Trong phạm vi đồ án: “Tính toán bảo vệ dòng điện cắt nhanh, bảo vệ dòng điện cực đại và bảo vệ dòng điện thứ tự không cho đường dây cung cấp điện L và L ” trình bày về cách tính toán, cà
PHẦN LÝ THUYẾT
Khi thiết kế hoặc vận hành hệ thống điện, cần chú ý đến khả năng phát sinh hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường.
Ngắn mạch là loại sự cố có thể xảy ra và nguy hiểm nhất trong hệ thống điện. Hậu quả của ngắn mạch là:
-Làm giảm thấp điện áp ở phần lớn của hệ thống điện
-Phá hủy các phần tử sự cố bằng tia lửa điện.
-Phá hủy các phần tủ có dòng điện ngắn mạch chạy qua do tác dụng của nhiệt và cơ.
- Phá vỡ sự ổn định của hệ thống.
Trong hệ thống điện, tình trạng quá tải có thể gây ra hư hỏng nghiêm trọng khi dòng điện tăng cao, làm nhiệt độ các phần dẫn điện vượt quá giới hạn cho phép, dẫn đến sự lão hóa và hư hỏng cách điện Để duy trì hoạt động liên tục của hệ thống mà không gặp sự cố, cần có thiết bị phát hiện hư hỏng nhanh chóng, giúp nhận diện và cắt các phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống Thiết bị này được thực hiện thông qua các rơ le tự động, được gọi là thiết bị bảo vệ rơ le.
Thiết bị bảo vệ rơ le có nhiệm vụ chính là tự động cắt phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống điện, đồng thời ghi nhận và phát hiện các tình trạng làm việc không bình thường Tùy thuộc vào mức độ sự cố, bảo vệ rơ le có thể tác động hoặc gửi tín hiệu để cắt máy cắt, đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.
1.2 Các yêu cầu đối với bảo vệ rơle
Cắt nhanh phần tư bị ngắn mạch giúp hạn chế mức độ phá hoại và giảm thời gian tụt thấp điện áp ở các hộ tiêu thụ, từ đó giữ ổn định cho hệ thống điện Để giảm thời gian cắt ngắn mạch, cần giảm thời gian tác động của thiết bị bảo vệ rơ le Tuy nhiên, trong một số trường hợp, yêu cầu tác động nhanh có thể không đáp ứng được yêu cầu chọn lọc, dẫn đến mâu thuẫn giữa hai yêu cầu này Do đó, cần xem xét kỹ lưỡng hai yêu cầu này tùy theo điều kiện cụ thể.
Tính chọn lọc là khả năng của hệ thống bảo vệ trong việc phát hiện và loại trừ chính xác các phần tử gặp sự cố Nguyên lý làm việc của tính chọn lọc có thể được phân loại rõ ràng.
NHIỆM VỤ VÀ CÁC YÊU CẦU BẢO VỆ RƠLE
Nhiệm vụ của bảo vệ rơle
Khi thiết kế hoặc vận hành hệ thống điện, cần chú ý đến khả năng phát sinh hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường.
Ngắn mạch là loại sự cố có thể xảy ra và nguy hiểm nhất trong hệ thống điện. Hậu quả của ngắn mạch là:
-Làm giảm thấp điện áp ở phần lớn của hệ thống điện
-Phá hủy các phần tử sự cố bằng tia lửa điện.
-Phá hủy các phần tủ có dòng điện ngắn mạch chạy qua do tác dụng của nhiệt và cơ.
- Phá vỡ sự ổn định của hệ thống.
Trong hệ thống điện, tình trạng quá tải có thể xảy ra, dẫn đến dòng điện tăng cao và nhiệt độ các phần dẫn điện vượt quá giới hạn cho phép, gây hư hỏng cách điện Để duy trì hoạt động liên tục và bảo vệ các phần tử không bị hư hỏng, cần sử dụng thiết bị phát hiện hư hỏng nhanh chóng, giúp phát hiện và cắt các phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống Thiết bị này được thực hiện thông qua các rơ le tự động, được gọi là thiết bị bảo vệ rơ le.
Thiết bị bảo vệ rơ le có nhiệm vụ chính là tự động cắt phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống điện, đồng thời ghi nhận và phát hiện các tình trạng làm việc không bình thường Tùy thuộc vào mức độ sự cố, bảo vệ rơ le có thể tác động hoặc gửi tín hiệu để cắt máy cắt, đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.
Các yêu cầu đối với bảo vệ rơle
Cắt nhanh phần tư bị ngắn mạch giúp hạn chế mức độ phá hoại và giảm thời gian tụt thấp điện áp ở các hộ tiêu thụ, từ đó giữ ổn định cho hệ thống điện Để đạt được điều này, cần giảm thời gian tác động của thiết bị bảo vệ rơ le Tuy nhiên, trong một số trường hợp, yêu cầu tác động nhanh có thể mâu thuẫn với yêu cầu chọn lọc, do đó cần xem xét kỹ lưỡng hai yêu cầu này trong từng điều kiện cụ thể.
Tính chọn lọc là khả năng của hệ thống bảo vệ trong việc phát hiện và loại trừ chính xác các phần tử gặp sự cố Nguyên lý làm việc của tính chọn lọc có thể được phân loại thành nhiều dạng khác nhau.
Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối chỉ hoạt động khi có sự cố xảy ra trong một khu vực cụ thể, không thực hiện nhiệm vụ dự phòng cho các bảo vệ ở các khu vực lân cận.
Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối không chỉ thực hiện nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng mà còn có khả năng thực hiện chức năng dự phòng cho các phần tử lân cận.
Độ nhạy: Độ nhạy đặc trưng cho khả năng cảm nhận sự cố của rơle hoặc hệ thống bảo vệ, nó được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy k I
2 : đối với bảo vệ chính k n
5 : đối với bảo vệ dự phòng
Độ tin cậy: là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng, chắc chắn.
Độ tin cậy tác động là khả năng duy trì hoạt động chính xác của hệ thống khi xảy ra sự cố, trong phạm vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ.
Độ tin cậy không tác động là khả năng duy trì hoạt động chính xác trong điều kiện vận hành bình thường, cũng như khi xảy ra sự cố ngoài phạm vi bảo vệ đã được quy định.
Tính kinh tế là yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn thiết bị bảo vệ cho lưới điện trung và hạ áp, do số lượng phần tử cần bảo vệ lớn Yêu cầu kỹ thuật đối với thiết bị này không cao như ở các nhà máy điện lớn hoặc lưới truyền tải cao áp và siêu cao áp Do đó, cần chú ý đến việc đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật với chi phí thấp nhất.
CÁC NGUYÊN TẮC BẢO VỆ RƠ LE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
Bảo vệ quá dòng điện
Bảo vệ quá dòng điện là hệ thống bảo vệ hoạt động khi dòng điện vượt quá mức cho phép của phần tử được bảo vệ Theo nguyên tắc đảm bảo tính chọn lọc, bảo vệ quá dòng điện được chia thành hai loại.
-Bảo vệ dòng điện cực đại.
-Bảo vệ dòng điện cắt nhanh.
Bảo vệ dòng điện cực đại là hệ thống bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc thông qua việc điều chỉnh thời gian hoạt động theo nguyên tắc từng cấp Cụ thể, thời gian tác động sẽ lớn hơn đối với các thiết bị bảo vệ gần nguồn cung cấp.
Bảo vệ dòng điện cắt nhanh là hệ thống bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách thiết lập giá trị dòng điện tác động lớn hơn giá trị dòng điện ngắn mạch tối đa bên ngoài.
Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất bé
Bảo vệ quá dòng sử dụng bộ lọc thứ tự không nhằm loại bỏ thành phần thứ tự không của dòng 3 pha Khi xảy ra ngắn mạch 1 pha chạm đất, dòng thứ tự không sẽ xuất hiện vào rơ le Nếu giá trị dòng này vượt quá ngưỡng cài đặt của rơ le, máy cắt sẽ được kích hoạt để ngắt điện.
Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất lớn
Bảo vệ này sử dụng dòng điện làm việc vào rơ le, được tính từ dòng tổng của 3 BI ở 3 pha Khi xảy ra ngắn mạch 1 pha, dòng vào rơ le bao gồm 3 lần thành phần dòng thứ tự không và thành phần dòng không cân bằng Dòng khởi động của rơ le được chọn lớn hơn dòng không cân bằng tính toán nhân với một hệ số k Do đó, khi có ngắn mạch 1 pha chạm đất, dòng vào rơ le sẽ lớn hơn dòng khởi động, dẫn đến việc bảo vệ tác động cắt máy cắt Trong trường hợp xảy ra các loại ngắn mạch khác, thành phần 3 I không tồn tại và rơ le sẽ không tác động.
Bảo vệ so lệch dòng điện
Bảo vệ so lệch dòng điện hoạt động dựa trên nguyên tắc so sánh biên độ dòng điện tại hai đầu của phần tử được bảo vệ Khi sự sai lệch giữa hai biên độ này vượt quá giá trị quy định, hệ thống bảo vệ sẽ tự động kích hoạt.
Bảo vệ khoảng cách
Bảo vệ khoảng cách sử dụng rơ le tổng trở, với thời gian làm việc phụ thuộc vào mối quan hệ giữa điện áp U, dòng điện I và góc pha giữa chúng.
Thời gian làm việc của bảo vệ tự động tăng khi khoảng cách từ vị trí đặt bảo vệ đến khu vực cần bảo vệ tăng lên Bảo vệ được đặt gần chỗ hư hỏng nhất sẽ có thời gian làm việc ngắn nhất.
Bảo vệ dòng điện có hướng
Bảo vệ này hoạt động dựa trên giá trị dòng điện tại điểm nối rơ le và góc pha giữa dòng điện với điện áp trên thanh góp Chức năng của bảo vệ là cung cấp thông tin cho rơ le để thực hiện các biện pháp bảo vệ cần thiết.
Khi dòng điện vào rơ le vượt quá giá trị đã được cài đặt và góc pha phù hợp, rơ le sẽ kích hoạt 3 động tác để bảo vệ đường dây khỏi tình trạng ngắn mạch.
Bảo vệ dòng điện có hướng là việc bảo vệ dòng điện cực đại, kết hợp với bộ phận hoạt động dựa trên góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp vào rơ le.
NHIỆM VỤ, SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC, THÔNG SỐ KHỞI ĐỘNG VÀ VÙNG TÁC ĐỘNG CỦA TỪNG BẢO VỆ ĐẶT CHO ĐƯỜNG DÂY
Bảo vệ quá dòng có thời gian
-Nhiêm vụ: Dùng để bảo vệ cho các lưới hở có 1 nguồn cung cấp, chống ngắn mạch giữa các pha.
-Sơ đồ nguyên lý làm việc: Chia làm 2 loại
+Bảo vệ quá dòng có đặc tính thời gian độc lập
-Đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc từng cấp Bảo vệ gần nguồn có thời gian làm việc chậm nhất
Giá trị dòng điện khởi động của bảo vệ I trong trường hợp này được xác địnhKĐ bởi:
Ilvmax là dòng điện làm việc lớn nhất, trong khi kat là hệ số an toàn nhằm đảm bảo rằng thiết bị bảo vệ không bị cắt nhầm khi xảy ra ngắn mạch ngoài, do sai số trong tính toán dòng ngắn mạch (bao gồm đường cong sai số 10% của BI và 20% do biến động tổng trở nguồn) Hệ số mở máy kmm có thể được xác định trong khoảng từ 1.5 đến 2.5 Hệ số trở về ktv cho chức năng bảo vệ quá dòng nằm trong khoảng 0.85 đến 0.95, nhằm đảm bảo sự ổn định của bảo vệ khi có các nhiễu loạn ngắn, như hiện tượng tự mở máy của các động cơ sau khi TĐL đóng thành công trong hệ thống mà không gây tác động đến bảo vệ.
Phối hợp các bảo vệ theo thời gian là phương pháp phổ biến trong tài liệu bảo vệ rơle hiện hành Nguyên tắc của phương pháp này là nguyên tắc bậc thang, tức là lựa chọn thời gian phù hợp để đảm bảo hiệu quả bảo vệ.
Để đảm bảo an toàn, khoảng thời gian bảo vệ cần lớn hơn một khoảng thời gian an toàn Δt so với thời gian tác động lớn nhất của cấp bảo vệ liền kề trước đó, tính từ phía phụ tải về nguồn.
Trong đó, \$t_n\$ là thời gian đặt của cấp bảo vệ thứ n, và \$t_{(n-1) \text{max}}\$ là thời gian tác động cực đại của các bảo vệ cấp trước đó Biến \$\Delta t\$ đại diện cho bậc chọn lọc về thời gian.
+ Bảo vệ quá dòng với đặc tính thời gian phụ thuộc.
Bảo vệ quá dòng với đặc tuyến thời gian độc lập thường gặp khó khăn trong việc phối hợp với các bảo vệ liền kề, trong khi vẫn cần đảm bảo tính tác động nhanh Để khắc phục vấn đề này, người ta đã áp dụng bảo vệ quá dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc Tuy nhiên, hiện nay, các phương thức tính toán chỉnh định rơle quá dòng số với đặc tính thời gian phụ thuộc vẫn chưa được thống nhất về mặt lý thuyết do sự đa dạng về chủng loại và tiêu chuẩn, gây khó khăn trong việc thẩm kế và kiểm định các giá trị đặt.
Hình 1: Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng trong lưới điện hình tia cho trường hợp đặc tuyến phụ thuộc và đặc tính độc lập
Rơle quá dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc là thiết bị quan trọng cho các đường dây có dòng sự cố thay đổi mạnh khi vị trí ngắn mạch thay đổi.
Việc sử dụng đặc tuyến độc lập thường không đảm bảo các điều kiện kỹ thuật như thời gian cắt sự cố và ổn định của hệ thống Hiện nay, xu hướng áp dụng chức năng bảo vệ quá dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc đang trở thành một giải pháp thay thế cho các rơle có đặc tuyến độc lập.
Dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng có thời gian được tính theo công thức:
Trong đó: k – hệ số chỉnh định (k=1,6)
Thời gian bảo vệ được chọn theo công thức: t 0,14
Vùng tác động của rơ le bảo vệ quá dòng có thời gian bao gồm toàn bộ phần đường dây từ vị trí đặt bảo vệ đến phía tải Việc đặt bảo vệ gần nguồn giúp dự phòng cho bảo vệ phía sau, với thời gian cắt sự cố chậm hơn 1 cấp thời gian là Δt.
Bảo vệ quá dòng cắt nhanh
Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50) là giải pháp hiệu quả để bảo vệ các đường dây gần nguồn, nơi có nguy cơ ngắn mạch cao Ưu điểm của loại bảo vệ này là khả năng cách ly nhanh sự cố với công suất ngắn mạch lớn, nhưng nhược điểm lớn nhất là vùng bảo vệ không bao trùm hoàn toàn đường dây cần bảo vệ Để đảm bảo tính chọn lọc, giá trị đặt của bảo vệ phải lớn hơn dòng ngắn mạch cực đại tại vị trí rơle khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ Trong bài viết này, chúng ta sẽ tính toán giá trị đặt của bảo vệ cho mạng điện trong đồ án, đặc biệt là đối với mạng điện hình tia với một nguồn cung cấp, giá trị dòng điện khởi động của bảo vệ tại thanh góp A sẽ được xác định theo công thức.
Hệ số an toàn (kat) được xác định để tính đến ảnh hưởng của các sai số trong tính toán ngắn mạch, cấu tạo của rơle, thành phần không chu kỳ trong dòng ngắn mạch và các biến dòng Đối với rơle điện cơ, giá trị K nằm trong khoảng từ 1,2 đến 1,3, trong khi đối với rơle số, giá trị k là 1,15.
Dòng ngắn mạch 3 pha trực tiếp lớn nhất qua bảo vệ khi xảy ra ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ là dòng ngắn mạch 3 pha trực tiếp tại thanh góp B Ưu điểm của việc này là đảm bảo an toàn và hiệu quả trong hệ thống điện.
Làm việc 0 giây đối với ngắn mạch gần thanh góp.
Chỉ bảo vệ được 1 phần đường dây 70 – 80%
Phạm vi bảo vệ không cố định và phụ thuộc vào chế độ ngắn mạch cũng như chế độ làm việc của hệ thống Do đó, bảo vệ quá dòng cắt nhanh không thể hoạt động độc lập mà cần kết hợp với các biện pháp bảo vệ khác.
Hình 2: Bảo vệ dòng điện cắt nhanh đường dây một nguồn cung cấp
Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất lớn
Các mạng có dòng chạm đất lớn thường có trung tính được nối đất trực tiếp Để đảm bảo an toàn, các mạng này yêu cầu hệ thống bảo vệ phải kích hoạt máy cắt khi xảy ra sự cố ngắn mạch một pha.
Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ được trình bày như hình vẽ sau:
Ta thấy bảo vệ dùng ba biến dòng đặt ở 3 pha làm đầu vào cho 1 rơ le. Dòng vào rơ le bằng:
Với: I = (I + I + Ikcb Aμ Bμ Cμ). sự không đồng nhất của các BI.
: là thành phần dòng không cân bằng, sinh ra do
Sơ đồ chỉ làm việc khi xảy ra ngắn mạch 1 pha Còn khi ngắn mạch giữa các pha thì bảo vệ không tác động do thành phần 3 I bằng 0.0
Dòng khởi động được chọn như sau:
, ni: tỉ số biến của BI n i
Thời gian làm việc của bảo vệ được xác định dựa trên nguyên tắc từng cấp, nhằm đảm bảo tính chọn lọc, và điều này chỉ áp dụng trong mạng trung tính nối đất trực tiếp.
Bảo vệ chống ngắn mạch 1 pha có thời gian hoạt động ngắn hơn so với bảo vệ quá dòng giữa các pha, đồng thời cũng có độ nhạy cao hơn.
-Áp dụng: trong các mạng có trung tính nối đất trực tiếp.
Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất bé
-Nhiệm vụ: Bảo vệ cho các mạng có trung tính cách đất, hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang, thường áp dụng cho các đường dây cáp.
Do giá trị dòng chạm đất nhỏ, các bảo vệ nối pha rơ le toàn phần không thể hoạt động hiệu quả Vì vậy, cần sử dụng các bộ lọc thành phần tự nhiên Trong điều kiện bình thường, tổng dòng điện I + I + I = 0, dẫn đến từ thông trong lõi thép bằng 0, và mạch thứ cấp không có dòng điện, do đó I = 0 và rơ le không hoạt động.
Khi xảy ra chạm đất, có thành phần 3I chạy vào rơ le nên rơ le tác động.0
Bảo vệ so lệch dòng điện
-Nhiệm vụ: làm bảo vệ chính cho các đường dây, đặc biệt là các đường dây quan trọng, làm nhiệm vụ chống ngắn mạch.
- Sơ đồ nguyên lý làm việc:
Sơ đồ nguyên lý làm việc của bảo vệ so lệch dòng điện có dạng như sau: Dòng vào rơ le:
I R = Isl IIT1 IT2, gọi là dòng so lệch.
Xét tình trạng làm việc bình thường của bảo vệ Giả sử ngắn mạch tại N1: dòng ngắn mạch từ A đến Ta có:
IR = 0 (trường hợp lý tưởng) Rơ le không tác động.
Khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ N2 Ta có: IS1 I S2 , nên I T1 I T2 , nên I = R
>I thì rơ le tác động.KĐ
Để đảm bảo bảo vệ so lệch hoạt động hiệu quả, cần điều chỉnh dòng khởi động của bảo vệ lớn hơn dòng không cân bằng lớn nhất xảy ra trong trường hợp ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ.
Ikcbttmax = k k fđn kck imax INMNmax
Hệ số kđn đo lường sự đồng nhất của các BI, với giá trị bằng 0 khi các BI hoàn toàn giống nhau về loại và đặc tính từ hóa, và giá trị SC kđn = 1 khi các BI khác nhau nhiều nhất, trong đó một bộ có sai số và một bộ không Hệ số kkck phản ánh thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch ngoài.
INMNmax: thành phần chu kì của dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất. fimax = 0,1: sai số cực đại cho phép của BI làm việc trong tình trạng ổn định.
Bảo vệ so lệch có vùng tác động giới hạn bởi vị trí của 2 tổ BI ở đầu và cuối đường dây, mang tính chất tác động chọn lọc tuyệt đối và không thể dự phòng cho các loại bảo vệ khác.
Bảo vệ khoảng cách
- Sơ đồ nguyên lý làm việc:
Trong trường hợp chung, bảo vệ khoảng cách có các bộ phận chính sau:
Bộ phận khởi động có vai trò quan trọng trong việc khởi động bảo vệ khi xảy ra sự cố, đồng thời kết hợp với các thiết bị bảo vệ khác để tạo thành bậc bảo vệ cuối cùng Thông thường, bộ phận này được thực hiện thông qua rơ le dòng cực đại hoặc rơ le tổng trở cực tiểu.
-Bộ phận khoảng cách: đo khoảng cách từ chỗ đặt bảo vệ đến điểm hư hỏng, thực hiện nhờ rơ le tổng trở.
Bộ phận tạo thời gian có chức năng thiết lập thời gian làm việc tương ứng với khoảng cách đến điểm hư hỏng, được thực hiện thông qua một số rơ le thời gian, đặc biệt khi bảo vệ có đặc tính thời gian nhiều cấp.
Bộ phận định hướng công suất đóng vai trò quan trọng trong việc ngăn chặn bảo vệ tác động nhầm khi hướng công suất ngắn mạch từ đường dây bảo vệ vào thanh góp của trạm Điều này được thực hiện thông qua các rơ le định hướng công suất, có thể là riêng biệt hoặc kết hợp trong bộ phận khởi động và khoảng cách.
PHẦN TÍNH TOÁN
Chọn tỷ số biến đổi cho các máy biến dòng điện BI1, BI2 và BI3 để bảo vệ đường dây L1 và L2, đảm bảo dòng điện sơ cấp danh định được thiết lập chính xác.
BI chọn theo quy chuẩn lấy theo giá trị lớn Dòng thứ cấp lấy bằng 5A.
Tỷ số biến đổi của máy biến dòng BI: n =i I ddBI
+Chọn IddBI ≥ Ilvmax= I : dòng điện làm việc lớn nhất đi qua BI.cb
Dòng điện làm việc trên đường dây 3:
3.22.0,9 5,796A Dòng điện làm việc trên đường dây 2:
.10 3 3.22.0,9 #3,273A Dòng điện làm việc trên đường dây 1:
Tỷ số của máy biến dòng điện: ni= I ddBI với I Tdd
Dòng điện sơ cấp danh định của BI là: I = 291,591A1 1
Tỷ số biến dòng n =1 I ddBI1
I Tdd = 300 5 Dòng điện sơ cấp danh định của BI là: I2 2#3,273A
Tỷ số biến dòng n2=I ddBI 2 = 250
Dòng điện sơ cấp danh định của BI là: I = 145,796A3 3
CHỌN CÁC THÔNG SỐ MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN
Chọn tỷ số biến đổi cho các máy biến dòng điện BI1, BI2 và BI3 nhằm bảo vệ đường dây L1 và L2, với dòng điện sơ cấp danh định được xác định rõ ràng.
BI chọn theo quy chuẩn lấy theo giá trị lớn Dòng thứ cấp lấy bằng 5A.
Tỷ số biến đổi của máy biến dòng BI: n =i I ddBI
+Chọn IddBI ≥ Ilvmax= I : dòng điện làm việc lớn nhất đi qua BI.cb
Dòng điện làm việc trên đường dây 3:
3.22.0,9 5,796A Dòng điện làm việc trên đường dây 2:
.10 3 3.22.0,9 #3,273A Dòng điện làm việc trên đường dây 1:
Tỷ số của máy biến dòng điện: ni= I ddBI với I Tdd
Dòng điện sơ cấp danh định của BI là: I = 291,591A1 1
Tỷ số biến dòng n =1 I ddBI1
I Tdd = 300 5 Dòng điện sơ cấp danh định của BI là: I2 2#3,273A
Tỷ số biến dòng n2=I ddBI 2 = 250
Dòng điện sơ cấp danh định của BI là: I = 145,796A3 3
Vị trí các điểm ngắn mạch
Hình 3: Vị trí các điểm ngắn mạch
Giả thiết trong quá trình tính toán ngắn mạch, ta bỏ qua:
- Dung dẫn ký sinh trên đường dây, điện trở của MBA và cả đường dây.
- Ảnh hưởng của phụ tải.
2.1.1 Các đại lượng cơ bản
Tính trong hệ đơn vị tương đối, gần đúng:
Công suất cơ bản: Scb=SddB= 35MVA Điện áp cơ bản: Ucb = Utb các cấp= (115kV;23kV)
Cấp điện áp 22kV có U = 23kVcb
2.1.2 Điện kháng các phần tử
+ Hệ thống: S1NHTmax= 2500 MVA; S1NHTmin= 2125 MVA; X0HT=X1HT
Giá trị điện kháng thứ tự thu n: ậ
Chế độ cực đại: X1HTmax S cb
Chế độ cực tiểu: X1HTmin S cb
Giá trị điện kháng thứ tự không:
Chế độ cực đại: X0HTmax= X1HTmax= 0,014
Chế độ cực tiểu: X1HTmin= X1Htmin= 0,016
Chế độ cực tiểu (1 máy biến áp):
Chế độ cực đại (2 máy biến áp vận hành song song):
Chia đường dây L1 và L2 lần lượt thành 4 đoạn bằng nhau Điện kháng trên từng đoạn là:
Giá trị điện kháng thứ tự thuận:
Giá trị điện kháng thứ tự không:
Tính dòng ngắn mạch của mạng điện ở chế độ cực đại
Để tính toán chế độ ngắn mạch không đối xứng, chúng ta áp dụng phương pháp các thành phần đối xứng Trong phương pháp này, điện áp và dòng điện được phân chia thành ba thành phần: thành phần thứ tự thuận, thành phần thứ tự nghịch và thành phần thứ tự không.
Ta chia mỗi đường dây thành 4 đoạn:
Hình 4: Giá trị điện kháng tại các điểm ngắn mạch
Ta tiến hành các dạng ngắn mạch lần lượt cho 9 điểm N1-N9
=> Tính X ; X ; X tại các điểm ngắn mạch trong chế độ max:1∑ 2∑ 0∑
Tương tự với các điểm còn lại ta có công thức tính:
Kết quả tính cho bảng sau:
Bảng 1: Tổng giá trị điện kháng thứ tự thuận nghịch, không của mạng điện ở chế độ cực đại.
Sơ đồ thứ tự thuận dạng tổng quát:
Sơ đồ thứ tự nghịch dạng tổng quát:
Sơ đồ thứ tự không dạng tổng quát:
=>Dòng điện ngắn mạch thứ tự thuận của mọi dạng ngắn mạch đều được tính theo công thức: I ( n ) 1 (vì E =1) với ∑ X ( n ) là điện kháng phụ của loại ngắn mạch
=> Trị số dòng điện ngắn mạch tổng tại các pha được tính theo công thức :
Ta có bảng tóm tắt sau:
Sơ đồ dạng đơn giản thứ tự thuận, nghịch, không.
+ +) Ngắn mạch 3 pha đối xứng (N (3) )
Trong hệ đơn vị có tên:
+) Ngắn mạch 1 pha chạm đất (N (1) )
Sơ đồ phức hợp rút gọn như sau:
Dòng ngắn mạch siêu quá độ dạng có tên là:
Dòng điện thứ tự không dạng có tên là:
+) Ngắn mạch hai pha chạm đất (N (1,1) )
Sơ đồ phức hợp rút gọn như sau:
Dòng ngắn mạch siêu quá độ dạng có tên là:
Dòng điện thứ tự không dạng có tên là:
Khi ngắn mạch tại điểm N thì không có dòng qua các BI 1
Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch còn lại, ta được bảng:
Bảng 2: Trị số dòng điện ngắn mạch tổng hợp tại các pha của mạng điện ở chế độ cực đại.
Tính dòng ngắn mạch của mạng điện ở chế độ cực tiểu
Tính X ; X ; X tại các điểm ngắn mạch trong chế độ min:1∑ 2∑ 0∑
Tương tự với các điểm còn lại ta có công thức tính:
Kết quả tính cho bảng sau:
Bảng 3: Tổng giá trị điện kháng thứ tự thuận nghịch, không của mạng điện ở chế độ cực tiểu.
Sơ đồ thứ tự thuận dạng tổng quát:
Sơ đồ thứ tự nghịch dạng tổng quát:
Sơ đồ thứ tự không dạng tổng quát:
=>Dòng điện ngắn mạch thứ tự thuận của mọi dạng ngắn mạch đều được tính theo công thức:
(vì E∑=1) với X ( n ) là điện kháng phụ của loại ngắn mạch
=> Trị số dòng điện ngắn mạch tổng tại các pha được tính theo công thức :
Sơ đồ dạng đơn giản thứ tự thuận, nghịch, không.
+Dòng ngắn mạch thứ tự thuận:
X 2 0,116 Trong hệ đơn vị tương đối
Trong hệ đơn vị có tên
+) Ngắn mạch 1 pha chạm đất (N (1) )
Sơ đồ phức hợp rút gọn như sau:
Dòng ngắn mạch siêu quá độ dạng có tên là:
Dòng điện thứ tự không dạng có tên là:
+) Ngắn mạch hai pha chạm đất N (1,1)
Sơ đồ phức hợp rút gọn như sau:
0,116 0,116 2 Dòng ngắn mạch siêu quá độ dạng có tên là:
Dòng điện thứ tự không dạng có tên là:
Khi ngắn mạch tại điểm N thì không có dòng qua các BI 1
Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch còn lại, ta được bảng:
Bảng 4: Trị số dòng điện ngắn mạch tổng hợp tại các pha của mạng điện ở chế độ cực tiểu.
Xây dựng quan hệ dòng ngắn mạch với chiều dài đường dây
Bảng 5: Trị số dòng điện ngắn mạch tổng hợp lớn nhất tại các pha của mạng điện ở chế độ cực đại. Điểm N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9
Hình 5: Quan hệ dòng ngắn mạch với chiều dài đường dây ở chế độ cực đại
Bảng 6: Trị số dòng điện ngắn mạch tổng hợp nhỏ nhất tại các pha của mạng điện ở chế độ cực tiểu.
Hình 6 : Quan hệ dòng ngắn mạch với chiều dài đường dây ở chế độ cực tiểu
Tổng hợp cả hai chế độ cực đại và cực tiểu:
Bảng 7: Trị số dòng điện ngắn mạch tổng hợp lớn nhất, nhỏ nhất tại các pha của mạng điện ở chế độ cực đại và chế độ cực tiểu Điểm N 1 N 2 N 3 N 4 N 5 N 6 N 7 N 8 N 9
Phân bố dòng ngắn mạch cực đại và cực tiểu theo chiều dài đường dây:
Hình 7: Quan hệ dòng ngắn mạch cực đại, cực tiểu với chiều dài đường dây
Phân bố dòng ngắn mạch thứ tự không theo chiều dài đường dây:
Hình 8: Quan hệ dòng ngắn mạch thứ tự không với chiều dài đường dây
TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CÀI ĐẶT CÁC CHỨC NĂNG BẢO VỆ QUÁ DÒNG CỦA BV1&BV2
Chỉnh định bảo vệ quá dòng cắt nhanh I>> (50)
- Thời gian tác động: t50/BV1=0 (s) t50/BV2=0 (s)
Trị số dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh được lựa chọn theo công thức:
Trong đó: K at - Hệ số an toàn, thường chọn K = 1,2 at
Dòng ngắn mạch ngoài cực đại (INngmax) là dòng ngắn mạch lớn nhất, thường được xác định bằng giá trị dòng ngắn mạch trên thanh cái cuối đường dây Để đảm bảo tính chọn lọc, bảo vệ 2 sẽ được kích hoạt trước bảo vệ 1.
Ikđ50/BV2=K Iat N9max=1,2.1,024 = 1,229 kA
Ikd50/BV1=K Iat N5max=1,2.1,211=1,453 kA
- Xác định vùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh:
Hình 9: Vùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh
Chỉnh định bảo vệ quá dòng cắt nhanh thứ tự không I 0 >> (50N)
- Thời gian tác động: t50N/BV1=0 (s) t50N/BV2=0 (s)
Trị số dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh được lựa chọn theo công thức
Trong đó: I0ngmax – dòng điện ngắn mạch thứ tự không ngoài lớn nhất khi có sự cố chạm đất ngoài vùng bảo vệ.
Ikđ50N/BV2=K 3Iat 0N9max =1,2.3.0,700 = 2,520 kA
Ikđ50N/BV1=K 3Iat 0N5max =1,2.3.0,832= 2,995 kA
- Xác định vùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh thứ tự không:
Hình 10: Vùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh thứ tự không
Chỉnh định bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian I 0 > (51N)
Tính trị số dòng điện khởi động
Dòng điện khởi động được chọn theo công thức:
Ikđ51N = k0*IddBI. Trong đó: I ddBI là dòng danh định của BI k0 = 0,3 Với bảo vệ trên đoạn đường dây L , L :1 2
Ikd51N/BV1 = 0,3.200 = 60 (A) Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian chọn theo đặc tính độc lập. t51N/BV2 = t +Δt = 1,25 + 0,3 =1,55 (s)pt2 t51N/BV1 = max (t ; tpt1 51N/BV2) +Δt = 1,55 + 0,3 =1,85 (s)
Chỉnh định bảo vệ quá dòng có thời gian I> (51)
Lựa chọn trị số dòng điện khởi động cho bảo vệ quá dòng có thời gian được thực hiện theo công thức cụ thể.
Trong đó: K - hệ số chỉnh định, chọn K=1,6
I lvBI max - dòng điện làm việc lớn nhất.
Theo tính toán trên ta có: IBV1= 174,955 (A); IBV26,636 (A)
- Chọn thời gian làm việc của role: Đặc tính thời gian của role: t 13,5
Trong đó: t: thời gian làm việc của bảo vệ khi
, I: dòng ngắn mạch tại thời
* I kd sự cố xảy ra tại một điểm điểm đang tính; I : giá trị khởikd động của bảo vệ
Tp: bội số thời gian của bảo vệ
Xét điểm ngắn mạch N9: IN9max= 1,024 kA
Xét i m ng n m ch N8: IN8max 1,065 kAđ ể ắ ạ
I 8*1 5,707 1 sTính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch trên đường dây L2:
Bảng 8: Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng có thời gian khi sự cố xảy ra tại một điểm từ N5-N9 ở chế độ cực đại Điểm N5 N6 N7 N8 N9
Thời gian bảo vệ làm việc tại điểm N5 trên dường dây 1 là: t1(N5) = max(t2(N5); pt1 t ) + Δt=1,5+0,3=1,8 s
Xét i m ng n m ch N5: IN5max 1,211 kAđ ể ắ ạ
Xét điểm ngắn mạch tại N4: IN4max= 1,568 kA
Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch trên đường dây L1:
Bảng 9: Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng có thời gian khi sự cố xảy ra tại một điểm từ N1-N5 ở chế độ cực đại Điểm N1 N2 N3 N4 N5
Tính toán tương tự như ở chế độ max Ta có kết quả tính toán như sau:
Bảng 10: Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng có thời gian khi sự cố xảy ra tại một điểm từ N5-N9 ở chế độ cực tiểu Điểm N5 N6 N7 N8 N9
Bảng 11: Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng có thời gian khi sự cố xảy ra tại một điểm từ N1-N5 ở chế độ cực tiểu Điểm N1 N2 N3 N4 N5
Dựa trên các kết quả tính toán ở phần trước, chúng ta có thể xác định đặc tính thời gian làm việc của các bảo vệ trong chế độ cực đại và cực tiểu như sau: t(s).
Hình 11: Đặc tính thời gian làm việc của các bảo vệ trong chế độ cực đại và cực tiểu
KHẢO SÁT VÙNG TÁC ĐỘNG CHỨC NĂNG CỦA BẢO VỆ QUÁ DÒNG CẮT NHANH VÀ KIỂM TRA ĐỘ NHẠY CỦA CÁC CHỨC NĂNG BẢO VỆ 1&2
Xác định vùng bảo vệ của bảo vệ quá dòng cắt nhanh
Vùng bảo vệ được xác định dựa trên sự cân bằng giữa dòng kích khởi động của rơle và dòng ngắn mạch trong từng chế độ hoạt động của rơle.
Xác định vùng bảo vệ của quá dòng cắt nhanh
50 -) Chế độ max o Với đoạn đường dây D2
Ikđ50/BV2=K Iat N9max=1,2.1,024 = 1,229 kA o Với đoạn đường dây D1
Ikd50/BV1=K Iat N5max=1,2.1,211=1,453 kA
N cn1 kd 50 / BV 1 X 1 X x 1D1 l cn1 max
2 15,114 lcn1max= 23,587 km Vậy vùng bảo vệ của BV1 là: lcn1max= 23,587 km
2 15,114 lcn2max= 3,39 km Vậy vùng bảo vệ của BV2 là: lcn1max= 3,39 km
=0,688 1,453 lcn1 min = 8,774 km Vậy vùng bảo vệ của BV1 là: lcn1min= 8,774 km
1,229=0,814 lcn2 min = -18,045 km lcn2 min < 0 nghĩa là BV 50 ở đường dây D không bảo vệ được cho đường dây D2 2 ở chế độ min.
Kiểm tra độ nhạy của các chức năng bảo vệ 1&2
Ikd51N/BV1 = 1,6 174,955= 0,28 (kA) Đốối v i b o v đ t trên đ ớ ả ệ ặ ườ ng dây D1:
5 0,792 2,829 nhay 51/ BV 1 I kd 51 / BV 1 I kd 51 / BV 1 0,28 3I N min min 3.0,610
34 Đối với bảo vệ đặt trên đường dây D2:
Như vậy, bảo vệ quá dòng có thời gian thứ tự không và bảo vệ quá dòng có thời gian (51N; 51) đảm bảo làm việc tin cậy.
Qua bốn chương của đồ án, chúng ta đã mở rộng kiến thức về các loại role bảo vệ đường dây trong hệ thống điện, cũng như thực hiện tính toán, cài đặt và khảo sát các bảo vệ cho đường dây L1 và L2 Đồ án này không chỉ cung cấp kinh nghiệm và tài liệu về các loại bảo vệ role mà còn là cẩm nang hữu ích cho sinh viên kỹ thuật điện, giúp củng cố tay nghề và kỹ năng tính toán, thiết kế bảo vệ cho hệ thống điện.