1/ Các dạng sự cố trong máy biến áp
2.1/Bảo vệ ngắn mạch
Khi xảy ra ngắn mạch ngồi làm cho dịng điện ngắn mạch tăng quá cao dẫn đến máy biến áp bị quá tải. Để ngăn ngừa hiện t−ợng này ng−ời ta sử dụng một trong các biện pháp bảo vệ sau.
2.1.1/ Dùng bảo vệ so lệch cĩ hãm
Khác với bảo vệ so lệch của máy phát điện, dịng điện sơ cấp ở hai hoặc nhiều phía của máy biến áp th−ờng khác nhau về trị số (tùy theo tỷ số đổi điện áp các phía) và về gĩc pha (theo tổ đấu dây: YN/Y0; YN/d11; Y/d5 vv...).
Vì vậy để cân bằng dịng điện thứ cấp ở các phía của bảo vệ so lệch trong chế độ làm việc bình th−ờng, ng−ời ta sử dụng máy biến dịng trung gian BIG nh− hình vẽ 2 - 6,cĩ tổ đấu dây phù hợp với tổ đấu dây của máy biến áp và tỷ số biến đổi đ−ợc chọn sao cho các dịng điện đ−a vào so sánh trong rơle so lệch cĩ trị số gần bằng nhau.
Một đặc điểm khác của bảo vệ so lệch máy biến áp là dịng điện từ hĩa của máy biến áp sẽ tạo nên dịng điện khơng cân bằng chạy qua rơle. Trị số quá độ của dịng điện khơng cân bằng này cĩ thể rất lớn trong chế độ đĩng máy biến áp khơng tải hoặc bị cắt ngắn mạch. Vì vậy, để hãm bảo vệ so lệch của máy biến áp ng−ời ta sử dụng dịng điện từ hĩa của biến áp.
Hình 2 - 6: Cân bằng pha và trị số dịng điện thứ cấp trong bảo vệ so lệch máy biến áp 2 và 3 cuộn dây bằng máy biến dịng trung gian
Ngồi ra, tùy theo tổ đấu dây của máy biến áp đ−ợc bảo vệ cần sử dụng các biện pháp để loại trừ ảnh h−ởng của dịng điện thứ tự khơng khi trung điểm của cuộn dây máy biến áp nối đất và cĩ ngắn mạch chạm đât xảy ra trong hệ thống. Gần đây, trong các rơle hiện đại ng−ời ta cĩ thể thực hiện việc cân bằng pha và trị số dịng điện thứ cấp ở các phía của máy biến áp ngay trong rơle so lệch. Trên hình 2 - 7, trình bày sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch cĩ hãm dùng chop máy biến áp 3 cuộn dây.
Hì nh 2 - 7: Sơ đồ ng uy ên lý bảo v ệ so lệch cĩ h ã m dùn g ch o MB A 3 cu ộn dây
HM - hãm theo thành phần hài bậc 2 trong dịng điện từ hĩa MBA. Giả sử phía cuộn 1 của máy biến áp nối với nguồn cung cấp, phía cuộn dây 2 và 3 nối với phụ tải. Khi bỏ qua dịng điện kích từ của máy biến áp, trong chế độ làm việc bình th−ờng ta cĩ:
I1 = I2 + I3 (2-5)
Dịng điện đi vào cuộn dây làm việc bằng:
Ilv = IT1- (IT2 + IT3) (2-6)
Các dịng điện hãm:
Ih1 = IT2 + IT3 (2-7)
Ih2 = IT3 (2-8)
Các dịng điện hãm đ−ợc cộng với nhau theo trị số tuyệt đối để tạo nên hiệu ứng hãm theo quan hệ:
Ih =(IT1+IT2 + IT3)Kh (2-9)
Trong đĩ: Kh≤ 0.5 là hệ số hãm của bảo vệ so lệch.
Ngồi ra để ngăn ngừa tác động sai do ảnh h−ởng của dịng điện từ hĩa khi đĩng máy biến áp khơng tải và khi cắt ngắn mạch ngồi, bảo vệ cịn đ−ợc hãm bằng thành phần hài bậc 2 trong dịng điện từ hĩa IHM.
Để đảm bảo tác động hãm khi cĩ ngắn mạch ngồi vùng bảo vệ cần thực hiện điều kiện:
Ih > Ilv (2-10)
2.1.2/ Sử dụng cầu chì.
Với những máy biến áp khơng cĩ máy cắt điện, để bảo vệ cho máy biến áp chỉ cĩ thể đặt cầu chì. Bảng 2 - 2 nêu ra một số thơng số của cầu chì dùng cho máy biến áp ở điện áp 11Kv.
Bảng 2 - 2: Thơng sồ cầu chì cho máy biến áp 11Kv
Cơng suất máy biến áp Cầu chì
S (KVA) I (A) Dịng điện định
mức Thời gian cắt (s) ở cơng suất 3xS 100 200 300 500 1000 5.25 10.5 15.8 26.2 52.5 16 25 36 50 90 3 3 10 20 30
Hình 2 - 8: Bảo vệ quá dịng điện cho MBA cĩ đặc tính thời gian 2 cấp.
• Cấp cắt nhanh.
Dịng điện khởi động của bảo vệ:
Ikđ = Kat. Ingồi max (2-11) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong đĩ:
Ingồi max: Là dịng điện ngắn mạch ngồi cực đại tính ở điểm N1
2.1.3/ Sử dụng rơle quá dịng.
Đối với máy biến áp cĩ máy cắt điện dùng bảo vệ quá dịng cĩ đặc tính thời gian hai cấp. Nĩ đ−ợc dùng làm bảo vệ chính cho máy biến áp cĩ cơng suất bé và làm bảo vệ dự phịng cho máy biến áp cĩ cơng suất trung bình và lớn để chống ngắn mạch bên trong và bên ngồi cho máy biến áp. Với máy biến áp 2 cuộn dây dùng một bộ bảo vệ đặt ở phía nguồn cung cấp, cịn với máy biến áp nhiều cuộn dây th−ờng mỗi phía đặt một bộ. Nếu
máy biến áp nhiều cuộn dây nối với nguồn từ nhiều phía thì cần đặt bộ phận định h−ớng cơng suất ở phía nối với nguồn cĩ thời gian tác động bé hơn.
Kat:Hệ số an tồn lấy bằng 1.3-1.4.
Độ nhạy của bảo vệ đ−ợc kiểm tra khi ngắn mạch 2 pha ở chế độ cực tiểu, điểm ngắn mạch N2 thỏa mãn điều kiện sau:
Knh= kd N I I min (2-12)
Thời gian tác động của bảo vệ: ttđ = 0.
• Cấp cĩ thời gian.
Dịng điện khởi động.
Ikđ = Kat.Ilv max (2-13)
Trong đĩ:
Kat: Hệ số an tồn lấy bằng 1.05 - 1.4, trị số nhỏ t−ơng ứng cho tín hiệu quá tải, trị số lớn t−ơng ứng trong điều kiện hai máy làm việc song song, một máy bị cắt ra.
Ilv max: Là dịng điện cực đại đi qua máy biến áp. Trong điều kiện khơng
biết dịng điện cực đại cĩ thể lấy bằng IđmBA (IđmBA : dịng định mức máy biến áp).
Với rơle kỹ thuật số hiện nay cĩ hai loại đặc tính thời gian độc lập và phụ thuộc, nên cĩ thể chọn một trong hai đặc tính thời gian phù hợp với điều kiện thực tế.
tbv = tmax + t (2 - 14)
Dù chọn loại đặc tính thời gian nào, cơng thức tính tốn cũng t−ơng tự cơng thức 2 - 14. Tuy nhiên cách chọn tmax ở mỗi loại đặc tính thời gian cĩ khác nhau.
Nếu chọn đặc tính thời gian độc lập, tmax đ−ợc lấy bằng thời gian lớn nhất của bảo vệ tr−ớc nĩ.
Nếu chọn đặc tính thời gian phụ thuộc, ta phải vẽ đ−ờng đặc tính thời gian phụ thuộc của bảo vệ tr−ớc nĩ. Từ đĩ chọn thời gian lớn nhất của bảo vệ và tính theo cơng thức 2 - 14.
t: Cấp chọn lọc thời gian lấy bằng 0.3 ữ 0.5s.
Tr−ờng hợp riêng cĩ thể tính độ phân cấp thời gian t đối với hai cầu chì liền kề bởi cơng thức:
t = 0.6tcc+ 0.15 (2-15)
Trong đĩ tcc: Thời gian tác động của cầu chì tại điểm xét phân cấp. Cịn độ phân cấp thời gian giữa cầu chì với rơle:
t = 0.4tcc+ 0.15 (2-16)
Độ nhạy của bảo vệ đ−ợc kiểm tra bởi dịng ngắn mạch cực tiểu tại điểm N1. Knh = kd N I I min (2-17) 2.1.4/ Bảo vệ khoảng cách
Đối với những máy biến áp cĩ cơng suất lớn (>100 MVA), ng−ời ta sử th−ờng dùng bảo vệ khoảng cách để làm bảo vệ dự phịng thay cho bảo vệ quá dịng điện.
Trên hình 2 - 9,trình bày nguyên lý sử dụng bảo vệ khoảng cách để bảo vệ cho máy biện áp (hoặc máy biến áp tự ngẫu) hai cuộn dây. Bảo vệ khoảng cách đ−ợc đặt cả 2 phía của máy biến áp với 3 vùng tác động phía tr−ớc (h−ớng thuận) và một vùng tác động phía sau (h−ớng nghịch).
Bảo vệ khoảng cách ở 2 phía của máy biến áp làm nhiệm vụ dự phịng cho bảo vệ so lệch MBA và cho bảo vệ chính đặt ở thanh gĩp và các đ−ờng dây lân cận với máy biến áp. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vùng thứ nhất: ( ) ⎪⎭⎪⎬ ⎫ ữ = = s 0.5 0.4 t X 0.7 Z 1 B kd (2-18)
Trong đĩ: XB là điện kháng của máy biến áp. Vùng thứ hai: ⎪⎭ ⎪ ⎬ ⎫ Δ + = = t t X 1.3 Z II B II k I d t (2-19)
Vùng thứ 3 đ−ợc phối hợp với vùng thứ 2 của các bảo vệ khoảng cách RZD1 và RZD2 đặt ở các đ−ờng dây D1 và D2 lân cận với máy biến áp.
Hình 2 - 9: Sơ đồ nguyên lý và đặc tính thời gian của bảo vệ khoảng cách đặt ở MBA 2 cuộn dây hoặc MBA tự ngẫu
2.1.5/ Bảo vệ chống chạm đất
Sơ đồ bảo vệ chĩng chạm đất đơn giản nhất đặt ở máy biến áp cĩ trung điểm nối đất trình bày trên hình 2-10,a. Sơ đồ dùng một máy biến dịng đặt trên dây trung tính của máy biến áp và một rơle quá dịng với dịng điện khởi động:
Ikđ = (0.2 ữ 0.4) Iđm (2-20)
Trong đĩ: Iđm là dịng định mức máy biến áp.
Thời gian làm việc chọn theo nguyên tắc bậc thang phối hợp với thời gian của bảo vệ chống chạm đất đặt ở các phần tử lân cận.
Hình 2 - 10: Bảo vệ chống chạm đất (a) và chạm vỏ (b) máy biến áp
Bảo vệ quá dịng với trị số khởi động chọn theo (2-20) đảm bảo loại trừ đ−ợc tất cả các tr−ờng hợp chạm đất xảy ra trong cuơn dây nối hình sao của máy biến áp và vùng lân cận của l−ới điện nối với cuộn dây này.
Sơ đồ (hình 2 - 10,a) cũng cĩ thể đ−ợc sử dụng để bảo vệ chống chạm vỏ (thùng) máy biến áp. Trong tr−ờng hợp này thùng máy biến áp đ−ợc cách điện với đất và máy biến dịng đ−ợc đặt trên dây nối giữa thùng với đất (hình 2 - 10,b). Bình th−ờng khi khơng cĩ chạm vỏ (thùng) dịng điện đi qua biến dịng bằng khơng nên cĩ thể chỉnh định dịng khởi động của bảo vệ với trị số khá bé và bảo vệ cĩ độ nhạy cao.
Hình 2 - 11:Bảo vệ chống chạm đất cĩ giới hạn dùng cho MBA 2 cuộn dây (a) và MBA tự ngẫu (b)
Với các máy biến áp cĩ cơng suất lớn, đế bảo vệ chống chạm đất trong cuộn dây nối hình sao của máy biến áp, ng−ời ta dùng sơ đồ bảo vệ chống chạm đất cĩ giới hạn. Thực chất đây là loại bảo vệ so lệch dịng điện thứ tự khơng cĩ miền bảo vệ đ−ợc giới hạn giữa máy biến dịng đặt ở dây trung tính của máy biến áp và tổ máy biến dịng nối theo bộ lọc dịng điện thứ tự khơng đặt ở phía đầu ra của cuộn dây nối hình sao của máy biến áp (Hình 2 - 11,a). Rơle so lệch tổng trở cao đ−ợc mắc song song với điện trở R cĩ trị số khá lớn.
Trong chế độ làm việc bình th−ờng và ngắn mạch chạm đất ngồi vùng bảo vệ (điểm N1) ta cĩ:
ΔI0 =3I0−IĐ =0 (2-21)
Trong đĩ: I0 - dịng điện thứ tự khơng chạy trong cuộn dây MBA IĐ - dịng điện chạy qua cuộn dây trung tính MBA.
Nếu bỏ qua sai số của máy biến dịng, ta cĩ dịng điện thứ cấp chạy qua điện trở R bằng 0 và điện áp đặt trên rơle so lệch cũng bằng 0.
Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ (điểm N2) tồn bộ dịng chạm đất sẽ chạy qua điện trở R tạo nên điện áp đặt trên rơle so lệch rất lớn, rơle sẽ tác động. Để bảo vệ chống chạm đất cho cả cuộn dây nối tam giác của máy biến áp, ng−ời ta cĩ thể đặt thêm máy biến áp tạo trung điểm nối đất ở đầu ra cuộn tam giác và một bộ bảo vệ thứ 2 t−ơng tự.
Nguyên lý so lệch dịng điện thứ tự khơng cũng cĩ thể đ−ợc sử dụng để bảo vệ chống chạm đất cho các máy biến áp tự ngẫu (hình 2 - 11,b)