D. Bố cục đề tài
6.1. Các nguyên lý của bảo vệ chạm đất
6.1.1. Bảo vệ chạm đất theo dòng điện NM:
Lắp thêm máy biến áp tạo trung tính nhân tạo ở phía thanh cái điện áp cao của MBA phân phối để khi có sự cố chạm đất 1 pha ở một lộ nào đó sẽ có dòng NM của lộ đó qua điện kháng của MBA tạo trung tính nhân tạo để bảo vệ dòng điện tác động nhảy máy ngắt.
Nhược điểm của phương pháp này là chi phí đầu tư và bảo dưỡng lớn vì thêm thiết bị, mặt khác phải chịu thêm một phần tổn hao điện năng cho MBA tạo trung tính nên không kinh tế.
6.1.2. Bảo vệ chạm đ ất phản ứng theo điện áp:
- Hoặc dùng 1 rơle điện áp nối vào bộ lọc điện áp TTK .
Bộ lọc điện áp TTK có thể là một TU 3 pha 5 tr ụ hoặc 3 TU một pha có cuộn sơ cấp nối sao và trung tính nối đất, cuộn thứ cấp nối tam giác hở, rơle điện áp được nối vào cuộn dây thứ cấp, và điện áp đặt vào rơle:
3 o R u U U n (6-1) R
U : điện áp đặt vào rơle.
u
n : hệ số biến đổi của TU.
o
U : điện áp TTK của 1 pha.
Bộ lọc điện áp TTK cũng có thể là một TU 1 pha được nối vào giữa điểm trun g tính của HT và đất. Lúc này điện áp đặt vào rơle:
o R u U U n (6-2)
6.1.3. Bảo vệ chạm đất phản ứng theo dòng điện TTK:
- Loại ứng dụng này chỉ được ứng dụng trong mạng tia.
- Mạng trung tính cách điện hoặc không điểm trung tính, bảo vệ chạm đất 1 pha có thể tác động theo dòng điện điệ n dung TTK, khi dòng này đủ lớn , và với điều kiện dòng điện dung TTK của chính DZ được bảo vệ phải nhỏ hơn tổng hình học của các dòng điện điện dung của các phần còn lại của HT.
- Bảo vệ chạm đất cũng có thể tác động dòng điện TTK nhân tạo.
Ta dùng một thiết bị tạo điểm trung tính và nối đất điểm này khi xảy ra chạm đất, thiết bị này sẽ phóng vào điểm chạm đất một dòng điện cảm kháng TTK (JOL) và
dòng điện qua rơle sẽ là:
OR
J = JOL + JOC (6-3)
OC
J : dòng điện điện dung TTK của toàn HT trừ DZ bị chạm đất.
- Bộ lọc dòng điện TTK có thể là 3 biến dòng đặt ở 3 pha, cũng có thể là 1 biến dòng hình xuyến.
6.1.4. Bảo vệ chạm đất theo nguyên lý dòng điện TTK có hướng:
Trong HT không điểm trung tính, dòng chạm đất 1 pha là dòng điện điện dung TTK. Do đó bảo vệ chạm đất có thể là một r ơle công suất loại phản kháng làm cả nhiệm vụ khởi động và xác định chiều công suất.
Đối với HT có điểm trung tính nối đất phân bố ở 2 phía của bảo vệ, để cho nó tác động chọn lọc thì phải có thêm bộ phận định hướng công suất.
6.1.5. Bảo vệ chạm đất 1 pha, phản ứng theo dòng NM 2 pha chạm đất:
- Ở bảo vệ này, bộ lọc dòng điện TTK của DZ sẽ dùng máy biến dòng hình xuyến và bảo vệ sẽ phản ứng theo dòng điện TTK.
- Trên hệ thanh cái 35kV của MBA nguồn, ở mỗi pha được đặt 1 máy cắt 1 pha . Một cực của máy cắt này được nối vào thanh cái, cực còn lại nối đất. Ở tình trạng bình thường 3 máy cắt này đều mở. Khi trên HT có chạm đất, khi máy cắt của 1 trong 2 pha không sự cố sẽ đóng vào, gây chạm đất pha đó. Như vậy trong HT sẽ có NM 2 pha chạm đất và bảo vệ chạm đất của DZ sẽ tác động. Khi hết chạm đất ở DZ , thì máy cắt gây chạm đất ở thanh cái lại trở về trạng thái ban đầu , và HT lại ở vào tình trạng bình thường.
điện áp thấp được đấu vào đi ện áp pha so với đất qua TU. Rơle điện áp cũng như rơle trung gian đều có 2 cặp tiếp điểm: một cặp thường đóng và một cặp thường mở.
Hình 6.1. Sơ đồ mạch đóng cắt máy cắt gây chạm đất.
P╥B: rơle trung gian.
PHB: Rơle thấp phản ứng theo điện áp pha B.
Cũng có thể không dùng cặp tiếp điểm thường đóng của rơ le điện áp, mà thay vào đó là cặp tiếp điểm thường đóng của rơle trung gian. Như vậy cặp rơ le trung gian phải có 2 cặp tiếp điểm thường đóng.
Khi có chạm đất ở pha B trên DZ điện áp pha B giảm, rơ le điện áp pha B tác động, cặp tiếp điểm 1 -2 của P╥B đóng lại và cặp 3-4 của rơle điện áp pha B (PHB) mở ra. Máy cắt gây chạm đất ở pha C đóng vào. Đồn g thời cặp tiếp điểm 3- 4 của rơ le trung gian P╥B mở ra, làm cho máy cắt gây chạm đất ở pha A không thể đóng được. Khi máy cắt của DZ tác động, rơle điện áp và rơ le trung gian trở lại trạng thái ban đầu và máy cắt gây chạm đất lại mở ra.
Cũng có thể không dùng cặp tiếp điểm 3-4 của rơle trung gian P╥B, mà thay vào đó là cặp tiếp điểm BC1của máy cắt gây chạm đất pha C.
Ưu điểm của bảo vệ này là:
- Ít tốn kém so với khi đặt thiết bị tạo điểm trung tính nối đất. - Có thể áp dụng cho bất cứ HT điện n ào.
- Bảo vệ chạm đất của DZ có thể được kết hợp với bảo vệ NM nhiều pha.
6.1.6. Đặt bảo vệ theo dòng và áp TTK:
Đây là phương pháp bảo vệ cắt có chọn lọc DZ bị sự cố chạm đất đạt hiệu quả và kinh tế mà hiện nay đang được áp dụng rộng rãi ở lưới trung áp phân phối có trung tính cách đất.
Nguyên lý của bảo vệ này là dựa vào việc so sánh pha giữa dòng và áp TTK khi có chạm đất xảy ra.
b)
Hình 6.2. Bảo vệ theo dòng và áp TTK.
Tại các cáp xuất tuyến có lắp các biến dòng hình xuyến BIo để lọc thành phần TTK 3Io; tại thanh cái đầu nguồn có lắp biến áp đo lường sao/sao không/ tam giác hở (Y/Yo/V). Cuộn tam giác hở để để lấy thành phần áp TTK 3Uo . giả sử có chạm đất 1 pha tại điểm N lộ DZ1, cả 3 lộ DZ1, DZ2, DZ3 đều có thành phần dòng TTK 3Io, tại cuộn tam giác hở xuất hiện áp TTK 3Uo. Độ lớn dòng TTK như sau (phía nhất thứ):
3I0Dz1 = 3I0Dz2 + I0Dz3
3I0Dz2= 3UON x ω x CDz2
3I0Dz3= 3UON x ω x CDz3
Trong đó : 3UON - điện áp TTK tính toán.
ON
U = Uf (Uf - điện áp pha trong chế độ vận hành bình thường).
3Uo – điện áp TTK thực tế lấy từ cuộn tam giác hở của MBA đo lường, 3 I0Dz1 - dòng TTK của DZ 1, chậm sau 3Uo góc 900(hướng từ thanh cái ra DZ).
3I0Dz2 - dòng TTK của DZ 2, vượt trước 3Uo góc 900 (hướng từ DZ vào thanh cái).
3I0Dz3 - dòng TTK của DZ 3, vượt trước 3Uo góc 900 (hướng từ DZ vào thanh cái).
1
Dz
C , CDz2, CDz3 - lần lượt là điện dung 1 pha so đất của các DZ1, DZ2, DZ3. Ω = 2 πf (f = 50Hz)
Từ công thức trên ta tính chọn rơle công suất có hướng chỉ tác động đóng tiếp điểm khi 3Io chậm sau 3Uo góc 900.
6.1.7. Thiết kế và lắp đ ặt rơle công suất có hướng (RCĐ) bảo vệ cắt chọnlọc khi có chạm đất 1 pha: lọc khi có chạm đất 1 pha:
2
Hình 6.4. Biểu đồ xung RCĐ.
Hình 6.3 là sơ đồ nguyên lý RCĐ, Hình 6.4 là biểu đồ xung. Nhìn vào 2 sơ đồ sơ đồ này ta thấy: rơle RL chỉ tác động đóng tiếp điểm 4 -6 (nửa chu kỳ đầu: T4 thông, nửa chu kỳ sau: T3 thông) khi BIo chậm sau 3Uo góc900
(ứng với lộ không sự cố) do UebT4’, UebT3’ ngược chiều UebT4, UebT3 khóa T4, T3 lại.
- Độ nhạy và vùng của bảo vệ: + Độ nhạy: 3Uo = 70 dến 100V
3Io = 0,016 đến 1,6A, nghĩa là BA hình xuyến 3Io có tỷ số biến đổi 25/1 thì độ nhạy dòng TTK phía nhất thứ là:
3Io = (0,016 đến 1,6)A x 25/1 = 0,4 đến 40A.
+ Vùng chết của bảo vệ: Bảo vệ không tác động khi hệ thanh cái chỉ có 1 DZ vận hành, vì khi DZ này bị chạm đất 1 pha thì 3Io = 0.
+ Thời gian tác động của bảo vệ : Kinh nghiệm cho thấy đặt từ 3 đến 6 giây là tốt nhất.
a) b)
Hình 6.5. Sơ đồ lắp ráp mạch nhị thứ của bảo vệ.
- Qua thực tế vận hành và thử nghiệm, mạch bảo vệ làm việc được khi chạm đất 1 pha trong các trường hợp sau:
+ DZ dẫn điện trên không đứt rơi xuống đất, cỏ, hồ, ao, sông, ngòi… + Sứ (treo hay đỡ) bị xuyên ty hay vỡ..
+ Đường cáp hay MBA phụ tải bị chạm đất 1 pha.
6.2. Chỉnh định bảo vệ chạm đất 1 pha:
6.2.1. Dòng điện tác động của rơle:
Bảo vệ chạm đất là bảo vệ quá dòng. Ở HT có dòng chạm đất bé , ta đặt riêng cho chạm đất 1 pha. Bảo vệ gồm 1 rơ le dòng điện, một rơle thời gian, một rơle trung gian và một rơle tín hiệu.
Khi một DZ bị chạm đất 1 pha, thì điện dung của các DZ khác không bị sự cố sẽ đi qua bảo vệ của chính nó để đến chỗ NM. Để bảo đảm độ chọn lọc của bảo v ệ thì dòng điện tác độn g của rơle phải được đặt ở trị số lớn hơn dòng điện điện dung của chính nó. Do vậy dòng điện tác động của rơ le:
d . .3 . . a X p P t T K K J C U n (6-4) a K : hệ số an toàn, thường chọn 1,2. X
K : hệ số xung, thường lấy 35. Chọn KX = 3 khi bảo vệ có thời gian duy trì. Chọn KX = 5 khi bảo vệ không có thời gian duy trì.
T
n : tỉ số của biến dòng; UP: điện áp pha của DZ trước lúc sự cố; CP: điện dung pha với đất của DZ trước lúc sự cố.
6.2.2. Độ nhạy của bảo vệ:
min 1,25 1,5 N n td J K J (6-5) min N
J : dòng NM bé nhất ở phía sơ cấp của biến dòng;
td
J : dòng điện tác động ở phía sơ cấp của bảo vệ với DZ, chọn Kn = 1,5 với
đường cáp chọn Kn = 1,25.
6.2.3. Chọn thời gian của bảo vệ:
Đối với DZ trên không, dùng thu lôi ống hay thu lôi van. Khi thu lôi van làm việc chúng tạo nên NM tạm thời trong khoảng 0,5-1,5 chu kỳ dòng điện xoay chiều. Để bảo vệ không tác động nhầm, thì rơle thời gian cần phải duy trì một thời gian làm việc khoảng 3-4 chu kỳ.
Hình 6.6. Sơ đồ bảo vệ.
MC: Máy Cắt; HĐC: Hộp đầu cáp; BI: Biến dòng; CC: Cuộn cắt; PT: Rơle dòng điện; PB: Rơle thời gian; P╥: Rơle trung gian; PY: Rơle tín hiệu; PT: Rơle điện từ.
Nếu không dùng rơle điện từ mà dùng rơle tác động kiểu cảm ứng, thì mạch bảo vệ đơn giản hơn. Vì rơ le cảm ứng đồng thời làm nhiệm vụ của rơle dòng điện, rơle thời gian, rơle trung gian và cả rơle tín hiệu. Song rơle cảm ứng làm việc không chắc chắn bằng rơle điện từ.
Hình 6.7. Bảo vệ chạm đất với rơle cảm ứng, nguồn thao tác xoay chiều lấy điện từ máy biến dòng bão hòa nhanh.
Hình 6.8. Bảo vệ chạm đất được kết hợp với bảo vệ NM nhiều pha.
KẾT LUẬN
1. Chế độ nối đất trung tính của hệ thống điện nói chung, của lưới điện trung áp phân phối nói riêng rất phong phú, đa dạng, điều đó có thể thấy rõ trong việc áp dụng các chế độ nối đất trung tính khác nhau ở các Quốc gia trên thế giới.
2. Mỗi loại chế độ nối đất trung tính đều có những ưu, nhược điểm riêng và không có loại chế độ nào có ưu thế rõ rệ t. Vì vậy, việc lựa chọn một chế độ nối đất trung tính thích hợp cho lưới trung áp phân phối là một vấn đề khó khăn, phức tạp đòi hỏi cần phải có sự nghiên cứu, tính toán toàn diện, kỹ càng về tất cả các mặt.
3. Trong lưới trung áp phân phối có hai phương thức phân phối điện chủ yếu đó là phương pháp phân phối 3 pha 3 dây (3W) và 3 pha 4 dây (4W). Mỗi phương pháp đều có những ưu, nhược điểm riêng. Ở Việt Nam theo quyết định số 1867 - NL/KHKT cho phép áp dụng cả hai loại phương pháp phân phối cho lưới trung áp 22kV.
4. Do lịch sử phát triển nên hiện nay lưới điện trung áp phân phối ở nước ta có nhiều cấp điện áp: 6 kV, 10kV, 15kV, 22kV, 35kV và các phương thức nối đất cũng khác nhau. Nhìn chung, đối với một hệ thống điện đã được xây dựng và vận hành lâu với một phương thức nối đất đã được lựa chọn, nên chủ yếu tập trung vào nghiên cứu, cải tiến để phát huy các ưu điểm và hạn chế các nhược điểm của phương thức nối đất đã được ch ọn vì thay đổi nó rất phức tạp và tốn kém.
5. Để đảm bảo an toàn cho con người , thiết bị trong quá trình vận hành đối với từng phương thức nối đất:
- Lưới trung áp phân phối có trung tính trực tiếp nối đất: để đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị thì yêu cầu bảo vệ rơle làm việc nhanh, tin cậy, chọn lọc.
- Lưới trung áp phân phối có trung tính nối đất qua tổng trở: vấn đề an toàn cho con người và thiết bị khá thuận lợi, nhưng cần phải tính toán để lựa chọn giá trị tổng trở nối đất thích hợp .
- Lưới trung áp phân phối có trung tính cách đất nối đất: để đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị thì cần phải tính toán dòng điện dung chạm đất, nếu vượt quá giá trị cho phép theo Quy phạm QLKT thì cần có biện pháp xử lý điểm trung tính; ngoài ra trong vận hành cần cắt nhanh các XT bị chạm đất, hoặc lắp đặt thiết bị bảo vệ để cắt nhanh XT chạm đất có dòng điện chạm đất lớn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO.
1. Trần Bách (2004), Lưới Điện và Hệ Thống Điện (Tập I, Tập II), Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội.
2. Ngô Minh Khoa (2009), Giáo trình An toàn Điện, Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ, Trường Đại h ọc Quy Nhơn.
3. Lã Văn Út (2007),Ngắn mạch trong Hệ thống Điện, Nhà xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội.
4. Bùi Ngọc Thư (2007), Mạng Cung Cấp và Phân Phối Điện, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội.
5. Trần Đình Long , Trần Đình Chân, Nguyễn Hồng Thái (1993), Bảo vệ Rơle trong Hệ thống Điện, Nhà xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội.
6. Đặng Ngọc Dinh, Trần Bách, Ngô Công Quang, Trịnh Hùng Thái (1982), Hệ Thống Điện (Tập I, Tập II) ,Nhà Xuất Bản Đại học và Trung học Chuyên nghiệp, Hà Nội
7. Nguyễn Công Hiền, Đặng Ngọc Dinh, Nguyễn Hữu Khái, Phan Đăng Khải, Nguyễn Thánh (1984),Giáo trình cung cấp điện, Nhà xuất bản đại học và trung học chuyên nghiệp, Hà Nội.