Tính toán ngắn mạch khí cụ điện bảo vệ

Microsoft PowerPoint CHUONG 7 2 Ngan mach Cac khi cu bao ve ppt 1 CHÖÔNG 7 TÍNH TOAÙN NGAÉN MAÏCH KHÍ CUÏ ÑIEÄN BAÛO VEÄ 2 7 1 TÍNH TOAÙN NGAÉN MAÏCH Ngaén maïch laø hieän töôïng vì lyù do naøo ñoù maïch ñieän bò chaäp laïi 1 ñieåm naøo ñoù laøm cho toång trôû nhoû ñi vaø doøng ñieän trong maïch taêng leân ñoät ngoät � Haäu quaû Phaù hoûng keát caáu cuûa thieát bò ñieän, gaây chaïm chaäp chaùy noå Laøm nhieät ñoä leân cao phaù huyû caùch ñieän cuõng gaây ra chaùy noå phaù huyû thieát bò Coù nhie.

Trang 1

CHƯƠNG 7

TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

- KHÍ CỤ ĐIỆN BẢO VỆ

Trang 2

7.1 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

Ngắn mạch là hiện tượng vì lý do nào đó mạch điện bị chập lại 1 điểm nào đó làm cho tổng trở nhỏ đi và dòng điện trong mạch tăng lên đột ngột Hậu quả :

- Phá hỏng kết cấu của thiết bị điện, gây chạm chập cháy nổ

- Làm nhiệt độ lên cao phá huỷ cách điện cũng gây ra cháy nổ pháhuỷ thiết bị

Có nhiều dạng ngắn mạch :

- Ngắn mạch 3 pha

- Ngắn mạch 2 pha

- Ngắn mạch 1 pha chạm đất

Thông thường, ngắn mạch 3 pha là nguy hiểm nhất ⇒ tính toán

ngắn mạch 3 pha để xác định khả năng cắt của thiết bị bảo vệ, kiểm

Trang 3

1/ Dòng ngắn mạch tại ngõ ra của MBA trung / hạ thế :

với

6 6

800 ÷ 3200

6 4

50 ÷ 70

MBA khô MBA dầu

UN(%)

Sđm(KVA)

- IN (A) dòng ngắn mạch

- Iđm (A) : dòng định mức thứ cấp MBA

- Sđm (KVA): công suất định mức của

Trang 4

1/ Dòng ngắn mạch tại ngõ ra của MBA trung / hạ thế :

Trang 5

2/ Dòng ngắn mạch tại các điểm trong mạng hạ thế :

Dòng ngắn mạch 3 pha tại 1 điểm trong mạng hạ thế được tính nhưsau :

với : U20 : điện áp không tải (hở mạch) của máy biến áp

ZT : tổng trở từ thượng nguồn đến điểm ngắn mạch

a) R, X, Z của thượng nguồn trung thế MV tính về trung thế :

- SN(KVA) : công suất ngắn mạch tại đầu trung thế (qui định theo quốc gia)

- U20(V): điện áp thứ cấp hở mạch

Ở VN : SN = 500MVA ⇒ Nếu U20 = 400 V ⇒ Ta có :

Z = 0,32 (mΩ) X = 0,318 (mΩ) R = 0,032 (mΩ)

Trang 6

b) R, X, Z của Máy Biến Áp:

VD : cho MBA có 320KVA; 22kV/0.4kV; có UN(%)=4(%); PN = 3900W Tính Ztr, Rtr và Xtr

Sđm(KVA); U(V); PN(W); Iđm(A); Ztr, Rtr, Xtr (mΩ)

Trang 7

c) R, X của CB (Circuit Breaker, máy cắt hạ áp, áptomat)

Với mỗi CB : Rcb ≈ 0 Xcb = 0,15 (mΩ)

d) Thanh cái (Tại tủ điện):

Rtc = 0 Xtc = 0,15 L X(mΩ); L(m): chiều dài thanh cáie) Đường dây :

L S

R

L S

22 :

.

5 ,

22 :

=

= nhôm

Dây

đồng Dây

R, X (mΩ); L(m) Sph(mm2)

Sph < 50mm2 : X = 0

Sph ≥ 50mm2 : X = 0,08 L

Trang 8

3/ Phương pháp hợp thành

Dùng để tính nhanh (gần đúng) dòng ngắn mạch tại một điểm khi đã biết dòng ngắn mạch tại thượng nguồn của nó

VD : Tính I trên hình vẽ

Trang 9

7.2 KHÍ CỤ ĐIỆN BẢO VỆ

Trang 11

1 CẦU CHÌ (Fuse)

Cầu chì, còn gọi là cầu chảy, mắc nối tiếp với mạch điện cần bảo

vệ Khi có dòng điện lớn đi qua cầu chì bị nóng chảy và cắt mạch điện

1 Cấu tạo :

Gồm 3 phần chính : đế, vỏ và dây chảy

- Dây chảy là bộ phận chính làm bằng chì, thiếc, đồng, thau bạc hay nikel

- Cầu chì dạng hở thì không có vỏ Cầu chì dạng hở và nửa kín

có thể thay dây chảy bởi người sử dụng

- Vỏ cầu chì bằng nhựa, gốm, sứ hoặc thuỷ tinh Cầu chì có dòng định mức lớn còn có chất nhồi trong vỏ để hạn chế hồ quang

- Cầu chì có nhiều dạng phân biệt theo kết nối giữa cầu chì và

Trang 12

Trang 13

Cầu chì hạ áp được chế tạo theo tiêu chuẩn IEC 60269

2/ Phân loại và đặc tính cầu chì :

VD : loại gG, gM, aM, gD, gN, gU, gR, gS

Chữ thứ nhất :

g (general) : cầu chì thông dụng có phạm vi cắt toàn thang

a : cầu chì dự phòng hay cầu chì có phạm vi cắt phân thang (partial range) Phạm vi cắt theo nhà sản xuất.

Trang 14

2/ Phân loại và đặc tính cầu chì :

Chữ thứ hai : liên quan chỉ công dụng

G (general) thông dụng

M (motor) dùng cho động cơ

D (delay) có trễ

N (Non-delay) cắt nhanh

U (Utility) dùng cho điện lực

S (Semiconductor) dùng cho thiết bị bán dẫn

R (Radio) dùng cho thiết bị vô tuyến

Trang 15

c) Dòng không nóng chảy qui ước I nf (A) : là trị số mà tại đó cầu

chì có thể dẫn trong một thời gian ấn định t c (conventional)

d) Dòng nóng chảy qui ước I f (A) : là trị số mà tại đó cầu chì sẽ

tác động trong một thời gian ấn định t c (conventional)

Trang 16

3/ Thông số kỹ thuật :

Trang 17

Trang 18

e) Thời gian tiền hồ quang T f (s) (Pre

arching time)

Là thời gian khi dòng điện đủ lớn

cho cầu chì chảy cho tới khi bắt đầu có

hồ quang

f) Thời gian hồ quang T a (s) : là thời

gian khi mới bắt đầu có hồ quang cho

đến khi hồ quang tắt hẳn

g) Thời gian tác động T tc (s) : là tổng

thời gian tf+ta

Trang 19

- Khi I ≤ k1.In cầu chì chưa

chảy trong thời gian xác định

trên đường cong quá tải

- Khi k1.In ≤ I ≤ k2.In cầu chì

có thể chảy trong thời gian

lớn hơn đặc tuyến tiền hồ

Trang 20

5/ Công dụng của cầu chì

- Cầu chì chống quá tải kém, nên phải thường dùng kèm thêm KCĐ bảo vệ khác (CB, rơle nhiệt )

- Sử dụng cầu chì gG mà không có KCĐ hạn dòng khác thì phải tính cỡ dây tải điện lớn hơn 1 cỡ để tránh dòng quá tải yếu kéo dài

- Cầu chì aM chỉ bảo vệ ngắn mạch (If = 4 In), không có công dụng bảo vệ quá tải, nên bắt buộc phải dùng kèm với KCĐ bảo vệquá tải

*Thực tế, mỗi loại cầu chì của hãng đều có bảng tham khảo đặc tính để người dùng lựa chọn.

Trang 21

6/ Chọn cầu chì

a) Mạch thông thường (sinh hoạt, chiếu sáng )

Cầu chì được chọn theo 2 điều kiện :

U n ≥ U lđ (Ulđ : điện áp lưới điện)

Trang 22

I mm = K mm Iđm : dòng mở máy của động cơ (Kmm: hệ số mở máy)

α = 2,5 động cơ mở máy nhẹ hoặc không tải (máy bơm)

Trang 23

I tt : dòng tính toán tổng của nhóm động cơ

I mm-max : dòng mở máy của động cơ có dòng mở máy lớn nhất trong nhóm

(K u Iđm ) : tương ứng với động cơ có dòng mở máy lớn nhất

α : tuỳ theo tính chất của động cơ lớn nhất nói trên

*Chú ý : với cầu chì loại aM thì không cần kiểm tra điều kiện 2

Trang 24

5.1 CẦU CHÌ (Fuse)

BÀI TẬP

Cho sơ đồ mạch điện như hình vẽ, có số liệu như trong bảng sau Toàn

bộ thiết bị được sử dụng điện áp 3pha 380V Hãy tính toán và lựa chọn cầu chì bảo vệ cho 4 đoạn dây Cho biết động cơ là loại mở máy non tải

Hệ số sử dụng K u

Hệ số mở máy (K mm )

Hệ số công suất (cosϕϕϕ)

Trang 25

2 MÁY CẮT HẠ THẾ (CB-Circuit Breaker)

CB là loại KCĐ bảo vệ thông dụng nhất trong hệ thống điện.

CB thường được sử dụng trong các mạch điện hạ áp có điện

áp định mức tới 660V xoay chiều và 330V một chiều, dòng điện định mức tới 6000A

Công dụng của CB là tự động cắt mạch điện khi có sự cố quá tải, ngắn mạch (Các CB công nghiệp có thể tích hợp thêm chức năng chống quá áp, thấp áp, chống dòng rò v.v )

Ngoài ra CB còn được dùng để đóng cắt không thường xuyên các mạch điện làm việc ở chế độ định mức.

Trang 26

1 Cấu tạo :

CB gồm những bộ

phận chính : hệ thống

tiếp điểm, hệ thống

dập hồ quang, cơ cấu

truyền động, cơ cấu

bảo vệ, cần gạt bằng

tay.

Trang 27

1 Cấu tạo :

Cơ cấu bảo vệ trong 1 CB có thể gồm 1 hoặc 2 loại :

- Rơle nhiệt : theo nguyên lý bộ lưỡng kim nhiệt, tác động chậm, dùng để bảo vệ quá tải.

Trang 28

bị cắt và dòng điện ngoài cũng ngắt.

Trang 29

2 Phân loại :

CB có các loại sau :

a) CB khổ nhỏ MCB: (Miniature Circuit Breaker)

Có kích thước nhỏ, lắp đặt trên ray, với dãy định mức (A) : (6),

10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, (80)

Trang 30

Trang 31

ACB của hãng ABB

Trang 32

3 Tiêu chuẩn :

Các CB đạt chuẩn hiện nay được chế tạo với 2 tiêu chuẩn thống nhất là IEC 60898 và IEC 60947-2

a) CB theo tiêu chuẩn IEC 60898 : CB dân dụng, có 3 type :

- Type B : được dùng cho ứng dụng gia dụng và những lắp đặt thương mại không có dòng xung chuyển mạch.

- Type C : được dùng cho các ứng dụng thương mại, công nghiệp

có nhiều đèn huỳnh quang, động cơ nhỏ, tải điện cảm, có dòng xung chuyển mạch.

- Type D : được dùng cho những ứng dụng có dòng khởi động

Trang 33

3 Tiêu chuẩn :

b) CB theo tiêu chuẩn IEC 60947-2 :

Được dùng trong công nghiệp và những ứng dụng tương tự Chia làm 2 loại :

- Category A (Cat A) : là CB chế tạo không chủ định phối hợp ngắt chọn lọc với những khí cụ hạ nguồn (phía tải) không có delay.

- Category B (Cat B) : là CB được chế tạo với chủ định có thể phối hợp ngắt chọn lọc với những khí cụ hạ nguồn Những loại này có bao gồm đặc tính thời gian trễ (STD : Short time delay)

Trang 34

4 Các thông số kỹ thuật của CB:

Trang 35

d) Kích thước khung (frame size)

Một kích thước khung của CB trong sản xuất có thể lắp với các bộ rơle quá dòng khác nhau, cho vài cỡ định mức khác nhau trong dãy sản phẩm

VD : cùng một frame-size NS630N của hãng Schneider có thể dùng cho các MCCB có dòng định mức In từ 150 đến 630A.

Trang 36

e) Ngưỡng dòng tác động của rơle quá tải : Irth hay Ir (A)

Là dòng tối đa mà CB có thể hoạt động mà không ngắt Đó chính

là dòng chỉnh định của rơle nhiệt trong CB.

- Đối với CB công nghiệp (IEC 60947-2) : một số CB có khả năng chỉnh dòng tác động quá tải :

+ Ir = 0,7 In ÷ In dùng rơle nhiệt thông thường + Ir = 0,4 In ÷ In dùng rơle điện tử.

Trang 37

f) Ngưỡng dòng tác động của rơle ngắn mạch : Im (A)

Trang 38

Các đặc tuyến của CB dân dụng IEC 60898, type B, C, D

Trang 39

CB công nghiệp (IEC 60947-2):

*Cat A :

- Loại cố định : 7 đến 10 lần In

- Loại điều chỉnh được ngưỡng thấp : 2 đến 5 lần In

- Loại điều chỉnh được ngưỡng cao : 5 đến 10 lần In

Trong khoảng ngưỡng tác động, mức thấp được gọi là dòng duy trì

Ih (hold) và mức cao được gọi là dòng tác động It (trip).

*Cat B :

Gọi là Icw (không gọi là Im) : điều chỉnh được và có thời gian trì

hoãn.

Trang 40

Trang 41

g) Khả năng cắt dòng ngắn mạch cực đại Icu (Rated ultimate

short-circuit breaking capacity)

Là trị số dòng sự cố kỳ vọng theo tính toán Dòng điện qua CB không nên vượt qua trị số này

h) Khả năng cắt dòng ngắn mạch làm việc Ics(kA)

Ics là mức dòng cắt tác động lớn nhất mà sau đó CB có thể tiếp tục làm việc mà không mất các đặc tính vận hành.

Ics được áp dụng cho những sự cố ngắn mạch có thể xảy ra trong thực tế.

Icu là trị số dòng sự cố tối đa trên lý thuyết.

Trang 42

* Với CB IEC 60898 : Ics tuỳ thuộc vào Icu

Trang 43

5 Tác động của CB:

a) Tác động ngắt bảo vệ quá tải:

CB IEC 60947-2 : khi dòng qua CB là Ia

- Nếu Ia ≤ Int = 1,05 Ir ⇒ thời gian tác động của CB ≥ Tc

- Nếu Ia ≥ It = 1,3 Ir ⇒ thời gian tác động của CB ≤ Tc

Với :

In ≤ 63A thì Tc = 1 giờ

In > 63A thì Tc = 2 giờ.

CB IEC 60898 : khi dòng qua CB là Ia

- Nếu Ia ≤ Int = 1,13 Ir ⇒ thời gian tác động của CB ≥ 1 giờ.

- Nếu Ia ≥ It = 1,45 Ir ⇒ thời gian tác động của CB ≤ 1 giờ.

Trang 44

a) Tác động ngắt bảo vệ quá tải:

*Khi dòng điện qua CB lớn hơn dòng It và nhỏ hơn dòng tác động của rơle bảo vệ ngắn mạch Im (3In đối với CB 60898 và 7In đối với

CB 60947-2), CB sẽ tác động phụ thuộc vào đặc tuyến dòng điện

Thời gian này được gọi là thời gian trễ dài hạn LTD (long time

delay)

Tác động bảo vệ quá tải có sai số dòng điện 10%.

Trang 45

b) Tác động ngắt bảo vệ ngắn mạch:

Khi dòng điện qua CB đến trị số dòng ngưỡng bảo vệ ngắn mạch

Im (5In đối với CB IEC 60898 type B, 10In đối với CB IEC 2), CB sẽ tác động trong một thời gian gọi là thời gian trễ ngắn hạn STD (short time delay)

60947-Thời gian này nhỏ hơn 1 giây, xác định trên đặc tuyến dòng điện – thời gian của CB ở vùng cận Im.

Trang 46

6 Lựa chọn CB :

- Dòng định mức của CB : In > Itt

Với : Itt : dòng điện tính toán của mạch cần bảo vệ

In : dòng định mức của CB.

* Đối với mạch thông thường : In = 1,1 Itt

* Đối với mạch động cơ : In = 1,6 ÷÷÷÷ 2,2 Itt (có thể chọn In=1,7 Ia)

- Dòng cắt ngắn mạch : Ics ≥ IN

với : Ics – khả năng cắt dòng ngắn mạch làm việc của CB

Trang 47

a) Các nguyên tắc lựa chọn CB :

Lựa chọn CB cho 1 ứng dụng cụ thể dựa trên các yếu tố :

- Các đặc tính điện cần thiết cho mạch mà nó bảo vệ.

- Môi trường : nhiệt độ môi trường, nơi lắp đặt

- Những yêu cầu về dòng cắt ngắn mạch.

- Những chỉ tiêu vận hành : ngắt chọn lọc, điều khiển từ xa, chỉ thị, tiếp điểm phụ, cuộn cắt phụ, đấu nối,

- Qui phạm lắp đặt (cụ thể : bảo vệ con người, )

- Đặc tính của phụ tải: động cơ, đèn huỳnh quang,

Trang 48

b) Lựa chọn theo nhiệt độ môi trường:

Đồ thị hiệu chỉnh In của MCB theo nhiệt độ môi trường và điều kiện lắp đặt.

Trang 49

7 Phối hợp CB :

a) Kỹ thuật phân tầng (Cascadity)

Một số CB hiện đại có đặc tính hạn dòng Khi đó, trong tất cả các mạch

hạ lưu của CB đó, những khí cụ đóng cắt cho phép chọn khả năng cắt dòng ngắn mạch Ics thấp hơn nhiều so với dòng ngắn mạch tính toán (kỳ vọng)Thiết bị rẻ hơn Các CB cùng hãng xem dữ liệu phân tầng trong cataloge

Trang 50

b) Kỹ thuật chọn lọc (Discrimination)

• Khi có sự cố : quá tải, ngắn mạch ,

chỉ CB gần nhất tác động Đảm bảo tính liên tục cấp điện.

Trang 51

Trang 52

Để đơn giản, các hãng đều cung cấp dữ liệu cắt chọn lọc trong cataloge

Trang 53

BÀI TẬP

hiệu suất 85%, hệ số công suất = 0,8; bội số dòng khởi động Kmm=5

hệ số sử dụng 0,85 Chọn CB phù hợp (Không xét đến dòng ngắn mạch)

3 dãy phố Biết công suất tính toán: dãy 1 = 10 kW, cosϕ = 0,8 Dãy 2

= 8 kW, cosФ = 0,85 Dãy 3 = 10 kW, cosϕ = 0,9 Hệ số đồng thời khi đấu cùng lúc 3 tủ = 0,9 Tính 4 CB (Không xét đến dòng ngắn mạch)

Trang 54

3 KHÍ C Ụ DÒNG DƯ (RCD)

RCD (Residual Current Device) là khí cụ bảo vệ theo dòng điện dư (dòng rò), được sản xuất theo tiêu chuẩn IEC 61008-1 và IEC 61009-1

Nguyên lý làm việc :

Khi có dòng điện dư vượt

qua một ngưỡng, thường là

trên ½ giá trị định mức, thì

cơ cấu của RCD sẽ tác động,

làm ngắt mạch cung cấp

điện

Trang 55

1 Cấu tạo :

Cấu tạo RCD 1P+N

Trang 56

2 Thông số kỹ thuật :

a) Dòng dư tác động định mức I∆∆∆n (mA)

Là trị số của dòng điện dư (theo tính toán của nhà SX) làm cho RCD tác

động

I∆n có thể có những trị số từ rất nhạy :10mA; 30mA; 50mA; 100mA, 300mA; 500mA; 1A; 3A

b) Dòng điện định mức In (A):

Là khả năng chịu dòng của mạch động lực.

*Lưu ý : RCD không bảo vệ quá tải và ngắn mạch nếu dòng cao hơn In thì RCD sẽ hỏng chứ không tác động

c) Khả năng dòng cắt Ics (kA):

Trang 57

3 Phân loại RCD:

RCD là tên gọi chung của tất cả khí cụ bảo vệ theo dòng dư RCD cónhiều loại khác nhau :

a) RCCB (Residual Current Circuit Breaker): ngắt mạch dòng dư, hay

còn gọi là CB rò đất ELCB (Earth Leakage CB) chỉ là khí cụ bảo vệ dòng dư đơn thuần

- RCCB có các loại 2 cực (1P+N), 4 cực (3P+N), 3 cực (chỉ dùng cho động cơ 3 pha hoặc tải 3 pha không dùng dây trung tính)

- I∆n : 10mA; 30mA; 100mA; 300mA; 500mA; 1A

- In : từ 16A đến 200A tuỳ hãng

Định dạng
Số trang	61
Dung lượng	1,65 MB