Bảo vệ chạm đất

Ở những lưới điện áp 110 KV và cao hơn, làm việc với trung tính nối đất, sự ngắn mạch 1 pha trạm đất sẽ là sự cố của dòng điện lớn, do vậy bảo vệ rơle đối với ngắn mạch 1 pha sẽ làm việc, dẫn đến cắt máy cắt điện. Sơ đồ bảo vệ đối với ngắn mạch 1 pha được giới thiệu ở hình 1- 8a. Ở đây, rơle KAO thể hiện dòng điện tổng của 3 pha, và sẽ làm việc đối với ngắn mạch 1 pha, còn các rơle KA1, KA2, và KA3 sẽ làm việc đối với ngắn mạch giữa các pha.

1.10. Bảo vệ máy biến áp điện lực, đường dây truyền tải và động cơ điện

1.10.1. Bảo vệ máy biến áp điện lực : Việc lựa chọn bảo vệ máy biến áp phụ thuộc vào công suất, mục đích, vị trí đặt thiết bị và chế độ vận hành của máy biến áp.

Đối với máy biến áp điện lực, những dạng sự cố sau đây có thể xảy ra: sự cố ở cuộn dây của các pha ở bên trong máy biến áp và trên các đầu ra của máy biến áp, các vòng ngắn mạch của một pha, ngắn mạch một pha đối với đất ở trong cuộn dây và trên các đường dẫn ra ngoài dẫn đến làm tăng dòng điện trong cuộn dây gây nên ngắn mạch, xuất hiện dòng điện quá tải cuộn dây hoặc giảm mức dầu v.v…

Để bảo vệ máy biến áp khi sự cố và đánh tín hiệu về sự phá hoại chế độ làm việc bình thường, thì người ta có thể dùng những loại bảo vệ sau đây: BVSL, BVDCĐ, BVC, bảo vệ bằng rơle khí và bảo vệ bằng cầu chì.

Để nâng cao chất lượng bảo vệ đối với sự cố ở đường dây ra và bên trong máy biến áp khi công suất của máy biến áp từ 6300 KVA và cao hơn, thì theo qui định, người ta dùng BVSL. Ngoài ra BVSL còn được sử dụng ở những máy biến áp với công suất từ 1000 KVA và cao hơn nếu BVC không đảm bảo độ nhạy cần thiết khi ngắn mạch ở đường dây ra của phía hạ áp (Knhạy < 2), còn BVDCĐ có thời gian duy trì lớn hơn 1giây.

Nếu Không dự kiến sử dụng BVSL thì ở máy biến áp phải có BVC đặt ở phía nguồn cung cấp.

Ở sơ đồ BVSL, hệ số độ nhạy cần phải lớn hơn 1.5

Sơ đồ BVC có thể được sử dụng với tính chất của bảo vệ dự trữ ở máy biến áp công suất 6300 KVA và cao hơn.

có hướng ỏ phía cung cấp chính; nó tác động mở máy cắt khi ngắn mạch ngoài và đánh tín hiệu khi qúa tải máy biến áp. Theo qui định, bảo vệ quá tải được thiết lập trên một pha của máy biến áp, vì rằng sự quá tải thường xảy ra một cách đối xứng :

Dòng điện làm việc của rơle bảo vệ quá tải : Ilv. rơle =

Ở đây : Ktin cậy – hệ số tin cậy = 1.05

Iđịnh mức – dòng điện định mức của cuộn dây của máy biến áp. Ktrở về - hệ số trở về của rơle.

Hình 1-15 trình bày ví dụ về sự bố trí ở trên sơ đồ của máy biến áp, có cuộn kháng kép ở phía hạ áp, bảo vệ đối với dòng điện ngắn mạch giữa các pha. Ở mạch dòng điện của cuộn dây sơ cấp của máy biến áp, người ta đặt rơle dòng điện KA1; còn ở cuộn thứ cấp của máy biến áp, người ta đặt rơle KA2 và KA3. Mạch của dòng điện tác động được tạo nên từ rơle thời gian KT1 ÷ KT3 và rơle trung gian KL. Bằng tiếp điểm của mình, rơle KL sẽ mở các máy cắt điện Q1 ÷ Q3.

Để bảo vệ đối với quá tải máy biến áp, rơle thời gian KT2 và KT3 bằng các tiếp điểm đóng của mình KT2 : 1 và KT 3 : 1, với một thời gian duy trì, sẽ mở các máy cắt điện Q2 và Q3.

Bảo vệ bằng rơle hơi được sử dụng làm bảo vệ đối với sự cố bên trong bình của máy biến áp kèm theo với sự thoát khí và đối với sự giảm mức dầu. Việc sử dụng bảo vệ bằng rơle hơi là bắt buộc đối với các máy biến áp có công suất từ 6300 KVA và cao hơn, cũng như đối với các máy biến áp có công suát 1000 ÷ 4000 KVA không có BVSL, và nếu BVDCĐ có thời gian duy trì là 1 giây và lâu hơn. Việc sử dụng bảo vệ bằng rơle hơi cũng là điều bắt buộc với các máy biến áp trong các phân xưởng có công suất từ 630 KVA trở lên.

Nguyên tắc hoạt động của rơle hơi dựa trên cơ sở là tất cả sự cố của máy biến áp ở bên trong máy đều dẫn đến sự thoát khí của đầu máy biến áp. Khí này nhẹ hơn đầu và do vậy sẽ chiếm ở phần trên. Bảo vệ bằng rơle hơi thực hiện sao cho khi việc tạo thành khí còn ít và chậm thì nó sẽ đánh tín hiệu; còn khi tạo thành khí một cách dữ dội (do xảy ra ngắn mạch giữa các vòng cuộn dây máy biến áp v.v…) sẽ thực hiện mở máy cắt của máy biến áp bị sự cố.

Bảo vệ bằng rơle hơi là loại bảo vệ có độ nhậy cao hơn so với bảo vệ so lệch (BVSL) vì nó thực hiện bảo vệ đối với sự cố chạm một số lượng vòng dây (không nhiều) của máy biến áp; còn những bảo vệ khác vì dòng điện tăng lên không đủ nên sẽ không làm việc.

Rơle hơi thực hiện nhờ các rơle hơi đặc biệt, chúng phân thành loại phao, loại phiến và loại cốc. Trong thời gian thời gian gần đây, người ta sử dụng rộng rãi loại rơle cốc PR3 – 66. Có hình 1-16.

Rơle hơi loại cốc làm bằng vỏ kim loại với mặt bích để lắp vào đoạn ống dẫn nối giữa bình của máy biến ápvới bình dầu phụ. Ở trong vỏ của rơle, ở gần phía trên của bích người ta đặt những tiếp điểm tín hiệu 8-7, còn nằm trên khe của đường dẫn dầu, người ta bố trí những tiếp điểm mở dưới thấp: 4 – 3. Cả hai cặp tiếp điểm được đặt trong những chiếc cốc bằng kim loại 1 và 11. Những chiếc cốc này có thể xoay xung quanh trục 2 và 6. Khi những chiếc cốc ở phía trên hay ở dưới thấp hạ xuống, thì những tiếp điểm được chuyển động sẽ đi đến tiếp xúc với những tiếp điểm cố định (3 - 4 và 8 - 7 được tiếp xúc nhau như hình vẽ). Ở chế độ làm việc bình thường, các lò so lệch 9 và 13 giữ cốc không cho tiếp xúc giữa các tiếp điểm 3 và 4, 7 và 8.

Những điểm tựa 10 và 12 giới hạn sự chuyển động của những cốc lên phía trên dưới tác động của lò so lệch 9 và 13.

Khi sự cố rất nhẹ nhàng của máy biến áp, khi hơi sinh ra còn ít, một khối lượng nhỏ dầu sẽ bị đẩy ra và mức độ của dầu trong rơle sẽ giảm đi. Điều này sẽ đưa đến sự tăng lên của lực tác động xuống phía

quay xuống dưới thấp. Những tiếp điểm 7 và 8 sẽ tiếp xúc nhau và do đó sẽ đóng mạch báo tín hiệu.

Khi ngắn mạch trong máy biến áp, sẽ dẫn đến hơi sinh ra rất mạnh. Lực của dòng hơi sẽ tác động lên lá số 5, buộc cốc 1 quay xung quanh trụ 2 xuống phía dưới và sẽ đưa các tiếp điểm 3 và 4 tiếp xúc nhau ở mạch mở máy cắt điện của máy biến áp sự cố.

Hình 1-16b, giới thiệu sơ đồ làm việc của bảo vệ rơle hơi của máy biến áp theo mức độ tính toán sự tạo thành hơi mà tiếp điểm KG : 1 của rơle hơi sẽ đóng mạch điều khiển, dẫn đến sự làm việc của rơle báo hiệu KH1; do đó báo còi BảoVệ và làm sáng đèn HL. Rồi kế đến đóng tiếp điểm KG : 2, đưa đến rơle trung gian KL có dòng điện và rơle báo hiệu KH2 cũng sẽ có dòng điện. Những tiếp điểm của rơle trung gian sẽ đóng lại và đưa đến sự hoạt động của cuộn dây điện từ YAT1 và YAT2 để mở máy cắt điện Q1 và Q2. Do đó máy biến áp sẽ được đưa ra khỏi lưới điện.

Đối với máy biến áp điện lực có điện áp cao đến 35 KV và với cuộn dây nối Y/Yo hay Δ/Yo, người ta dự kiến bảo vệ ngắn mạch một pha chạm đất ở mạch điện áp thấp; thực hiện BVDCĐ, đặt ở phía điện áp cao, đối với sụ ngắn mạch bên ngoài và nếu yêu cầu.

Theo điều kiện độ nhậy, thì người ta ứng dụng như 1-8a; dùng cầu chì hay áptômát ở phía điện áp thấp.

Hình 1-16. Bảo vệ bằng rơle hơi của máy biến áp.

a) Nguyên lý hoạt động của rơle hơi loại P3-66 b) Sơ đồ bảo vệ bằng rơle hơi của máy biến áp.

Những trạm biến áp phân xưởng được đặt các thiết bị BVDCĐ, thực hiện qua rơle PTM va PTB, bảo vệ đối với ngắn mạch chạm đất ở phía điện áp thấp khi các cuộn dây nối Y/Yo bằng rơle hơi. Những máy biến áp phân xưởng công suất đến 1000KVA có thể thực hiện bảo vệ bằng cầu chì. Đôi lúc chúng được bố trí với máy cắt phụ tải loại BHл. Nếu công suất ngắn mạch của lưới điện không vượt quá 200MVA. Bảng 1-1 cho các số liệu về cầu chì loại лK đối với biến áp điện lực.

Bảng 1-1 . lựa chọn cầu chì loại лK đối với các biến áp điện lực

Công suất của MBA Điện áp 6KV Điện áp 10KV Dòng điện của MBA Cầu chì Dòng điện nóng chảy [A] Dòng điện của MBA, [A] Cầ u chì Dòng diện nóng chảy, [A] 100 160 250 400 630 100 0 10 15 24 38 60 96 лK-6/30 лK-6/30 лK-6/30 лK-6/30 лK-6/30 лK-6/30 20 30 50 75 10 0 15 0 6 9 15 23 36 5 8 лK-10/30 лK-10/30 лK-10/30 лK-10/50 лK-10/100 лK- 10/100 15 20 30 50 75 100

Dòng điện làm việc của BVDCĐ của máy biến áp phân xưởng được tính toán từ dòng điện lớn nhất của phụ tải, ở chế độ làm việc nặng nhất của máy biến áp, khi vận hành không tải, khi tự khởi động động cơ điện v.v… dòng điện làm việc xác định theo (1-13).

Ilv.rơle =

Ở đây có thể lấy Ilvmax = Iđm

và Knhạy theo :

K nhậy = ≥1,2÷1,5

Ví dụ 1.2 hãy tính toán BVSL của máy biến áp điện lực có hai cuộn dây, công suất 16MVA, điện áp 115/11KV; có tự động điều chỉnh dưới tải.

Sơ đồ điện lực được giới thiệu ở hình 1-17b. Dòng điện ngắn mạch ba pha lớn nhất ở trên các thanh cái 10KV là Ingmmax = 840A. Dòng điện bé nhất ở chế độ không bình thường là : Ingm max = 820A.

Bài giải :

Hãy xác định dòng điện định mức của máy biến áp điện lực ở phía cao áp và hạ áp :

I110KV = = 80,3 A

I10KV = = 840 A

Hãy tìm hệ số biến đổi của máy biến dòng KBI

KBI(110KV) = = 30

Hãy tìm dòng điện thứ cấp trong nhánh của BVSL tương ứng với công suất định mức của máy biến dòng theo biểu thức:

I2 =

I2.110= 80,3. 3./30 = 4,6 A I2.10= =4,2 A

Hãy xác định dòng điện không cân bằng theo (1-19) Ikhông cân bằng tính toán = (1,0 . 1,0 . 0,1 + 0,16) . 840 = 218,4

Hãy xác định dòng điện làm việc của rơle KA1 ÷ KA3 theo điều kiện tính toán dòng không cân bằng với hệ số tin cậy Ktin cậy = 1,3 theo (1-13) và không tính hệ số trở về Ktrở về

IlvR = 1,3. 3.218,4/30 = 16,4 A Chúng ta lấy Ilv.rơle = 18A

Hãy tìm hệ số độ nhạy theo :

Knhạy = ≥1,2÷1,5

Knhạy = = 1,51 ≥ 1,5

Hình 1-17. Sơ đồ minh hoạ cho ví dụ 1-2

1.10.2. Bảo vệ đường dây trên không và đường dây cáp.

Đường dây điện áp cao thường bị sự cố ở nhiều dạng hơn so lệch với tất cả những trang thiết bị điện còn lại của xí nghiệp công nghiệp. Ở đây dây điện trên không và đường dây cáp, có thể xuất hiện ngắn mạch một pha, và nhiều pha, chạm đất, đứt dây v.v…

Đối với đường dây điện áp số 6 ÷ 35 KV, ở lưới trung tính cách điện, cần phải dự kiến thiết bị bảo vệ rơle đối với ngắn mạch nhiều pha và đối với ngắn mạch một pha chạm đất; còn đối với đường dây cáp và đường dây trên không 110 KV và cao hơn, ở những lưới có trung tính nối đất, phải dự kiến thiết bị bảo vệ rơle đối với ngắn mạch nhiều pha và đối với chạm đất.

Bảo vệ rơle đối với ngắn mạch nhiều pha ở lưới 6 ÷ 35 KV trong đại đa số trường hợp, người ta bố trí thực hiện ở hai pha và có thể là hai hay bảo vệ rơle tuỳ theo yêu cầu độ nhạy và độ tin cậy.

Ở đường dây cung cấp 6÷35kv của xí nghiệp công nghiệp với cung cấp điện từ một phía, người ta sử dụng BVDCĐ đối với ngắn mạch nhiều pha (hình 1-8) và sử dụng BVC (hình 1-11). Người ta sử dụng bảo vệ dòng điện có hướng (hình 1-13) nếu sự cung cấp được thực hiện bởi hai đường dây song song từ hai nguồn cung cấp.

Ở đây đường dây 110KV và cao hơn với nguồn cung cấp điện từ một phía người ta sử dụng bảo vệ dòng điện theo từng cấp hay bảo vệ dòng điện và điện áp theo từng cấp. Nếu không đảm bảo yêu cầu của độ nhạy, thì người sử dụng bảo vệ cắt nhanh BVC làm bảo vệ phụ. Đối với chạm đất, theo quy định, người ta bố trí bảo vệ dòng điện có hướng theo từng cấp hay bảo vệ trung tính liên tiếp với bảo vệ đường dây. Đối với đường dây điện áp cao hơn có thể sử dụng BVSL

1.10.3. bảo vệ động cơ điện.

Sự cố cơ bản của động cơ điện là: ngắn mạch các vòng dây trong cuộn dây stator, ngắn mạch giữa các pha và chạm vỏ: Sự chậm chạp ở động cơ điện kèm theo dòng điện tăng cao, phá hoại cách điện cuộn dây,và cách điện giữa cuộn dây và thép stato v.v… để bảo vệ động cơ điện đối với ngắn mạch nhiều pha người ta sử dụng BVC hay BVSL, tác động cung cấp mạch cho động cơ.

Bảo vệ chạm đất một pha ở cuộn dây stato của động cơ điện công suất đến 2000 KW được thực hiện khi dòng điện chạm đất lớn hơn 10A; còn đối với động cơ điện có công suất lớn hơn 2000 KW được thực hiện khi dòng chạm đất lớ hơn 5A. Lúc đố thông qua rơle, bảo vệ sẽ thực hiện đưa động cơ ra khỏ nguồn. Động cơ điện 6 ÷ 10 KW, công suất đến 5000 KW có thể được bảo vệ đối với ngắn mạch bằng cầu chì ПK- 6 hay ПK- 10.

Bảo vệ đối với ngắn mạch các vòng dây ở động cơ không được thực hiện vì rằng chúng thường dẫn đến ngắn mạch giữa các pha, tạo nên sự làm việc vủa loại bảo vệ đối với sự cố ngắn mạch giữa các pha.

Ngoài việc bảo vệ ngắn mạch đối với dòng ngắn mạch của động cơ điện, ta còn thực hiện bảo vệ điện áp cực tiểu. Bảo vệ này sẽ tiến hành đưa đọng cơ ra khỏi lưới điện khi điện áp giảm thấp hơn 70% Uđm. Trường hợp đặc biệt đối với động cơ điện làm việc trong chế độ tự động khởi động, các động cơ này không cần cắt ra khỏi mạch điện khi trong một thời gian ngắn điện áp đã giảm hay biến mất. Sơ đồ bảo vệ điện áp cực tiểu phải cắt động cơ ra khỏi mạch động lực khi mất điện áp hoàn toàn như trong trường hợp ngắn mạch.

Rơle điện áp được ký hiệu là KV, được đặt ở điện áp dây, sẽ phát xung cắt động cơ điện thông qua rơle thời gian và rơle trung gian (hình 1-9).

Sự bất lợi của bảo vệ đã trình bày ở trên là có thể xuất hiện sự tác động không đúng của nó khi ngắt mạch điện áp.

Sự duy trì thời gian của bảo vệ điện áp thấp được chọn trong giới hạn 0.5 ÷ 1.5s, điện áp được thiết lập để rơle này làm việc theo quy định không quá 70% Uđm.

Bảo vệ quá tải chỉ được thực hiện đối với những động cơ điện,