Thiết bị đóng cắt và bảo vệ lưới điện phân phối

TÀI LIỆU ĐÀO TẠO KHÓA HỌC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT VÀ BẢO VỆ LƯỚI PHÂN PHỐI ĐIỆN TỔNG CÔNG TY ĐIỆN LỰC MIỀN BẮC CÔNG TY ĐIỆN LỰC HÀ NAM Địa chỉ Số 9 Trần Phú Quang Trung Phủ lý Hà Nam Tel 0226 221 1709 Fax 0226 3851 304 Giảng viên Ts Phùng Anh Tuấn Đơn vị công tác Bm Thiết bị điện điện tử Viện Điện – ĐH BKHN Email tuan phunganhhust edu vn PHẦN 1 THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT, BẢO VỆ 1 Các thiết bị đóng cắt và bảo vệ hạ áp 2 Các thiết bị đóng cắt và bảo vệ cao áp NỘI DUNG PHẦN 2 RƠLE KTS SỬ DỤNG TRONG TBA PHẦN 3 V.

TÀI LIỆU ĐÀO TẠO KHÓA HỌC

THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT VÀ BẢO VỆ

LƯỚI PHÂN PHỐI ĐIỆN

TỔNG CÔNG TY ĐIỆN LỰC MIỀN BẮC

CÔNG TY ĐIỆN LỰC HÀ NAM

Địa chỉ : Số 9 -Trần Phú - Quang Trung - Phủ lý - Hà Nam Tel: 0226.221.1709 Fax: 0226.3851.304

Giảng viên: Ts Phùng Anh Tuấn Đơn vị công tác: Bm Thiết bị điện điện tử- Viện Điện – ĐH BKHN Email: tuan.phunganh@hust.edu.vn

PHẦN 1 THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT, BẢO VỆ

1 Các thiết bị đóng cắt và bảo vệ hạ áp

2 Các thiết bị đóng cắt và bảo vệ cao áp

N ỘI DUNG:

PHẦN 2 RƠLE KTS SỬ DỤNG TRONG TBA

PHẦN 3 VẬN HÀNH CÁC THIẾT BỊ TRONG TBA

1 Lý thuyết về điều khiển và bảo vệ bằng rơle

2 Rơle KTS sử dụng trong TBA

1 Một số cấu hình tủ đóng cắt trung áp trong TBA

2 Vận hành tủ đóng cắt và bảo vệ điển hình

I CẦU DAO

2 Sử dụng

- Cầu dao được sử dụng để đóng cắt trong các mạng điện hạ

áp, dòng điện nhỏ, hoặc không tải

- Để thêm chức năng bảo vệ ngắn mạch và quá tải, người talắp kèm cầu dao với cầu chì

3 Tính chọn cầu dao

- Cầu dao được sử dụng để đóng cắt trong các mạng điện hạ

áp, dòng điện nhỏ, hoặc không tải

Gồm: dây chảy (đồng, kẽm, thiếc, chì,…); vỏ (nhựa, sứ,

composit cách điện); hệ thống dập hồ quang (không khí, cát thạch anh, vật liệu tự sinh khí).

3 Cầu chì HA

5 Yêu cầu đối với cầu chì

thiết bị điện cần được bảo vệ,

điện cần được bảo vệ,

6 Ký hiệu KT và thông số cầu chì

7 Lựa chọn cầu chì

a) Theo điều kiện làm việc dài hạn và theo dòng mở máy

Ưu tiên đầu tiên khi lựa chọn.

b) Theo điều kiện bảo vệ chọn lọc

Khi cần phối hợp bảo vệ Cấp trên - Cấp dưới.

c) Theo đặc tính bảo vệ: ví dụ gM, aM, gL, aL, aTr, gTr, aR, gR

• Ký hiệu thứ nhất biểu thị phạm vi tác động

« g » : tải thông dụng, quá tải và ngắn mạch thông thường

« a » : bảo vệ dự phòng, như quá tải nặng nề, hoặc ngắn mạch

• Ký hiệu thứ hai biểu thị bộ phận được bảo vệ

« L » sử dụng cho cáp điện và đường dây

« M » sử dụng cho động cơ điện

« Tr » sử dụng cho bảo vệ máy biến áp

« R » sử dụng cho bảo vệ linh kiện bán dẫn

7.1 Lựa chọn cầu chì HA

• Làm việc dài hạn  nhiệt độ phát nóng ≤ cho phép

• Khi mở máy  cầu chì không được cắt mạch nên In

In ≥ Itt

In ≥ Ikđ /C

Itt – dòng điện tính toán tương ứng với công suất Ptt

Ikđ – dòng điện khởi động lớn nhất của phụ tải

C – bội số dòng điện mở máy của tải lớn nhất:

C = 2,5 đối với tải nhẹ, khởi động nhanh

C = 1,6 ÷ 2,0 đối với tải nặng, khởi động lâu

• Khi lựa chọn cầu chì bảo vệ Máy biến áp cần tính đến dòngđiện quá độ đóng khi không tải (tỷ lệ nghịch un%).

• Khi lựa chọn cầu chì bảo vệ tụ điện, dòng định mức tối thiểucủa dây chảy bằng 1,6 lần dòng định mức của tụ, do xét đếnsóng hài trong lưới điện và quá điện áp khi làm việc

• Khi chọn cầu chì bảo vệ động cơ (ĐC) chú ý đến dòng khởiđộng và thời gian khởi động của ĐC, vì tần số khởi động ĐCquá cao  dây chì có thể không đủ nguội giữa các lần khởiđộng  cầu chì có thể tác động sai (tác động sớm)

Chỉ thị tác động cắt cầu chì HA

Có 2 chỉ thị ở trên đầu và

trên thân cầu chì

Có duy nhất 1 chỉ thị ở trên đầu cầu chì

7.2 Lựa chọn cầu chì CA

• Mối quan hệ giữa dòng định mức sơ cấp của máy biến áp

IMBA1, dòng định mức của cầu chì Iđmcc và dòng ngắn mạch phía sơ cấp Inm1 của MBA được xác định theo tiêu chuẩn quốc gia, cần thỏa mãn điều kiện:

I n ≥ 1,4 I MBA1 & I n ≤ I nm1 /6

• Sau khi chọn được giá trị dòng điện dây chì (I n) ta sẽ chọn

giá trị dòng điện tác động bé nhất khi quá tải cho cầu chì (I 3), thường chọn lớn hơn 2 cấp để thỏa mãn khả năng cắt và điều kiện khởi động của phụ tải.

3 loại cầu chì trung thế thường hay sử dụng:

• Back Up : là loại dùng riêng cho Đ/C, hay các TBĐ có dòng lớn khi khởi động, dòng khởi động từ (3-7) lần dòng điện định mức Cầu chì sẽ không tác động nếu dòng điện tăng với mức như thế trong khoảng thời gian ngắn (4-5)s; nếu lâu hơn cầu chì sẽ tác động tương tự như bảo vệ quá tải Hiện tại thì đây là loại được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới.

• General Purpose : là dòng cầu chì thông thường, chỉ có bảo vệ ngắn mạch.

• Full Range : là dòng cầu chì vừa có thể bảo vệ quá tải và bảo vệ ngắn mạch.

Một vài loại cầu chì trung thế sử dụng ở Việt Nam

Cầu chì trung thế SIBA

Cầu chì trung thế ETI

Một vài loại cầu chì trung thế sử dụng ở Việt Nam

Cầu chì trung thế của ABB

Thông số kỹ thuật của Cầu chì trung thế của ABB

1 Điện áp định mức Un(kV)

Đây là thông số thể hiện điện áp mà cầu chì hoạt động với chức

năng bảo vệ chính xác Trên thân cầu chì có thể in 2 mức điện áp: 3/7.2kV, 10/17.5kV, 10/24kV, chữ số phía trước thể hiện cấp điện

áp thấp nhất có thể sử dụng cầu chì, chữ số phía sau thể hiện điện

áp làm việc định mức thiết kế của cầu chì.

5 Breaking capacity I1 (kA)

Khả năng chịu được dòng ngắn mạch của cầu chì, nếu dòng điện ngắn mạch lớn hơn mức này thì cầu chì sẽ nứt hoặc nổ

6 Minimum breaking current I3 (A)

Đây là thông số chỉ có ở cầu chì Back Up, thể hiện dòng điện nhỏ nhất cầu chì sẽ tự động cắt khi xảy ra quá tải.

Ý nghĩa Thông số kỹ thuật chính của HV Fuse

• Loại cầu chì Fast acting là cầu chì sẽ đứt khi dòng điện tăng độtbiến từ 5-10 lần trong thời gian (1-10)ms Thời gian cắt sẽ nhanhhơn (5-10) lần so với cầu chì thông thường  sử dụng ở mạchđiện tử công suất, nơi dùng nhiều thiết bị bán dẫn.

• Cầu chì Time delay là cầu chì được thiết kế để cho phép dòngđiện qua cầu chì có giá trị lớn hơn so với dòng điện định mứcghi trên cầu chì trong một thời gian ngắn  động cơ và đènhuỳnh quang, vì những thiết bị này khi khởi động sẽ có dòng điệnlớn khởi động hơn so với dòng điện định mức của thiết bị

Ý nghĩa Thông số kỹ thuật chính của HV Fuse

III ÁPTÔMÁT

1 Định nghĩa

• Áptômát là một loại KCĐ đóngcắt, sử dụng ở hệ thống điện hạ áp(<1000V) Tự động cắt mạch khixảy ra sự cố ngắn mạch, quá tải,

III ÁPTÔMÁT

• ACB (Air circuit breaker): Máy cắt không khí, aptomát vạn năng,

dòng định mức đến 6300A, dòng cắt ngắn mạch lớn có thể đến120kA Sản xuất theo tiêu chuẩn IEC60947-2

• MCCB (Moulded Case Circuit Breaker): là aptomat dạng khối,

dòng định mức đến 2500A, thường có dòng cắt ngắn mạch cóthể lên tới 85kA Sản xuất theo tiêu chuẩn IEC60947-2

• MCB (Miniature Circuit Breaker): là aptomat loại tép, dòng định

mức đến 125A, có dòng cắt đến 10kA Sản xuất theo tiêu chuẩnIEC60898-1

• MCB (Miniature Circuit Breaker): ApT nhỏ (tép), 1pha –

1cực, dòng điện đến 125A, bảo vệ ngắn mạch và quá tải

• Không điều chỉnh được ngưỡng tác động bảo vệ

• Sử dụng chủ yếu trong mạng điện dân dụng và mạch điệnđiều khiển công nghiệp

• MCCB (Molded Case Circuit Breaker): ApT vỏ nhựa đúc,

1pha-2cực, 3pha-3cực, 3pha-4cực, dòng điện làm việc phổ biến đến1250A, bảo vệ ngắn mạch, quá tải, rò điện,…

• Có thể điều chỉnh được giá trị dòng điện bảo vệ

• Cho phép điều khiển đóng cắt từ xa (tùy chọn).

• Sử dụng chủ yếu trong mạng điện công nghiệp

MCCB

• ACB (Air Circuit Breaker): ApT vạn năng, 3pha – 3cực, 3pha

– 4cực, dòng điện làm việc đến 6300A

• Rất nhiều chức năng bảo vệ của ACB được thực hiện bằngrơle kỹ thuật số: do người vận hành thiết lập

• Đóng cắt bằng tay thông qua cần truyền động tích năngbằng lò xo, hoặc đóng cắt từ xa bằng động cơ xoay chiều vàcuộn thúc chốt nam châm điện

• Sử dụng trong mạng điện công nghiệp

3 Áptômát – Tính toán chọn lựa

- Nguồn cấp là loại gì?

- Loại ApT tổng hay nhánh?

- Mục đích sử dụng ApT trong mạch điện?

- Điều kiện làm việc và nhiệt

độ môi trường xung quanh?

- Vị trí lắp đặt?

- Loại phụ tải và điều kiện làm việc của phụ tải?

- Các thông số về hệ thống điện: MBA, dây dẫn,…  để tính toán ngắn mạch.

Đặc tính cắt bảo vệ quá tải

và ngắn mạch của ApT

Khả năng mang tải của ApT phụ thuộc vào vị trí lắp đặt

 Tính tổng trở ngắn mạch Zmn

 Xác định dòng điện ngắn mạch Inm

 Chọn dòng cắt ngắn mạch cho Aptômát I cs (I cu )

Các đường cong đặc tính tải

Type B (cat B)

Dòng tác động tối thiểu: 3-5 lần dòng định mức Thường được sử dụng cho tải trở hoặc tải có thành phần cảm ứng rất nhỏ: Các mạch chiếu sáng (phi cảm ứng), Cửa hàng mục đích chung.

Type C (cat C)

Dòng tác động tối thiểu: 5-10 lần dòng định mức Thường được sử dụng cho các tải có thành phần cảm ứng tương đối lớn, các động cơ điện có công suất nhỏ hoặc các loại đèn chiếu sáng đặc biệt, cụ thể: Máy điều hoà, Máy bơm, Máy quạt, Các loại đèn chiếu sáng dùng chấn lưu

X-Type MA (Cat A)

Dòng tác động tối thiểu (Minimum trip current): khoảng 12 lần dòng định mức Thiết bị type MA thường sử dụng để bảo vệ các động cơ có dòng điện khởi động cao.

Type K (cat K)

Dòng tác động tối thiểu (Minimum trip current): từ 8 - 12 lần dòng định mức Thiết bị Type K thường sử dụng để bảo vệ các tải cảm ứng và các tải động cơ có dòng điện khởi động cao.

Type Z (cat Z)

Dòng tác động tối thiểu (Minimum trip current): từ 2 - 3 lần dòng định mức Thiết bị Type Z rất nhạy với ngắn mạch, nên thường được sử dụng để bảo vệ các thiết bị nhạy cảm cao với dòng điện lớn, như thiết bị bán dẫn.

• Tóm tắt các thông số định mức của áptômát:

- Số pha, số cực

- Loại áptômát MCB, MCCB, ACB

- Đặc tính cắt ngắn mạch B, C, D, K, Z, MA

- Ngoài ra xét thêm điều kiện: cắt nhanh, hạn chế dòng ngắn

mạch; bảo vệ dòng điện rò; kết hợp bảo vệ chọn lọc, nối tầng; điều chỉnh được dòng điện tác động bảo vệ; kết nối điều khiển và giám sát từ xa…

ACB

PHẦN MÁY NGẮT CAO ÁP

• Trình bày những khái niệm và các thông số cơ bản trong máy ngắt cao áp.

• Các đặc điểm cơ bản trong các loại máy ngắt cao áp.

• Các thông số định mức của máy ngắt cao áp.

• Các yêu cầu làm việc của máy ngắt cao áp.

I MÁY NGẮT CAO ÁP LÀ GÌ?

• Định nghĩa:

Máy ngắt cao áp là một thiết bị đóng cắt cơ khí, hoạt động ở hệ thống điện trên 1000V và cho phép vận hành ở mọi chế độ, đóng cắt không tải, định mức, sự cố ngắn mạch Máy ngắt cao

áp tự động cắt mạch khi xảy ra sự cố ngắn mạch.

sự cố) khi không có thiết bị điều khiển, bảo vệ lắp kèm.

Kết nối Máy ngắt cao áp với Rơle số

Khi đóng: dùng lực từ các bộ truyền động (cơ cấu lò xo, cơ cấu điện

HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG MÁY NGẮT KHÍ SF6

Hình dáng bên ngoài của máy

Truyền động cơ khí của

Truyền động 3 pha bằng khí nén của máy ngắt siêu cao áp 800kV (ABB)

II CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY NGẮT CAO ÁP

Điện áp định mức Uđm (Un, Ur), kV: là giá trị hiệu dụng của điện

áp dây đặt lên máy ngắt trong khoảng thời gian dài vô hạn không làm hư hỏng cách điện do phóng điện.

Dòng điện định mức Iđm (In , Ir), A: là giá trị hiệu dụng của dòng điện đi qua máy ngắt trong trạng thái đóng ở thời gian dài hạn

mà không làm mạch vòng dẫn điện hỏng do nhiệt.

dòng điện lớn nhất chạy qua máy ngắt trong một khoảng thời gian cho trước mà không làm mạch vòng dẫn điện bị phá hỏng

vì nhiệt.

Dòng điện ổn định điện động Icu (Ip), kA: là giá trị dòng điện lớn nhất đi qua máy ngắt, mà lực điện động do nó sinh ra không phá hỏng kết cấu của máy ngắt.

tức thời của dòng điện xung kích Ixk = 2,55.Inm.

dụng lớn nhất mà máy ngắt có thể ngắt được, và sau lần ngắt đó máy ngắt không bị hỏng, vẫn có thể làm việc cho lần sau.

Trên thực tế, người ta chọn các máy ngắt có Isc > Inm - tại vị trí lắp đặt máy ngắt.

Công suất ngắt định mức Scđm (Sc), MVA: là công suất lớn nhất

mà máy ngắt có thể cắt được tương ứng với giá trị điện áp định

thường.

tác động chậm, bình thường và nhanh.

thuộc vào tính chất tải và nó sẽ ảnh hưởng đến khả năng dập

hồ quang.

máy cắt cao áp từ những năm 70, song song cùng với kỹ thuật cắt trong chân không.

III CÁC LOẠI MÁY NGẮT CAO ÁP

 Với ưu điểm khí SF6 cách điện tốt, kích thước máy nhỏ gọn, dập hồ quang hiệu quả, an toàn tin cậy cao, tuổi thọ lớn, ít phải bảo dưỡng  máy ngắt khí SF6 được chế tạo và sử dụng

ở mọi cấp điện áp từ 3kV đến 800kV, dòng điện đến 10.000A.

- Thế hệ thứ nhất của máy ngắt SF6 : được chế tạo theo nguyên

lý 2 áp suất thấp và cao, tương tự như máy ngắt không khí nén.

thổi để nhanh chóng dập tắt hồ quang và sau đó khí này lại được quay trở về bình nén áp suất cao.

1 MÁY CẮT KHÍ SF 6

- Máy ngắt kiểu này lần đầu tiên được sản xuất năm 1959 của hãng Westinghouse (Mỹ) với điện áp làm việc 230kV, dòng cắt 25kA; áp suất khí vận hành là 2at, còn khi dập hồ quang áp suất khí nén lên 17at.

- Nhược điểm của loại máy ngắt này là kích thước lớn, cần

có thêm thiết bị hâm nóng bình khí SF6 có áp suất cao để tránh hóa lỏng, đồng thời khả năng rò rỉ khí SF6 ở bình nén

áp suất cao rất dễ xảy ra.

- Thế hệ thứ hai của máy ngắt SF6 : được ra đời vào cuối những năm 70, làm việc trên nguyên tắc một áp suất nén nên chỉ có một buồng cắt chứa khí SF6.

- Việc dập tắt hồ quang được thực hiện bởi hiệu ứng thổi

hồ quang trong buồng cắt kiểu pitton-xylanh.

- Trong quá trình cắt, do sự chuyển động của pitton

mà áp suất khí SF6 trong xylanh tăng lên Khi hành trình chuyển động đủ, áp suất khí lớn sẽ đẩy qua miệng thổi, thổi vào vùng hồ quang cháy và nhanh chóng dập tắt nó.

Máy ngắt SF6 thế hệ thứ hai, dập hồ quang kiểu pitton-xylanh

a) Trạng thái đóng; b) Bắt đầu mở; c) Hồ quang phát sinh và

đang được dập tắt; d) Mở hoàn toàn

- Để có được áp lực khí nén tạo ra lớn, thì loại máy ngắt này yêu cầu kích thước buồng dập lớn, vận tốc chuyển động của tiếp điểm động lớn khoảng 3 đến 6 m/s.

- Nhược điểm của loại máy ngắt này là tiêu tốn năng lượng cho truyền động piston-xylanh lớn, vì thế gây ra xung lực đóng cắt lớn, ảnh hưởng đến kết cấu của máy ngắt.

- Để khắc phục, người ta có thể sử dụng kết hợp với cuộn

thổi từ (tuy nhiên tăng kích thước buồng cắt).

- Thế hệ thứ ba của máy ngắt SF6 : được ra đời sau đó nhằm khắc phục các nhược điểm trên để đạt được kích thước buồng cắt nhỏ gọn và năng lượng truyền động bé vì

nó chỉ dùng để thực hiện các chuyển động tiếp điểm.

- So với thế hệ thứ hai ở cùng công suất cắt, máy ngắt này chỉ sử dụng khoảng 20% năng lượng cho bộ truyền động, nên kích thước giảm nhiều, tăng được tuổi thọ cho máy ngắt.

Máy ngắt SF 6 thế hệ thứ ba, dập hồ quang theo kiểu tự thổi

a)Trạng thái đóng; b) Trạng thái mở; c)

Cắt dòng nhỏ; d) cắt dòng lớn

- Khi cắt dòng điện lớn, năng lượng hồ quang lớn sẽ đốt nóng khí SF6 trong buồng nén chính, áp suất khí tăng cao dẫn tới các van một chiều trên tự động đóng lại còn các van dưới mở ra.

- Khi miệng thổi được giải phóng, áp lực khí trong buồng nén chính sẽ thổi vào thân hồ quang và dập tắt nó.

- Khi cắt dòng điện nhỏ, năng lượng hồ quang thấp, áp suất trong buồng nén chính bé, van trên không đủ lực duy trì đóng nên buồng nén chính và buồng nén phụ thông nhau, van dưới đóng Do đó, việc thổi hồ quang chủ yếu do hiệu ứng pitson- xylanh tạo nên.

Hình dáng bên ngoài của

máy ngắt chân không loại

Truyền động và điều khiển của máy ngắt bằng lò xo cơ khí

Hình dáng bên ngoài

của máy ngắt chân

không loại 24kV của

hãng ABB

MÁY NGẮT EVOLIS – MERLIN GERIN

MÁY CẮT CHÂN KHÔNG 3AH - SIEMENS

MÁY CẮT CHÂN KHÔNG 3AE - SIEMENS

BUỒNG DẬP CHÂN KHÔNG

Ứng dụng của máy cắt chân không

• Kỹ thuật cắt này cho phép sản xuất ra các thiết bị với độ bền điện lớn và chịu đựng TRV trong đóng cắt cao, được dùng khá phổ biến trong môi trường trung áp, với khả năng cắt tới 75kA -> bảo vệ quá nhiệt cho cáp và đường dây không, máy biến

áp, các bộ tụ điện, động cơ và cuộn kháng cao áp.

• Các thiết bị đóng cắt chân không với điện áp tới 72,5kV, dòng điện định mức từ 200÷2500A và khả năng cắt nhỏ hơn

3 NGUYÊN TẮC CHUNG VỀ TN & BD MÁY CẮT (MC)

A/.Các quy định về thí nghiệm và bảo dưỡng MC

a/ Công việc thí nghiệm và bảo dưỡng được thực hiện bởi kỹthuật viên chuyên nghiệp có hiểu biết chi tiết về đặc tính kỹ thuậtcủa tủ, đã được huấn luyện và đào tạo sửa chữa các máy cắtchân không, có hiểu biết về các qui trình an toàn, các cảnh báotrong hướng dẫn vận hành của nhà chế tạo hoặc công việc chỉđược thực hiện dưới sự giám sát hướng dẫn của các nhân viênnày

b/ Các quy định về thí nghiệm và bảo dưỡng thực hiện theo quy

định của nhà chế tạo và căn cứ vào Quy định về thời hạn, hạngmục, khối lượng thí nghiệm định kỳ cho thiết bị nhất thứ