Thiết kế hệ thống bảo vệ

1. Bảo vệ phía cao áp

Vì nhà máy có cơng suất nhỏ nên để phù hợp về kinh tế lẫn kĩ thuật ta chỉ cần chọn bảo vệ cho MBA bằng 2 máy cắt đặt ở đầu vào của 2 MBA. Hơn nữa cầu chì có tác dụng bảo vệ quá tải, ngắn mạch đơn giản, rẻ tiền và có kích thƣớc nhỏ.

2. Bảo vệ phía hạ áp

Để bảo vệ khi có sự cố quá tải, ngắn mạch, giảm thấp điện áp, thay đổi phƣơng công suất cho các thiết bị phía hạ áp ta sử dụng aptomat để bảo vệ. Do aptomat có những ƣu điểm sau:

- Vẫn đảm bảo khi có sự cố ngắn mạch , mạng điện vẫn đƣợc bảo vệ an toàn. - An tồn hơn cầu chì.

- Aptomat là thiết bị vừa đóng cắt vừa bảo vệ mạch điện. - Tự động cắt điện khi có sự cố chập mạch.

SVTH: n Văn Nam MSSV: K1755202160095

115

- Có thể thay thế cầu dao, đóng cắt nhanh, giảm hiện tƣợng hồ quang, quá tải dịng điện tự ngắt điện chính xác hơn cầu dao, khơng cần nối lại nhƣ dây cầu chì.

3. Bảo vệ quá điện áp lan truyền

Để chống sét lan truyền từ đƣờg dây vào trạm thì ta phải đặt các chống sét van trên thanh cái cao áp của trạm.Căn cứ cấp điện áp phía cao áp của trạm ta chọn đƣợc chống sét van bằng kẽm oxit (ZnO). Bởi ZnO có những ƣu điểm sau: Chống sét ZnO bảo vệ tốt hơn, có kích thƣớc và trọng lƣợng nhỏ do khả năng hấp thụ rất mạnh nên cho phép giảm một cách đáng kể thể tích tác dụng. Khả năng chịu đựng của ZnO tốt ngay cả ở vùng bị ơ nhiễm, chống sét ZnO có vỏ cách điện, kích thƣớc nhỏ gọn, có độ bền cơ và điện cao, khơng bị ảnh hƣởng bởi những chấn động va chạm từ bên ngoài. MOV-ZnO là loại vật liệu gốm oxit phức hợp có thành phần chính là ZnO (chiếm trên 90%) và một số phụ gia khác. Đặc tính phi tuyến của MOV-ZnO rất tốt - hệ số phi tuyến lớn gấp nhiều lần V- SiC. Do đó sử dụng MOV-ZnO làm van chống sét 10 kV sẽ tăng khả năng hấp thụ năng lƣợng quá áp trên một đơn vị thể tích lớn, thời gian đáp ứng để cắt biên độ quá điện áp cũng giảm đi nhiều lần. Ngồi ra, MOV-ZnO sẽ khơng gây ra đột biến điện áp nhƣ ở van chống sét có khe hở sử dụng V-SiC.

Do có đặc tính kỹ thuật tốt nên vật liệu mới giúp thu nhỏ rất nhiều kích thƣớc van chống sét, kể cả cột điện và giá đỡ, giảm chi phí vận chuyển và bảo quản sửa chữa.Nhận biết đƣợc những đặc điểm của chống sét kẽm oxit (ZnO) ta quyết định chọn loại chống sét này để bảo vệ cho hệ thống

SVTH: n Văn Nam MSSV: K1755202160095

116

Hình 5.1 Chống sét van thanh cái cao áp

Tra bảng 8.2 (Trang 381- Sổ tay tra cứu và lựa chọn thiết bị điện 0,4 đến 500kV của Ngô Hồng Quang) ta chọn đƣợc chống sét van loại PBC -10 có các thơng số sau:

Loại ( KV) Điện áp cho phép lớn nhất ( KV) Điện áp đánh thủng khi tần số 50Hz (KV) Khối lƣợng (kg) PBC -10 10 12,7 26 6

II. Thiết kế hệ thống đo lường

Để theo dõi tình trạng làm việc của các thiết bị điện. Kiểm tra chất lƣợng điện năng, kiểm tra phát hiện và loại trừ các sự cố trong hệ thống CCĐ. Việc đặt các thiết bị đo lƣờng cịn có tác dụng định ra phƣơng thức vận hành cho các thiết bị, có kế hoạch sửa chữa, đại tu các thiết bị. Để trực tiếp kiểm tra chất lƣợng điện

SVTH: n Văn Nam MSSV: K1755202160095

117

năng của các hộ phụ tải, để kiểm tra sự lệch pha giữa các dòng điện trong mạch ta đặt hệ thống đo lƣờng phía hạ áp của MBA.

-Hệ thống đo lƣờng gồm:

+3 đồng hồ Ampemét để đo dòng điện các pha và kiểm tra sự cân bằng giữa các pha.

+1 đồng hồ Vơn mét và khố chuyển đổi để đo điện áp các pha và điện áp dây.

+1 đồng hồ ốtmét để đo cơng suất tác dụng. +1 đồng hồ VAR để đo công suất phản kháng. +1 đồng hồ đo năng lƣợng tác dụng.

+1 đồng hồ đo năng lƣợng phản kháng.

1. Chọn máy biến dòng cho các đồng hồ đo lường

-Điều kiện chọn:

UđmBI Uđmmạng = 0,4(kV)

√ 𝐴

Tra bảng 8.6 (Trang 384 –Sổ tay tra cứu và lựa chọn thiết bị điện 0,4 đến 500kV của Ngô Hồng Quang ), ta chọn máy biến dịng điện hạ áp U600(V) do Cơng ty Thiết bị đo điện chế tạo:

Mã sản phẩm

Dòng sơ cấp (A)

Dòng thứ cấp

(A) Dung lượng Cấp chính xác

SVTH: n Văn Nam MSSV: K1755202160095

118

2. Chọn các Ampemet

Ampemét đo dịng thứ cấp MBA có dịng làm việc lớn nhất là: Ilvmax =2020,73 (A)

Do có dịng lớn nhƣ vậy nên ta phải đo qua máy biến dòng.Tra bảng 7-13 TKCCĐ ta chọn ampemét loại  -377 có số liệu kỹ thuật nhƣ trong bảng.

3. Chọn Vonmet

Vônmét đo điện áp của thứ cấp MBA có điện áp 1000 V. Ta đo trực tiếp không cần qua MBA đo lƣờng.

Tra bảng 7-13 TKCCĐ ta chọn vơnmét loại -377 có số liệu kỹ thuật nhƣ trong bảng.

4. Chọn Oátmét và VAR mét

Cuộn dịng của ốt mét nối nối tiếp qua cuộn thứ cấp của BI, cuộn áp nối trực tiếp vào điện áp 1000 V. Tra bảng 7-13 TKCCĐ ta chọn ốtmét và VAR mét có số liệu kỹ thuật nhƣ trong bảng

Dụng cụ

đo Kiểu

Cấp chính

xác

Công suất tiêu

thụ (VA) Giới hạn đo

Cuộn dòng

Cuộn

áp Trực tiếp Gián tiếp

Ampemét -377 1,5 2 120 A 515 kA

Vonmét -377 1,5 0,1 100600 V 450V450kV Oátmét D-335 1,5 0,5 1,5 1kW800MW

SVTH: n Văn Nam MSSV: K1755202160095

119

Varmét D-

335/1 1,5 0,5 1,5 1kVar800kVar

5. Chọn công tơ tác dụng và công tơ phản kháng

Công tơ tác dụng và công tơ phản kháng chọn tƣơng tự nhƣ oátmét và VAR mét.

Tra bảng 7-12 TKCCĐ ta chọn cơng tơ CAZ Và CP4 có các thơng số nhƣ sau:

Tên gọi Kiểu

Cấp chính

xác

Giới hạn đo

Trực tiếp Gián tiếp

I U I U 510 220380 (103000)/5 220380 Công tơ tác dụng CAZ 1 I U I U Công tơ phản kháng CP4 1 510 220380 (203000)/5 220380

III. Trang bị bảo vệ rơ le.

1. Đặt vấn đề

Trong quá trình vận hành hệ thống cung cấp điện khơng thể tránh khỏi các sự cố và các chế độ làm việc khơng bình thƣờng của các phần tử trong hệ thống.Phần

SVTH: n Văn Nam MSSV: K1755202160095

120

lớn các sự cố đều làm tăng dòng điện và giảm điện áp trong một số phần tử hay một vùng của hệ thống điện.

- Dòng điện tăng lên sẽ sinh ra lực điện động và nhiệt lƣợng quá mức cho phép, làm hƣ hỏng các thiết bị điện ở vị trí sự cố và gây nguy hiểm cho các thiết bị điện khác có dịng sự cố chạy qua.

- Điện áp giảm xuống sẽ phá huỷ sự làm việc bình thƣờng của các hộ tiêu thụ, sự ổn định của các máy phát điện đang làm việc song song cũng nhƣ toàn hệ thống. Các chế độ làm việc khơng bình thƣờng do điện áp và tần số giảm xuống sẽ ảnh hƣởng tới các chế độ làm việc bình thƣờng của các thiết bị điện và có nguy cơ làm mất ổn định của hệ thống. Những hậu quả nguy hiểm trên có thể khắc phục đƣợc nếu phát hiện kịp thời các sự cố, các chế độ làm việc khơng bình thƣờng và có biện pháp sử lý nhanh chóng. Để thực hiện nhiệm vụ trên ngƣời ta đã sử dụng các thiết bị bảo vệ nhƣ cầu chì, áp tơ mát, rơle. Trong đó tiến bộ nhất là bảo vệ rơle.Bảo vệ rơle là một dạng cơ bản của tự động hoá, thiếu nó hệ thống cung cấp điện khơng thể làm việc bình thƣờng và tin cậy.

2. Bảo vệ quá dòng

Rơ le kỹ thuật số (rơ le số) sử dụng vi xử lý và tín hiệu số để xử lý thơng tin, là sản phẩm của công nghệ cao và là sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong những cuối thế kỷ XX đầu thế kỷ XXI, đã tập trung những kiến thức tƣơng đối mới về toán học, kỹ cầu thuật điện, điện tử tin học... tạo ra những sản phẩm có chất lƣợng cao đáp ứng tốt yêu thực tiễn của Hệ thống điện.

a, Các dạng sự c máy biến áp

- Ngắn mạch giữa các pha bên trong thùng dầu máy biến áp và trên đầu ra các cuộn dây.

- Ngắn mạch giữa các vòng dây trong một pha. - Chạm đất cuộn dây hoặc đầu ra cuộn dây.

SVTH: n Văn Nam MSSV: K1755202160095

121 - Vỡ sứ đầu vào và đầu ra máy biến áp.

b) Các loại bảo v sự c bên trong máy biến áp

- Bảo vệ cắt nhanh. - Bảo vệ so lệch.

- Bảo vệ chạm vỏ thùng máy biến áp. - Bảo vệ rơle hơi.

c, các chế ộ làm vi c k n bìn t ường

-Ngắn mạch ngồi -Q tải

d, Các loại bảo v

*) Bảo vệ ngắn mạch ngoài

Bảo vệ ngắn mạch ngoài bảo gồm: - Bảo vệ dòng cực đại.

- Bảo vệ dịng cực đại có khố điện áp cực tiểu. - Bảo vệ thứ tự nghịch, thứ tự không...

*) Bảo vệ quá tải

Bảo vệ quá tải thƣờng dùng là bảo vệ q tải theo dịng.

Vì vậy ta trang bị nhƣng loại bảo vệ đó là bảo vệ cắt nhanh , bảo vệ cực đại, bảo vệ quá

tải, Bảo vệ q dịng điện thứ tự khơng và chạm vỏ máy biến áp, cuộn dây thứ cấp có

trung tính trực tiếp nối đất (51N)

Trang bị bảo vệ quá dịng 50 và 51 cho MC phía cao áp.

Điểm ngắn mạch Dòng ngắn mạch (kA)

3 pha 1 Pha 2 pha 2 pha đất

SVTH: n Văn Nam MSSV: K1755202160095

122 (dòng bảo vệ rơ le)

TG 0,4 kV của TBA 27,13 27,12 23,495 27,11 + Chọn máy biến dòng (CT): Điện áp định mức: 𝑘 Dòng điện định mức: √ 𝐴

Chọn máy biến dịng có tỷ số biến đổi là 200/5=40 Điện trở tải phía thứ cấp của bản thân CT là RS = 0,1  (tra đồ thị dƣới đây ứng với tỉ số của CT)

SVTH: n Văn Nam MSSV: K1755202160095

123

* Kiểm tra CT

Dòng tải thứ cấp CT là 177/40 = 4,425 A nấc chỉnh rơ le gần nhất là 5A với cơng suất của 7SJ600 lấy theo catalog của nó < 0,2 VA

2.1. Bảo vệ q dịng cắt nhanh 50.

Bảo vệ cắt nhanh là bảo vệ đơn giản nhất để bảo vệ cho máy biến áp với thời gian tác động nhỏ nhất, nhƣng khơng phải là bảo vệ hồn thiện vì bảo vệ chỉ phản ứng với dòng sự cố lớn và vùng tác động của bảo vệ chỉ bao quát đƣợc một phần máy biến áp.

SVTH: n Văn Nam MSSV: K1755202160095

124

*) Dòng khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh:

𝑘

Kdt là hệ số dự trữ, thƣờng chọn kdt =(1,5÷4). Chọn kdt =1,5.

- I’Nmax là dòng ngắn mạch cực đại trên thanh cái đầu ra máy biến áp đã quy đổi về phía sơ cấp.

𝑘𝐴

𝑘𝐴

+ Bảo vệ cắt nhanh không đƣợc tác động khi xuất hiện dịng từ hố nhảy vọt khi đóng máy biến áp khơng tải vào lƣới thì phải thoả mãn điều kiện:

√

√ 𝐴

SVTH: n Văn Nam MSSV: K1755202160095

125

*) Dòng khởi động của relay

𝑛 𝑘

𝐴

*) Thời gian tác động cắt nhanh:

𝑡

*) Độ nhạy của bảo vệ:

Độ nhạy của bảo vệ xác định theo biểu thức sau:

𝑘 √ 𝑡 Trong đó:

- IFmin là dịng ngắn mạch nhỏ nhất khi xảy ra sự cố tại cuối vùng bảo vệ đã quy đổi về sơ cấp (do không xác định đƣợc dòng ngắn mạch tại những điểm ở vùng đầu cuộn sơ cấp MBA nên lấy dòng ngắn mạch tại F1).

- là dòng qua rơle khi .

2.2. Bảo vệ dòng cực đại 51. - Sơ đồ nguyên lý:

SVTH: n Văn Nam MSSV: K1755202160095

126

*) Dòng khởi động của bảo vệ:

𝑘 𝑘 𝑘

√

√ 𝐴

Trong đó: kdt=2 là hệ số dự trữ.

Ilvmax là dòng điện làm việc lớn nhất. -Dòng khởi động relay: 𝑛 𝐴 -Dòng đặt cho relay: 𝑐𝑕 𝑛 𝐴

*) Độ nhạy của bảo vệ:

Giả thiết rằng bảo vệ đặt trên 3 pha, với MBA có tổ nối dây Y/Y dịng điện ngắn mạch nhỏ nhất phía thứ cấp là dịng NM 2 pha

SVTH: n Văn Nam MSSV: K1755202160095 127 𝑘 √ 𝑡

*) Thời gian tác động của bảo vệ

Thời gian duy trì của bảo vệ cấp trên phải lớn hơn thời gian duy trì của bảo vệ cấp dƣới một cấp:

𝑡 𝑡 ∆𝑡

Trong đó:

-𝑡 : là thời gian duy trì của bảo vệ dịng cực đại cho máy biến áp.

-𝑡 : là thời gian duy trì của bảo vệ dịng cực đại cho đƣờng dây đi ra từ thanh cái thứ cấp máy biến áp.

- ∆t: là phân cấp thời gian tác động chọn lọc.

Với bảo vệ có đặc tính tác động độc lập: ∆ t = (0,3-0,6) s. Với bảo vệ có đặc tính tác động phụ thuộc: ∆t = (0,6-1) s.

Với máy biến áp giảm ba pha hai dây quấn nối Y /Y0 điện áp phía thứ cấp 400V, đầu ra máy biến áp đặt ATM thì thời gian duy trì của bảo vệ dịng cực đại đƣợc chọn:

𝑡 𝑡 ∆𝑡 = 2 + 0,5 = 2,5 (s)

Trong đó: 𝑡 là thời gian tác động của áp tô mát.

 Thời gian tác động phía hạ áp là 2,5(s)

3. Bảo vệ quá tải cho máy biến áp 49

a) Ở những máy biến áp có nhân viên trực.

Bảo vệ quá tải chỉ cần tác động cho tín hiệu .Chỉ cần đặt trên một pha vì quá tải thƣờng xảy ra đồng thời ở cả ba pha. Để loại trừ trƣờng hợp cho tín hiệu khi ngắn mạch và quá tải ngắn hạn, sử dụng thêm phần tử thời gian để tạo trễ. - Sơ đồ nguyên lý:

SVTH: n Văn Nam MSSV: K1755202160095

128

- Dòng khởi động của của bảo vệ quá tải

𝑘 𝑘 𝑘 𝑘 √ 𝐴 - Thời gian tác động

Đƣợc chọn lớn hơn thời gian duy trì của bảo vệ dịng cực đại.

𝑡 𝑡 ∆𝑡  𝑡 𝑠

SVTH: n Văn Nam MSSV: K1755202160095

129

Trong đó:

-𝑡 là thời gian duy trì của bảo vệ quá tải.

- 𝑡 là thời gian duy trì của bảo vệ dịng cực đại cho máy biến áp.

4 . Bảo vệ quá dịng điện thứ tự khơng và chạm vỏ máy biến áp, cuộn dây thứ cấp có trung tính trực tiếp nối đất (51N)

Với máy biến áp có tổ đấu dây Y /Y0 hoặc Y0 /Y0 nếu bảo vệ dòng cực đại khơng đủ độ nhậy khi ngắn mạch một phía thứ cấp ta đặt thêm bảo vệ thứ tự khơng (Hình 5-22). Khi một pha ở phía Y0 chạm vỏ hoặc khi ngắn mạch một pha ở đầu ra máy biến áp, bảo vệ có dịng ngắn mạch chạy qua, rơle dịng RI tác động đến cắt máy cắt. Để bảo đảm điều kiện tác động chọn lọc, bảo vệ thứ tự khơng tác động có thời gian. Với bảo vệ thứ tự khơng có đặc tính độc lập có thể dùng rơle thời gian riêng, nhƣng để tiết kiệm và vùng bảo vệ của bảo vệ thứ tự khơng trùng với vùng bảo vệ chính của bảo vệ dịng cực đại nên ngƣời ta thƣờng sử dụng một rơle thời gian cho hai bảo vệ này. Bảo vệ dòng cực đại thứ tự không dùng để cắt ngắn mạch một pha xảy ra trong bản thân máy biến áp, trên thanh góp 0,4 kV cũng nhƣ trên các phần tử nối vào thanh góp 0,4kV với chạm MBA. Bảo vệ này đặt ở trung tính nối đất trực tiếp của máy biến áp phía 0,4kV

SVTH: n Văn Nam MSSV: K1755202160095

130

 Dòng khởi động: -Dòng khởi động của bảo vệ

𝑘

Chọn 𝑘

Khi tính tốn có thể chọn

√ 𝐴

- Dòng khởi động của role:

𝑛

𝐴  Độ nhạy của bảo vệ: