3.4.1.1. Các yêu cầu cơ bản
Bảo vệ so lệch dọc được lắp đặt để bảo vệ khỏi các sự cố hỏng hóc và các chế độ làm việc khơng bình thường của các máy biến áp vận hành độc lập công suất từ 6300 kVA trở lên; các máy biến áp vận hành song song công suất từ 4000 kVA trở lên; các máy biến áp công suất từ 1000 kVA trở lên có trang bị bảo vệ cắt nhanh nhưng không đảm bảo độ nhạy cần thiết (kn < 2) hoặc bảo vệ dòng cực đại có thời gian duy trì lớn hơn 0,5s khỏi ngắn mạch giữa các pha, chạm chập giữa các vòng dây và chạm đất.
Khi tính tốn bảo vệ so lệch dọc máy biến áp cần phải kể tới các đặc điểm ảnh hưởng trực tiếp đến sai số và độ tin cậy của bảo vệ.
Ngay cả khi máy biến áp có hệ số biến áp bằng 1 và sơ đồ đấu dây bên các phía ngắn mạch giống nhau thì dịng từ phía cung cấp bao giờ cũng lớn hơn dịng ở phía tải một lượng bằng dòng từ hố, dịng từ hố ở chế độ làm việc bình thường thường chiếm vào khoảng (1÷5)00 dịng định mức của máy biến áp, làm tăng dịng khơng cân bằng. Khi đấu máy biến áp khơng tải vào nguồn hoặc khi điện áp phục hồi
78
sau sự cố sẽ xuất hiện dịng từ hố nhảy vọt, ở thời điểm đầu thường chiếm vào khoảng (5÷8)Iđb và qua 1s thường giảm xuống cịn 1,2 Iđ. Vì vậy dịng tác động của bảo vệ cũng cần phải chỉnh định lớn hơn dịng từ hố nhảy vọt.
Do dòng định mức ở các phía cao, trung và hạ áp thường khác nhau, nên các máy biến dòng thường được lựa chọn theo dòng định mức của các cuộn dây ở các phía sẽ gồm nhiều chủng loại khác nhau, hệ số biến dịng, đường đặc tính từ hố và sai số sẽ khác nhau. Các máy biến dịng được lựa chọn thường có dịng định mức lớn hơn dịng định mức của máy biến áp được bảo vệ nên gây ra dịng khơng cân bằng phụ.
Như vậy khi tính tốn và lựa chọn dịng chỉnh định của bảo vệ so lệch dọc cần phải thoả mãn các điều kiện:
Tránh khỏi dịng từ hố nhảy vọt sau khi đóng máy biến áp không tải vào nguồn hoặc sau khi phục hồi điện áp sau sự cố;
Tránh khỏi dịng khơng cân bằng do sai số của các máy biến dòng (I'kcb), do điều chỉnh điện áp ở các phía (I''kcb) và do khơng có khả năng chọn chính xác số vịng dây của các cuộn cân bằng ở các rơle bão hoà từ nhanh và có cuộn hãm (I'''kcb).
Dịng khơng cân bằng (Ikcb) của bảo vệ so lệch dọc máy biến áp được xác định theo biểu thức:
Ikcb = I'kcb + I''kcb + I'''kcb (3.31) Điều kiện đầu là dòng khởi động của rơle cần phải được lựa chọn để tránh khỏi dịng khơng cân bằng này:
Icđ = kat . Ikcb (3.32)
trong đó: kat - hệ số tin cậy kể đến sai số của rơle và dự trữ cần thiết (kat = 1,3 đối với rơle PHT và kat = 1,5 đối với rơle Д3T);
Điều kiện thứ hai để chọn dòng khởi động của rơle là cần phải tránh khỏi dịng từ hố nhảy vọt khi đấu máy biến áp không tải vào nguồn:
Icđ = kat .Iđb (3.33) Trong đó: kat - hệ số tin cậy, có các giá trị cũng tương tự như trên;
Iđb - dòng định mức của máy biến áp tương ứng với công suất định mức của máy biến áp (cơng suất định mức của cuộn dây có cơng suất lớn nhất); khi dùng
79
máy biến áp có các nấc điều chỉnh điện áp thì có thể lấy Iđb tương ứng với vị trí điều chỉnh (-) ngồi cùng.
Hệ số nhạy của bảo vệ so lệch dọc được xác định theo biểu thức: kn = cd min . R I I 2 (3.34) (trong một số trường hợp đặc biệt có thể cho phép giảm xuống 1,5) Trong đó: IR.min - dòng chạy trong cuộn sơ cấp của rơle PHT hoặc Д3T;
Icđ - dịng chỉnh định của rơle ở cùng phía với dịng IR.min chạy qua.
3.4.1.2. Tính tốn, xác định dịng khơng cân bằng
Dịng khơng cân bằng bao gồm 3 thành phần: dịng khơng cân bằng do sai số của các máy biến dòng gây ra; dịng khơng cân bằng do điều chỉnh điện áp của máy biến áp; dịng khơng cân bằng do khơng thể đặt chính xác số vịng dây của các cuộn cân bằng.
Các thành phần dòng khơng cân bằng này lần lượt được tính tốn xác định như sau:
Thành phần dịng khơng cân bằng do sai số của các máy biến dòng gây ra được xác định theo biểu thức:
I'kcb = kđ.n.kkck..In.max (3.35) trong đó : kđn - hệ số kể đến sự đồng nhất của các máy biến dòng (kđn = 1 nếu mỗi phía có 1 máy cắt; kđn = 0,5 nếu máy biến áp đấu với mạng qua 2 máy cắt và khi ngắn mạch ngoài xảy ra ở phía đó);
kkck - hệ số kể đến thành phần khơng chu kỳ của dịng ngắn mạch (kkck =1 Nếu dùng rơle có biến dịng bão hoà từ trung gian);
= 0,1 - sai số của máy biến dòng;
In.max - dịng ngắn mạch 3 pha lớn nhất ngồi vùng bảo vệ.
Thành phần dịng khơng cân bằng do điều chỉnh điện áp của máy biến áp gây ra: I''kcb = U* . I.n.max +U* . I.n.max (3.36) Trong đó: I.n.max , I.n.max - dòng ngắn mạch chù kỳ 3 pha lớn nhất ngồi vùng bảo vệ ở các phía có điều chỉnh điện áp;
80
U* và U* - sai số do điều chỉnh điện áp ở các phía của máy biến áp được bảo vệ (có thể lấy bằng 1/2 dải điều chỉnh điện áp ở các phía tương ứng).
Thành phần dịng khơng cân bằng do khơng thể đặt chính xác số vịng dây các cuộn cân bằng ở phía khơng cơ bản (phía có dịng thứ cấp nhỏ hơn chạy qua):
I'''kcb = Itt 1 Itt W W W - . II.n.max + IItt 2 IItt W W W - .III.n.max (3.37) Trong đó: WItt , WIItt - số vịng dây tính tốn của các cuộn dây cân bằng ở các phía khơng cơ bản;
II.n.max, III.n.max - dịng ngắn mạch chu kỳ 3 pha lớn nhất ngồi vùng bảo vệ ở các phía tương ứng.
Trong hai cơng thức trên, dịng ngắn mạch có hướng chạy tới máy biến áp mang dấu dương, các công thức này được áp dụng để tính tốn cho các máy biến áp 3 cuộn dây; nếu áp dụng để tính tốn cho máy biến áp 2 cuộn dây thì bỏ thành phần thứ hai ở phía bên phải.
Thành phần dịng khơng cân bằng I'''kcb chỉ được tính sau khi đã chọn được số vòng dây của các cuộn cân bằng. Trong trường hợp nếu thành phần dịng khơng cân bằng I'''kcb đáng kể dẫn đến làm tăng dòng chỉ định lớn hơn giá trị tự chọn sơ bộ ở phía trên, u cầu phải tính tốn lựa chọn lại số vịng dây các phía để làm giảm thành phần dịng khơng cân bằng.
3.4.1.3. Tính tốn số vịng dây của các cuộn cân bằng
Sau khi xác định dòng thứ cấp trong các nhánh của bảo vệ so lệch, chọn phía có dịng lớn hơn làm phía cơ bản, phía có dịng nhỏ hơn làm phía khơng cơ bản.
Đối với phía cơ bản xác định dịng khởi động của rơle theo biểu thức: Ikđ(cb) = ) cb ( I ) cb ( sd ) cb ( cd k k . I (3.38) trong đó: + Icđ(cb) - dịng chỉ định của bảo vệ, tính theo các cơng thức 3.32 và 3.33, quy đổi theo điện áp phía cơ bản;
+ ksđ(cb) - hệ số sơ đồ bên phía cơ bản;
81
Đối với các máy biến áp có dải điều chỉnh điện áp bên phía cao áp rộng (U10%) thì thuận tiện hơn cả là tiến hành tính tốn quy đổi về phía cao áp, ngay cả khi ở phía đó có dịng thứ cấp của bảo vệ so lệch nhỏ hơn.
Số vịng dây của cuộn so sánh đấu vào phía cơ bản được xác định theo biểu thức: Wtt(cb) = ) cb ( kd d . t I F (3.39) trong đó: Ftđ - sức từ động cần thiết để rơle tác động, A (Ftđ = 100 5A đối với rơle PHT-565).
Để chọn làm cuộn cơ bản có thể sử dụng một trong các cuộn so sánh (Hình 3.10a) hoặc cuộn làm việc (cuộn so lệch) của rơle (hình 3.10b).
Khi đấu rơle theo hình 4.10a, điều kiện cân bằng của sức từ động ở chế độ làm việc bình thường hoặc ngắn mạch ngồi như sau:
I2cb. Wcb = I2kcb. Wkcb(tt) (3.40) Từ quan hệ trên có thể xác định được số vịng dây đấu vào phía khơng cơ bản:
2cb kcb( tt ) cb 2kcb I W W . I (3.41) cb I kcb I kcb I cb I cb I kcb I kcb cb I I
Hình 3.10. Sơ đồ đấu nối các cuộn dây rơle mã hiệu PHT a. Khi không sử dụng tới cuộn làm việc
b. Khi sử dụng cuộn làm việc
Khi đấu rơle theo sơ đồ hình 3.10b, cuộn làm việc (cuộn so lệch) là cuộn cơ bản (Wlv = Wcb), còn một trong các cuộn so sánh còn lại sẽ là cuộn khơng cơ bản, số vịng dây được xác định như sau:
82
Wss = Wkcb - Wl.v (3.42) Khi dòng khởi động của rơle PHT-565 dưới 2,87A (nhưng không thấp hơn 1,45A) có thể dùng cả hai cuộn dây so sánh và cuộn làm việc. Cuộn làm việc và cuộn so sánh đấu ở phía cơ bản có số vịng dây được chọn tuỳ ý sao cho tổng số vòng dây bằng Wcb xác định theo (3.39) . Số vòng dây của cuộn so sánh phía khơng cơ bản được xác định bằng hiệu số giữa số vịng tính tốn phía khơng cơ bản theo biểu thức (3.41) với số vòng đã được chọn của cuộn làm việc.
Đối với máy biến áp 3 cuộn dây có hai phía khơng cơ bản nên biểu thức 3.32 được viết lại như sau:
I2cb.Wcb = I2I. W1tt = I2II.WIItt (3.43) trong đó: + I2cb ,I2I ,I2II - tương ứng là các dịng định mức bên phía thứ cấp các nhánh bảo vệ ở các phía cơ bản và khơng cơ bản;
+ Wcb, W1tt, W2tt - tương ứng là số vịng dây tính tốn của các phía cơ bản và khơng cơ bản I và II.
Sơ đồ nguyên lý bên trong rơle PHT - 565 được giới thiệu trên hình 3.11
83
Thơng số kỹ thuật rơ PHT-565 thể hiện trên bảng 3.1
Bảng 3.1 Tên gọi Cuộn dây Thông số kỹ thuật cuộn dây Số liệu
trụ Biến dòng bão hoà từ trung gian Làm việc Wlv = 35 vòng, ΠCД1,56 Tiết diện trụ sắt từ Ssắt = 1,25 cm2 So sánh I,II W1 = WII = 34 vòng, ΠCД1,56 Thứ cấp Wtc = 110 vòng, ΠCД 0,8 Ngắn mạch trụ giữa W'n = 100 vòng, ΠЭД2/0,8 Ngắn mạch trụ cạnh W''n = 200 vòng, ΠCД 0,8 Rơle thừa hành PT40 2xWc = 2x750 vòng, ΠЭB Giới hạn chỉnh định của rơle PHT - 565: 1,45 12,5A; Trở kháng của cuộn làm việc, cuộn so sánh I và II là 0,1Ω;
Dòng điện lâu dài cho phép lớn nhất của cuộn làm việc và cuộn so sánh là: 10A; + Lực từ hoá để khởi động rơle PHT - 565 là 100 A.vòng;
+ Thời gian tác động của rơle là 0,04 0,05s; + Điện trở Rn= 10Ω ; Rs = 39 Ω;
+ Công suất của rơle trong chế độ sự cố là 105 VA.