Bài giảng bảo vệ các hệ thống điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA : ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN: HỆ THỐNG ĐIỆN ***    *** ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG BẢO VỆ CÁC HỆ THỐNG ĐIỆN Giáo viên: Nguyễn Thị Khánh Hưng Yên, tháng năm 2015 CHƯƠNG 1: CÁC VẤN ĐỀ CHUNG CỦA BẢO VỆ 1.1 Khái niệm chung 1.1.1 Nhiệm vụ BVRL Khi thiết kế vận hành hệ thống điện (HTĐ) phải kể đến khả phát sinh hư hỏng tình trạng làm việc khơng bình thường hệ thống điện Nhiệm vụ thiết bị bảo vệ nói chung bảo vệ rơle nói riêng phát loại trừ nhanh tốt phần tử bị cố khỏi hệ thống điện Nguyên nhân gây hư hỏng, cố phần tử hệ thống điện đa dạng: Do tượng thiên nhiên giông bão, động đất, lũ lụt, máy móc thiết bị bị hao mòn, già cỗi, tai nạn ngẫu nhiên, nhầm lẫn thao tác nhân viên vận hành v.v… Nhanh chóng phát cách ly phần tử hư hỏng khỏi hệ thống điện ngăn chặn hạn chế đến mức thấp hậu tai hại cố, phần lớn dạng ngắn mạch Dòng điện tăng cao chỗ cố phần tử đường từ nguồn đến điểm ngắn mạch gây tác động nhiệt nguy hiểm cho phần tử chạy qua Hồ quang chỗ ngắn mạch để tồn lâu đốt cháy thiết bị gây hỏa hoạn Ngắn mạch làm cho điện áp chỗ cố khu vực lưới điện lân cận bị giảm thấp, ảnh hưởng đến làm việc bình thường hộ tiêu dùng điện Tồi tệ hơn, ngắn mạch dẫn đến ổn định tan rã hệ thống Các dạng ngắn mạch thường gặp hệ thống điện là: - Ngắn mạch ba pha chiếm khoảng 5% số trường hợp ngắn mạch HTĐ - Ngắn mạch hai pha chiếm khoảng 10% số trường hợp ngắn mạch HTĐ - Ngắn mạch hai pha nối đất chiếm khoảng 20% số trường hợp ngắn mạch - Ngắn mạch pha chiếm khoảng 65% số trường hợp ngắn mạch HTĐ Phân theo dạng thiết bị hệ thống điện, tỷ lệ hư hỏng sau: - Đường dây tải điện không chiếm khoảng 50% số trường hợp hư hỏng HTĐ - Đường dây cáp chiếm khoảng 10% số trường hợp hư hỏng HTĐ - Máy cắt điện chiếm khoảng 15% số trường hợp hư hỏng HTĐ - Máy biến áp chiếm khoảng 12% số trường hợp hư hỏng HTĐ - Máy biến dòng điện, biến điện áp chiếm khoảng 2% số trường hợp hư hỏng HTĐ - Thiết bị đo lường, điều khiển, bảo vệ chiếm khoảng 3% số trường hợp hư hỏng HTĐ - Các loại khác chiếm khoảng 8% số trường hợp hư hỏng HTĐ Ngoài loại hư hỏng, hệ thống điện cịn có tình trạng làm việc khơng bình thường Một tình trạng làm việc khơng bình thường tải Dòng điện tải làm tăng nhiệt độ phần dẫn điện giới hạn cho phép, làm cho cách điện chúng bị già cỗi bị phá hỏng Thiết bị tự động dùng phổ biến để bảo vệ hệ thống điện đại rơle Ý nghĩa ban đầu rơle phần tử làm nhiệm vụ tự động chuyển (đóng, cắt) mạch điện Ngày nay, khái niệm rơle thường dùng để tổ hợp thiết bị thực một nhóm chức bảo vệ tự động hóa hệ thống điện, thỏa mãn yêu cầu kỹ thuật đề nhiệm vụ bảo vệ cho phần tử cụ thể cho toàn hệ thống Như vậy, nhiệm vụ thiết bị bảo vệ rơ le tự động cắt phần tử hư hỏng khỏi hệ thống điện Ngồi cịn ghi nhận phát tình trạng làm việc khơng bình thường phần tử hệ thống điện Tuỳ mức độ mà bảo vệ rơ le tác động báo tín hiệu cắt máy cắt 1.1.2 Yêu cầu mạch bảo vệ Để thực chức nhiệm vụ quan trọng trên, thiết bị bảo vệ phải thoả mãn yêu cầu sau: tin cậy, chọn lọc, tác động nhanh, nhạy kinh tế a/ Tin cậy Là tính đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng, chắn Cần phân biệt: - Độ tin cậy tác động mức độ chắn rơ le hệ thống rơ le tác động Nói cách khác, độ tin cậy tác động khả bảo vệ làm việc có cố xảy phạm vi xác định nhiệm vụ bảo vệ - Độ tin cậy không tác động mức độ chắn rơ le hệ thống rơ le khơng làm việc sai Nói cách khác, độ tin cậy không tác động khả tránh làm việc nhầm chế độ vận hành bình thường cố xảy phạm vi bảo vệ qui định Trên thực tế độ tin cậy tác động kiểm tra tương đối dễ dàng tính tốn thực nghiệm, cịn độ tin cậy khơng tác động khó kiểm tra tập hợp trạng thái vận hành tình bất thường dẫn đến tác động sai bảo vệ lường trước Để nâng cao độ tin cậy nên sử dụng rơ le hệ thống rơ le có kết cấu đơn giản, chắn, thử thách qua thực tế sử dụng cần tăng cường mức độ dự phòng hệ thống bảo vệ Qua số liệu thống kê vận hành cho thấy, hệ thống bảo vệ hệ thống điện đại có xác suất làm việc tin cậy khoảng (95  99)% b/ Tính chọn lọc Là khả bảo vệ phát loại trừ phần tử bị cố khỏi hệ thống điện Xét thí dụ cụ thể: mạng điện cho (hình 1-1) ngắn mạch điểm N1 bảo vệ A C ~ N1 phải cắt máy cắt đầu đường dây bị hư hỏng BC Như tất hộ tiêu thụ, trừ hộ nối vào góp C tiếp tục làm việc bình thường sau máy cắt cắt N2 ~ Hình 1-1 Thí dụ tính chọn lọc bảo vệ rơ le Khi ngắn mạch điểm N2, để bảo đảm tính chọn lọc, bảo vệ cần phải cắt máy cắt hai đầu đường dây bị hư hỏng việc cung cấp điện cho trạm B trì Theo nguyên lý làm việc, bảo vệ phân ra: - Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối bảo vệ làm nhiệm vụ cố xảy phạm vi hoàn toàn xác định, khơng làm nhiệm vụ dự phịng cho bảo vệ đặt phần tử lân cận - Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối ngồi nhiệm vụ bảo vệ cho đối tượng bảo vệ cịn thực chức dự phòng cho bảo vệ đặt phần tử lân cận Để thực yêu cầu chọn lọc bảo vệ có độ chọn lọc tương đối, phải có phối hợp đặc tính làm việc bảo vệ lân cận toàn hệ thống nhằm đảm bảo mức độ liên tục cung cấp điện cao nhất, hạn chế đến mức thấp thời gian ngừng cung cấp điện c) Tác động nhanh Phần tử bị ngắn mạch cắt nhanh, hạn chế mức độ phá hoại thiết bị, giảm thời gian sụt áp hộ dùng điện có khả trì ổn định làm việc máy phát điện toàn hệ thống Tuy nhiên kết hợp với yêu cầu chọn lọc để thoả mãn yêu cầu tác động nhanh cần phải sử dụng loại bảo vệ phức tạp đắt tiền Vì yêu cầu tác động nhanh đề tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể mạng điện tình trạng làm việc phần tử bảo vệ hệ thống điện Rơ le hay bảo vệ gọi tác động nhanh (có tốc độ cao) thời gian tác động khơng vượt 50ms (2,5 chu kỳ dòng điện tần số 50Hz) Rơ le hay bảo vệ gọi tác động tức thời không thông qua khâu trễ (tạo thời gian) tác động rơ le Hai khái niệm tác động nhanh tác động tức thời dùng thay lẫn để rơ le bảo vệ có thời gian tác động khơng q 50ms Thời gian cắt cố tC gồm hai thành phần: thời gian tác động bảo vệ tBV thời gian tác động máy cắt t MC tC = tBV + tMC Đối với máy cắt điện có tốc độ cao đại tMC = (20  60)ms (từ  chu kỳ 50Hz) Những máy cắt thơng thường có tMC ≤ chu kỳ (khoảng 100ms 50Hz) Vậy thời gian loại trừ cố tC khoảng từ chu kỳ tần số 50Hz (khoảng 40 160ms) bảo vệ tác động nhanh Đối với lưới điện phân phối thường dùng bảo vệ có độ chọn lọc tương đối, bảo vệ thơng thường có thời gian cắt cố khoảng (0,2 1,5) giây, bảo vệ dự phòng khoảng (1,5 2,0) giây d/ Độ nhạy Độ nhạy đặc trưng cho khả “cảm nhận” cố rơ le hệ thống bảo vệ Độ nhạy bảo vệ đặc trưng hệ số độ nhạy Kn tỉ số đại lượng vật lý đặt vào rơ le có cố với ngưỡng tác động Sự sai khác trị số đại lượng vật lý đặt vào rơ le ngưỡng tác động lớn, rơ le dễ cảm nhận xuất cố, nghĩa rơ le tác động nhạy Độ nhạy thực tế bảo vệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Chế độ làm việc hệ thống (mức độ huy động nguồn), cấu hình lưới điện, dạng ngắn mạch, vị trí điểm ngắn mạch, Đối với bảo vệ thường u cầu phải có hệ số độ nhạy từ 1,5 vệ dự phòng hệ số độ nhạy từ 1,2 1,5 2,0 cịn bảo e/ Tính kinh tế Các thiết bị bảo vệ lắp đặt hệ thống điện để làm việc thường xun chế độ vận hành bình thường, ln ln sẵn sàng chờ đón bất thường cố xảy có tác động chuẩn xác Đối với trang thiết bị điện cao áp siêu cao áp, chi phí để mua sắm, lắp đặt thiết bị bảo vệ thường chiếm vài phần trăm giá trị cơng trình Vì u cầu kinh tế không đề ra, mà bốn yêu cầu kỹ thuật đóng vai trị định, không thoả mãn yêu cầu dẫn đến hậu tai hại cho hệ thống điện Đối với lưới điện trung áp hạ áp, số lượng phần tử cần bảo vệ lớn, yêu cầu thiết bị bảo vệ không cao thiết bị bảo vệ nhà máy điện lưới truyền tải cao áp Vì cần phải cân nhắc tính kinh tế lựa chọn thiết bị bảo vệ cho đảm bảo yêu cầu kỹ thuật chi phí thấp Năm yêu cầu nhiều trường hợp mâu thuẫn nhau, ví dụ muốn có tính chọn lọc độ nhạy cao cần phải sử dụng loại bảo vệ phức tạp, bảo vệ phức tạp, khó thỏa mãn yêu cầu độ tin cậy; yêu cầu cao kỹ thuật làm tăng chi phí cho thiết bị bảo vệ Vì thực tế cần dung hòa mức tốt yêu cầu trình lựa chọn thiết bị riêng lẻ tổ hợp toàn thiết bị bảo vệ, điều khiển tự động hệ thống điện 1.1.3 Cơ cấu hệ thống bảo vệ Rơ le làm việc theo tín hiệu điện thường nối với hệ thống điện thông qua máy biến dịng điện (BI), máy biến điện áp (BU), có nhiệm vụ cách ly mạch bảo vệ khỏi điện áp cao phía hệ thống giảm biên độ dịng điện, điện áp hệ thống xuống đến trị tiêu chuẩn phía thứ cấp, thuận tiện cho việc chế tạo sử dụng thiết bị bảo vệ, đo lường điều khiển Tín hiệu dịng điện điện áp đưa vào rơ le so sánh với ngưỡng tác động nó, vượt ngưỡng rơ le tác động “tức thời” có thời gian gửi tín hiệu cắt máy cắt điện phần tử bảo vệ Để cung cấp lượng cho việc thao tác máy cắt điện, rơ le thiết bị phụ khác, sử dụng nguồn điện thao tác riêng độc lập với phần tử bảo vệ Thanh góp Máy cắt điện BI Mạch điện bảo vệ MCF CC Nguồn - KĐK + RL BU Cầu chì Tải ba Tín hiệu cắt Hình 1-2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống bảo vệ Cấu trúc tổng thể hệ thống bảo vệ hình 1-2, Tiếp điểm phụ MCF máy cắt điện (hoặc rơ le phản ánh vị trí máy cắt) có khả cắt dòng điện lớn để ngắt mạch dòng điện cung cấp cho cuộn cắt trước tiếp điểm rơ le trở về, đảm bảo cho tiếp điểm rơ le khỏi bị cháy phải ngắt dịng điện lớn Những năm trước sơ đồ bảo vệ rơ le thường tổ hợp từ nhiều rơ le nhiều thiết bị riêng lẻ, phần tử nhóm phần tử thực chức định sơ đồ bảo vệ Ngày đối tượng cần bảo vệ cần dùng bảo vệ Để tăng cường độ tin cậy đặt thêm thứ hai với tính tương đương hoạt động theo nguyên lý khác nhà sản suất khác chế tạo Nguyên lý dự phòng áp dụng cho mạch máy biến dòng điện điện áp, cho nguồn điện thao tác cho cuộn cắt máy cắt điện hình 1-3 BI1 BI2 Máy cắt điện Mạch bảo vệ MC1 MC2 CC1 CC2 KĐK N2 + N1 + CCh1 BV1 CCh2 BV2 BU Hình 1-3 Sơ đồ cấu trúc hệ thống bảo vệ có dự phịng ðể tãng cýờng ðộ tin cậy 1.1.4 Những thông tin cần thiết cho lựa chọn tính tốn - Cấu hình hệ thống - Sơ đồ nối dây thiết bị sơ cấp tổng trở chúng, điện áp, tần số thứ tự pha - Tổ đấu dây - u cầu tính tốn ngắn mạch - Xác định thời gian tác động tối đa cho phép - Yêu cầu kỹ thuật bảo vệ - Thông tin hệ thống bảo vệ hữu yêu cầu nâng cấp, mở rộng 1.2 Các chế độ hư hỏng làm việc khơng bình thường hệ thống điện 1.2.1 Ngắn mạch Trong hệ thống có dịng điện nối đất lớn, có loại ngắn mạch sau đây: - Ngắn mạch ba pha, tức ba pha chập nhau, ký hiệu N(3) - Ngắn mạch hai pha, tức hai pha chập nhau, ký hiệu N(2) - Ngắn mạch pha, tức pha chập đất, ký hiệu N(1) - Ngắn mạch hai pha nối đất, tức hai pha chập nhau, đồng thời chập đất ( Tại điểm ) ký hiệu N(1,1) Ngắn mạch ba pha loại ngắn mạch đơn giản nhất, ta gọi ngắn mạch đối xứng, lúc tất ba pha đặt điện áp dòng điện lệch góc1200 Cịn loại ngắn mạch khác gọi ngắn mạch khơng đối xứng, lúc điện áp pha khác dịng điện khác lệch pha nói chung góc khác 1200 Trường hợp hệ thống có dịng điện nối đất bé pha chạm đất không tạo thành ngắn mạch, ta không xét đây, ngắn mạch hai pha nối đất biến thành ngắn mạch hai pha (vì dịng điện ngắn mạch khơng qua đất) Như hệ thống có dịng điện nối đất bé có hai trường hợp ngắn mạch ba pha ngắn mạch hai pha Hình qui ước xác suất xảy loại ngắn mạch ta ghi bảng 1-1 Bảng 1-1 cho thấy ngắn mạch pha xảy nhiều nhất, ngắn mạch ba pha xảy nhất, vấn phải nghiên cứu ngắn mạch ba pha : - Nó xảy - Có lúc định làm việc hệ thống điện, mặt ổn định - Ngồi cịn có tầm quan trọng đặc biệtlà tất loại ngắn mạch khơng đối xứng dùng phương pháp thành phần đối xứng để đưa ngắn mạch ba pha đối xứng a.Nguyên nhân ngắn mạch Nguyên nhân chung chủ yếu ngắn mạch điện bị hỏng Lý cách điện bị hỏng là: bị già cỗi làm việc lâu ngày, chịu tác động khí gây vỡ nát, bị tác động nhiệt độ phá huỷ môi chất, xuất điện trường mạnh làm phóng điện chọc thủng vỏ bọc Những nguyên nhân tác động khí người ( đào đất, thả diều ), lồi vật (rắn bị, chim đậu ), gió bão làm gẫy cây, đổ cột, dây dẫn chập Sét đánh gây phóng điện nguyên nhân đáng kể gây tượng ngắn mạch (tạo hồ quang điện dây dẫn) Ngắn mạch cịn thao tác nhầm, ví dụ phóng điện sau sửa chữa quên thao dây nối đất b.Hậu ngắn mạch Ngắn mạch loại cố nguy hiểm ngắn mạch dòng điện đột ngột tăng lên lớn, chạy phần tử hệ thống điện chúng gây ra: - Phát nóng cục nhanh, nhiệt độ lên cao gây cháy nổ - Sinh lực khí lớn phần thiết bị điện, làm biến dạng gây vỡ phận sứ đỡ, dẫn - Gây sụt áp lưới điện làm động ngừng quay, ảnh hưởng đén suất làm việc máy móc, thiết bị - Gây ổn định hệ thống điện máy phát bị cân công suất quay theo vận tốc khác dẫn đến đồng - Tạo thành phần dòng điện không đối xứng, gây nhiễu đường dây thông tin gần - Nhiều phần mạng điện bị cắt để loại trừ điểm ngắn mạch, làm gián đoạn việc cung cấp điện Bảng 1-1 : Hình qui ước xác suất xảy loại ngắn mạch Loại ngắn mạch Hình qui ước Ký hiệu Xác xuất xảy ra% ba N(3) hai N(2) 10 Ngắn mạch N(1) 65 N(1,1) 20 Ngắn mạch pha Ngắn mạch pha pha Ngắn mạch hai pha nối đất pha 1.2.2 Chạm đất lưới điện có trung điểm khơng nối đất nối đất qua cuộn dập hồ quang Chạm đất lưới điện có trung điểm khơng nối đất nối đất qua cuộn dập hồ quang không làm thay đổi hệ thống điện áp dây lưới điện Hình 1-4 Chạm đất pha lưới điện có trung điểm khơng nối đất nối đất qua cuộn dập hồ quang a Sơ đồ nguyên lý b Hệ thống điện áp chạm đất pha chạm đất 1.2.3 Đứt dây ( hở mạch) pha c Dòng điện pha Thực tế vận hành cho thấy xảy trường hợp hở mạch hai pha đứt dây ( tụt lèo) đầu tiếp xúc máy cắt điện bị hở, gây nên chế độ vận hành không toàn pha hệ thống Thường gặp chế độ đứt dây pha 10 thời gian T’d Ta có trị số sau: HP T’d 10 20ms 100 50ms Ta 10ms 40ms Các dòng sinh từ động dạng NM pha NM ba pha cho hình 12.26 Ta thấy thành phần AC ban đầu dòng điện động lúc xảy cố nói chung có độ lớn dòng khởi động chiều đường dây động cơ, hệ thống 415V ta thường giả sử dịng đóng góp cố tiêu biểu 6,25 lần dòng điện động đầy tải Ta thấy rằng,trong hệ thống nhỏ, tất động xem động tương đương hay mộthệ thống lớn vài động tương đương vị trí khác Mức công suất động tương đương tổng mức công suất động - Động 500 HP 6,6kV NM ba pha - Động 500 HP 6,6kV NM pha - Động 3000 HP 6,6kV NM pha Một thông số quan khácnữa tốc độ động Vì quanhững kiểm tra cho thấy rằng, đốivới động cực phần đóng gópcủa dịng cố lâu suy giảm hơn.Nói chung việc ước lượng phầnđóng góp động vào dịng cố chung nên tính cho động lớn tải động 3,3kV hay cao hơn.Các giá trị thực tế hình 7.20, hai dùng cho động hai cực bốn cực dùng cho máy có tốc độ thấp Các giá trị dựa điều kiện cố pha dùng thực tế Hình 7.20: Sự phân bố dịng cắt khơng đối xứng 7.4 nâng cao hệ số cos bảo vệ tụ điện Như biết, tỷ số để đánh giá hiệu sử dụng điện tể hệ số công suất Cos = Hay Ví dụ, tải kW cho có hệ số cơng suất 0.5 dịng điện tải lớn gấp đơi so với tải kW có hệ số cơng suất Dịng điện lướn cằng tăng tổn thất điện áp Hình 135 7.21 biểu diễn độ sụt áp theo hệ số công suất MBA tải 300kVA Hệ số công suất thấp, đưa đến dịng điện tải lớn làm kéo theo tăng chi phí nguồn cung cấp điện đó, xí nghiệp cơng nghiệp yêu cầu vận hành tải với hệ số cơng suất gần Thường tải xí nghiệp la Động cơ, cuộn kháng, MBA nên hệ số cos người ta thường dùng tụ điện tĩnh thường thấp, để nâng cao cos Giả thiết dung tụ điện bù để nâng cao hệ số cos mong muốn vẽ giản đồ vecto hình 7.22 Hình 7.21: Sự thay đổi điện áp theo hệ số công suất từ giá trị ban đầu cos xí nghiệp lên giá trị cos Hình 7.22: Ngun tắc nâng cao hệ số cơng suất Lượng công suất phải bù công suất tải kW hệ số công suất ban đầu cos nâng cao lên cos là: lượng cơng suất kháng cần bù để Trong thực tế tính tốn, người ta thường dung bảng số đơn giản dùng cột tính tương ứng cos tg hình 7.23 136 Hình 7.23: Cột tính dung lượng bù Ví dụ: nâng cao cos tải 100kW từ 0,7 lên 0,9 dung lượng càn bù Khi chọn thiết bị BV tụ điện, lưu ý dòng điện nhảy vọt độ lúc đóng ngắt tụ, trị số dịng điện đỉnh lên đến 20 lần dịng bình thường Bảo vệ thiết bị ngăn cản cháy nổ cố xảy bên tụ điện cắt nhanh chúng khỏi hệ thống dung cầu HRC để bảo vệ tụ điện ba pha dongfddieenj chọn cho CC khơng nhỏ 1,5 lần dịng định mức cảu tụ điện Khi dùng role BV cho tụ điện, điện áp trung bình có : rơle q dịng, dòng cắt nhanh pha phần tử chống chạm đất dung hình 7.24 Đối với tụ điện nối Y kép hình 7.24, sử dụng rơle dịng trung tính chung để phát dịng không cân tụ bị NM hay hở, dung rơle áp để hãm dịng khơng cân làm việc bình thượng tụ điện dung cho HTĐ cao áp BV hình 7.25, sử dụng rơle so lệch để BV hệ thống 137 Hình 7.24 Bảo vệ tụ kép Hình 7.25 Bảo vệ so lệch tụ 138 CHƯƠNG 8: BẢO VỆ ĐỘNG CƠ ĐIỆN Động điện tải quan trọng hệ thống điện cơng nghiệp Cơng suất đặc tính làm việc cảu động (ĐC) khác nhiều, BVĐC cần khảo sát kỹ đặc tính làm việc ĐC, ví dụ như: thời gian dịng điện khởi động phải biết để BV tải, sức chịu đựng qus nhiệt cua ĐC có tải khơng cân bằng, bị hãm Các tình trọng phaỉ kể đến tính tốn BV cho ĐC cố bên ngồi NM bên ĐC Tình trọng khơng bình thường xẩy cho ĐC điện áp cung cấp cho ĐC không can bằng, điện áp tháp, pha khởi động thứ tự pha ngược cố xẩy bên hư trục ĐC,NM pha mà thường gặp cố chạm đất tải 8.1 dòng khởi động dòng hãm động 8.1.1 dòng khởi động Độ lớn thời gian tồn dòng khởi động dòng hãm cuả ĐC ( cố phần đó) yếu tố quan trọng việc lựa chọn thiết bị BV tải, đặc tuyến dòng khởi động dựa tốc độ thời gian khởi động ĐC Dịng điện rotor cảu ĐC cảm ứng tính theo tố độ trượt Với : S – độ trượt R,X – điện trở, kháng trở ĐC Giả sử kháng trở ĐC 10 lần điện trở, đường cong khởi động ĐC có hình vẽ 8.1 dựa vào đặc tuyến, ta thấy dòng điện khởi động tồn ;bằng dòng điện khởi động lớn ĐC đạt tốc độ thông thương, chọn dịng thời gian BV tải, giả thiết dòng khởi động số dòng khởi động lớn thời gian khởi động lớn thời gian khởi động 8.1.2 Động hãm Một ĐC bị hãm khởi động tải sức hay cố đó, kéo theo dịng điện cung cấp tăng cao,điều nguy hiểm cho ĐC tiếp tục thế, khơng thể dùng trị số dòng điện để phân biệt trường hợp nên dùng thời gian tồn lâu thời gian khởi động bình thường thiết bị BV cắt ĐC thời gian khởi động vượt giới hạn cho phép Phần lớn ĐC cảm ứng khởi động không 10 s thời gian bị hãm khơng vượt q 20 s trường hợp ĐC đặc iệt có tải qn tính cao, thời gian khởi động lâu gần thời gian hãm cho phép ĐC ; lúc thùy thuộc vào loại rơle sử dụng để chống tải, cần thiết dùng rơle khởi động BV chống bị hãm 139 Hình 8.2 nguyên lý bảo vệ động bị hãm: dòng điện khởi động dòng điện hãm a) Thời gian tác động rơle nhiệt nhỏ thời gian hãm: rơle bảo vệ bị hãm b) Thời gian tác động rơle nhiệt lớn thời gian hãm: rơle không bảo vệ hãm Việc cần hay không cần BV hãm tùy thuộc vào tỷ số thời gian khởi động bình thường với thời gian hãm cho phép, chẳng hạn hình 8.2a thấy rằng, thời gian tác động rơle tải lớn thời gian khởi động nhỏ thời gian hãm cho phép, rơle tải tự BVĐC bị hãm Còn trường hợp hình 8.2b, thời gian làm việc rơle nhiệt tải lớn thời gian hãm cho phép cần thiết thêm rơle chống hãm riêng Một trường hợp khó khăn gặp thời gian chịu hãm ĐC nhỏ thời gian khởi động BV hãm yêu cầu lúc khởi động lúc chạy rơle Hãm riêng biệt lien kết với đo tốc độ ĐC 8.2 NHỮNG TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC KHƠNG BÌNH THƯỜNG CỦA ĐỘNG CƠ 8.2.1 Hoạt động động điện cảm ứng ba pha điều kiện điện áp không đối xứng Điện áp cung cấp cho ĐC khơng đối xứng do: đứt pha, cố phát tuyến cung cấp …; trường hợp gặp phải mức độ không cân điện áp (trừ trường hợp đứt pha ) không ảnh hường nhiều đến ĐC Điện áp khơng cân đưa đến nhiệt cuộn dây ĐC Mạch tương đương ĐC có pha hở mạch (H.8.3) 140 Trong trường hợp đứt pha, mạng tương đương tổng trở thứ tự thuận thứ tự nghich nối tiếp Do đố, dòng thứ tự thuận dòng thứ tự nghịch RS – điện trở pha stator; Xm – hỗ cảm RR – điện trở pha rotor chuyển phía stator XS – kháng trở pha stator; S – độ trượt XR – kháng trở pha rotor chuyển phía stator Hình 8.3 Mạch tương đương động cảm ứng điện pha 141 Hình 8.4 Mạch tương đương động cảm ứng – Dòng thứ tự thuận nghịch Trường hợp tổng quát, không cân điện áp ba pha ảnh hưởng lên dòng thứ tự thuận nghịch, giá trị thực dòng thứ tự nghịch phụ thuộc vào mức độ không đối xứng điện áp nguồn tỉ số tổng trở thứ tự nghịch thứ tự thuận ĐC Tỷ số tính từ mạch tương đương ĐC cảm ứng (H.8.4), bỏ qua tổng trở từ hóa ĐC Tổng trở thứ tự thuận ĐC độ trượt ZM1 = Ở chế độ đứng yên, S = ZM1 = Tổng trở thứ tự nghịch theo độ trượt ZM2 = Khi tốc độ ĐC bình thường, S nhỏ, lúc 142 ZM2 = Điện trở ĐC thường nhỏ điện kháng Tổng trở thứ tự nghịch ĐC chạy bình thường xấp xỉ tổng trở thứ tự thuận ĐC đứng yên Tỷ số tổng trở thứ tự thuận với tổng trở thứ tự nghịch tốc độ bình thường gần với tích số điện áp thứ tự nghịch tỷ số dòng điện khởi động với dòng chạy đầy tải Ví dụ: ĐC cảm ứng có dòng khởi động sáu lần dòng định mức, ĐC cung cấp với điện áp có điện áp thứ tự nghịch 5% có dịng thứ tự nghịch 30% Nếu điện áp cung cấp có điện áp thứ tự nghịch lớn 17% thành phần thứ tự thuận thành phần dịng thứ tự nghịch lớn dòng thứ tự thuận Nếu pha bị hở thành phần thứ tự nghịch vượt thành phần thứ tự thuận tùy thuộc vào điểm hở mạch nguồn Nếu ĐC tải không ĐC cung cấp điện từ có hở mạch phía nguồn (H.8.5a) Dịng thứ tự nghịch lớn dòng thứ tự thuận mạch ĐC Điều thấy mạch hình 8.5b Các dịng thứ tự tổng (IĐC1 + IT1) (IĐC2 + IT2) nhau, ZĐC2 < ZĐC1 Vì phân phối hai dòng thàng phần qua ĐC mạch tải khác Kết dịng thứ tự nghịch vào ĐC lớn 143 Hình 8.5 Trường hợp dòng thứ tự Nghịch lớn dòng thứ tự thuận Hình 8.6 Độ giảm cơng suất đầu động điện áp cung cấp không cân – Động hoạt động điều kiện dòng khơng đối xứng Thành phần dịng thứ tự nghịch khơng góp phần vào việc cung cấp cho momen quay ĐC, thự có sinh momen thứ tự nghịch (do dòng thứ tự nghịch) thường nhỏ 0,5%, momen đầy tải nên bỏ qua Ảnh hưởng chủ yếu dòng thứ tự nghịch làm cho tổn thất ĐC tăng lên (chủ yếu tổn thất đồng cơng suất giảm Cơng suất đầu ĐC có tỷ số dịng khởi động với dòng binhg thường 4, theo tỷ số áp thứ tự nghịch với thứ tự thuận cho hình 8.6 144 Sự tăng nhiệt độ cuộn dây pha truyền qua lõi sắt stator làm cho cuộn dây cịn lại có nhiệt độ Nhiệt độ ổn định cuộn dây mạng dịng điện lớn tỷ lệ với bình phương dịng điện cuộn (nếu máy có độ tản nhiệt thấp) tỷ lệ với ( máy có độ tản nhiệt tốt pha Thực sự truyền nhiệt qua cuồn stator phụ thuộc vào mốt quan hệ thành phần: thứ tự thuận thứ tự nghịch dịng điện khơng đối xứng Trong hình 8.7, giả thiết thành phần dịng thứ tự thuận thứ tự nghịch điện áp cung cấp 5%, thành phần dịng thứ tự nghịch 30% ĐC có tỷ lệ Z1/Z2 = Giá trị dòng pha (%): IA = 1,3; IB Ic = 0,89 có tổn thất đồng tương ứng pha lớn bình thường, hai pha khác nguội đóng vai trị tản nhiệt tốt, nhiệt độ ba pha cân Ở hình 8.8 giả thiết thành phần thứ tự thuận thứ tự nghịch pha A lệch pha 180o, điện áp cung cấp có thành phần thứ tự nghịch ba pha 5% dịng pha (%) Ia = 0,49; vầ Ib Ic = 1,37 Trong trường hợp này, hai pha có tổn thất đồng mức bình thường có pha đóng vai trị tản nhiệt Trường hợp tổng quát, cân nhiều ĐC điện áp cao, nhiệu độ tăng vượt qua Hình 8.7 nhiệt độ cho phép ĐC 145 Hình 8.8 - - 2.2 Sử dụng rơle q dịng để bảo vệ Dựa vào hình 8.9 dịng pha lớn phát ba rơle qua dòng pha Nếu pha nguồn bị hở mạch cho ĐC nối , mức dòng điện (%) cuộn dây nối hai pha nhỏ mức dòng điện đường dây lúc rơle q dịng điện đường dây lúc rơle q dịng pha khơng thể BV hoàn toàn cuộn dây stator ĐC Vĩ dụ: ĐC cảm ứng, lồng sóc 12,5HP – hở mạch pha C hình 8.9, giá trị dịng điện cuộn daaypha A lớn dòng điện đường dây Hình 8.9 rơle khơng thể BV tồn phần cuộn dây ĐC 8.2.3 Sử dụng rơle không cân pha Rơle hoạt động dòng điện đường dây vượt giá trị đặt, thường sử dụng để BVĐC có hoạt động với điện áp khơng đối xứng Tuy nhiên, rơle có số bất lợi như: Nó hoạt động dựa khác dịng điện dây, khơng dựa dịng điện pha, khơng thể đo giá trị dòng thứ tự nghịch mà thành phần dòng điện nguyên nhân gây nên nhiệt cuộn dây rotor ĐC Nó q nhạy có khơng đối xứng nhỏ pha bị thấp làm cắt ĐC không cần thiết Trong điều kiện pha bị thấp nhiệt, cố thể xảy cuộn stator dòng điện hay pha vượt dòng định mức, đặc biệt rơle loại hoạt động với 40% Iđm 146 hai pha cắt ĐC khơng cần thiết nhiệt độ rotor tăng lên có dòng thứ tự nghịch, trị số thực làm tác động rơle theo trị số 40/1,73% = 23% Nói cách khác, nhiệt độ tỷ lệ với - (0,232) hay 5,4% bình thường có tổng nhiệt độ tỷ lệ với ( hay 10% dịng đầy tải (khơng kể nhiệt độ điện trở rotor) Nếu ĐC hoạt động chế độ định mức bap trở thành khơng đối xứng có 12% dịng điện thứ tự nghịch pha, rơle loại hoạt động sau 15 phút Nếu ĐC tiếp tục chạy đầy tải dòng điện thứ tự thuận từ 100% trị số nhiệt độ cuộn dây stator cho hình 8.7, hình 8.8 Dịng thứ tự nghịch tương ừng với 12% dịng đường dây khơng đối xứng xem 8% tương ứng với điện áp thứ tự nghịch 1,3%, motor có Z1/Z2 = Như biết, có khơng đối xứng nhỏ nhiệt độ cuộn dây có dịng lớn tản nhiệt qua lõi sắt đến cuộn dây khác làm cho nhiệt độ cuộn dây giống nhau, Hình 8.7 cho thấy , gia tăng tổn thất đồng trung bình ứng với 1,3% điện áp thứ tự nghịch nhỏ 1%, nhiệt độ cuộn dây trung bình lúc đầy tải bình thường Nhiệt độ dịng thứ tự nghịch tỷ lệ với (0,082), nghĩa 0,64% bình thường Khi nhiệt độ tường đối lớn tạo dòng thứ tự nghịch cuộn dây rotor, dung rơle có trị số đặt cắt ĐC trước để tránh nhiệt cuộn dây stator rotor Nếu rơle BVĐC điện áp không đối xứng theo dõi nhiệt độ cuộn dây rotor, định chình xác giá trị thành phần thứ tự nghịch dịng đường dây khơng đối xừng Nếu ĐC trì cơng suất tiếp tục chạy tốc độ, điện áp không đối xứng đối xứng thành phần thứ tự thuận khơng dịng ba pha cân bằng, nhiệt độ thành phần thứ tự thuận giống điện áp đối xứng, nhiệt độ tăng lên có mặt thành phần thứ tự nghịch Ảnh hường nhiệt đơn vị thành phần thứ tự nghịch lớn đơn vị dịng thứ tự thuận, chọn rơle BVĐC phải lưu ý đến điều Tổng quát: ĐC lớn nguy hiểm có bất đối xứng, điện trở rotor cao dòng thứ tự nghịch 100Hz Hơn nữa, không cần cao thhif tổn thất pha mang dịng điện cao hơn, khơng kịp tản nhiệt đến pha khác 8.2.4 Bảo vệ tải Hiện nay, có nhiều loại ĐC đa dạng chúng nên BV tải ĐC dựa vào đặc điểm sau: Với ĐC sử dụng cho tải dao động mà tổn thất sinh trình vần hành dung rơle q dịng có chỉnh định thời gian để BV Động nối trực tiếp với tải ngắt nhanh chóng tải gây hư hỏng ĐC Nói chung, tùy theo máy mà ta thiết kế để phù hợp, không thiết tải cắt ĐC Chú ý: thiết kế tránh tác động nhầm rơle ĐC khởi động 8.2.5 Bảo vệ stator – Bảo vệ chống chạm đất stator Thông thường cố hư hỏng lớp cách điện, ta dung rơle dòng cắt nhanh để BV cố Giá trị đặt rơle khoảng 20% Iđm nối từ không ba MBI 147 Để rơle không hoạt động với dịng khơng cân bão hịa hay nhiều MBI, giá trị đỉnh nhọn khởi động ĐC lúc đầu thường người ta nối tiếp với rơle điện trở ổn định – Bảo vệ chống chạm pha – pha Sự cố nhiều pha xảy ra, dùng rơle qua dịng cắt nhanh BV chạm đất để BV, giá trị đặt rơle khoảng 20% Iđm BVSL thình thoảng sử dụng cho ĐC có cơng suất lớn quan trọng – Bảo vệ chống chạm vòng dây pha Bảo vệ nhận tác động cuộn dây stator phân nhiều mạch – Bảo vệ hư hỏng cực Rơle dòng cắt nhanh sử dụng đế BV trường hợp Chú ý: Rơle tác động nhầm dòng khởi động ĐC lúc đầu Đối với ĐC đồng cần có thêm BV như: BV tải cuộn từ trường, BV chồng tải đội ngột, BV công suất ngược, BV áp,thấp tần số… 8.3 CÁC SƠ ĐỒ BẢO VỆ ĐỘNG CƠ ĐIỆN – Sơ đồ bảo vệ động nhỏ (< 1MW) Hình 8.10 Hình 8.11 Hình 8.12 Ghi chú: Độ nhạy BV định hướng chống chạm đất 67N áp dụng với phát tuyến có MC hệ thống mạng điện có nối đất cuộn dây Peterson – Sơ đồ bảo vệ động lớn (> 1MW) Hình 8.13 148 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hoàng Việt (2005), Bảo vệ rơ le tự động hoá hệ thống điện, NXB Đại học Quốc gia TP HCM [2] Trần Đình Long (2000), Bảo vệ rơle hệ thống điện, NXB KH&KT Hà Nội [3] Trần Quang Khánh (2007), Bảo vệ Rơ le tự động hóa hệ thống điện, NXB Giáo dục 149 ... dòng điện chia làm hai loại: + Bảo vệ dòng điện cực đại + Bảo vệ dòng điện cắt nhanh 2.1.1 Bảo vệ dòng điện cắt nhanh Bảo vệ dòng điện cắt nhanh loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc cách chọn dòng điện. .. điện thường nối với hệ thống điện thông qua máy biến dòng điện (BI), máy biến điện áp (BU), có nhiệm vụ cách ly mạch bảo vệ khỏi điện áp cao phía hệ thống giảm biên độ dòng điện, điện áp hệ thống. .. CHƯƠNG CÁC NGUYÊN LÝ THỰC HIỆN BẢO VỆ 2.1 Nguyên lý dòng điện Bảo vệ dòng điện loại bảo vệ tác động dòng điện qua phần tử bảo vệ vượt giá trị định trước Theo phương pháp đảm bảo tính chọn lọc bảo vệ