a) Bộ bảo vệ chính máy biến áp: Bộ bảo vệ so lệch có hãm máy biến áp 3 pha tích hợp các chức năng sau:
- Bảo vệ so lệch máy biến áp -F87T,
- Bảo vệ chống chạm đất bên trong MBA -F64,
- Bảo vệ quá dòng & quá dòng chạm đất cắt nhanh và có thời gian -F50/51 & F50/51N
- Bảo vệ quá tải -F49, - Giám sát mạch cắt -F74.
b) Bộ bảo vệ dự phòng phía cao áp máy biến áp :Trang bị bộ bảo vệ quá dòng tích hợp các chức năng sau:
- Bảo vệ quá dòng & quá dòng chạm đất cắt nhanh và có thời gian -F50/51 & F50/51N,
- Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt -F50BF, - Giám sát mạch cắt -F74.
c) Bộ bảo vệ dự phòng phía trung áp máy biến áp :Trang bị bộ bảo vệ quá dòng tích hợp các chức năng sau:
- Bảo vệ quá dòng & quá dòng chạm đất cắt nhanh và có thời gian -F50/51 và F50/51N, F50/51G,
- Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt -F50BF, - Giám sát mạch cắt -F74.
5.2.4 Bảo vệ các ngăn đường dây phía 22k - Bảo vệ quá dòng hai cấp tác động (F50/51)
- Bảo vệ quá dòng chạm đất hai cấp tác động (F50/51N)
- Rơ le giám sát mạch cắt (F74)
- Bảo vệ tự động đóng lặp lại (F79)
- Bảo vệ chống hư hỏng máy cắt (50BF)
- Một bộ Rơ le đi cắt và rơ le trung gian
- Bảo vệ phát hiện dòng điện thấp, chống đóng máy cắt tụ khi tụ chưa phóng hết điện (F37)
- Bảo vệ chống quá điện áp (F59)
- Bảo vệ chống thấp áp (F27)
- Bảo vệ không cân bằng (F51Ub)
5.3 Lựa chọn rơ le và cài đặt các thông số cho rơ le 5.3.1 Lựa chọn rơ le
Dựa vào yêu cầu bảo vệ trong TBA và chức năng của các rơ le, ta chọn các loại rơ le sau
- Rơ le quá dòng kỹ thuật loại 7SJ511
Được dùng để bảo vệ các đối tượng như đường dây, máy biến áp, động cơ điện và nguồn cung cấp từ 1 phía.Các chức năng bảo vệ của rơ le:
Bảo vệ quá dòng
Bảo vệ quá tải
Bảo vệ so lệch
Bảo vệ chống quá điện áp
Bảo vệ chống điện áp thấp
Chức năng ghi sự cố
Xác định điểm sự cố
Tự động đóng lặp lại đường dây có kiểm tra đồng bộ
Ngoài ra rơ le quá dòng kỹ thuật số còn có các đầu vào dùng cho bảo vệ quá dòng có hướng, bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch, bảo vệ quá dòng và sụt áp…
- Rơ le bảo vệ và điều khiển 7SJ531
Đây là loại rơ le bảo vệ kiểu số, là bảo vệ quá dòng điện có thời gian, tin cậy và cắt chọn lọc tất cả các loại sự cố pha - đất hoặc pha – pha. Rơ le bảo vệ đường dây và có thể được làm dự phòng có thời gian cho các bảo vệ đường dây so lệch MBA, MF, động cơ hoặc thanh cái
Chức năng của cụ thể của 7SJ531 bao gồm
Bảo vệ quá dòng có thời gian
Bảo vệ quá dòng có hướng
Phát hiện sự cố chạm đất
Chức năng tự động đóng lắp lại
Xác định điểm sự cố
Bảo vệ quá tải nhiệt độ
Giám sát thời gian khởi động
- Rơ le so lệch kỹ thuật số 7UT51
Là loại bảo vệ tác động nhanh, chọn lọc các thiết bị như máy biến áp, động cơ điện, máy phát điện. Rơ le có thể thực hiện nhiều chức năng bảo vệ khác nhau, cho các đối tượng khác nhau.
Chức năng của rơ le 7UT51 bao gồm
Bảo vệ so lệch máy biến áp
Bảo vệ dòng thứ tự không
Bảo vệ quá dòng có thời gian
Bảo vệ quá tải theo nhiệt độ
Bảo vệ chạm vỏ tùy chọn
5.3.2 Cài đặt các thông số cho rơ le
a.Bảo vệ quá dòng cho đường dây 110kV :
Theo như kết quả tính toán trên ta căn cứ vào dòng điện làm việc cực đại ta chọn biến dòng có Iđm.Bll=400, tức là hệ số biến dòng ni=400/l=400. Máy biến dòng được chọn mắc theo sơ đồ sao thiếu (phản ứng theo dòng pha) nên hệ số sơ đồ ksđ=1. Hệ số tin cậy ktc=1.2. Do rơle chọn là loại rơle số nên có hệ số trở về là ktv=1, ta có:
Dòng điện khởi động của bảo vệ: 1, 2 * *632 758, 4 1 tc kd lvM tv k I I k (A) Dòng điện khởi động của rơle được xác định như sau:
Ikd.R =Ikd = *758,4 = 1,896 (A) Chọn rơle 7SJ531 với dòng điện rơle Ikd=2(A) Dòng khởi động thực tế của bảo vệ:
Ikd.BV =*Id.R = *2 = 800 (A) Độ nhạy của bảo vệ:
knh = = = = 4,58
Ta thấy knh.BV = 4,58 > 1,2. Vậy bảo vệ đáp ứng yêu cầu. + Xác định thời gian tác động của bảo vệ:
- Bội số dòng ngắn mạch tại điểm N1 của bảo vệ: = = =5,29 - Thời gian đặt của bảo vệ là: tđ=0,1s
- Coi đặc tính thời gian của rơle có độ dốc chuẩn, thời gian tác động thực tế của bảo vệ là:
t = td* = 0,1* = 0,41(s) * Tính bảo vệ cắt nhanh cho khối đường dây truyền tải:
Dòng điện khởi động của rơle bảo vệ cắt nhanh được xác định như sau: Ikd CN.R = *ksd*= *1*4,2343*= 12,7 (A)
Chọn rơle có dòng đặt là Iđ.RCN=20A
Dòng khởi động thực tế của bảo vệ cắt nhanh: Ikd.CN = = = 8000 (A) Độ nhạy của bảo vệ:
knh = = = = 0,46< 2
Vậy bảo vệ cắt nhanh chỉ đảm bảo được một phần của bảo vệ đường dây nên nó chỉ có thể làm bảo vệ dự phòng.
b. Tính toán bảo vệ quá dòng cho khối đường cáp xuất tuyến phía 22kV: - Tính toán bảo vệ dòng điện cực đại:
Theo như kết quả tính toán trên ta căn cứ vào dòng điện làm việc cực đại ta chọn biến dòng có Idm BI = 400, tức là hệ số biến dòng ni = 400/1=400. Máy biến dòng được chọn mắc theo sơ đồ sao thiếu (phản ứng theo dòng pha) nên hệ số sơ đồ ksđ=1, hệ số tin cậy ktc=1,2. Do rơle chọn là loại rơle số nên có hệ số trở về là ktv=1, ta có:
- Tính cho xuất tuyến
Dòng điện khởi động của bảo vệ: 1, 2 *1897,7 2277, 2 1 tc kd lvM tv k I I k (A)
Dòng điện khởi động của rơle được xác định như sau: Ikd.R = kd.R = *2277, 2 = 5,6930 (A) Chọn rơle 7SJ531 với dòng điện rơle Ikd.R =6A
Dòng khởi động thực tế của bảo vệ:
Ikd.BV = Ikd.R = *6 = 2400 (A) Độ nhạy của bảo vệ:
knh = = = = = 4,04
Ta thấy knh.BV = 4,04> 1,2. Vậy bảo vệ đáp ứng yêu cầu. + Xác định thời gian tác động của bảo vệ:
- Bội số dòng ngắn mạch tại điểm N1 của bảo vệ: M2.BV = = = 4,667 - Thời gian đặt của bảo vệ là: tđ = 0,1s
- Coi đặc tính thời gian của rơle có độ dốc chuẩn, thời gian tác động thực tế của bảo vệ là:
t = td* = 0,1* = 0.447 (s)
Tính bảo vệ cắt nhanh cho khối đường dây truyền tải:
Dòng điện khởi động của rơle bảo vệ cắt nhanh được xác định như sau: Ikd.CN.k = *ksd*IN.Max.ng = *1*11,2012* = 33,6 (A)
Chọn rơle 7SJ511 có dòng đặt là Id.RCN=35A Dòng khởi động thực tế của dòng cắt nhanh:
Ikd.CN = = = 14000 (A)
Độ nhạy của bảo vệ:
knh = = = = 0,696
c. Bảo vệ máy biến áp
Bảo vệ dòng điện thứ tự không máy biến áp
- Tính giá trị cài đặt cho bảo vệ phía 110kV Dòng định mức của máy biến áp phía 110kV
InBA = 3 * đm đm S U = 63000 316,2875 3 *115 (A) Giá trị khởi động của bảo vệ:
I0> = 0,4* 316,2875=126,515 (A) Dòng khởi động của rơ le
IkđR = 0 126,515 0,3163 400 i I n (A) Chọn dòng đặt của rơ le 7UT51 là: Iđ =0,35 (A)
Dòng khởi động thực tế của bảo vệ:
IkđBV1 =ni*Iđ =400*0,35 =140 (A) - Tính giá trị cài đặt cho bảo vệ phía 22kV
Dòng định mức của máy biến áp phía 22kV:
InBA = 3 * đm đm S U = 63000 1515,5 3 * 22 (A) Giá trị khởi động của bảo vệ:
I0= 0,4*1515,5 = 606,2 (A) Dòng khởi động của rơ le
IkđR = 0 606,2 1,5155 400 i I n (A) Chọn dòng đặt của rơ le 7UT51 là: Iđ =2 (A)
Dòng khởi động thực tế của bảo vệ:
IkđBV1 =ni*Iđ =2*400 =800 (A)
Bảo vệ quá dòng máy biến áp
Đối với máy biến áp ta sử dụng bảo vệ quá dòng đặc tính thời gian 2 cấp.Phía 110kV ta sử dụng biến dòng có ni =400.Máy biến dòng mắc theo sơ đồ sao đủ nên hệ số sơ đồ ksd =1; hệ số tin cậy của bảo vệ ktc =1,2.Chọn rơ le bảo vệ là loại rơ le số,hệ số trở về ktv =1.
InBA = 3 * đm đm S U = 63000 316,2875 3 *115 (A)
Dòng điện làm việc lớn nhất chính là dòng điện khi sự cố 1 máy biến áp:
InBA =1,4 * 3 * đm đm S U =1,4* 63000 442,8 3 *115 (A) Tính bảo vệ dòng điện cực đại:
Dòng điện khởi động của bảo vệ:
Ikd = ktc*Ilvmax / ktv =1,2*369,8 / 1=443,76 (A) Dòng khởi động của rơ le
IkđR =ksd *Ikd / ni =1* 443,76 /400 =1,1094 (A) Chọn rơ le 7UT51 với dòng đặt của rơ le Iđ.R =1,2 (A)
Dòng khởi động thực tế của bảo vệ:
IkđBV =ni*Iđ.R /ksd =400*1,2/ 1=480 (A) Độ nhạy của bảo vệ
Knh =INmin / IkđBV = 3 max 3 * 3 *3,68*10 6,6395 2* 2*480 N ng kđBV I I
Vậy Knh >1,2.Vậy bảo vệ đáp ứng độ nhạy.
CHƯƠNG 6 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG NỐI ĐẤT VÀ CHỐNG SÉT CHO TRẠM
6.1 Cơ sở lý thuyết
6.1.1 Các yêu cầu kỹ thuật về chống sét
- Sét là sự phóng điện giữa các đám mây với đất hay giữa các đám mây tích điện trái dấu với nhau.
- Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp người ta thường sử dụng hệ thống các cột thu sét. Khoảng không gian gần cột thu sét mà công trình được bảo vệ đặt trong đó, rất ít khả năng bị sét đánh gọi là vùng hay phạm vi bảo vệ của cột thu sét
- Tính chiều cao cột thu sét
Với độ tin cậy 90% thì phạm vi bảo vệ của cột thu sét có độ cao là hx là một hình chóp tròn xoay chiều có đường sinh dạng hyperbol xác định theo
Rx= (h – hx)p với (6-1) Với ha = h – hx gọi là độ cao hiệu dụng cột thu sét Rx là bán kính của phạm vi bảo vệ ở độ cao hx
Để tính phạm vi bảo vệ ta tính theo công thức sau
- Khi hx (6-2)
- Khi hx (6-3)
Đối với hệ thống có 2 cột thu sét thì khoảng cách a giữa 2 cột phải thỏa mãn thì chúng bảo vệ được cột chiều cao h0 ở giữa với h0 đc xác định như sau
h - h0 = (6-7) với hệ thống nhiều cột thu sét
Để tính toán phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét, chúng ta chia thành từng nhóm 3 – 4 cột thu sét gần nhau tạo thành hình tam giác hoặc hình chữ nhật.Tất cả các thiết bị có độ cao lớn nhất hx đặt trong diện tích hình tam giác hay hình chữ nhật được bảo vệ nếu điều kiện sau được thỏa mãn
D 8p(h – hx ) với (6-8)
Trong đó D là đường kính vòng tròn ngoại tiếp hình tam giác hay hình chữ nhật
6.1.2 Thiết kế bảo vệ chống sét cho trạm biến áp
- Chống sét lan truyền, bảo vệ thiết bị bằng chống sét van loại ZnO không khe hở đặt ở các phía máy biến áp. Điện áp dư cực đại của các chống sét van được chọn thấp hơn khả năng chịu đựng xung sét của các thiết bị được bảo vệ tại các cấp
điện áp. Các chống sét van được sử dụng là loại có khả năng hấp thụ năng lượng lớn.
- Chống sét đánh trực tiếp vào trạm bằng 3 kim thu sét lắp trên đỉnh 2 cột póc tích đầu trạm và 1 cột thu sét độc lập. Chống sét đánh trực tiếp cho nhà điều khiển phân phối, bằng các kim thu sét gắn trên mái và được nối xuống hệ thống nối đất chung.
Kích thước trạm cần bảo vệ
- Kích thước trạm biến áp 70x45 (m)
- Các thiết bị điện chính trong trạm biến áp 110kV Từ Liêm ở các cốt 8m (dàn thanh cái 110kV) và cốt 6m (gồm có các đỉnh sứ của máy biến áp lực và các thiết bị).
- Xà poctich cao 15m, khoảng cách giữa 2 xà 23m. Hệ thống xà và cột chống sét được thể hiện trong bản vẽ chống sét
- Khoảng cách giữa các cột là k, 3 cột này tạo thành một tam giác. Ta tính chiều dài các cạnh của tam giác:
k1k3 =23m
k2k3 = 37211,52 38,75 m k1k2 = 37211,52 38,75 m
- Xác định chiều cao hiệu dụng của các cột
ha ≥ D / 8p (6-9) D- là đường kính vòng tròn ngoại tiếp của hình tam giác k1k2k3:
1 2 1 3 2 3 1 2 1 3 2 3 * * 2 ( )( )( ) k k k k k k D p p k k p k k p k k
Với p : là chu vi của tam giác k1k2k3 :
1 2 1 3 2 3 1 1 ( ) (23 38,5 38,5) 50, 25 2 2 p k k k k k k (m) D= 23*38,5*38,5 40,58 2 50, 25*(50, 25 23)*(50, 25 38,5)*(50 38,5) (m)
Thay vào công thức : ha ≥ D / 8p ta được
Chọn ha = 6 m. Vậy ta có chiều cao cột thu sét là 6m. Chiều cao cột thu lôi phía 110kV
h=hx + ha =15+6 =21m < 30m -> p=1
- Tính toán phạm vi bảo vệ của một cột chống sét riêng lẻ ở độ cao tương ứng là 21m:.
- Chiều cao vật cần bảo vệ hx=8m: + Do h < 30m và hx < 2/3h
+ Rx = 1,5(h – hx/0,8) = 1,5(21 – 8/0,8) = 16,5m - Chiều cao vật cần bảo vệ hx=6m:
+ Do h < 30m và hx < 2/3h = 14m
+ Rx = 1,5(h – hx/0,8) = 1,5(21 – 6/0,8) = 20,25m
Với kết quả tính toán trên ta vẽ được phạm vi bảo vệ chống sét đánh trực tiếp – bản vẽ chống sét. Từ đó kết luận toàn bộ thiết bị trạm nằm trong vùng bảo vệ của các cột chống sét.
6.2 Thiết kế hệ thống nối đất cho trạm6.2.1 Các yêu cầu kỹ thuật về nối đất 6.2.1 Các yêu cầu kỹ thuật về nối đất
- Tác dụng nối đất là để tản vào đất dòng sự cố ( rò cách điện, ngắn mạch, dòng điện sét …) và giữ cho điện thế trên các phần tử được nối đất thấp
- Nối đất thông thường được thực hiện bằng một hệ thống những cọc thép ( hoặc đồng ) đóng vào đất hoặc những thanh nằm ngang bằng cùng loại vật liệu chôn trong đất, hoặc cọc và thanh nối liền nhau
- Với các thiết bị điện có điện áp > 1000V thì bảo vệ nối đất phải được áp dụng trong mọi trường hợp, không phụ thuộc vào chế độ làm việc của dây trung tính
- Với các thiết bị có điện áp >1000V và Iđ > 500A thì Rcp < 0,5 (Ω). Với trạm biến áp 110kV với nhiều thiết bị điện cao áp thì Rcp < 0,5 (Ω)
- Các loại nối đất
- Nối đất an toàn : Có nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho người khi cách điện bị hư hỏng. Thực hiện nối đất an toàn bằng cách đem nối đất mọi bộ phận kim loại bình thường không mang điện ( vỏ máy, thùng MBA, máy cắt điện … )
- Nối đất làm việc : Nhiệm vụ của loại nối đất này là đảm bảo sự làm việc bình thường của thiết bị hoặc của một số bộ phận của thiết bị theo chế độ làm việc đã được định sẵn.
- Nối đất chống sét : Nhằm tản dòng điện sét trong đất ( khi có sét đánh vào cột chống sét, dây chống sét ) để giữ cho điện thế tại mọi điểm trên trân cột không quá lớn … do đó hạn chế được phóng điện ngược tới công trình cần bảo vệ.
Điều kiện hệ thống nối đất RHT Rcp Với
- RHT điện trở hệ thống nối đất - Rcp Điện trở cho phép của hệ thống
6.2.2 Tính toán nối đất cho trạm
Dữ liệu đầu vào:
Điện trở suất trung bình của đất là 72 (Ω/m)
Lưới nối đất bao gồm hệ thống các cọc nối đất bằng thép Ø22, dài 2m, chôn