Giáo trình Bảo vệ Rơle (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng): Phần 2 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

Chia sẻ: Hayato Gokudera | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:48

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Bảo vệ Rơle (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng) được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun/môn học của chương trình đào tạo Điện công nghiệp để giảng dạy ở cấp trình độ Cao đẳng. Giáo trình kết cấu gồm 6 bài và chia thành 2 phần, phần 2 trình bày những nội dung về: bảo vệ so lệch dòng điện; bảo vệ dòng điện chống chạm đất; bảo vệ khoảng cách; bảo vệ các phần tử trong hệ thống điện;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Bảo vệ Rơle (Nghề: Điện công nghiệp - Cao đẳng): Phần 2 - Trường Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Việt Xô

BÀI 3: BẢO VỆ SO LỆCH DÕNG ĐIỆN Mã bài: MĐ27.03 Mục tiêu - Trình bày đƣợc nguyên tắc hoạt động của bảo vệ so lệch dòng điện - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, nghiêm túc trong công việc và đảm bảo an toàn cho ngƣời và thiết bị 1. Nguyên tắc hoạt động Bảo vệ so lệch dòng điện là loại bảo vệ dựa trên nguyên tắc so sánh trực tiếp dòng điện giữa 2 đầu phần tử đƣợc bảo vệ. Các máy biến dòng BI đƣợc đặt 2 đầu phần tử đƣợc bảo vệ và có tỷ số biến đổi nhƣ nhau. Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý 1 pha của bảo vệ dòng so lệch Quy ƣớc hƣớng dƣơng của tất cả dòng điện theo chiều mũi tên nhƣ sơ đồ hình 4.1 ta có: ̇ ̇ ̇ Dòng vào rơle bằng hiệu chỉnh hình học dòng điện của 2 BI, chính vì vậy bảo vệ có tên gọi là bảo vệ dòng so lệch 55
a. Trong tình trạng làm việc bình thƣờng hoặc ngắn mạch ngoài (điểm N’): trƣờng hợp lý tƣởng (các BI không có sai số, bỏ qua dòng dung và dòng rò của đƣờng dây đƣợc bảo vệ) thì: ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ Nếu dòng IR vào rơle lớn hơn dòng khởi động IKĐR của rơle thì rơle khởi động và cắt phần tử bị hƣ hỏng. Khi nguồn cung cấp là từ 1 phía (IIIS = 0) lúc đó chỉ có dòng IIT, dòng và bảo vệ cũng khởi động nếu Nhƣ vậy theo nguyên tắc tác động thì bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối và để đảm bảo tính chọn lọc không cần phối hợp về thời gian. Vùng tác động của bảo vệ đƣợc giới hạn giữa 2 BI đặt ở 2 đầu phần tử đƣợc bảo vệ. 2. Dòng không cân bằng trong bảo vệ so lệch dòng điện Khi khảo sát nguyên tắc tác động của BVSL, chúng ta giả thiết một trƣờng hợp lý tƣởng rằng trong trƣờng hợp bình thƣờng và NM ngoài không có dòng điện chạy vào rơle. Thực tế nhƣ đã tìm hiểu sự làm việc của BI thì dòng điện thứ cấp của BI bằng ̇ =̇ ̇ ; ̇ =̇ ̇ Và dòng trong rơle ̇ = ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ , dòng từ hóa ̇ và ̇ thƣờng khác nhau ngay cả trong trƣờng hợp BI giống nhau. Nhƣ vậy dòng trong rơle (khi không có ngắn mạch trong vùng bảo vệ thì trong rơle vẫn có dòng điện) chính là dòng điện không cân bằng ̇ Ngoài dòng điện từ hóa ra, dòng không cân bằng còn chịu ảnh hƣởng của điện trở của các dây dẫn phụ trong các nhánh của mạch BV. Nếu dùng các BI có tỷ số biến đổi không giống nhau (cho các phần tử nhƣ MBA 2, 3 dây quấn, tự ngẫu, thanh góp...) thì dòng không cân bằng sẽ tăng lên nhiều vì khi ấy dòng từ hóa khác nhau nhiều. Đặc biệt dòng ̇ sẽ đạt những giá trị rất lớn khi có NM ngoài, khi ấy các mạch từ của BI bão hòa với mức độ khác nhau và ảnh hƣởng của thành phần không chu kỳ của dòng NM lên dòng thứ cấp của các MBI cũng khác nhau. 3. Dòng điện khởi động của bảo vệ so lệch dòng điện Để BVSL có thể làm việc đúng, phải chỉnh định dòng khởi động của nó lớn hơn dòng không cân bằng tính toán lớn nhất khi NM ngoài vùng BV. . 𝑥 56
Với 𝑥 là dòng không cân bằng tính toán cực đại ̇ 𝑥 𝑥. . . 𝑥 Trong đó: 𝑥 là sai số cực đại cho phép của BI trong tình trạng ổn định. 𝑥 là hệ số đồng nhất của các BI; khi các BI hoàn toàn giống nhau khi các BI hoàn toàn khác nhau là hệ số kể đến ảnh hƣởng của thành phần không chu kỳ của dòng NM 𝑥 là dòng ngắn mạch lớn nhất ngoài vùng bảo vệ Yêu cầu về độ nhạy của BVSL Thƣờng vì dòng điện không cân bằng khá lớn, nếu không dùng những biện pháp đặc biệt để hạn chế nó, BV khó đảm bảo yêu cầu về độ nhạy đã nêu 4. Những biện pháp thƣờng dùng để nâng cao độ nhạy và tính đảm bảo của bảo vệ Nhƣ trên đã nói, dòng điện không cân bằng có giá trị khá lớn và trong một số trƣờng hợp rất khó xác định trị số chính xác của nó, vì thế để làm tăng độ nhạy của BV cần phải dùng những biện pháp đặc biệt để hạn chế dòng điện không cân bằng. Có rất nhiều phƣơng pháp để tăng tính đảm bảo và độ nhạy của BV với mức độ phức tạp và hiệu quả khác nhau. Các phương pháp thường gặp là: - Cho BV làm việc chậm khoảng 0,3 ÷ 0,5s. Để các giá trị quá độ của Ikcb kịp tắt đến trị số bé. Phƣơng pháp này hiện nay ít dùng vì nó làm cho BV mất tính tác động nhanh. - Nối tiếp các rơle một điện trở tác dụng phụ, khi điện trở trong mạch so lệch tăng, dòng điện không cân bằng cũng nhƣ dòng NM thứ cấp giảm xuống, tuy nhiên mức độ giảm của dòng không cân bằng nhiều hơn vì trong dòng điện không cân bằng thành phần không chu kỳ nhiều hơn trong dòng di chuyển mạch. - Nối rơle qua các biến dòng bão hòa trung gian - Dùng rơle có tác động hãm - Dùng rơle có hãm hoặc khóa bằng họa tần bậc cao của dòng điện 57
Phƣơng pháp dùng MBI bão hòa trung gian và dùng rơle có tác động hãm là hai phƣơng pháp thông dụng nhất. 4.1. Nối các rơle qua máy biến dòng bão hòa trung gian (BIG) Máy biến dòng bão hòa trung gian là MBI có độ bão hòa từ rất sớm. Nhƣ ta đã biết, trong dòng NM có hai thành phần là chu kỳ và không chu kỳ. Thành phần chu kỳ đối xứng qua trục thời gian. Còn thành phần không chu kỳ lệch hẳn về một phía. Thành phần không chu kỳ sẽ rơi vào vùng bão hòa của đƣờng cong từ hóa nên sẽ gây ra một độ thay đổi tự cảm bé hay nói cách khác sđđ thứ cấp của thành phần này bé. Trong khi đó thành phần chu kỳ nằm trong vùng tuyến tính của đƣờng cong từ hóa nên có độ từ cảm lớn và sđđ của thành phần này lớn, nghĩa là chuyển tốt sang phía thứ cấp. MBI bão hòa trung gian chính là bộ phận lọc thành phần không chu kỳ của dòng NM. Ngƣời ta có thể dùng MBI bão hòa thƣờng hình 4.2b hay bão hòa mạnh hình 4.3c. Hình 4.2. Sơ đồ nói dây rơle qua MBI bão hòa trung gian (a) MBI bão hòa loại thƣờng (b) và loại tác động mạnh (c) 4.2. Dùng rơle so lệch tác động hãm Dòng so lệch thứ hay còn gọi là dòng làm việc bằng hiệu các dòng thứ và dòng hãm bằng 1/2 dòng tổng thứ . Khi ngắn mạch ngoài, trị tuyệt đối của hiệu dòng luôn nhỏ hơn 1/2 dòng tổng thứ, tức là: | ̇ ̇ | . | ̇ ̇ | hay ILV>IH Khi ngắn mạch trong, và có nguồn cung cấp chỉ từ 1 phía thì ITII=0, ILV=ITI, IH=0.5ITI Sơ đồ nối BI với rơle nhƣ hình 4.3 qua BIG có tỉ số biến dòng nI=1, cuộn sơ cấp của BIG chia thành 2 phần bằng nhau, cuộn thứ cấp có dòng hãm đƣa vào bộ phận 58
hãm của rơle; dòng so lệch cung cấp cho bộ phận làm việc của rơle đƣợc lấy từ điểm giữa của cuộn sơ BIG Hình 4.3. Bảo vệ dòng so lệch có hãm a. Sơ đồ nguyên lý của một pha bảo vệ b. Đồ thị vector dòng thứ trong mạch bảo vệ 5. Bảo vệ so lệch ngang Nguyên tắc của bảo vệ so lệch ngang dựa vào việc so sánh dòng trên 2 đƣơng dây song song , trong chế độ làm việc bình thƣờng hoặc ngắn mạch ngoài, các dòng này có trị số bằng nhau và cùng hƣớng, còn khi phát sinh hƣ hỏng trên 1 đƣờng dây thì chúng sẽ khác nhau. Bảo vệ đƣợc dùng cho 2 đƣờng dây song song nối vào thanh góp qua máy cắt riêng. Khi hƣ hỏng trên một đƣờng dây, bảo vệ cần cắt mình đƣờng dây đó và giữ nguyên đƣờng dây không hƣ hỏng. Muốn vậy BV cần phải đặt ở 2 đầu đƣờng dây và có bộ phận định hƣớng công suất để xác định đƣờng dây hƣ hỏng. Sơ đồ nguyên lý 1 pha của bảo vệ (Hình 4.4), các BI đặt trên 2 đƣờng dây có tỷ số biến dòng nI nhƣ nhau, cuộn thứ cấp đƣợc nối với nhau sao cho nhận đƣợc các tín hiệu dòng pha cùng tên. Rơle dòng 5RI làm nhiệm vụ của bộ phận khởi động, 6RW tác động 2 phía là bộ phận định hƣớng công suất. Khi chiều dòng điện đƣợc quy ƣớc nhƣ hình thì dòng đƣa vào các rơle là Áp đƣa vào 6RW đƣợc lấy từ BU chỗ nối vào thanh góp trạm. Rơle 6RW sẽ tác động đi cắt đƣờng dây có công suất ngắn mạch hƣớng từ thanh góp vào đƣờng dây 59
và khi ở 2 đƣờng dây đều có công suất ngắn mạch hƣớng từ thanh góp vào đƣờng dây thì rơle 6RW sẽ tác động về phía đƣờng dây có công suất lớn hơn. Trong chế độ làm việc bình thƣờng hoặc khi ngắn mạch ngoài, dòng IIT và IIIT bằng nhau và trùng pha, dòng vào rơle gần bằng 0 (IR=IKCB) nhỏ hơn dòng dòng khởi động IKĐR của bộ phận khởi động 5RI và bảo vệ sẽ không tác động. Hình 4.4. Bảo vệ so lệch ngang có hƣớng dùng cho 2 đƣờng dây song song Khi ngắn mạch trên đƣờng dây I tại điểm N' dòng II>III. Về phía trạm A có còn trạm B có Rơle 5RI ở cả 2 phía đều khởi động. Công suất ngắn mạch trên đƣờng dây I phía A lớn hơn trên đƣờng dây II, do vậy 6'RW khởi động về phía đƣờng dây I và bảo vệ cắt máy cắt 1'MC. Về phía trạm B, công suất ngắn mạch trên đƣờng dây I có dấu dƣơng (hƣớng từ thanh góp vào đƣờng dây), còn trên đƣờng dây II âm. Do đó 6''RW cũng khởi động về phía đƣờng dây I và cắt máy cắt 1'MC. Nhƣ vậy đảm bảo cắt 2 phía của đƣờng dây hƣ hỏng I. Khi ngắn mạch trên đƣờng dây ở gần thanh góp (điểm N'') dòng vào rơle phía trạm B là và lúc đầu nó không khởi động. Tuy nhiên bảo vệ phía trạm A tác động do dòng vào rơle khá lớn. Sau khi cắt máy cắt 2'MC, phân bố dòng trên đƣờng dây có sự thay đổi và chỉ đến lúc này bảo vệ phía trạm B mới tác động cắt máy cắt 2''MC. Hiện tƣợng khởi động không đồng thời vừa nêu là không mong muốn vì làm tăng thời gian loại trừ hƣ hỏng ra khỏi mạng điện. Nguồn thao tác đƣợc đƣa vào bảo vệ qua các tiếp điểm phụ của 1MC và 2MC. Khi cắt 1 máy cắt thì tiếp điểm phụ của nó mở ra và tách bảo vệ ra. Cần thực hiện nhƣ vậy vì 2 lý do sau: 60
- Sau khi cắt 1 đƣờng dây bảo vệ, trở thành bảo vệ dòng cực đại không thời gian. Nếu không tách bảo vệ ra, nó có thể cắt không đúng đƣờng dây còn lại khi xảy ra ngắn mạch ngoài. - BV có thể cắt đƣờng dây bị hƣ hỏng không đồng thời. Khi NM tại điểm N", máy cắt 2'MC cắt trƣớc, sau đó toàn bộ đƣờng dây bị hƣ hỏng sẽ đi đến chỗ ngắn mạch qua đƣờng dây I. Nếu không tách BV phía trạm A ra, nó có thể cắt không đúng 1'MC của đƣờng dây không hƣ hỏng. CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Nguyên tắc tác động của bảo vệ so lệch. 2. Trình bày các biện pháp thƣờng dùng để nâng cao độ nhạy và tính đảm bảo của bảo vệ. 61
BÀI 4: BẢO VỆ DÕNG ĐIỆN CHỐNG CHẠM ĐẤT Mã bài: MĐ27.04 Mục tiêu: - Trình bày những yêu cầu đối với bảo vệ dòng điện chống chạm đất - Lắp đặt đƣợc hệ thống bảo vệ dòng chạm đất sử dụng MK300 kết hợp ZCT, MK231 - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, nghiêm túc trong công việc, đảm bảo an toàn cho ngƣời và thiết bị 1. Bảo vệ chống chạm đất trong mạng điện có dòng chạm đất lớn Mạng điện có dòng chạm đất lớn, có trung tính trực tiếp nối đất. Bảo vệ phản ứng theo dòng và áp thứ tự không I0 và V0. Để chống NM chạm đất N , N1,1 (NM chạm đất thƣờng xảy ra), ngƣời ta thƣờng dùng bộ BV thứ tự không 1 riêng biệt để chóng chạm đất; BV này thực hiện đơn giản hơn và có nhiều ƣu điểm hơn so với BV phản ứng theo dòng thoàn phần nhƣ đã xét ở trên. Bảo vệ thứ tự không có thể thực hiện dƣới dạng BV dòng cực đại, BV cắt nhanh đơn giản cũng nhƣ có hƣớng. Để nhận biết thành phần thứ tự không ngƣời ta thƣờng dùng bộ lọc I0 hay U0. 1.1. Bảo vệ dòng cực đại thứ tự không Rơle nối vào bộ lọc dòng thứ tự không (Hình 4.1) Thời gian tác động của BV đƣợc tính theo nguyên tắc bậc thang tăng dần lên tính từ đầu nhận điện về MBA, có trung tính nối đất (Hình 4.2): t'3
Hình 5.2. Thời gian tác động của bảo vệ dòng cực đại thứ tự không Nếu các mạng cao áp và thấp áp nối với nhau qua MBA có tổ nối dây Y0/ hay / Y0 (ví dụ MBA T3 trên hình 4.2) thì BV TTK đặt phía cao áp, MBA có thể tác động không thời gian (BV3) Ta có thể thực hiện đƣợc điều kiện trên, vì khi NM chạm đất phía áp thấp, phía cao áp không có dòng thứ tự không qua BV nên không tác động sai. Nhờ t’3 = 0 nên thời gian tác động của các BV khác cũng nhỏ hơn so với dòng cực đại tƣơng ứng t’2 < t2, t’1 < t1. Điều đó có thể giải thích nhƣ sau: khi NM ở phía áp thấp, BV dòng cực đại đặt ở phía áp cao có thể tác động, vì vậy, cần phải phối hợp thời gian tác động của BV dòng cực đại phía áp cao với phía áp thấp t3 > t’3 = 0. Nếu MBA T3 trên hình 5.2 là tự ngẫu và mạng điện hai phía của MBA là mạng có trung tính nối đất, khi NM phía này, phía kia cũng xuất hiện Io. Trong trƣờng hợp này, cần phải phối hợp BV thứ tự không của hai máy và nhƣ vậy ta có t3 = t’3; t2 = t’2; t1 = t’1 Dòng tác động của rơle, dòng cực đại thứ tự không đƣợc chọn từ điều kiện bảo đảm tác động một cách chắc chắn khi chạm đất, ở cuối đoạn kế tiếp và tránh dòng không cân bằng. - Điều kiện thứ nhất Ikđ < 3.IoNmin - Điều kiện thứ hai Ikđ > iKcbmax Điều kiện thứ hai là quyết định. Theo điều kiện này Ikđ = kat.IKcbmax (4.1) Trong đó: kat = 1,2 ÷ 1,5 Dòng IKcbmax đƣợc tính ứng với chế độ bình thƣờng, hoặc NM tùy thuộc vào thời gian tác động của BV. Nếu thời gian tác động to của BV thứ tự không lớn hơn thời gian tác động tGP của BV chống NM giữa các pha đặt kế tiếp ở đoạn tiếp sau, thì Ikđ của BV chỉ cần chọn lớn hơn dòng Ikcb trong chế độ bình 63
thƣờng. Do đó khi NM giữa các pha, sẽ đƣợc BV dòng cực đại cắt sớm, trƣớc khi BV thứ tự không đoạn sau kịp tác động sai. 1.2. Bảo vệ dòng cực đại thứ tự không có hƣớng Đối với mạng có trung tính nối đất phân bố ở 2 đoạn đang xét thì BVDCĐ TTK chỉ có thể tác động chọn lọc khi có thêm bộ phận ĐHCS (hình 4.3) Hình 4.3. Sơ đồ khối BVTTK có hƣớng Bộ phận ĐHCS xác định dấu, hoặc hƣớng công suất thứ tự không khi NM. Nhờ vậy BV thứ tự không có hƣớng chỉ tác động khi NM xảy ra trên đƣờng dây đƣợc BV. Khi NM xảy ra trên các nhánh khác nối chung với đƣờng dây đang xét vì bộ phận công suất không cho phép, nên BV đƣờng dây đang xét không tác động. Phần tử ĐHCS thứ tự không, cũng đƣợc cấu tạo nhƣ phần tử ĐHCS theo dòng và áp toàn phần, nhƣng tín hiệu đƣa vào là dòng và áp thứ tự không (UR = 3.Uo, IR = 3.Io). Để rút ra những kết luận cần thiết về điều kiện làm việc của rơle công suất thứ tự không, ta hãy xét đồ thị vectơ áp U0 và dòng Io khi NM một pha chạm đất (H.5.4). Để đơn giản, coi rằng đƣờng dây không tải (H.4.4a) các vectơ áp nguồn EA, EB, EC không đổi trong suốt quá trình NM. Giả thiết pha A chạm đất. Từ hình 5.4 ta có thể nêu ra mấy điểm sau: - Trong pha sự cố (pha A), dƣới tác động của sức điện động EA có dòng NM ̇ ̇ . Vì coi trở tác dụng của mạng bằng không, nên IA chậm pha sau sức điện động EA một góc 90o (thực tế ϕA < 90o, vectơ chấm–gạch hình 4.4) - Dòng trong các pha không hƣ hỏng bằng không - Áp các pha không hƣ hỏng bằng sức điện động các pha đó. 64
Hình 5.4. Đồ thị vector dòng và áp khi NM 1 pha a. Sơ đồ mạng b. Đồ thị tại điểm N c. Đồ thị tại điểm R (V'R và I'R là vector dòng, áp TTK thực tế) Đồ thị vector dòng và áp tại chỗ NM (điểm N) đƣợc cho bởi hình 4.4b. Từ những phƣơng trình cơ bản của thành phần đối xứng tại chỗ ngắn mạch ta có thể viết: ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ Nhƣng ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ Vì vậy có thể viết ̇ Từ đồ thị hình 4.4b ta thấy, dòng ̇ vƣợt trƣớc điện áp ̇ một góc 900 (trƣờng hợp lý tƣởng). Trên hình 4.4a đồ thị vector dòng và áp tại chỗ đặt rơle (điểm R) Áp pha A tại điểm R bằng áp giáng trên đoạn R-N: ̇ ̇ ̇ Đối với pha B và pha C vẫn có: ̇ ̇ ; ̇ ̇ ̇ Dòng TTK qua chỗ đặt rơle: ̇ 65
̇ ̇ ̇ ̇ - ̇ ̇ ̇ Còn áp TTK: ̇ Nhƣ vậy UOR
1.3. Bảo vệ cắt nhanh thứ tự không Bảo vệ cắt nhanh (BVCN) phản ứng theo dòng thứ tự không, có nhiệm vụ cắt nhanh NM chạm đất, trong mạng có trung tính trực tiếp nối đất. Bảo vệ tác động theo nguyên tắc cũng tƣơng tự nhƣ cắt nhanh phản ứng theo dòng toàn phần. Bảo vệ cắt nhanh thứ tự không, có thể là BV đơn giản có hƣớng, tác động tức thời và có thời gian trì hoãn 1.3.1. Bảo vệ cắt nhanh TTK không có hƣớng Bảo vệ này dùng cho các đƣờng dây mà dòng Io chỉ có ở một phía khi NM chạm đất. Nói cách khác, nó đƣợc dùng khi các trung tính nối đất của MBA nằm về một phía của đƣờng dây, BV cắt nhanh tác động tức thời. Dòng khởi động thứ tự không đƣợc tính theo dòng 3Iomax khi NM chạm đất tại thanh góp trạm đối diện Ikđ = kat.3Iomax BVCN tác động có thời gian trì hoãn cần phải phối hợp về dòng và thời gian với BV TTK tác động tức thời của đƣờng dây tiếp theo sau Khi trung tính nằm về một phía các đƣờng dây đƣợc bảo vệ L1 dòng 3I0 qua các BV2 và 3 khi NM nhƣ nhau. Vì vậy có thể chọn ; thời gian tác động 1. Bảo vệ cắt nhanh tức thời 2. Bảo vệ cắt nhanh có thời gian Hình 5.6. Bảo vệ cắt nhanh TTK Vùng tác động của BVCN đƣợc xác định bằng phƣơng pháp đồ thị theo điểm cắt của đƣờng cong 3Io = f(l) với đƣờng thẳng Ikđ. Bảo vệ cắt nhanh thứ tự không đơn giản, có thể dùng đƣợc cả cho mạng có trung tính phân bố ở hai phía đƣờng dây 67
đƣợc BV. Khi đó cần chọn Ikđ theo điều kiện tránh dòng 3Io qua BV khi NM trên thanh góp trạm đối diện B cũng nhƣ khi NM trên thanh góp trạm A, nơi đặt BV đang xét (Hình.4.7). Nếu 3ION2 không đủ nhạy, trong trƣờng hợp này phải dùng BV cắt nhanh thứ tự không có hƣớng. Hình 5.7. Bảo vệ cắt nhanh TTK có hƣớng 1.3.2. Bảo vệ cắt nhanh TTK có hƣớng Bộ phận ĐHCS của BV A có hƣớng khóa nó khi NM trên thanh góp trạm A (Hình.4.7). Khi đó lƣợng công suất thứ tự không đi từ thanh góp trạm A tới đƣờng dây đƣợc BV và ngƣợc với hƣớng tác động của rơle công suất, nên rơle này không tác động. Nhờ vậy, dòng khởi động của BV không cần chọn lớn hơn 3IoNAmax. Nhƣ vậy, dòng khởi động của BVCN có hƣớng A, chỉ cần chọn lớn hơn dòng 3IONBmax qua BV khi NM trên thanh góp đối diện. 1.4. Đánh giá và phạm vi sử dụng bảo vệ Trong mạng điện 110 - 220kV, BV thứ tự không, đƣợc dùng rất rộng rãi. Các ƣu điểm chính của BV đã đƣợc thực tế vận hành xác nhận, là có sơ đồ đơn giản và có độ tin cậy cao. Bảo vệ có độ nhạy cao, vì dòng tác động của nó không cần chọn lớn hơn dòng phụ tải. Bộ phận ĐHCS cũng làm việc trong những điều kiện khá thuận lợi. Đối với trƣờng hợp NM, nặng nề nhất ở sát ngay thanh góp trạm hoặc nhà máy. Rơle công suất nhận đƣợc giá trị Uo khá lớn, vì vậy khác với rơle công suất nối vào dòng và áp toàn phần, nó làm việc rất bảo đảm. Góc lệch pha ϕR giữa IR và UR đƣa vào rơle công suất thứ tự không, luôn luôn rất gần với giá trị tối ƣu. Vì vậy, rơle làm việc trong vùng có độ nhạy cao nhất. Trong mỗi trạm của mạng 110 - 220kV, các MBA nối với trung tính nối đất đều là nguồn dòng thứ tự không. Vì vậy, nó có 68
một khả năng to lớn sử dụng BVCN thứ tự không, cũng nhƣ BV thứ tự không nhiều cấp. Nhƣợc điểm gắn liền với nguyên lý tác động của nó là BV phản ứng theo dòng trong chế độ không toàn pha và có thể tác động sai khi đứt dây pha trong mạch thứ cấp của MBI. 2. Bảo vệ chống chạm đất trong mạng có dòng chạm đất nhỏ Mạng điện có dòng chạm đất nhỏ, có trung tính cách điện, hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang, hoặc điện trở lớn, hoặc MBA nối đất. Khác với mạng có trung tính nối đất trực tiếp, chạm đất một pha trong trƣờng hợp này không tạo nên NM và do đó không làm cho áp dây bị giảm, cũng nhƣ không gây ra dòng tăng cao trong mạng. Hãy xét đặc điểm thay đổi dòng và áp trong mạng, đồ thị vectơ các đại lƣợng này khi xảy ra chạm đất một pha (Hình 4.8). Để đơn giản coi rằng mạng làm việc không tải. Trong điều kiện làm việc bình thƣờng áp dây dẫn A,B,C so với đất bằng áp pha tƣơng ứng ̇ ̇ ̇ . Các áp này bằng suất điện động ̇ ̇ ̇ vì giả thiết mạng không tải. Các vector áp pha thành lập hình sao đối xứng (Hình 4.8b), tổng các vector này bằng không, vì vậy áp pha của điểm trung tính UTT = 0. Các điện áp pha này tạo nên dòng điện tƣơng ứng qua các điện dung. Dòng này vƣợt trƣớc góc pha một góc 900 ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ Hình 4.8. Chạm đất một pha trong mạng trung tính cách điện 69
Tổng các dòng điện dung này trong chế độ bình thƣờng bằng không, vì không có Io. Khi chạm đất trực tiếp một pha (ví dụ pha A). Áp pha này so với đất giảm tới không ( ̇ . (Khi pha A chạm đất tại điểm N, thế của điểm này bằng thế của đất) Áp của điểm trung tính UTT so với đất khi đó bằng áp giữa 2 điểm N và TT và bằng ̇ ̇ Áp các pha B và C so với đất tăng bằng áp giá trị dây ̇ ̇ ̇ ̇ Tại chỗ chạm đất có dòng. Dòng này qua các điện dung của các pha không hƣ hỏng. Vì UA = 0 nên IA = 0. Trong các pha khác có dòng và vƣợt trƣớc các áp tạo ra giữa chúng một góc 900 ̇ ̇ ̇ ̇ Dòng Iđ tại chỗ hƣ hỏng với chiều dƣơng quy ƣớc trên hình 5.9 bằng ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ Thay vào ta đƣợc ̇ 𝑥 𝑥 Từ hình 4.8c ta có: ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ Vì vậy có thể viết ̇ 𝑥 𝑥 Nhƣ vậy dòng Iđ bằng 3 lần dòng điện dung của pha trong chế độ bình thƣờng. Dòng Iđ chậm pha sau UTT một góc 90o, nó tỷ lệ với áp mạng và điện dung của pha ( ⁄ và có thể đƣợc tính theo công thức . . Trong đó: l – chiều dài tổng cộng của dây dẫn 1 pha Co – suất điện dung của pha so với đất trên 1km, điện dung pha đối với đất của đƣờng dây trên không nhỏ hơn rất nhiều so với dây cáp Áp TTK khi có chạm đất: ̇ ̇ 70
Nhƣ vậy áp TTK bằng và ngƣợc chiều với áp pha sự cố. Nếu bỏ qua trở của dây dẫn (vì nó rất nhỏ so với xc) ta thấy rằng áp TTK của mỗi điểm trong mạng đều bằng nhau và bằng ̇ ̇ Dƣới tác dụng của áp Uo có dòng Io đi qua, điện dung các pha và các trung tính của máy phát và MBA. ̇ ̇ ̇ ̇ ̇ Dòng TTK ̇ ̇ Dòng ̇ vƣợt trƣớc ̇ một góc 90o 2.1. Những yêu cầu đối với bảo vệ Các yêu cầu đề ra đối với BV chống chạm đất trong mạng có dòng chạm đất nhỏ khác về cơ bản so với yêu cầu đối với BV chống NM. Chạm đất không làm tăng cao dòng, không làm biến dạng các đại lƣợng áp dây, vì vậy các thiết bị không bị quá tải về dòng, và việc cung cấp điện cho các phụ tải không bị ảnh hƣởng. Do đó, khi có chạm đất một điểm, thƣờng BV chỉ báo tín hiệu. Tuy nhiên, việc cắt chỗ chạm đất là cần thiết vì cách điện giữa các pha tại chỗ chạm có thể bị hủy do tác động nhiệt của dòng chạm đất, kết quả là chạm đất một pha có thể biến thành NM giữa các pha. Ngoài ra, do hiện tƣợng tăng áp các pha không bị hƣ hỏng khi có chạm đất, cách điện các pha này có thể bị chọc thủng tạo nên chạm đất hai pha tại hai điểm khác nhau trong mạng. Kinh nghiệm vận hành cho biết trong mạng có bù, mạng có dòng chạm đất nhỏ (20 ÷ 30A), và mạng 10kV, 6kV chạm đất có thể tồn tại khá lâu (khoảng hai giờ) mà không gây hƣ hỏng thêm, cũng không ảnh hƣởng đến phụ tải, vì vậy BV chống chạm đất trong mạng có dòng chạm đất nhỏ chỉ cần báo tín hiệu có chạm đất, ngƣời trực chuyển phụ tải đƣờng dây hƣ hỏng sang nguồn khác, sau đó cắt hẳn đƣờng dây này. Tùy theo điều kiện làm việc cụ thể của thiết bị mà xử lý thích hợp. Ví dụ: các động cơ làm việc trong điều kiện ẩm ƣớt, máy phát thủy điện từ chạm đất một pha rất dễ dàng chuyển sang NM nên yêu cầu khi có chạm đất phải cắt ngay điểm chạm đất. Bảo vệ chống chạm đất cần tác động chọn lọc và có độ nhạy cao. Yêu cầu thứ hai đề ra vì dòng chạm đất mà BV cần tác động rất nhỏ (5 ÷ 10A) 2.2. Nguyên tắc thực hiện Bảo vệ đơn giản nhất là BV chung, chỉ cho tín hiệu chạm đất mà không chỉ rõ đƣợc điểm chạm. Bảo vệ có thể dùng ba rơle áp giảm (H.4.9a) nối vào áp pha so với đất hoặc chỉ một rơle nối qua bộ lọc áp thứ tự không (H.4.9b). Khi có chạm đất, BV báo tín hiệu, sau đó ngƣời trực đi kiểm tra từng phần tử và xác định phần tử hƣ hỏng. Bảo vệ phản ứng theo dòng thứ tự không, cũng nhƣ BV có hƣớng phản ứng 71
theo dòng và công suất thứ tự không là các BV tác động có chọn lọc đƣợc dùng hiện nay. Khi chạm đất xảy ra ở trong phần tử đƣợc BV hoặc ở ngoài nó, dòng qua phần tử này có giá trị và hƣớng khác nhau. Lợi dụng sự khác nhau này, ngƣời ta thực hiện BV chỉ tác động khi hƣ hỏng xảy ra trong phần tử đƣợc BV Hình 5.9. Bảo vệ cho tín hiệu khi có chạm đất Trong mạng trung tính cách điện, phƣơng án đơn giản nhất là dùng BV dòng điện làm việc theo dòng điện dung Io của mạng. Phƣơng án này chỉ dùng tốt khi số đƣờng dây nhiều, vì khi đó dòng điện dung tổng lớn hơn rất nhiều so với dòng điện dung của từng đƣờng dây. Sự khác nhau giữa dòng điện dung tổng (không kể dòng điện dung của bản thân phần tử đƣợc BV) với dòng điện dung của phần tử đƣợc BV, chính là sự khác nhau giữa các giá trị dòng qua phần tử khi chạm đất trong và ngoài nó. Nhƣ vậy, tính tác động chọn lọc của BV càng cao khi sự khác nhau nêu trên càng nhiều. 3. Lắp mạch bảo vệ dòng chạm đất sử dụng MK300 kết hợp với ZCT 3.1. Nguyên lý làm việc của ZCT Trong mạng điện có trung tính không nối đất, thƣờng dòng chạm đất rất bé, nếu dùng bộ lọc 3BI sẽ không đủ độ nhạy để BV tác động. Dòng khởi động sơ cấp của BV này không nhỏ hơn 20 - 25A, trong trƣờng hợp này dùng BIo có độ nhạy cao hơn. Ƣu điểm chính của BIo là Ikc rất bé và có khả năng chọn số vòng cuộn thứ cấp tùy điều kiện bảo đảm cho độ nhạy lớn nhất mà không bị giới hạn bởi phụ tải. Nhờ vậy BIo có khả năng làm cho BV tác động với dòng sơ cấp 3 - 5A. Nếu dùng BIo kết hợp với rơle có độ nhạy cao có thể tạo nên BV tác động với dòng sơ cấp 1-2A.. 72
Hình 5.10. Máy biến dòng thứ tự không BIo Máy biến dòng BIo mạch từ gồm các lá thép có dạng hình vành khăn hoặc hình chữ nhật ôm lấy cả e pha của đƣờng dây đƣợc BV, các dây dẫn pha A,B,C chui qua lỗ của BIo còn cuộn thứ cấp thì quấn trên khung từ. Các dòng IA, IB, IC tạo trong khung từ từ thông tƣơng ứng . Từ thông tổng của cuộn sơ cấp Nếu : trong cuộn thứ cấp có sức điện động e2 tạo nên dòng trong ĐL. Giá trị từ thông và dòng tạo ra nó liên hệ qua ⁄ . Khi các dây dẫn các pha có vị trí nhƣ nhau đối với khung từ và cuộn thứ cấp, có thể coi hệ số k của các pha nhƣ nhau, khi đó ̇ ̇ ̇ vì tổng các dòng pha ̇ ̇ ̇ nên có thể nói tự thông tổng tạo bởi dòng sơ cấp của BIo tỷ lệ với thành phần TTK Từ thông tổng và các đại lƣợng mà nó tạo nên là SĐĐ thứ cấp e2 và dòng thứ cấp IR chỉ có thể có khi tổng dòng các pha khác 0, hay nói cách khác khi mà các dòng pha đi qua BIo có chƣa thành phần TTK. Trong thực tế, vị trí các dây dẫn pha đối với cuộn thứ không nhƣ nhau. Hệ số hỗ cảm các pha đối với cuộn thứ cấp k có giá trị khác nhau, vì vậy ngay cả khi dòng sơ cấp hoàn toàn cân bằng, từ thông tổng vẫn khác không. Đó là từ thông không cân bằng tạo nên trong cuộn thứ cấp sức điện động và dòng không cân bằng. Dòng không cân bằng trong BIo nhỏ hơn rất nhiều so với bộ lọc dùng ba BI. Trong BIo thực hiện cộng từ thông các dòng Ikc chỉ phụ thuộc vào độ không đối xöùng cuûa vò trí doøng sô caáp caùc pha. Để BV đƣờng dây, động cơ, hiện nay ngƣời ta chế tạo BIo loại cáp. Khi cần thiết BV đƣờng dây trên không ngƣời ta làm thêm đoạn cáp và đặt BIo trên đoạn đó. Khi có dòng Iv chạy trở về trong vỏ cáp của đƣờng dây không sự cố mà có đặt BIo, BV đƣờng dây này có thể tác động sai. Kinh nghiệm vận hành 73
cho biết là theo vỏ cáp bằng thép hay chì có thể có dòng Iv chạy vòng qua đất. Các dòng này xuất hiện khi chạm đất gần chỗ đặt cáp. Dòng Iv chạy theo vỏ cáp của đƣờng dây không hƣ hỏng chạy qua BIo và do đó BV tác động sai. Để loại trừ điều nêu trên, triệt tiêu ảnh hƣởng của dòng đó nhƣ sau: vỏ đoạn cáp từ phễu cho đến BIo đặt cách điện với đất, dây nối đất nối phễu cáp luồn qua lỗ BIo (H.4.10b). Nhờ vậy, khi có Iv chạy theo vỏ cáp, dòng này qua dây nối đất chạy ngƣợc trở về. Từ thông trong khung từ của BIo do dòng chạy trong vỏ và dòng nối đất triệt tiêu nhau, nên bằng không. Khung từ của Bio cũng cần phải cách điện đối với vỏ cáp 3.2. Lắp mạch bảo vệ dòng chạm đất sử dụng MK300 kết hợp với ZCT - Khi có dòng chạm đất, ZCT sẽ nhận biết sự mất cân bằng, phía thứ cấp có dòng ra, dòng này đƣợc đƣa vào chân 7-8 của rơle MK300, nếu dòng này đủ lớn rơle sẽ tác động làm thay đổi trạng thái tiếp điểm, ngắt nguồn vào phụ tải, đảm bảo an toàn cho ngƣời và thiết bị - Khi ấn nút TEST trên MK300, nguyên lý tƣơng tự nhƣ khi gặp sự cố, rơle cũng ngắt nguồn vào phụ tải 74