4.Bảo vệ thấp áp cho máy phát
5.Bảo vệ điện áp cao cho máy phát
Ngoài các bảo vệ trên thì có thể có những bảo vệ khác như :bảo vệ mất pha,bảo vệ nhiệt độ quận dây vượt quá nhiệt độ cho phép…
1.Bảo vệ ngắn mạch cho máy phát
Ngắn mạch là sự nối kín giữa các pha hay giữa các cực thơng qua tổng trở trong mạch
gần như bằng không hoặc rất nhỏ.Nếu là hệ thống bốn dây thì cịn là sự nối kín giữa pha và dây trung tính,cịn hệ thống có trung tính tiếp mát thì ngắn mạch cịn là sự nối kín giữa pha và đất hoặc mát.
+Nguyên nhân :do hư hỏng chất cách điện của các phần tử dẫn điện vì có sự già hóa tự nhiên hay sự quá điện áp,sự bảo dưỡng các thiết bị khơng đúng qui trình hoặc do các hư hỏng cơ khí,ngồi ra cịn do sự hoạt động nhầm lẫn của người vận hành.
+Hậu quả :dịng ngắn mạch nhìn chung là lớn cịn tùy thuộc vào điểm ngắn mạch nằm xa hay gần máy phát.Nó có thể đạt đến trăm nghìn ampe nên nó gây ra các hậu quả sau: -Làm tăng nhiệt độ hoặc làm nóng chảy,đốt cháy các phần tử mà nó đi qua gây ra hỏng các thiết bị đó do nhiệt
-Dịng ngắn mạch làm xuất hiện một lực tương hỗ rất lớn trên các phần tử dẫn điện gây ra sự phá hủy cơ khí,có thể làm vỡ các trụ đỡ,khí cụ,thanh cái hoặc các vật cố định khác. -Dòng ngắn mạch gây ra sự sụt áp đột ngột rất lớn làm xấu đi tính năng cơng tác của các phụ tải.
Để bảo vệ ngắn mạch người ta thường dùng cầu chì,các loại aptomat hoạt động nhanh.Trên tàu thủy ứng dụng ba nhóm aptomat sau :
1.Aptomat cổ điển 2.Aptomat chọn lọc
3.Aptomat hoạt động nhanh *Aptomat cổ điển :
Loại áptomat này không sử dụng thêm các phần tử có thể rút ngắn hay kéo dài thời gian hoạt động.Nếu dòng đi qua aptomat từ Igh cho đến I2 nó sẽ hoạt động theo nguyên tắc bảo vệ quá tải.Khi dòng đạt lớn hơn I2 cho đến I3 aptomat hoạt động theo cơ cấu bảo vệ ngắn mạch với thời gian tb=0,010,03(s)
Đặc tính dịng thời gian : tK=1020(s) tb=0,010,03(s) t K 0 Igh t b I t I3 I2 qt nm I> t i Idm
Hình 1:1 nấc bảo vệ ngắn mạch Chu kì hoạt động(vài 3 nửa chu kì) *Aptomat hoạt động chọn lọc: t nm t K z tb t I I3 I2 I1 Igh 0 qt Idm i t I>>
Hình 2:Hai nấc bảo vệ ngắn mạch Chu kì hoạt động tz=0,10,5(s) Loại này được lắp thêm phần tử cho phép kéo dài thời gian hoạt động khi bảo vệ ngắn mạch và có đặc tính như trên.
tk=1020(s) tz=0,10,5(s) tb=0,010,03(s)
Khi dòng ngắn mạch chưa đạt đến mức độ lớn cần phải cắt ở thời gian tb điều đó làm tăng độ tin cậy cấp điện cho hệ thống.Như vậy aptomat chọn lọc sẽ hoạt động bảo vệ ngắn mạch với thời gian dài hơn nếu dịng ngắn mạch cịn nhỏ,nghĩa là nó có hai nấc bảo vệ ngắn mạch.
*Aptomat hoạt động nhanh :
Loại này được cấu trúc thêm phần tử cho phép rút ngắn thời gian hoạt động khi có dịng ngắn mạch lớn.Loại này có khả năng hoạt động ngay ở nửa chu kì đầu của dịng ngắn
mạch.Vì vậy có thể đặt phần tử để nó nhanh đến mức trước khi xuất hiện dịng xung kích,tăng khả năng hạn chế ngắn mạch. 10ms tk tz tb ts qt nm 0 IdmIgh I1 I2 I3 I4 I ts
Hình 3: I>>> :ba nấc bảo vệ ngắn mạch ts=1 vài ms cho đến 10ms
Tóm lại từ đặc tính dịng-thời gian của các loại aptomat,ta thấy khi sử dụng loại aptomat cổ điển và chọn lọc muốn bảo vệ dòng ngắn mạch với thời gian cắt ngắn hơn tb thì thường phải phối hợp với cầu chì,cịn khi sử dụng loại aptomat hoạt động nhanh thì khơng cần phải có cầu chì.Trong thực tế :nấc thứ nhất Ing>2,5Iđm ;nấc thứ hai Ing(4,56)Iđm ;nấc thứ ba Ing(610)Iđm
*Kết hợp aptomat và cầu chì bảo vệ ngắn mạch :
Khi ứng dụng aptomat cổ điển và aptomat chọn lọc để bảo vệ ngắn mạch do khơng có phần tử cho phép rút ngắn thời gian hoạt động khi có dịng ngắn mạch lớn,nhỏ hơn tb điều đó rất bất lợi vì nếu Ingm>I3 mà sau thời gian tb mới cắt thì quá chậm và có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng do vậy ta nên kết hợp với cầu chì bằng cách chọn đặc tính như sau :
1-2 là đặc tính của aptomat cổ điển 3 là đặc tính của cầu chì kết hợp 4 là sức bền của phần tử nhiệt
Đường cong 1 và đường thẳng 2 là đặc tính dịng và thời gian của aptomat cổ điển (1 là do phần tử bimetan tạo ra,còn đường 2 là do phần tử điện từ tạo ra)
Với sự kết hợp như trên khi dịng lớn hơn I3,cầu chì sẽ hoạt động bảo vệ trước aptomat và nên chú ý toàn bộ các đoạn 1,2,3 nhất thiết phải nằm thấp hơn đường giới hạn sức bền của phần tử nhiệt.Khi chọn nếu đoạn số 3 càng dốc thì càng tốt.
Idm I2 I3 I Igh t 1 2 a 4 3 0 b
Hình 4 :Đặc tính dịng-thời gian khi kết hợp aptomat
*Bảo vệ ngắn mạch cho máy phát tàu AP SVETI VLAHO :( page 084,085)
Trên tàu 53000T việc bảo vệ ngắn mạch cho máy phát người ta dùng aptomat. Aptomat được sử dụng ở mạch động lực và mạch chính bảo vệ máy phát.
Tín hiệu dịng được lấy từ biến dòng của ba pha R,S,T được gửi tới bộ chuyển đổi dịng điện PA83.2.Khi có hiện tượng ngắn mạch thì dịng của máy phát tăng rất lớn,các biến dịng cảm biến tín hiệu đưa đến bộ chuyển đổi PA83.2 =>bộ phận bảo vệ PMS đóng tiếp điểm cấp điện cho rơle K85.9 (page 085) =>mở tiếp điểm K85.9 (1-9) (page 84.8) mạch điều khiển aptomat,ngắt điện vào cuộn giữ aptomat làm mở aptomat =>cắt máy phát ra khỏi lưới.
2.Bảo vệ quá tải cho máy phát điện
+Nguyên nhân :
-Tự động cắt một hoặc vài máy phát đang công tác song song với các máy phát khác -Khởi động trực tiếp các động cơ dị bộ có cơng suất lớn
-Tự khởi động hoặc gia tốc các động cơ dị bộ sau khi đã loại trừ điểm ngắn mạch của hệ thống
-Quá tải của những động cơ có cơng suất lớn
-Phân bố tải không đều giữa các máy phát công tác song song +Hậu quả :
-Có thể cắt máy phát ra khỏi mạng làm gián đoạn cung cấp điện cho các phụ tải
-Dịng q tải có thể làm cho nhiệt độ của cuộn dây máy phát vượt quá nhiệt độ cho phép gây già hóa chất cách điện
-Khi máy phát quá tải có thể tự động cắt một số thiết bị hiện đang công tác
+Mức dòng quá tải :máy phát thường cho phép dòng quá tải đến 1,1Iđm trong thời gian dài cỡ khoảng 15 phút hoặc dài hơn.Khi dòng máy phát đạt từ (1,11,5)Iđm thì aptomat phải hoạt động cắt máy phát với độ trễ thời gian tương ứng :khi dòng máy phát từ 1,5Iđm thì thời gian cắt khơng quá 15(s) đối với máy một chiều và 2 phút đối với máy xoay chiều,còn nếu lớn hơn 1,5Iđm thì coi đó là dịng ngắn mạch và phần tử bảo vệ ngắn mạch hoạt động.
Trên tàu thủy thường người ta cấu trúc để bảo vệ quá tải như sau :khi máy phát bị quá tải nhẹ cỡ 1,1Iđm thì có thể báo động bằng chng và cịi,từ (1,11,5)Iđm thì bắt đầu đưa tín hiệu đến để cắt các phụ tải khơng quan trọng,cuối cùng mới đưa tín hiệu đến cắt máy phát.
*Bảo vệ quá tải cho máy phát tàu AP SVETI VLAHO :(sơ đồ Page 082)
Việc bảo vệ quá tải cho máy phát được thực hiện nhờ các thiết bị bảo vệ quá tải và được phát ra các cấp bảo vệ sau :
-Cắt các phụ tải khơng quan trọng khi có tín hiệu của dịng q tải,cắt các phụ tải quan trọng khi hệ thống vẫn cịn bị q tải và phát tín hiệu báo động.
-Cắt máy phát ra khỏi lưới nếu dòng quá tải lớn hơn 1,5 Iđm +Hoạt động hệ thống :
Khi máy phát bị q tải thì tín hiệu dịng từ biến dòng lớn làm cho rơle dòng hoạt động.Giả sử máy phát 1 bị quá tải thì tín hiệu dịng từ biến dịng TA81.21,TA81.22 và TA81.23 (page 081) đưa tới chân 23,26,29 của rơle dòng RMC-122D (page 082).Nguồn ni của rơle dịng này lấy từ máy phát 1 qua biến thế TP81.75/76 (page 081).Rơle dòng RMC-122D hoạt động làm cho rơle K82.3 (page 082) có điện đóng tiếp điểm K82.3 cấp điện cho rơle K182.2,khi K182.2 có điện =>đóng tiếp điểm K182.2 (Page 185) cấp điện cho các cuộn nhả aptomat của các phụ tải,cắt một số phụ tải không quan trọng ra khỏi hệ
thống và có báo động bằng cịi BZ và đèn h33,tín hiệu này được lấy từ khối PLC Sau khi đã cắt bớt tải mà hệ thống vẫn tiếp tục bị quá tải thì người vận hành phải thực
hiện cắt tiếp các phụ tải quan trọng hoặc đưa các máy phát còn lại lên lưới.Khi có tín hiệu dịng q tải lớn hơn 1,5Iđm thì lúc này rơle q dịng sẽ hoạt động cắt máy phát ra khỏi lưới.
3.Bảo vệ công suất ngược cho máy phát điện
Khi các máy phát công tác song song với nhau hay với ắc qui và các bộ chỉnh lưu,nó có
thể trở thành động cơ (máy phát công tác ở chế độ động cơ).Trong chế độ công tác này chiều của công suất sẽ ngược lại với chế độ công tác của máy phát.Máy phát trở thành một phụ tải tiêu thụ năng lượng điện.
+Nguyên nhân gây ra công suất ngược :-do gián đoạn việc cung cấp dầu cho động cơ Diezen hoặc hơi cho tua bin truyền động cho máy phát
-Hỏng hóc khớp nối cơ khí giữa động cơ truyền động và máy phát điện. -Đối với máy một chiều còn do sự mất điện áp của máy phát
+Hậu quả :-Gây quá tải cho máy phát cịn lại có thể dẫn đến cắt toàn bộ máy phát ra khỏi mạng.
-Gây quá tốc cho Diezen trong trường hợp chế độ cơng tác bình thường được phục hồi +Bảo vệ :có nhiều thiết bị.Bảo vệ cơng suất ngược nhất thiết phải có phần tử cảm biến với chiều của cơng suất,phần tử đó gọi là bộ nhạy pha.Trên tàu hiện nay ứng dụng ba loại rơle công suất ngược cảm ứng,rơle công suất ngược bằng bán dẫn và rơle công suất ngược có sử dụng các phần tử vi mạch
*Bảo vệ công suất ngược cho máy phát tàu AP SVETI VLAHO : (sơ đồ Page 082)
Việc bảo vệ công suất ngược cho các máy phát được thực hiện khi có hiện tượng cơng suất ngược 10%.
Q trình bảo vệ nhờ các phần tử chính sau :
Rơle bảo vệ công suất ngược cho các máy phát là RMP-121D.Các rơle thực hiện MF1:K85.5,K85.7;MF2 :K105.5,K105.7;MF3 :K125.5;K125.7.
Hoạt động :Khi có hiện tượng cơng suất ngược,tín hiệu áp và tín hiệu dịng đảo pha đưa đến rơle bảo vệ công suất ngược RMP-121D.Giả sử máy phát 1 xảy ra hiện tượng cơng suất ngược thì tín hiệu áp từ máy phát 1 thơng qua máy biến thế TP81.75/76 (page 081) đưa đến chân 17,19,21 và tín hiệu dịng đảo pha từ biến dòng TA81.21 (page 081) đưa đến chân 23 của rơle bảo vệ công suất ngược RMP-121D (page 082).Nguồn nuôi của rơle bảo vệ công suất ngược RMP-121D từ máy phát 1 (page 081) được đưa vào chân 1,3.Rơle bảo vệ công suất ngược RMP-121D hoạt động làm cho rơle K82.2 có điện =>đóng tiếp điểm K82.2 cấp điện cho K85.5,khi K85.5 có điện =>đóng tiếp điểm K85.5 cấp điện cho rơle K85.7,khi đó tiếp điểm K85.7 (1-9) (page 84.8) được mở ra =>cuộn giữ aptomat mất điện mở aptomat cắt máy phát ra khỏi lưới.
4.Bảo vệ công suất ngược :
Khi các máy phát một chiều công tác song song với nhau,một trong các máy phát
chuyển sang chế độ công tác như động cơ có nghĩa là nó nhận cơng suất từ thanh cái.Điều đó đồng nghĩa với hiện tượng đổi chiều dịng điện đối với máy phát đó.Để bảo vệ chống dịng điện ngược ta có thể dùng rơ le dịng điện ngược điện từ,điện động và từ điện.
Hình5:Rơ le DĐN Điện từ Hình 6:Rơ le DĐN Điện động Hình 7:Rơ le DĐN từ điện *Rơ le dòng điện ngược điện từ :trên lõi từ được quấn hai cuộn dây,một cuộn dòng và một cuộn áp.Dòng điện của máy phát chạy qua cuộn dòng,điện áp của máy phát được đấu trực tiếp vào cuộn áp.Trường hợp dòng điện đi từ máy phát đến thanh cái (chế độ máy phát) từ thơng trong lõi từ ,từ hai cuộn dịng chạy ngược lại (chế độ động cơ) từ thơng trong lõi từ,từ hai cuộn dịng và áp trừ triệt tiêu nhau.Lúc này lực lò xo sẽ thắng lực hút của lõi từ,đóng tiếp điểm đưa tín hiệu cắt aptomat máy phát
*Rơ le dòng ngược điện động :cuộn áp được quấn trên phần động,khi dòng điện trong cuộn dòng đổi chiều mơ men quay cũng đổi chiều vì vậy tiếp điểm của rơ le được đóng lại,gửi tín hiệu đến cắt máy phát
*Rơ le dòng điện ngược từ điện :cuộn dòng quấn trên phần động,được đặt trong từ trường của nam châm vĩnh cửu hình chữ U.Cuộn dịng đấu song song với “sun” ở mạch chính của máy phát.Nếu chiều dòng điện trong cuộn dịng thay đổi,mơ men quay cũng đổi chiều.Tiếp điểm được đóng lại,gửi tín hiệu cắt aptomat máy phát
-Dòng ngược mà rơ le phải hoạt động trong giới hạn từ 2%15% dòng định mức của máy phát.Khi chỉnh định phải căn cứ vào đặc tính máy Diezen truyền động.Trị số dịng ngược phải bảo vệ đủ gây ra mô men quay động cơ truyền động
-Nếu điện áp máy phát vì lí do nào đó hạ xuống đến 50% điện áp định mức thì rơ le dịng ngược phải hoạt động
-Rơ le bảo vệ chống dịng điện ngược có thể cho phép dịng ngược đi từ lưới vào máy phát trong những trường hợp như tời hàng có những thời gian ngắn công tác ở chế độ hãm máy phát
-Nếu giữa các máy phát cơng tác có nối dây cân bằng thì cuộn dịng của rơ le phải được đấu với cực khác với cực đấu cuộn kích từ nối tiếp.
5)Bảo vệ thấp áp :(UVT :under voltage trip)
Bảo vệ thấp áp đồng nghĩa với bảo vệ không.Bảo vệ thấp áp bao giờ cũng được cấu trúc bằng một rơ le mà cuộn dây của nó là cuộn thấp áp đặt trong cơ cấu của aptomat chính tác động đến một cái lẫy để cắt aptomat.Nếu điện áp chỉ đạt tới 80% điện áp định mức trở xuống.
*Bảo vệ điện áp thấp cho máy phát tàu AP SVETI VLAHO
Nếu có điện áp thấp xảy ra nhỏ hơn 85% thì thơng qua khối Voltage Built-Up Relay RM4-UA33M làm cho rơle thời gian K82.8 có điện tiếp điểm K82.8 (15-18; page 084) mở ra khơng cho phép đóng aptomat (trong trường hợp tự động đóng aptomat chính)
f)Bảo vệ điện áp cao :
Trên tàu thủy chức năng bảo vệ điện áp cao thường được bố trí ở hệ thống tự động điều
chỉnh điện áp,tức là nếu điện áp vượt quá mức qui định thì sẽ có tín hiệu làm mất dịng kích từ để điện áp máy phát về khơng.
6.Ngồi ra cịn có các mạch bảo vệ khác như :
*Sơ đồ mạch các thiết bị đo và bộ chuyển đổi và bảo vệ (Page 082)
-HR :Đồng hồ đo thời gian hoạt động
-RMP :Rơle công suất ngược máy phát -RMC :Rơle bảo vệ quá tải máy phát
-TAC-311DG (PA83.3) :Bộ biến đổi dòng điện -TAS-331DG (PT83.2) :Bộ biến đổi công suất -KW :Đồng hồ đo công suất
-RM4 :Rơle bảo vệ điện áp thấp máy phát -A :Đồng hồ đo dòng điện máy phát -V :Đồng hồ đo điện áp máy phát -F :Đồng hồ đo tần số máy phát
-SA82.6 :Công tắc chọn vị trí đo dịng các pha -SA82.9 :Cơng tắc chọn vị trí đo điện áp các pha
*Sơ đồ mạch chuyển đổi tần số và công suất máy phát (Page 083)
-TAS-331DG (PT 83.2) :Bộ chuyển đổi công suất -TAS-311DG (FT83.4) :Bộ chuyển đổi tần số máy phát
7.Nhận xét và đánh giá hệ thống
Trạm phát điện trên tàu AP SVETI VLAHO,là hệ thống cung cấp năng lượng đảm bảo cho việc khai thác con tàu có tính kinh tế cao.Ngoài việc đáp ứng được các yêu cầu kĩ thuật cho một trạm phát điện trên tàu thủy và đáp ứng được các yêu cầu của đăng kiểm,nó cịn đáp ứng được khả năng khai thác thuận tiện.Với các hệ thống giám sát và