3.1.1 Ý nghĩa tầm quan trọng trong bảo vệ trạm phát
Trong quá trình vận hành, khai thác hệ thống điện năng tàu thủy, luôn có khả năng xảy ra sự cố hoặc hƣ hỏng, ở mỗi chế độ công tác khác nhau, chính vì vậy ở những hệ thống này phải có những thiết bị bảo vệ đặc biệt. Hệ thống nào cũng bao gồm một hoặc nhiều thiết bị bảo vệ riêng biệt.
Việc bảo vệ cho trạm phát mang những ý nghĩa rất quan trọng sau đây: -Tự động ngắt mạch những phần tử có sự cố, tách khỏi những phần tử khác đang hoạt động bình thƣờng. Hình thức bảo vệ này có tác dụng ngăn ngừa những hậu quả tiếp theo, có thể đƣa đến ngắn mạch phần tử khác.
-Tự động ngắt mạch một số phần tử thuộc hệ thống điện năng (ví dụ khi máy phát bị quá tải, tự động ngắt bớt phụ tải, để giảm bớt dòng cho máy phát) và dự báo những chế độ công tác khác với chế độ công tác định mức, mà ta có thể kể sau.
37
-Dòng công tác xấp xỉ hoặc lớn hơn dòng định mức, điện trở cách điện của hệ thống giảm quá giới hạn cho phép v.v...
3.1.2 Các yêu cầu cơ bản trong bảo vệ trạm phát:
Xuất phát từ tầm quan trọng và ý nghĩa của việc bảo vệ hệ thống, phần tử bảo vệ cần phải có các yêu cầu cụ thể sau.
Bảo vệ phải có tính chất chọn lọc
Nghĩa là thiết bị bảo vệ chỉ ngắt mạch những phàn tử hƣ hỏng, có sự cố thật, tính chất này sẽ đảm bảo độ tin cậyhoạt động liên tục của các phụ tải tiêu thụ.
Bảo vệ phải có tính tác dụng nhanh:
Nhờ tác dụng nhanh mà có thể hạn chế ảnh hƣởng xấu đến các máy phát đang công tác song song, đến các phần tử khác, nâng cao ổn định động của máy phát và hệ thống năng lƣợng, ngoài ra còn:
- Rút ngắn thời gian công tác của các hộ tiêu thụ khi điện áp thấp ( nâng cao độ tin cậy của bản thân hộ tiêu thụ).
- Giảm bớt các hƣ hỏng khi dòng ngắn mạch có tia lửa điện.
Muốn thế thời gian tác động của thiết bị bảo vệ phải không quá 0,1 0,15 giây. Tất nhiên ta phải hiểu rằng không phả lúc nào cũng phải họat động nhanh, ví dụ nhƣ: quá tải mọt số thiết bị quan trọng chỉ đƣợc dự báo chứ không đƣợc ngắt mạch.
Bảo vệ phải có độ tin cậy
Các thiết bị bảo vệ rất ít khi hoạt động vì khi xảy ra sự cố, song có khi lại sự cố liên tục cách nhau vài giây, vài giờ, vài tháng, vài năm,v.v...
38
Tuy nhiên một khi xảy ra sự cố thì các thiết bị bảo vệ phải hoạt động đƣợc và đúng. Do đó cấu tạo chúng phải đơn giản tin cậy dễ tháo lắp.
Bảo vệ phải có độ nhạy
Đây là tính chất quan trọng để đảm bảo thiết bị bảo vệ phản ứng ngay với những hiện tƣợng hƣ hỏng, sự cố,...
Độ nhạy của thiết bị bảo vệ đƣợc biểu thị bằng hệ số nhạy cảm Kn. Ví dụ thiết bị bảo vệ dòng cực đại thì hệ số Kn là tỷ số:
Kn =
hd ng
I I min
Ing min: dòng ngắn mạch nhỏ nhất mà thiết bị bảo vệ hoạt động. Ihd : dòng hoạt động đã đƣợc ghi trƣớc trên bảng thông số của nó. Những phần tử bảo vệ chính là rơle và cầu chì
Bảo vệ cho máy phát điện
Máy phát điện bị hƣ hỏng là do các nguyên nhân : chất cách điện của cuộn dây stato hay roto bị hỏng, gây ra ngắn mạch hai pha, ba pha, một pha với vỏ máy, ngắn mạch giữa các vòng dây trong cùng pha, đồng thời ngắn mạch cuộn stato và cuộn dây roto với vỏ máy.
Nếu cuộn dây stato hỏng không chỉ gây ra dòng lớn mà còn gây ra tia lửa điện (hồ điện quang) đốt cháy lõi thép stato, đòi hỏi phải sửa chữa khôi phục rất phức tạp.
Nếu ngắn mạch cuộn dây rôto với vỏ máy tại hai điểm, phần cuộn dây còn lại có dòng lớn phát nóng, từ trƣờng kích từ sẽ không đối xứng gây ra lực cơ học làm chấn động máy phát.
39
Trƣờng hợp rất nguy hiểm là sự hƣ hỏng của máy phát gây cháy do hồ quang điện, đốt cháy chất cách điện và từ đó có thể gây hỏa hoạn lớn do tác động của quạt gió.
Cũng là chế độ công tác không bình thƣờng của máy phát nếu nó bị tải không đối xứng với dòng lớn và dòng của máy phát lớn hơn dòng định mức do ngắn mạch ở ngoài máy phát hoặc quá tải của một phụ tải có công suất lớn.
Trong hệ thống năng lƣợng tàu thủy ngoài những sự cố đã kể trên đối với máy phát còn có khả năng chuyển sang chế độ công tác nhƣ động cơ.
Tóm lại: Máy phát điện trong trạm phát điện tàu thủy cần có các bảo vệ sau đây :
Bảo vệ ngắn mạch cho máy phát
Bảo vệ quá tải cho máy phát
Bảo vệ công suất ngƣợc cho máy phát.
Bảo vệ thấp áp cho máy phát.
Bảo vệ điện áp cao cho máy phát.
Trong thực tế còn một số bảo vệ khác nữa ngoài các loại bảo vệ kể trên nhƣng do các loại bảo vệ đó chỉ áp dụng rất hãn hữu cho các trƣờng hợp đặc biệt và máy phát có điện áp cao và công suất lớn.
3.2 Chức năng bảo vệ trong trạm phát tàu Xi Măng 3.2.1 Bảo vệ ngắn mạch
- Các nguyên nhân gây ra ngắn mạch cho trạm phát:
Trong quá trình vận hành và khai thác hệ thống điện năng tàu thủy có rất nhiều nguyên nhân gây ngắn mạch, đó là do hƣ hỏng chất cách điện của các phần tử dẫn điện trong các thiết bị điện khác nhau. Hiện tƣợng đó là do sự già hòa tự nhiên, sự quá áp, sự bảo dƣớng các thiết bị không đúng qui trình hoặc do các hƣ hỏng cơ khí.
40
Ngắn mạch còn do các hoạt động nhầm lẫn tức là do vi phạm các qui trình vận hành, khai thác kỹ thuật các hệ thống điện năng trên tầu gây ra.
Do ngắn mạch các động cơ, phụ tải có công suất lớn. Dòng ngắn mạch thƣờng là có trị số lớn, có thể đạt đến hàng trăm ngàn ampe, nên hậu quả nó gây ra là rất lớn.
- Tác hại do dòng ngắn mạch cho trạm phát
Do có trị số lớn nên dòng ngắn mạch nhanh chóng đốt nóng các phần tử dẫn điện mà nó đi qua đến nhiệt độ vƣợt quá nhiệt độ cho phép nhiều lần, làm cho tiếp điểm của các khí cụ bị cháy nếu nhƣ khí cụ đó không dƣợc tính toán để có khả năng chịu đƣợc dòng ngắn mạch.
Do ngắn mạch lớn chạy qua sẽ làm xuất hiện lực tƣơng hỗ rất lớn giữa các phần dẫn điện của hệ thống điện năng, lực này sẽ làm hƣ hỏng các vật cách điện làm trụ đỡ các khí cụ, thanh cái, hoặc các vật cố định khác.
Dòng ngắn mạch có thể gây ra sụt áp đột ngột rất lớn làm xấu đi tính năng công tác của các phụ tải, đặc biệt đối với động cơ có thể bị dừng lại. Điều đó hết sức nguy hiểm cho an toàn của con tàu.
Khi ngắn mạch gây ra sự sụt áp đột ngột lớn làm sấu đi tính công tác của trạm phát, làm mất tính ổn định của các thông số cơ bản nhƣ U, f. Ngoài ra ngắn mạch bằng hồ quang còn có thể gây ra hoả hoạn, gây cháy các thiết bị điện khác.
Nếu dòng ngắn mạch kéo dài mà điểm ngắn mạch gần máy phát thì hết sức nguy hiểm, có thể gây cháy máy phát hay làm mất đồng bộ giữa các máy phát đang công tác song song.
Do vậy bảo vệ ngắn mạch cho máy phát là vô cùng quan trọng. Đối với máy phát có thể các loại bảo vệ khác không có nhƣng nhất thiết bảo vệ ngắn mạch
41
phải có. Bảo vệ ngắn mạch có thể bằng cách các thiết bị bảo vệ khác nhau nhƣng chúng ta thƣờng gặp nhất là cầu chì, aptomat hoạt động nhanh và cuộn cảm.
Trên tàu Xi Măng thiết bị bảo vệ ngắn mạch gồm có: cầu chì đề bảo vệ mạch điều khiển, mạch hạ áp và Aptomat chọn lọc để bảo vệ mạch động lực. Khi ngắn mạch thì trị số dòng điện rất lớn, đối với mạch điều khiển, mạch hạ áp thì dây chảy cầu chì sẽ đứt cách ly mạch ra khỏi lƣới tránh. Đối với mạch động lực aptomat tác động ngắt mạch động lực để bảo vệ máy phát.