Dòng điện làm việc của rơle BVDCĐ được chọn theo những điều kiện sau :
1. Dòng điện làm việc của rơle Ilv rơle cần phải được xác định từ dòng điện làm việc cực đại Ilvmax của phần tử được bảo vệ .
Ilv.rơle = BI trove lv sodo tincay kd K K I K K K . . . . max (1-13)
Ở đây : Kkd = 2,5 ÷ 3 – là hệ số tự khởi động của động cơ điện (trị số được xác định rõ trong những điều kiện cụ thể của lưới điện).
Ktin cậy = 1,2 ÷ 1,5 – hệ số của độ tin cậy kể đến việc tính toán sai số của rơle và máy biến dòng.
Ksơ đồ - hệ số của sơ đồ của rơle được nối vào. Ktrở về - hệ số trở về của rơle.
KBI – hệ số biến đổi của máy biến dòng điện.
Điện áp làm việc của rơle điện áp cực tiểu được xác định tương tự như (1-13) Ulàm việc rơle = BU trove tincay lamviec K K K U . . min
Ở đây : Ulàm việc min – điện áp làm việc cực tiểu ở chế độ bình thường. Ktin cậy – hệ số tin cậy, được lấy bằng 1,1.
Ktrở về - hệ số trở về của rơle . KBU – hệ số của máy biến dòng .
2. Bảo vệ dòng điện cực đại BVDCĐ cần phải tác động tin cậy, khi ngắn mạch trên các phần tử của lưới điện được bảo vệ, có hệ số độ nhạy không bé hơn 1,2 khi ngắn mạch ở khu vực cuối. Hệ số độ nhạy bằng 1,2 tương ứng với bảo vệ khi ngắn mạch ở khu vực kế cận.
Knhậy = BI role lv ngm K I I . . min . > 1,2 ÷ 1,5.
Ở đây Ingm. min - dòng điện ngắn mạch bé nhất ở khu vực cuối của lưới điện được bảo vệ.
Hệ số độ nhạy của bảo vệ với các khối của điện áp cực tiểu, xác định một cách tương tự như sau :
Knhạy = max . . nganmach BU lamviec U K U
Ở đây, Ungắn mạch max – là trị số cực đại của điện áp dư ở vị trí đặt bảo vệ khi ngắn mạch ở khu vực cuối cùng được bảo vệ .
Bảo vệ cắt nhanh (BVC) dòng điện được gọi là bảo vệ dòng điện cực đại BVDCĐ với khu vực tác động giới hạn, trong đại đa số các trường hợp có rơle tác động tức thời. Bảo vệ cắt nhanh thực hiện theo sơ đồ BVDCĐ nhưng không có rơle thời gian. Tính chọn lọc thực hiện theo sơ đồ BVDCĐ không có thời gian duy trì, nhưng có khu vực giới hạn sự tác động của nó. Ở trong khu vực đó dòng điện làm việc của bảo vệ cắt nhanh đã không được điều chỉnh đối với dòng phụ tải cực đại; còn đối với dòng điện ngắn mạch ở cuối đường dây được bảo vệ hay ở một điểm xác định nào đấy của lưới thì bảo vệ cắt nhanh không được tác động (điểm A1 trên hình 1-11a). rõ ràng là : dòng điện ngắn mạch được xác định bởi điện trở kháng của lưới kể từ nguồn cung cấp đến nơi sự cố và dòng điện giảm đi khi vị trí sự cố càng ở xa nguồn cung cấp (đường cong 1 ở hình 1-11a).
Hình 1-11 a) Nguyên tắc tác động của việc đóng cắt điện trên đường dây với nguồn cung cấp từ một phía
b) Sơ đồ của lưới điện
Dòng điện làm việc của bảo vệ cắt nhanh được chọn sao cho việc cắt máy cắt điện sẽ không xảy ra khi sự cố trên một đoạn đường dây, được mắc vào điểm A1 (ví dụ ở điểm K2) trong lưới điện theo hướng từ nguồn cung cấp đến hộ tiêu thụ hay ở thanh cái máy biến áp của trạm hạ áp (điểm K3). Để đạt được yêu cầu đó, dòng điện làm việc
của bảo vệ cắt nhanh phải lớn hơn dòng điện ngắn mạch cực đại trên thanh cái của trạm hạ áp và xác định theo công thức sau:
Ilv.của BV cắt nhanh =
Ở đây Ing mạch max trị số dòng điện ngắn mạch lớn nhất trên thanh cái của trạm hạ áp.
Ktin cậy - hệ số tin cậy, được lấy bằng 1,2 ÷ 1,3 khi thực hiện bảo vệ cắt nhanh với rơle dòng điện PT-40 và T-520; Ktin cậy lấy bằng 1,4 ÷ 1,5 khi thực hiện cắt nhanh bằng các phần tử điện tử của rơle cảm ứng loại PT-80, PT-90
Bảo vệ cắt nhanh có thể bảo vệ toàn tuyến đường dây mà ở đấy trạm chỉ có một máy biến áp, nếu dòng điện làm việc của rơle cắt nhanh được chọn sao cho nó không tác động khi ngắn mạch trên đườn dây điện hạ áp ( ví dụ điểm K4 trên hình 1-11). Khi đó, bảo vệ cắt nhanh sẽ bảo vệ một cách tin cậy đường dây điện cao áp và phân cuộn dây điện áp cao của máy biến áp điện lực. Để đạt được điều đó, thì biểu thức (1-14), trị số dòng điện ngắn mạch ở trên thanh cái hạ áp của máy biến áp phải được xác định là IK4max0
Vùng tác động của bảo vệ cắt nhanh được xác định sau khi tính dòng ngắn mạch với vị trí ngắn mạch ở đầu và cuối đường dây và ở trên các khoảng cách
Dựa theo dòng điện ngắn mạch tìm được, ta xây dựng đường cong (đường cong 1 ở hình 1-11a) theo biểu thức 1-14, ta xác định dòng điện làm việc của bảo vệ cắt nhanh ; và trên đồ thị đó ta sẽ đưa vào một đường thẳng song song với trục hoành biểu thị dòng điện làm việc của bảo vệ cắt nhanh này, đó là đường thẳng 2, sẽ được vùng tác động O – A1, hay đường thẳng 3 biểu thị sự làm việc của bảo vệ cắt nhanh với vùng tác động là O – A2.
Bảo vệ cắt nhanh sẽ tác động ở vùng mà ở đấy : Ingắn mạch > Ilàm việc của bảo vệ cắt nhanh
Hệ số làm việc của BVC xác định theo : K nhậy = ≥1,2÷1,5
Dòng điện I ngắn mạch là dòng điện ngắn mạch ở vị trí đặt bảo vệ cắt nhanh.
Bảo vệ cắt nhanh được thực hiện khi xảy ra dòng điện sự cố. dòng điện sự cố này dẫn đến làm giảm điện áp trên thanh cái đến trị số bé hơn 0,6Uđm. Khi ngắn mạch, điện áp dư xác định theo công thức sau : (tính bằng V).
Udư = Ec – ( 3 ) Ở đây :
Ec - sức điện động của hệ thống cung cấp điện trong chế độ cực tiểu, tính bằng (V)
Xc Điện kháng của hệ thống cung cấp tính đến thanh cái, tính bắng (Ω) IlvBCV - dòng điện làm việc của bảo vệ cắt nhanh, tính bằng ( A ) KBI – hệ số định mức của máy biến dòng điện.
Khi có sự phối hợp giữa bảo vệ cắt nhanh và bảo vệ dòng điện cực đại BVDCĐ thì sẽ nhận được bảo vệ dòng điện với đặc tính thời gian làm việc theo từng nấc. Nấc đầu tiên là bảo vệ cắt nhanh mà trong giới hạn của vùng tác động của mình, bảo vệ này sẽ thực hiện ngay tức thời. Nấc thứ hai là bảo vệ dòng điện cực đại tác động cắt mạch với thời gian duy trì đã xác định trước. Khi có sự phối hợp của bảo vệ cắt nhanh BVDCĐ ,thực hiện với sự giúp đỡ của rơle cảm ứng PT-80, PT-90, có đặc tính thời gian làm việc độc lập thì việc trang bị thêm rơle cắt phụ không đòi hỏi vì rằng rơle PT-80, PT-90 đã có các phần tử cắt điện tử ở bên trong.
Ví dụ : 1-1 . hãy tính toán bảo vệ dòng điện cực đại và bảo vệ dòng điện cắt nhanh đối với đường dây 10KV, được thực hiện với rơle PTM va PTB, nếu các số liệu cho như sau : dòng điện làm việc cực đại của đường dây được tính là 260A, dòng điện ngắn mạch ở cuối của đường dây được bảo vệ là 1000A, dòng điện ngắn mạch ở đầu đường dây là 6000A. Không có động cơ điện ở trên đường dây này.
Hệ số biến đổi của máy biến dòng điện là 300/5=60
Bài giải:
Chúng ta xác định dòng điện làm việc của rơle bảo vệ dòng điện cực đại ( bảo vệ quá tải) theo hình (1-13) :
Ở đây, không có động cơ điện ở trên đường dây nên Kkd = 1 Ktin cậy = 1,4 ; Ksơ đồ = 1 ; Ktrở về = 0,85
Chúng ta lấy dòng điện làm việc của rơle là 8A Hãy xác định hệ số độ nhạy của bảo vệ
K nhậy = ≥1,2÷1,5
K nhậy 1 =601000.8,0 = 2.1
Như vậy lớn hơn độ nhạy cho phép [Knhậy] = 1,5 thỏa mãn được yêu cầu. Hãy xác định dòng điện làm việc của rơle cắt nhanh PTM theo (1-14)
Ilv.của BV cắt nhanh = ≥ 1,2 ÷ 1,5
Ilv.của BV cắt nhanh = 1,73.160,5.1000 = 43.25A Chúng ta lấy IlvBVCN = 45 A
Hãy xác định hệ số độ nhậy của dòng điện cắt theo : K nhậy = ≥ 1,2 ÷ 1,5
Vậy Knhay2 = 456000.60 = 2.22
Vậy trị số nhậy tính ra Knhậy2 lớn hơn cho phép, do đó thỏa mãn yêu cầu.
1.9.3. Bảo vệ dòng điện cực đại có hướng
Bảo vệ dòng điện cực đại có hướng là dạng bảo vệ phức tạp đối với BVDCĐ, được dự kiến ở lưới điện xí nghiệp công nghiệp khi các đường dây cung cấp điện làm việc song song. Bảo vệ này được đặt ở những điểm cuối của đường dây trong lưới phân phối và tác động theo
yếu tố thay đổi hướng của dòng công suất khi ngắn mạch ở trên đường dây
Bảo vệ dòng điện cực đại có hướng gồm :
Đối với cơ cấu khởi động có rơle dòng điện KA; đối với thời gian duy trì có rơle thời gian KT, đảm bảo thời gian cần thiết tác động bảo vệ theo điều kiện của tính chọn lọc (hình 9-12 không trình bày); - và cơ cấu hướng công suất có rơle hướng công suất KW. Bảo vệ sẽ tác động trong trường hợp nếu rơle dòng điện, rơle KT và rơle hướng công suất KW làm việc.
Hướng của BVDCĐ giới thiệu ở hình 1-12
Hình 1-12: Sự bố trí của dòng điện cực đại có hướng ở lưới điện cung cấp từ hai phía
Trên toàn bộ lưới có đặt 8 rơle hướng công suất (là KW 1÷KW 8). Hướng công suất khi rơle công suất làm việc được thể hiện bằng mũi tên.việc lựa chọn thời gian duy trì của BVDCĐ có hướng được thực hiện theo nguyên tắc từng nấc và theo cách tính hướng tác động của chúng. Như vậy, theo hình 1-12, lúc đầu người ta chọn thời gian duy trì của các rơle KW số lẻ, bắt đầu từ nơi xa nhất đối với nguồn cung cấp A (là KW7); đối với rơle này, ta chọn thời gian duy trì là t7=0 Do đó, thời gian duy trì của bảo vệ thực hiện theo từng nấc đối với KW 5 pha phải là:
t5 = t7 + Δt = 0 + 0.5 = 0.5 (s)
Thời gian duy trì : t3= t5 + Δt (s), và t1 = t3 + 0.5 (s)
Tương tự, chúng ta chọn được thời gian duy trì của những rơle có số chẵn.
Dòng điện làm việc của BVDCĐ có hướng được xác định theo các công thức đã trình bày như đối với BVDCĐ ở trên.
Khi ngắn mạch trên đường dây được bảo vệ hay trên các phần tử phía sau, thì rơle dòng điện và rơle hướng công suất sẽ đóng tiếp điểm của mình và đưa đến sự tác động của rơle thời gian KT ( hình 1-13). Qua thời gian duy trì đã được thiết lập; những tiếp điểm của rơle thời gian sẽ được đóng lại và cung cấp một xung cho cuộn dây cắt của máy cắt điện.
Hình 9.13. Sơ đồ của BVDCĐ có hướng a) Sơ đồ của mạch dòng điện b) Sơ đồ của mạch điện áp
c) Sơ đồ của mạch dòng điện thao tác. 1.9.4. Bảo vệ dòng điện so lệch lệch (BVSL)
Đó là một dạng khác của bảo vệ dòng điện cực đại. Sơ đồ BVSL làm việc theo nguyên tắc so sánh dòng điện ở những điểm cuối của các phần tử lưới điện được bảo vệ như : đường dây máy biến áp v.v…
Chúng ta hãy nghiên cứu nguyên tắc tác động và thiết bị BVSL của máy biến áp và đường dây. Để thực hiện bảo vệ này ở cả hai phía của phần tử được bảo vệ, người ta đặt các máy biến dòng (hình 1-14). Khu vực được giới hạn bởi các máy biến dòng, gọi là vùng tác động của BVSL. Ở chế độ bình thường và khi ngắn mạch ở bên ngoài vùng tác động của BVSL (hình 1-14a), thì dòng điện I1' có hướng từ thanh cái của trạm cung cấp đi ra.
Do vậy, ở trạm TЛ1, dòng điện I2 có hướng từ thanh cái đến đường dây, còn ở trạm TЛ2 thì F1 từ đường dây đến thanh cái. Song song với cuộn dây thứ cấp của máy biến dòng, người ta đặt cuộn rơle
Khi ngắn mạch ở bên ngoài (ngắn mạch ở điểm K1) hay ở chế độ bình thường của dòng phụ tải, thì dòng điện trong rơle KA sẽ không có; nếu chúng ta có những điều kiện lý tưởng của máy biến dòng (không có sai số, hệ số biến đổi bằng nhau, các đặc tính của chúng hoàn toàn giống nhau) thì trong trường hợp đó dòng điện của rơle.
Ik = I1 - I2 = 0 (1-16)
Ở đây, I2 và I2- dòng thứ cấp của máy biến dòng TA1 và TA2. Nhưng trong những điều kiện thực tế, dòng điện đi qua rơle KA không bằng 0 vì lẽ luôn luôn có sai số về giá trị và góc lệnh pha của máy biến dòng, dẫn đến dòng điện thứ cấp máy biến dòng không bằng nhau. Sự không bằng nhau của dòng điện thứ cấp do sai số của máy biến dòng gây nên dòng điện không cân bằng đi qua cuộn dây của rơle KA, dòng điện này xác định theo công thức sau :
Ikhôngcân bằng = I2từhoá – I1 từ hoá (1-17)
Ở đây, - I1từ hoá và I2từ hoá là các dòng điện từ hoá tương ứng của TA1 Và TA2.
Để tránh sự làm việc không đúng của BVSL đối với dòng điện không cân bằng này, thì dòng điện làm việc của rơle BVSL phải lớn hơn dòng điện không cân bằng cực đại khi ngắn mạch bên ngoài, tức là : IIVrơle = (1-18)
Ở đây, Ktin cậy – hệ số tin cậy của rơle bằng 1.3.
KBI hệ số biến đổi định mức của máy biến dòng.
Dòng điện không cân bằng tính toán phụ thuộc vào sai số của máy biến dòng và được tính như sau :
Ikhông cân bằng tính toán = Kkhông chu kì . Kcùng loại . f . Ingắn mạch .max (1-19) Ở đây:
- Kkhông chu kì –hệ số, tính đến ảnh hưởng của thành phần không chu kì của dòng điện ngắn mạch; ta sẽ lấy bằng 1 đối với rơle có máy biến bão hòa nhanh với cuộn dây ngắn mạch và bằng 2 đối với rơle không có máy biến bão hoà nhanh.
- K cùng loại là hệ số cùng loại điều kiện làm việc của máy biến dòng sẽ có giá trị từ 0.5 đến 1.
f = 0.1 là sai số máy biến dòng.
Ingắn mạch max Dòng điện ba pha lớn nhất khi ngắn mạch bên ngoài.
Khi sự cố bên trong của phần tử được bảo vệ (hình 1-14b), dòng điện ngắn mạch chỉ đi qua TA1 còn dòng điện đi qua TA2 không còn nữa, tức là I2 = 0.
Do vậy:
Irơle = I1 =
Ở đây I1ngắn mạch – dòng điện ngắn mạch suất hiện khi sự cố bên trong của phần tử của lưới điện được bảo vệ (đường dây hay máy biến áp).
Dưới tác động dòng điện này, BVSL sẽ làm việc và dẫn đến mở máy cắt điện Q1 và Q2 ở hai phía của phần tử được bảo vệ.
Hệ số nhạy của BVSL được xác định theo : Knhạy = ≥ 1.2 ÷ 1.5
Ở đây Ingắn mạch min - trị số dòng điện ngắn mạch bé nhất ở bên trong của phần tử được bảo vệ.
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