D. Bố cục đề tài
3.1.2. Chạm đất 1 pha trong HT điểm trung tính không nối đất
Trong HT này khi một pha chạm đất, sẽ dẫn tới :
- Gây nguy hiểm cho người bởi điện áp tiếp xúc tại điểm chạm đất.
- Có thể có hồ quang không ổn định . Hồ quang sẽ gây nên cộng hưởng năng lượng điện từ, làm cho điện áp các pha so với đất tăng lên khoảng (2,5 –3,5) Upha.
- Do điện áp của 2 pha không sự cố tăng lên 3Up mà dẫn đến chạm đất ở 1 pha khác.
Thí dụ: NM 2 pha chạm đất, đồng thời ở dz và đường cáp ngầm. Nếu bỏ qua 2 điện kháng 1 pha của MBA, điện kháng của DZ, của đường cáp, của đất và điện trở tiếp đất của cáp ngầm thì dòng NM 2 pha chạm đất được xác định như sau:
2 . d d p chdat t U J R (3-8) d U : điện áp dây td
2 .
6 200 30
p chdat
J A (3-9)
Rõ ràng dòng NM 2 pha chạm đất có thể nguy hiểm cho người bởi điện áp bước. Nếu sơ đồ bảo vệ của DZ và cáp ngầm nối theo sơ đồ sao hoàn toàn và có thời gian làm việc như nhau thì chúng sẽ c ắt cả DZ và cáp. Nếu sơ đồ bảo vệ có máy biến dòng điện nối theo sơ đồ sao khuyết thì DZ nào có dòng chạm đất rơi đúng vào pha không có biến dòng thì sẽ không bị cắt.
Do vậy trong HT này phải đặt bảo vệ chạm đất 1 pha.
Bảo vệ chạm đất 1 pha ở bất kỳ HT nào và dù theo nguyên lý nào, thì vẫn phải triệt tiêu điện áp của pha sự cố và tạo nên chạm đất ổn định.
Trong HT không điểm trung tính, muốn bảo vệ chạm đất 1 pha, theo nguyên lý dòng điện TTK, thì buộc phải tạo điểm trung tính và nối đất điểm này .
Thiết bị tạo điểm trung tính nối đất, cần phải đặt ở thanh cái 6 –35kV của MBA nguồn. Để khi 1 DZ nào đó có chạm đất, nó sẽ phóng theo chiều từ thanh cái vào DZ đó một dòng điện đủ lớn, đảm bảo độ nhạy và độ chọn lọc cho bảo vệ cắt DZ sự cố ra khỏi lưới.
3.2. So sánh các chế độ làm việc của trung tính trong lưới điện trung áp phân phối:
Những đặc điểm cơ bản của chế độ làm việc của điểm trung tính :
3.2.1. Kết cấu mạch điện:
Trong chế độ trung tính trực tiếp nối đất cần có cu ộn dây nối sao tạo ra trung tính. Nếu cuộn dây là tam giác thì phải có thiết bị tạo ra trung tính. Cuộn tam giác của MBA có nhiều công dụng: Cải thiện dạng sóng sức điện động, chống sét xâm nhập vào MBA. Do đó, nếu bắt buộc sử dụng kiểu nối sao, sẽ hạn chế tính năng trong chế tạo.
đòi hỏi phức tạp h ơn. Để khắc phục có thể sử dụng đất làm dây trung tính hoặc dùng chung dây trung tính mạng hạ thế.
Mạng trung tính trực tiếp nối đất cho phép sử dụng MBA 1 pha : Đối với cuộn dây 3 pha có đầu trung tính ra, cách điện trung tính là loại giảm nhẹ. Đối với mạng trung tính không trực tiếp nối đất có thể sử dụng MBA 1 pha, nhưng 2 sứ trung thế phải dùng đúng cấp.
Mạng trung tính nối đất trực tiếp sử dụng c ách điện pha chịu điện áp pha. Ngược lại, mạng trung tính không nối đất trực tiếp sử dụng cách điện pha chịu điện áp dây. Trong mạng trung tính không nối đất trực tiếp cần phải tăng cường cách điện vì khi xảy ra sự cố chạm đất 1 pha sẽ sinh ra hiện tượng quá điện áp nội bộ.
Thiết kế bảo vệ rơle ở mạng điện nối đất trực tiếp đơn giản tin cậy, còn ở mạng trung tính cách đất việc thực hiện bảo vệ có chọn lọc khi một pha chạm đất khá phức tạp và đặc biệt đối với lưới 35kV chỉ cho phép làm việc khi IC ≤ 7A.
3.2.2. Chế độ vận hành :
Mạng trung tính trực tiếp nối đất có sự cố NM 1 pha , do đó tính toán chế độ làm việc, lựa chọn thiết bị, đặt bảo vệ rơle đều theo NM một pha.
Khi xảy ra sự cố với đất mạng trung tính trực tiếp nối đất bảo vệ sẽ cắt ph ần sự cố ra khỏi mạng. Ngược lại, ở mạng trung tính không trực tiếp nối đất, tín hiệu báo chạm đất sẽ tác động. Cũng có thể sử dụng sơ đồ bảo vệ cắt sự cố chạm đất một pha và khi đó suất cắt các sự cố ở mạng trung tính không nối đất trực tiếp cũng cao như mạng nối đất trực tiếp .
3.2.3. Hậu quả của từng loại:
Ở mạng nối đất trực tiếp, suất sự cố tăn g lên nhiều lần, dòng ngắn mạch trong mạng lớn gây ảnh hưởng đến sự làm việc ổn định của các thiết bị, gây nhiễu đối với các đường dây thông tin ở gần.
Hiện tại mạng phân phối dùng cầu dao, cầu chì tự rơi ở các trạm hạ thế. Loại này không có tự động đóng lặp lại. Do sự phối hợp cầu chì kém chọn lọc, nên thường nhảy về máy cắt đầu nhánh. Do đó, thiết bị tự động đóng lạ i chưa được sử dụng có
Ở mạng không nối đất trực tiếp, suất cắt sự cố giảm nhiều so với mạng nối đất trực tiếp. Nhưng việc xử lý sự cố chạm đất mất rất nhiều thời gian và đòi hỏi phải có nhiều kinh nghiệm. Trường hợp sử dụng bảo vệ cắt sự cố chạm đất, suất cắt sự cố tương tự mạng nối đất trực tiếp.
Ở mạng trung tính trực tiếp nối đất, nhờ có dây trung tính sự cân bằng do tải không đối xứng được giảm nhẹ nhiều, do sự giảm điện áp TTK trên dây trung tính (điện áp trên dây trung tính bằng 3 lần điện áp TTK). Do đó việc sử dụng MBA 1 pha thuận lợi nhiều.
Khi có sự cố NM 1 pha: Ở mạng trung tính trực tiếp nối đất, sẽ cắt nhanh phần bị sự cố ra khỏi mạch, tránh được quá điện áp lớn trong mạng, còn ở mạng trung tính không trực tiếp nối đất sự cho phép vận hành trong vận hành thêm một thời gian có khả năng gây quá áp nội bộ do hồ quang chập chờn, gây nguy hiểm cho các thiết bị.
Ở mạng trung tính trực tiếp nối đất, khi có tải không đối xứng, điểm trung tính bị lệch đi nhiều, gây ra mất cân bằng điện áp lớn . Ở mạng này sử dụng MBA 1 pha cần được tính toán cẩn thận, đảm bảo ít gây ra mất đối xứng khi phụ tải thay đổi. Đây là một hạn chế lớn ở mạng trung tính không nối đất trực tiếp.
3.3. Các chỉ tiêu cơ bản để lựa chọn phương thức nối đất lưới trung áp:
3.3.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật:3.3.1.1. Chỉ tiêu cách điện : 3.3.1.1. Chỉ tiêu cách điện :
Ở mạng trung tính không nối đất trực tiếp, mức cách điện của mạng chịu điện áp dây, kể cả cách điện của các pha và cách điện trung tính thiết bị trong mạng đều phải thiết kế chịu điện áp dây.
Ở mạng trung tính nối đất trực tiếp loại trừ được khả năng xuất hiện hồ quan g nối đất duy trì cùng với những hậu quả của chúng. Do đó giảm nhẹ được sự làm việc của cách điện khi chạm đất và khi có quá trình quá độ, điều đó có thể giảm nhẹ được cách điện trong mạng.
3.3.1.2. Chỉ tiêu và chế độ làm việc :
Chế độ chạm đất 1 pha : mạng trung tính không nối đất trực tiếp có chế độ làm việc 1 pha chạm đất đó là chế độ làm việc không bình t hường. Chế độ này chỉ cho phép kéo dài trong 02 giờ.
* Ở chế độ làm việc 1 pha chạm đất có những thay đổi:
- Điện áp pha của pha chạm đất bằng 0 , điện áp pha của 2 pha còn lại tăng lên 3
lần điện áp pha. Đồng thời dòng điện dung chạy qua điểm chạm đất gây ra dòng phóng nạp quá độ. Điện áp phóng điện quá độ gây nên sự tăng áp quá độ . Đó là hiện tượng quá điện áp nội bộ. Đối với mạng điện áp cao có dòng điện dung lớn cần phải đưa cuộn dập hồ quang vào để giảm dòng điện dung.
- Phụ tải điện làm việc trong tình trạng bình thường không thay đổi, vì điện áp dây không đổi.
* Chế độ cấp điện mạng tr ung tính không nối đất trực tiếp chỉ cung cấp điện áp dây cho phụ tải. Do đó thuận tiện nhất là sử dụng phụ tải 3 pha. Khi đó tải được phân bố đều.
Sử dụng mạng 1 pha trong hệ 3 pha không nối đất trực tiếp cần lấy 2 dây pha. Các MBA 1 pha đấu vào 2 dây pha. Do đó, thiết bị đóng cắt phải bố trí trên 2 dây.
* Chế độ làm việc của cuộn dây :
Trong mạng trung tính nối đất trực tiếp cuộn dây đấu sao hay tam giác, không ảnh hưởng đến việc cấp điện . Nếu đấu tam giác thì để bù dòng điện dung trong mạng 20–35 kV phải tạo trung tính, trong đó cuộn dây tốt nhất nên đấu Yo.
Nếu các thiết bị tạo trung tính được lắp trên thanh cái mỗi phân đoạn một cá i, có thể sử dụng cuộn kháng 3 pha đấu Yo hoặc MBA đấu Yo/o , công suất cần thiết được chọn trên cơ sở bù dòng điện dung toàn mạng đấu vào thanh cái
Chế độ làm việc không đối xứng: khi tải mất đối xứng, độ dịch chuyển trung tính trong mạng trung tính không nối đất trực tiếp rất lớn. Trong mọi trường hợp không không để tải mất đối xứng 10%. Tốt nhất là mức không đối xứng chỉ hạn chế +5% để chênh lệch điện áp giữa các pha trong giới hạn cho phép 10%.
Trong mạng trung tính nối đất trực tiếp chạm đất 1 pha là s ự cố ngắn mạch 1 pha. Bảo vệ rơle sẽ cắt phần mạch điện bị sự cố ra khỏi mạng điện. Do đó mạng không có chế độ làm việc một pha chạm đất.
Chế độ cấp điện :
Mạng trung tính nối đất trực tiếp cấp cả điện áp pha và điện áp dây cho phụ tải. Mạng cho phép sử dụng cả MBA 3 pha và 1 pha. MBA 1 pha có thể đấu vào điện áp dây hoặc điện áp pha. Đó là thuận lợi cơ b ản cho việc phân phối điện. Khi MBA 1 pha đấu vào điện áp pha, thiết bị bảo vệ đóng cắt chỉ bố trí trên một pha.
Chế độ làm việc của cuộn dây:
Cuộn dây trong mạng trung tính nối đất tr ực tiếp cần có trung tính. Do đó thuận lợi nhất là đấu Yo. Trường hợp đấu tam giác thì cần có thiết bị tạo trung tính bằng cuộn kháng hoặc MBA đấu Yo/o.
Công suất của thiết bị nối đất tính chọn theo 2 điều kiện:
1. Đảm bảo độ lệch trung tính 3%, lâu dài 5% trong 60 phút. 2. Chịu được dòng NM 1 pha.
Chế độ làm việc không đối xứng:
Ở chế độ làm việc bình thường dòng 3Io tồn tại trong dây trung tính có tác dụng cân bằng điện áp pha. Do đó cho phép làm việc ở tải không đối xứng tới 20% đảm bảo độ dịch chuyển trung tính không quá 3,5% và độ lệch điện áp không quá 10%, nhiều trường hợp cho phép mất đối xứng tới 30% và cao hơn nữa.
3.3.2. Chỉ tiêu về chế độ quản lý vận hành:
3.3.2.1. Đối với mạng trung tính không nối đất tr ực tiếp:
Mạng trung tính không nối đất trực tiếp có thể cung cấp điện liên tục cho phụ tải ở chế đô sự cố 1 pha chạm đất, đây là ưu điểm cơ bản của hệ thống có trung tính cách đất. Song ưu điểm đó có thể sử dụng mà không gây tổn thất tới tuổi thọ của cách điện chỉ trong trường hợp khi thiết bị làm việc ở trạng thái chạm đất trong một thời gian không lâu, cần thiết để loại trừ hư hỏng (khoảng 2 giờ).
Phải thao tác đóng cắt nhiều lần cho các nhánh và các phần mạch của mạng phân phối. Điều đó là m mất điện của nhiều phụ tải.
Các máy cắt phải thao tác nhiều lần, ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của máy cắt.
Thời gian thao tác lâu vì hầu hết mạng phân phối của ta hiện nay đều sử dụng thao tác tại chỗ, nên cần phải có đội đi thao tác phân đoạn tìm sự cố.
Trong thời gian tồn tại sự cố, điện lan truyền trên vật thể tiếp xúc với pha chạm đất, rất nguy hiểm cho ngườ i đi lại gần đó. Tình trạng này tuyệt đối không cho phép đối với mạng đô thị, vùng dân cư đông đúc.
Để khắc phục những nhược điểm của mạng trung t ính không nối đất trực tiếp ta có thể sử dụng dây dẫn bọc thay cho dây trần, dây bọc sẽ hạn chế được nhiều sự cố, giảm được hành lang an toàn. N hưng khi có xảy ra sự cố thì việc tìm điểm sự cố sẽ khó khăn hơn.
Ta có thể sử dụng bộ bảo vệ dòng điện Io cắt mạch có chạm đất. Bộ bảo vệ này có độ nhạy kém, dễ tác động sai dẫn tới làm tăng suất cắt các sự cố lên như mạng trung tính trực tiếp nối đất và ưu điểm của mạng trung tính nối đất không còn nữa.
3.3.2.2. Đối với mạng trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang:
Trong mạng có trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang, ngăn ngừa ngay từ đầu hư hỏng cách điện của các thiết bị khi NM tiến triển (ngăn ngừa đ ược 70–90%) điện áp ở nơi hư hỏng tăng tới U pha rất chậm, điều đó tạo khôi phục độ bền cách điện khi chạm đất ổn định.
Số lần cắt và mất điện ở hộ tiêu thụ là nhỏ nhất.
Vận hành hệ thống nối đất qua cuộn dập hồ quang phức tạp vì phải theo dõi thường xuyên trạng thái bù, khó khăn khi xác định điểm sự cố.
Có thể làm tăng điện áp các pha không sự cố l ớn hơn điện áp dây nếu chỉnh định không đúng vì hồ quang duy trì, như thế sẽ dẫn tới phá hỏng cách điện đường dây, ảnh hưởng lớn tới thiết bị điện.
3.3.2.3. Đối với mạng có trung tính nối đất trực tiếp:
tục cung cấp điện. Hiện tại mạng phân phối sử dụng nhiều thiết bị đóng cắt, cầu chì tự rơi. Do đó khó phối hợp đặc tính chọn lọc, nên thường gây nhảy vượt cấp về máy cắt đầu nguồn hoặc máy cắt phân đoạn. Các máy cắt này có số lần đóng cắt nhiều nên chu kỳ nên chu kỳ sửa chữa ngắn đi. Để khắc phục trong mạng phân phối nên sử dụng các rẽ nhánh và máy cắt phân đoạn, dùng nguồn thao tác xoay chiều kết hợp với thiết bị đóng lại (TĐL) để giảm cường độ mất điện cho phụ tải.
Khi xảy ra sự cố NM 1 pha, dòng lớn làm bảo vệ rơle loại trừ được sự cố, nên ít nguy hiểm tại vùng sự cố.
Việc tìm điểm sự cố dễ dàng hơn nhiều so với mạng trung tính không nối đất trực tiếp.
3.3.3. Chỉ tiêu về kinh tế:
3.3.3.1. Mạng trung tính không nối đất trực tiếp:
Cách điện của mạng và trạm biến áp phải chọn theo điện áp dây.
Trong mạng 6-22kV dự trữ cách điện lớn, quá điện áp do hồ quang cháy lập lòe không gây nguy hiểm. Tuy vậy đối với chúng không để trung tính cách điện đối với đất khi dòng điện dung lớn quá 30A. Còn mạng 2 2-35kV có dự trữ cách điện kém hơn thì không thể làm việc trung tính cách điện đối với đất khi dòng điện dung quá 7A. Khi dòng điện dung vượt quá trị số kể trên thì phải đặt cuộn dập hồ quang tại điểm trung tính để giảm dòng điện dung tại chỗ chạm đất.
Mạng trung tính không nối đất trực tiếp thường sử dụng loại 3 pha 3 dây. Rất ít gặp 1 pha 2 dây, vì MBA 1 pha trong mạng trung tính không nối đất trực tiế p rất hiếm. Điều này rất lãng phí trong mạng phân phối ở vùng mật độ phụ tải nhỏ.
Nếu sử dụng MBA 1 pha, cần dùng loại chịu điện áp dây. Do mức cho phép không đối xứng rất nhỏ, nên hạn chế việc dùng MBA 1 pha trong mạng không nối