị dòng mà cầu chì chịu mà không bị nóng chảy thời gian qui định Ví dụ: cầu chì có dòng định mức 32A chịu dòng 40A (1,25In) mà không nóng chảy khoảng thời gian nhỏ 1h (Bảng 4.2)  Dòng nóng chảy If: giá trị dòng gây tượng nóng chảy cầu chì trước kết thúc khoảng thời gian qui định Ví dụ: cầu chì có dòng định mức 32A chịu dòng 52,1A (1,6In) phải nóng chảy khoảng thời gian nhỏ 1h (Bảng 4.2) Các thí nghiệm tiêu chuẩn IEC 269-1 yêu cầu đặc tính cầu chì nằm hai đường cong giới hạn cho cầu chì xem xét (Hình 9.18) Từ đặc tính miền chảy không chảy cầu chì nhận thấy cầu chì không thích hợp để bảo vệ chống tải mức thấp Do cần sử dụng dây dẫn có tiết diện lớn nhằm tránh hậu tải kéo dài (trong trường hợp xấu tải 60% 1h) Trong mạng hạ áp công nghiệp, loại cầu chì có đặc tính gM (bảo vệ động khởi động lẫn ngắn mạch không bảo vệ tải) loại cầu chì có đặc tính aM kết hợp với rơ le nhiệt bảo vệ chống tải có mức tải