Làm việc dựa trên dòng điện dư (Io) của hệ thống 3 pha đo được. Làm việc độc lập với dòng tải kể cả tải không cân bằng giữa các pha.
Tác động với dòng điện chạm đất nhỏ (dòng điện dung), dòng điện ngắn mạch chạm đất 1 pha và 2 pha.
- Dòng khởi động của rơ le được chỉnh định theo biểu thức sau: Ikđ=Kdt.Imax
Hoặc 1,3.IRmax ≤ Ikđ ≤ 0.7IEmin Trong đó:
Kdt = 0,3÷0,4 là hệ số dự trữ
Imax : là dòng điện toàn tải
IRmax: là dòng điện dư cho phép cực đại trong điều kiện làm việc. IEmin: là dòng điện chạm đất dư nhỏ nhất mà rơle có thể giải trừ.
3.5.5. B o v ch ng quá t i 49.ả ệ ố ả
Quá tải làm tăng nhiệt độ của máy biến áp. Nếu mức quá tải cao và kéo dài , máy biến áp bị tăng nhiệt độ quá mức cho phép, tuổi thọ của máy biến áp bị suy giảm nhanh chóng. Để bảo vệ chống quá tải ở các máy biến áp có công suất bé có thể sử dụng bảovệ quá dòng thông thường ,tuy nhiên rơle quá dòng không thể phản ánh được chế độ mang tải của máy biến áp trước khi xảy ra quá tải .
Vì vậy đối với máy biến áp công suất lớn người ta sử dụng nguyên lý hình ảnh nhiệt để thực hiện bảo vệ chống quá tải. Bảo vệ loại này phản ánh mức tăng nhiệt độ ở những điểm kiểm tra khác nhau trong máy biến áp và tuỳ theo mức tăng nhiệt độ mà có nhiều cấp tác động khác nhau : cảnh báo, khởi động các mức làm mát bằng tăng tốc độ tuần hoàn của không khí hoặc dầu, giảm tải máy biến áp. Nếu các cấp tác động này không mang loại hiệu quả và nhiệt độ của máy biến áp vẫn vượt quá giới hạn cho phép và kéo dài quá thời gian qui định thì máy biến áp sẽ được cắt ra khỏi hệ thống.
CHƯƠNG 4: CHỌN VÀ KIỂM TRA CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRÊN SƠ ĐỒ BẢO VỆ
4.1. Máy cắt điện
Điện áp định mức (UđmMC): Điện áp định mức của máy cắt được chọn phải lớn hơn hoặc bằng điện áp của lưới điện: UđmMC Uđmlưới
Dòng điện định mức (IđmMC): Dòng điện định mức của máy cắt được chọn phải lớn hơn hoặc bằng dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch: IđmMC Ilvcb
Điều kiện cắt: Dòng điện cắt định mức của máy cắt phải lớn hơn hoặc bằng dòng điện ngắn mạch của mạch: ICđm I”k
Điều kiện ổn định lực động điện khi ngắn mạch: Dòng điện ổn định lực động điện của máy cắt phải lớn hơn dòng ngắn mạch xung kích qua nó: iđđmMC ip
Điều kiện ổn định nhiệt: Các máy cắt nói chung thỏa mãn điều kiện ổn định nhiệt, đặc biệt với những loại máy cắt có dòng định mức lớn hơn 1000A. Do đó với các máy cắt có dòng định mức lớn hơn 1000A không cần kiểm tra điều kiện này: I2nhđm.tnhđm BN
(BN: là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch).
Dựa vào cấp điện áp và dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất của các mạch kết hợp với các giá trị dòng điện ngắn mạch đã tính được ở chương II ta chọn máy cắt của từng mạch cho từng cấp điện áp. Phía điện áp 220kV: Ilvmax =kqtsc.IđmB = kqtsc. = (A) Chọn máy cắt có thông số: + Điện áp định mức: UđmMC Uđm mạng = 220kV + Dòng điện định mức: IđmMC Ilvmax = 459 A + Dòng cắt định mức: ICđm I”k = 15,3 (kA)
+ Điều kiện ổn định lực động điện: IđđmMC ip max = 41,9 (kA)
Phía điện áp 110 kV: Ilvmax = kqtsc.IđmB = kqtsc. (A) Chọn máy cắt có thông số: + Điện áp định mức: UđmMC Uđm mạng = 110kV + Dòng điện định mức: IđmMC Ilvmax = 918 A + Dòng cắt định mức: ICđm I”k = 7,96 (kA)
+ Điều kiện ổn định lực động điện: IđđmMC ip max = 20,96 (kA)
Căn cứ vào thông số tính toán kết hợp với tra bảng III và IV sách “Thiết kế nhà máy điện, Nguyễn Hữu Khái”, trang 234 và 235 ta chọn được máy cắt có thông số sau:
Bảng 4. 1: Chọn máy cắt ở các cấp điện áp Cấp điện áp (kV) 220 123 Phía điện áp 22 kV: Ilvmax = kqtsc.IđmB = kqtsc. (A) Chọn tủ máy cắt có thông số: + Điện áp định mức: UđmMC Uđm mạng = 22 kV + Dòng điện định mức: IđmMC Ilvmax = 4592 A
Căn cứ vào thông số tính toán kết hợp với tra bảng 5.16 sách “Sổ tay tra cứu và lựa chọn thiết bị điện từ 0,4 đến 500 kV, Ngô Hồng Quang trang 234 và 236 ta chọn được máy cắt có thông số sau:
Bảng 4. 1: Chọn máy cắt ở các cấp điện áp
Cấp điện áp (kV)
22
4.2. Chọn dao cách ly
Điều kiện chọn dao cách ly giống với điều kiện chọn máy cắt
-Điện áp định mức (UđmDCL): Điện áp định mức của dao cách ly được chọn phải lớn hơn hoặc bằng điện áp của lưới điện: UđmDCL Uđmlưới
- Dòng điện định mức (IđmDCL): Dòng điện định mức của dao cách ly được chọn phải lớn hơn hoặc bằng dòng điện làm việc cưỡng bức của mạch: IđmDCL Ilvcb
- Điều kiện ổn định lực động điện khi ngắn mạch: Dòng điện ổn định lực động điện của dao cách ly phải lớn hơn dòng ngắn mạch xung kích qua nó: iđđmMC ip max
- Điều kiện ổn định nhiệt: thỏa mãn điều kiện I2nhđm.tnhđm BN (BN: là xung lượng nhiệt của dòng ngắn mạch).
Dựa vào cấp điện áp và dòng điện làm việc cưỡng bức lớn nhất của các mạch kết hợp với các giá trị dòng điện ngắn mạch đã tính được ở chương II ta chọn dao cách ly của từng mạch cho từng cấp điện áp.
Căn cứ vào thông số tính toán phía trước, kết hợp với tra bảng VI.IIb sách “Thiết kế nhà máy điện, Nguyễn Hữu Khái”, trang 245 và 246 ta chọn được dao cách ly ta có thông số sau:
Bảng 4.2: Thông số dao cách ly
Kí hiệu
4.3 Chọn rơ le
4.3.1. Chọn rơ le 7UT613 của Siemens cho bảo vệ 874.3.1.1. Thông số kỹ thuật 4.3.1.1. Thông số kỹ thuật
Rơ le 7UT513 được sử dụng cho máy biến áp ba cuộn dây và các điểm rẽ nhánh có ba nguồn cấp. Rơ le có 5 rơ le cắt, 10 rơ le tín hiệu, 5 đầu vào nhị phân và 14 chỉ thị LED có thể lập trình được.
Hình 4. 1: Rơ le 7UT613 của hãng Siemens
Thông số của rơ le 7UT613 được tra theo số liệu của
nhà sản xuất Siemens
Bảng 4. 3: Thông số của rơ le 7UT613
Đặc tính
Hình 4. 2: Đặc tính bảo vệ so lệch cho máy biến áp
4.3.1.2. Các ch c năng b o v đứ ả ệ ược tích h p trong r le 7UT613ợ ơ
Các chức năng bảo vệ
- Bảo vệ so lệch máy biến áp 3 cuộn dây. - Bảo vệ so lệch động cơ và máy phát điện. - Bảo vệ so lệch điểm rẽ nhánh.
- Bảo vệ chống chạm đất hạn chế. - Bảo vệ chống sự cố chạm vỏ. - Bảo vệ quá dòng có thời gian. - Bảo vệ quá tải theo nhiệt độ
- Bảo vệ so lệch với từng pha riêng biệt. - Hãm hài máy biến áp.
- Bảo vệ quá dòng pha và quá dòng chạm đất. - Cắt nhanh ở ngưỡng cao.
Các chức năng khác: chức năng đo lường và chức năng ghi chụp sự cố. 1. So lệch máy biến áp
- Đặc tính cắt dòng hãm.
- Hãm chống lại các dòng từ hóa với sóng hài bậc hai.
- Hãm chống lại các dòng sai số ổn định và thoáng qua, ví dụ: gây ra quá kích thích, với sóng hài có thể lựa chọn (hài bậc 3, 4 hoặc bậc 5).
- Không nhạy cảm với các thành phần một chiều và bão hòa biến dòng. - Ổn định cao ngay cả với các mức bão hòa khác nhau của biến dòng. - Cắt nhanh không hãm đối với các sự cố máy biến áp có dòng lớn. - Độc lập với cách nối đất của trung tính máy biến áp.
- Tăng độ nhạy với các sự cố chạm đất bằng việc bù dòng thứ tự không. - Tự tổ hợp các tổ đấu dây của máy biến áp.
- Điều chỉnh các tỷ số biến dòng với việc cân nhắc các dòng định mức khác nhau của biến dòng.
2. Bảo vệ chạm đất có giới hạn
-Cho các cuộn dây máy biến áp, các máy phát, các động cơ hoặc cuộn kháng điểm nối sao của chúng được nối đất trực tiếp.
- Có độ nhạy cao với các sự cố chạm đất trong vùng bảo vệ.
- Có độ ổn định cao với các sự cố ngoài vùng dùng phương pháp hãm dòng qua việc đánh giá độ lớn của dòng điện cũng như vị trí các pha của dòng chạy qua.
3. Bảo vệ quá dòng có thời gian
- Có thể bảo vệ như bảo vệ dự phòng cho bất cứ cuộn dây được lựa chọn hoặc nguồn cấp nào.
- Có thể làm việc như bảo vệ quá dòng có thời gian độc lập hoặc phụ thuộc với đặc tính có thể lựa chọn.
- Cấp qua dòng đặt lớn có thể làm việc độc lập. 4. Bảo vệ quá dòng theo nhiệt
-Hai chức năng logic quá tải theo nhiệt độc lập có thể gán cho bất cứ hai cuộn dây nào hoặc các nguồn cấp của thiết bị được bảo vệ.
- Mô phỏng nhiệt của các tổn hao nhiệt do dòng. - Đo giá trị hiệu dụng.
- Cấp cảnh báo quá dòng có thể điều chỉnh. 5. Bảo vệ chạm vỏ
-Cho các máy biến áp có vỏ bọc cách ly hoặc nối đất qua điện trở lớn.
- Giám sát dòng chảy qua giữa vỏ và đất, có thể đánh giá dòng bằng sóng cơ bản hoặc giá trị hiệu dụng tùy chọn.
- Có thể nối với đầu vào đo lường thông thường của thiết bị hoặc với đầu vào dặc biệt có độ nhạy cao (chỉnh định nhỏ nhất là 10 mA).
4.3.2. Chọn rơ le 7SJ600 cho bảo vệ 50/51
. . . 1. Thông s kỹ thu tố ậ
Rơ le số bảo vệ quá dòng có thời gian 7SJ600 được trang bị một bộ vi xử lý mạnh 16 bit. Nó trợ giúp cho quá trình xử lý số hoàn toàn cho tất cả các chức năng từ việc các số liệu thu nhận các thông số đo được đến đưa ra các tín hiệu cắt cho các máy cắt.
Hình 4. 3: Rơ le 7SJ600 của hãng Siemens Thông số của rơ le 7SJ600 được tra theo số liệu của nhà sản xuất Siemens Bảng 4. 2: Thông số của rơ le 7SJ600
4.3.2.2. Các ch c năng b o v tích h p trong r le 7SJ600ứ ả ệ ợ ơ
Rơ le 7SJ600 được sử dụng cho bảo vệ quá dòng có đặc tính thời gian độc lập hoặc phụ thuộc cho các đường dây trên không, cáp, máy biến áp, động cơ trong các hệ thống phân phối cao áp với nguồn cấp từ một phía hoặc các nguồn cấp hình tia hay các nguồn cấp mạch vòng hở. Nó cũng có thể dùng như một bảo vệ dự phòng cho các bảo vệ so lệch như: đường dây, máy biến áp, máy phát, động cơ và bảo vệ so lệch thanh cái.
Bên cạnh bảo vệ quá dòng có thời gian, 7SJ600 còn có khả năng bảo vệ quá tải theo nhiệt độ, bảo vệ tải không cân bằng, cũng như chức năng giám sát thời gian khởi động cho động cơ được tích hợp bên trong.
Chức năng bảo vệ quá dòng điện
- Người sử dụng có thể chọn bảo vệ quá dòng điện có đặc tính thời gian độc lập hoặc phụ thuộc.
- Các đặc tính có thể cài đặt riêng cho các dòng pha và dòng đất. Tất cả các ngưỡng là độc lập nhau.
- Với bảo vệ quá dòng có thời gian độc lập, dòng điện các pha được so sánh với giá trị đặt chung cho cả ba pha, còn việc khởi động là riêng cho từng pha, đồng hồ các pha khởi động, sau thời gian đặt tín hiệu cắt được gửi đi.
- Với bảo vệ quá dòng có thời gian phụ thuộc, đường đặc tính có thể được lựa chọn. - Rơle 7SJ600: Cung cấp đủ các loại bảo vệ quá dòng như sau: (50) Bảo vệ quá dòng cắt nhanh, có trễ hoặc không trễ;(51 ) Bảo vệ quá dòng với đặc tính thời gian độc lập hoặc phụ thuộc.
Loại bảo vệ quá dòng, quá dòng thứ tự không với đặc tính thời gian phụ thuộc của 7SJ600 có thể hoạt động theo chuẩn đường cong của IEC :
Chọn đặc tính tác động của rơle
Hình 4.4 Đặc tính dốc chuẩn theo IEC Hình 4.5 Đặc tính rất dốc theo IEC
Hình 4.6 Đặc tính cực dốc theo tiêu chuẩn IEC
Các công thức biểu diễn các đường đặc tính trên là: - Đặc tính dốc bình thường (normal inverse) :
(s) - Đặc tính rất dốc (very inverse) : (s) - Đặc tính cực dốc (extremely inverse) : (s) Trong đó:
t : thời gian tác động của bảo vệ (sec) tP : bội số thời gian đặt (sec)
I : dòng điện sự cố (kA)
IP : dòng điện khởi động của bảo vệ (kA)
4.4. Chọn máy biến dòng
Vị trí đặt máy biến dòng được thể hiện trên hình 4.5:
Hình 4. 7: Vị trí đặt biến dòng
Điều kiện chọn biến dòng:
- Điện áp định mức (UđmCT): UđmCT Uđmlưới . - Dòng điện định mức (IđmCT): I1đmCT 1,2.IF-L
- Tổng trở tải của CT: ZCT = ZS + a.ZL + ZR.
Trong đó :
ZS: là tổng trở phía thứ cấp biến dòng điện tra theo đặc tính của nhà sản xuất. ZL: là tổng trở của dây nối thứ cấp CT tới rơle .
ZR: là tổng trở của bản thân rơle và được tính như sau : ZR = SR/I2R . a=1,2,3: phụ thuộc vào dạng sơ đồ nối dây CT với rơ le.
Điều kiện kiểm tra biến dòng ÷
- Kiểm tra điều kiện tránh bão hòa: US ≤ (0,5 0,7)UK ( tra theo đường cong từ hóa) Trong đó:
(4. 5)
IS: dòng điện thứ cấp CT.
INmax: là dòng ngắn mạch lớn nhất quy đổi về phía thứ cấp CT khi ngắn mạch tại thanh cái ở phía đặt CT.
- Kiểm tra điều kiện bão hòa đối với dòng điện ở 20 lần dòng điện định mức thứ cấp CT: 20.5 = 100 (A) sao cho UK > (0,5÷0,7).100.ZS
Dòng điện ngắn mạch lớn nhất trên các thanh cái thể hiện trong Bảng 2.2-Chương 2. Dưới đây là bảng tra của máy biến dòng họ C theo tiêu chuẩn IEC
Hình 4. 8: Thông số của họ máy biến dòng C theo tiêu chuẩn IEC
Cấp chính xác được xác định trên cơ sở là CT đầy tải (ngưỡng đặt lớn nhất). Nếu đặt ngưỡng thấp hơn cần phải quy đổi theo ngưỡng lớn nhất.
4.4.1. Ch n và ki m tra CT cho r le 7UT613ọ ể ơ
a) Phía 220 kV
Chọn CT
- Điện áp định mức : UđmCT ≥ Uđmlưới = 220 (kV)
- Dòng điện định mức: IđmCT 1,2IlvmaxT1= 1,2 = (A)
=> Chọn CTR = ,có Rs= 0,002.160 = 0,32 (Ω) - Dựa vào Bảng 1.4 thì điện trở dây dẫn nối CT là RL=1(Ω)
- Công suất rơ le 7UT613 ở dòng điện thứ cấp là 5A, có công suất: Như vậy tổng trở rơle là:
- CT phía thứ cấp nối Y (trung tính nối tại phòng điều khiển).Tổng trở ngắn mạch 3 pha và một pha là bằng nhau. Tổng trở thứ cấp CT là:
ZCT = RS +2. RL + ZR = 0,32+2+0,012 =2,332 (Ω)
-Kiểm tra điều kiện tránh bão hòa với dòng ngắn mạch lớn nhất: UK ≥2. IS.ZS Trong đó:
(4. 5)
IS là dòng điện ngắn mạch lớn nhất quy đổi về thứ cấp CT khi ngắn mạch tại thanh cái A với dòng ngắn mạch lớn nhất là dòng 3 pha tại điểm N1 (từ bảng 2.1) I N1(3)=15,3 kA.
Như vậy:
Từ đó, điện áp phía thứ cấp biến dòng điện trong trường hợp ngắn mạch cực đại là: US =2,332.95,63 = 223 (V) => chọn CT có
- Kiểm tra điều kiện bão hòa đối với dòng điện ở 20 lần dòng điện định mức thứ cấp CT: 20.5=100(A) chọn CT có UK ≥ 2.100.ZS=2.100.2,332 = 466,4 (V) thỏa mãn điều kiện tránh bão hòa.
Chọn CT loại C800 có CTR = Uk= 872 V và tải định mức B-8 có ZB=8Ω, 3 bộ, cấp điện áp 220 kV. b) Phía 110 kV Chọn CT - Điện áp định mức : UđmCT ≥ Uđmlưới = 110 (kV) - Dòng điện định mức: IđmCT IlvmaxT1= 1,2 = (A) => Chọn CTR = ,có Rs= 0,002.160 = 0,32 (Ω) - Dựa vào Bảng 1.4 thì điện trở dây dẫn nối CT là RL=1(Ω)
- Công suất rơ le 7UT613 ở dòng điện thứ cấp là 5A, có công suất: Như vậy tổng trở rơle là:
- CT phía thứ cấp nối Y (trung tính nối tại phòng điều khiển).Tổng trở ngắn mạch 3 pha và một pha là bằng nhau. Tổng trở thứ cấp CT là:
ZCT = RS +2. RL + ZR = 0,32+2+0,012 =2,332 (Ω)