Lựa chọn bộ chì FCO (Fuse Cut Out)

-Cầu chì tự rơi:

Các dây chảy của cầu chì ơ lưới phân phối phải điện kèm với thiết bị khác để có sự vận hành phù hợp. Thiết bị tiêu biểu nhất là các cơ cấu tự rơi được sử dụng ơ các dạng hộp, dạng hơ và dạng dây chảy hơ.

Các thiết bị này vận hành theo nguyên lý “bật” bơi tác động của dây chảy và một ống dây hồ quang, cùng với một dây thủy tinh sợi để khử ion hóa khi phần tử chảy của dây chảy bị chảy ra. Dây thủy tinh sợ sẽ chảy sinh ra các khí khử ion hóa tích lũy bên trong các ống. Hồ quang bị kéo dài, nén lại và được làm nguội trong ống và khí thoát ra ơ hai đầu ống mang theo một phần các phần tử hồ quang duy trì.

Việc phát sinh hồ quang sau khi dòng đạt giá trị zero sẽ bị ngăn ngừa bơi các khí khử ion hóa và áp suất tăng cao bơi sự chuyển động hỗn loạn của khí. Các nhân tố này nâng cao cường độ cách điện của khe hơ không khí trong ống. Khi áp suất cao sau đó đẩy các ion hồ quang sinh ra còn lại trong ống. Cầu chì tự rơi được chế tạo theo tiêu chuẩn ANSI 37.42.

Hình 3.1 Bộ chì tự rơi và dây chảy

-Phạm vi ứng dụng của cầu chì tự rơi:

Đầu tiên chúng ta phải lựa chọn các thông số định mức của cầu chì một cách thích hợp. Căn cứ vào điện áp lưới, cấp cách điện, dòng sự cố cực đại, tỉ số X/R, dòng tải cực đại mà ta ghi nhận được. Từ những thông số này ta có thể xác định loại cầu chì có dòng hoạt động liên tục lâu dài, điện áp định mức, công suất thích hợp.

Dòng hoạt động liên tục lâu dài định mức của cầu chì phải được chọn lớn hơn dòng tải cực đại đi qua cầu chỉ bao gồm cả dòng tải bình thường, dòng quá tải và các thành phần hài.

Điện áp của cầu chì được chọn dựa vào điện áp pha hay điện áp dây, mạng điện một pha hay ba pha. Trong hệ thống không nối đất điện áp định mức cực đại của cầu chì nên chọn bằng hoặc lớn hơn điện áp dây của hệ thống. Trong hệ thống có nối đất trên các nhánh một pha ta nên chọn điện áp định mức cực đại của cầu chì bằng hay lớn hơn điện áp pha của hệ thống. Dòng ngắt đối xứng định mức nên chọn bằng hay lớn hơn hay nhiều hơn nhiều dòng sự cố cực đại xảy ra tại cầu chì.

Hình 3.2 FCO và sứ treo trên cột điện

Dây chảy có thể chảy đứt ơ các thiết bị bảo vệ kiểu bật. Loại thông dụng nhất là thiết bị bảo vệ dạng tự rơi. Cấu tạo của cầu chì tự rơi gồm:

 Khung đỡ làm bằng sắt, dùng để gắn ống chì và bộ phận cách điện

 Bộ phận cách điện có thể được làm bằng sứ hay polyme

 Ống chì để chứa dây chì

 Dây chì được chế tạo bằng bạc, thiếc hay hợp kim đặt nằm trong ống chì

Nguyên tắc hoạt động: khi có dòng điện ngắn mạch chạy qua dây chì thì sẽ làm cho dây chì nóng chảy và đứt ra, cô lập phần tử bị sự cố, ống chì rơi xuống tạo khoảng hơ thấy được, đảm bảo an toàn cho việc sữa chữa, xem hình 3.3.

Hình 3.3 FCO khi tác động

Đặc tính của một dây chảy được xác định bơi các đặc tuyến dòng điện – thời gian của nó. Khi có dòng sự cố qua dây chảy, bộ phận này sẽ bắt đầu chảy theo đường đặc tuyến MMT – Minimum Melting Time (xem hình 3.4) và chảy đứt hoàn toàn theo đường đặc tuyến TCT – Total Clearing Time (xem hình 3.5). Ví dụ về các đặc tuyến của dây chảy FCO hãng Chance.

Hình 3.5 Đặc tuyến TCT của các dây chảy hãng Chance Dây chảy của FCO thường được ký hiệu như sau:

 Phần đầu là số: nó thể hiện trị số dòng điện định mức cho phép qua dây chảy, đơn vị tính là ampe (A).

 Phần sau là chữ: nó thể hiện đặc tính cắt, hiện nay có 2 loại dây chì chính có ký hiệu:

 Dây chì loại K: cắt nhanh.

 Dây chì loại T: cắt chậm.

Ví dụ: dây chì có kí hiệu là 10K nghĩa là loại dây chì cắt nhanh có mã dòng định mức là 10 A. Theo nhà sản xuất, dây chì dạng thiếc có thể chịu đựng được dòng điện gấp 1.5 lần dòng điện định mức của nó.

Điều kiện để chọn FCO bảo vệ MBA [3], đảm bảo các thông số điện áp và dòng điện của bộ chì chịu đựng được điện áp và dòng điện đường dây trong điều kiện làm việc bình thường và sự cố.

 Uđmcc ≥ Uđm  Iđmcc ≥ Icb  Icắtcc ≥ INM

Trong đó: Uđmcc : Điện áp định mức cầu chì.

Uđm : Điện áp định mức của xuất tuyến. Iđmcc : Dòng điện định mức của cầu chì.

Icb : Dòng cưỡng bức là dòng làm việc cực đại đi qua MBA. Icắtcc : Dòng điện cắt của cầu chì.

INM : Dòng điện ngắn mạch lớn nhất đi qua MBA.

Các MBA được quá tải 40% so với dòng điện định mức IđmMBA nên Icb = 1.4×IđmMBA (không quá 5 ngày đêm với thời gian quá tải mỗi ngày không quá 6 giờ) với:

SMBA

IđmMBA =√3. Uđm

Từ các công thức như trên, kết hợp với bảng 3.1, các kết quả ngắn mạch và sơ đồ xuất tuyến hình 1.2, tính được dòng cưỡng bức qua MBA tại các nút trên nhánh, xem bảng 3.2.

Bảng 3.2 Kết quả dòng cưỡng bức qua MBA

Vị Trí Ulưới (kV) SMBA(MVA) Iđm MBA(A) Icb(A) I(3)N(kA) Phụ tải 1 22 1.25 32.8040 45.9256 3.9081 Phụ tải 2 22 1.60 41.9891 58.7848 4.2717 Phụ tải 3 22 0.32 8.3978 11.7570 3.7636 Phụ tải 4 22 0.56 14.6962 20.5747 4.8174 Phụ tải 5 22 1.25 32.8040 45.9256 6.4643 Phụ tải 6 22 1.60 41.9891 58.7848 5.3773 Phụ tải 7 22 0.56 14.6962 20.5747 7.7893

-Để dễ dàng kiểm tra các kết quả lựa chọn trên phần mềm ETAP, ta lựa chọn dây chì loại K cắt nhanh hãng Chance cho FCO bảo vệ MBA lẫn FCO đầu nhánh.

Bảng 3.3 Kết quả chọn bộ chì FCO của hãng CHANCE (Mỹ) [6]

Phụ tải Loại FCO Mã số Uđmcc

(kV) Iđmcc (A) Icắtcc (kA) 1 27 kV có điện áp chịu đựng 125 kV C710 – 211PB 27 100 8 2 C710 – 211PB 27 100 8 3 C710 – 211PB 27 100 8 4 C710 – 211PB 27 100 8 5 C710 – 211PB 27 100 8 6 C710 – 211PB 27 100 8 7 C710 – 211PB 27 100 8 3.2.2 Lựa chọn dây chì

Đối với phụ tải tại nút 2, 4 và 5 ( phụ tải phân bố), để đơn giản tính toán, xem dòng ngắn mạch tại các tải này bằng nhau và bằng dòng ngắn mạch tại đầu tải phân bố. Việc lựa chọn dây chảy của MBA cần:

 Đảm bảo rằng dây chảy không bị đứt khi MBA quá tải trong khoảng cho phép.

 Đảm bào rằng dây chảy không bị đứt đối với dòng điện từ hóa của lõi thép nhảy vọt xuất hiện khi đóng cắt máy biến áp, thông thường sẽ gấp 8-12 lần dòng đầy tải.

 Dây chảy phải đứt hoàn toàn khi có sự cố ngắn mạch xảy ra. Điều kiện dây chì dạng thiết (Chance) cắt nhanh mã K là:

Iđmdâychì =

Icb

(vì dây thiết

1.5

có khả năng mang 150% dòng định mức, [3]).

 Ví dụ: Tại nút 6, phụ tải 1:

→ chọn loại dây chảy 40K

Iđmdâychì

= 45.92561.5 = 30.6171 kA

Bảng 3.4 Kết quả lựa chọn dây chảy loại K cho phụ tải Vị trí tải Phụ tải

1 Phụ tải 2 Phụ tải 3 Phụ tải 4 Phụ tải 5 Phụ tải 6 Phụ tải 7 Icb(A) 45.9256 58.7848 11.7570 20.5747 45.9256 58.7848 20.5747 Icb/1.5(A) 30.6171 39.1898 7.8380 13.7164 30.6171 39.1898 13.7164 Dây chảy 40K 40K 8K 15K 40K 40K 15K

3.2.3 Lựa chọn FCO cho mạch nhánh

Thực hiện việc lựa chọn FCO cho nhánh tương tự như ơ phần trước với các điều kiện [3]:

 Uđmcc ≥ Uđm  Iđmcc ≥ Icb  Icắtcc ≥ INM

Trong đó: Uđmcc : Điện áp định mức cầu chì. Uđm : Điện áp định mức của xuất tuyến. Iđmcc : Dòng điện định mức của cầu chì.

Icb : Dòng cưỡng bức là dòng làm việc cực đại đi qua MBA. Icắtcc : Dòng điện cắt của cầu chì.

INM : Dòng điện ngắn mạch lớn nhất đi qua MBA.

Dòng làm việc cực đại qua các FCO nhánh tính như sau, Kết quả tính toán sẽ được thể hiện trong bảng 3.5.

Iđm−nhánh = Snhánh−m ax √3. Uđm

Icb−nhánh = 1.4 × Iđm−nhánh

Bảng 3.5 Dòng điện cưỡng bức qua các nhánh

Vị trí Ulưới (kV) Smax (MVA) Icb(A) I(3)N (kA)

Nhánh 1 (nút 5) 22 3.0 110.2214 4.9232

Nhánh 2 (nút 4) 22 2.0 73.4809 5.6557

(3)

- Dựa vào các giá trị Icb và I từ bảng 3.5, ta tiến hành chọn bộ chì FCO và loại dây chảy cho các nhánh rẽ, kết quả lựa chọn thể hiện ơ bảng 3.6 và bảng 3.7

Bảng 3.6 Kết quả chọn FCO của hãng CHANCE (Mỹ) [6]

Phụ tải Loại FCO Mã số Uđmcc

(kV) Iđmcc (A) Icắtcc (kA) 1 27 kV có điện áp chịu đựng 125 kV C710 – 211PB 27 100 8 2 C710 – 211PB 27 100 8 3 C710 – 211PB 27 100 8 4 C710 – 211PB 27 100 8 5 C710 – 211PB 27 100 8

Bảng 3.7 Kết quả lựa chọn dây chảy loại K cho nhánh rẽ theo dòng Icb

Nhánh 1 2 3 4 Icb(A) 110.2214 73.4809 91.8512 55.1107 Icb/1.5(A ) 73.4809 48.9873 61.2341 36.7404 Dây chảy 80K 50K 65K 40K N

-Kiểm tra phối hợp cầu chì trên và dưới theo tiêu chuẩn [7] hoặc dựa vào bảng phối hợp an toàn các dây chảy loại K của hãng CHANCE:

-Ví dụ: với dòng ngắn mạch 2000 (A) thì dây chảy cấp 1 là 20K sẽ phối hợp được với dây chảy cấp 2 từ 65K trơ lên. Tương tự từ bảng phối hợp cầu chì loại K, hình 3.6 ta có kết quả.

Bảng 3.8 Chọn dây chảy theo điều kiện phối hợp bảo vệ

Vị Trí Nhánh 1 Nhánh 2 Nhánh 3 Nhánh 4

Phụ tải 2 3 4 5 6 7

I(3)(kA)

N 4.2717 3.7636 4.8174 6.4643 5.3773 7.7893

Loại dây chảy

FCO bảo vệ MBA 40K 8K 15K 40K 40K 15K

Chọn loại dây

chảy FCO nhánh 140K 140K 200K 200K

-Kết quả lựa chọn loại dây chảy của FCO trên nhánh dựa vào kết quả phối hợp vảo vệ trước dòng ngắn mạch được thể hiện ơ bảng 3.9.

Bảng 3.9 Dây chảy bảo vệ nhánh rẽ.

Vị trí Nhánh 1 Nhánh 2 Nhánh 3 Nhánh 4

Loại dây chảy 140K 140K 200K 200K

Kết luận: Từ kết quả chọn dây chảy như trên, ta sẽ lấy đó làm điều kiện cũng như số

liệu để cài đặt rơle ơ chương V, phối hợp tiêu chuẩn, bảo vệ cho toàn bộ xuất tuyến trung áp 22 kV.

3.3 Rơle và máy cắt3.3.1 Máy cắt 3.3.1 Máy cắt

 Đặc tính máy cắt:

Máy cắt là một thiết bị đóng ngắt cơ khí có khả năng đóng, mang và cắt dòng điện ơ điều kiện vận hành bình thường của mạch điện, đồng thời có khả năng đóng, mang trong thời gian xác định và cắt dòng điện trong điều kiện sự cố của mạch điện như ngắn mạch. Máy cắt có thể cắt, đóng bằng tay hay sử dụng tín hiệu từ rơle hoặc các bộ điều khiển điện tử bên ngoài để đóng, mơ tiếp điểm. Do có khả năng cắt dòng ngắn mạch lớn và dòng liên tục cao nên các máy cắt tương đối đắt tiền và cồng kềnh so với các thiết bị bảo vệ hệ thống phân phối khác.

 Các giá trị định mức của máy cắt -Điện áp định mức lớn nhất

Điện áp định mức lớn nhất là điện áp mà máy cắt đã được thiết kế và không được vận hành ơ các giá điện áp cao hơn.

-Hệ số mức điện áp định mức K

K là tỉ số giữa điện áp định mức lớn nhất với giới hạn thấp nhất của mức điện áp vận hành mà ơ mức điện áp này cho phép khả năng dòng điện cắt ngắn mạch đối xứng và không đối xứng thay đổi tỉ lệ nghịch với điện áp.

-Điện áp thử nghiệm chịu đựng định mức tần số thấp

Điện áp chịu đựng ơ tần số thấp định mức (khô) là điện áp thử nghiệm một máy cắt mới khi thử nghiệm khô với các điều kiện quy định phải có khả năng chịu đựng trong một phút không có phóng điện bề mặt hay đánh thủng cách điện. Điện áp chịu đựng ơ tần số thấp định mức (ướt) là điện áp thử nghiệm một máy cắt mới khi thử nghiệm ướt với các điều kiện quy định, máy cắt mới loại ngoài trời và các thành phần bên ngoài phải có khả năng chịu đựng trong mười giây không có phóng điện bề mặt hay đánh thủng cách điện.

-Điện áp thử nghiệm chịu đựng định mức xung

Điện áp thử nghiệm chịu xung định mức bao gồm xung đầy đủ và xung cắt. Một máy cắt mới phải có khả năng chịu đựng cả hai xung trên không có phóng điện bề mặt hay đánh thủng cách điện.

-Dòng liên tục định mức ơ 60 Hz

Đây là dòng lớn nhất ơ 60 Hz mà một máy cắt có thể mang liên tục mà không được vượt quá giá trị nhiệt độ cho phép.

-Dòng ngắn mạch định mức

Dòng ngắn mạch định mức là khả năng cắt ngắn mạch dòng đối xứng của máy cắt tại điện áp định mức lớn nhất.

-Điện áp phục hồi quá độ

Tại điện áp định mức cực đại, mỗi máy cắt phải có khả năng cắt các sự cố tại các đầu cực ba pha không nối đất ơ dòng ngắn mạch định mức, trong các mạch có điện áp phục hồi quá độ ba pha không nối đất không được vượt quá đường bao điện áp phục hồi.

-Thời gian cắt ngắn mạch định mức

Thời gian cắt ngắn mạch định mức của máy cắt là khoảng thời gian cho phép lớn nhất từ khi nạp dòng cắt tại điện áp điều khiển định mức đến khi hoàn thành cắt ngắn mạch ơ tất cả các pha trong thao tác mơ. Dòng điện được cắt phải nhỏ hơn khả năng cắt ngắn mạch của máy cắt vá phải lớn hơn hoặc bằng 25% khả năng cắt không đối xứng của máy cắt ơ điện áp định mức lớn nhất.

-Thời gian cắt trễ cho phép định mức

Thời gian cắt trễ cho phép định mức là giá trị thời gian lớn nhất mà máy cắt có thể mang K lần dòng điện ngắn mạch định mức sau khi đóng và trước khi cắt dòng điện này.

-Điện áp định mức lớn nhất chia hệ số K

Trong dãy điện áp của máy cắt, định mức cắt ngắn mạch tăng lên khi điện áp giảm xuống và ngược lại, thiết lập nên quan hệ giữa điện áp và dòng điện. Giá trị điện áp thấp nhất nghĩa là định mức dỏng cắt không thay đổi khi sử dụng ơ điện áp thấp hơn.

3.3.2 Rơle

-Rơle là một thiết bị dùng để nhận biết tín hiệu của dòng sự cố, định thời gian và đóng trơ lại, nói chung là điều khiển việc vận hành của máy cắt, xem minh họa hình 3.7

Hình 3.7 Rơle bảo vệ quá dòng của hãng Siemens

-Có nhiều loại rơle khác nhau để cảm nhận và đáp ứng sự tương hỗ giữa điều kiện hệ thống và các đại lượng, bao gồm các loại như: rơle quá dòng, rơle quá áp, rơle bảo vệ so lệch, rơle tổng trơ, rơle thứ tự pha (bảo vệ ngược nhau…). Rơle bảo vệ quá dòng và rơle tự đóng lại hay chung cả hai là hai loại rơle được dùng phổ biến nhất trong việc bảo vệ hệ thống phân phối.

3.4 Lý thuyết bảo vệ Rơle3.4.1 Bảo vệ quá dòng điện 3.4.1 Bảo vệ quá dòng điện

-Nguyên tắc bảo vệ:

Bảo vệ quá dòng điện (BVQDĐ) là loại bảo vệ tác động khi dòng điện qua chỗ đặt thiết bị bảo vệ tăng quá giá trị định trước. Có thể chọn BVQDĐ thành bảo vệ dòng điện cực đại hoặc bảo vệ dòng điện cắt nhanh.

-Chức năng bảo vệ quá dòng điện cực đại (BVDCĐ) (BV51).

Khảo sát một đường dây hình tia như hình 3.8, có một nguồn cung cấp, được đặt BVDCĐ tại phía nguồn mỗi đoạn đường dây.

Hình 3.8 Bảo vệ quá dòng cực đại

Mỗi đoạn đường dây được bảo vệ bơi một máy cắt riêng. Khi có ngắn mạch tại cuối đường dây N4 sẽ có dòng sự cố chạy qua cả 4 máy cắt, tức là cả 4 máy cắt sẽ khơi