đề tài phân tích chế độ trung tính của lưới điện trung áp và ảnh hưởng của nó tới việc bảo vệ an toàn trong lưới trung

Lý do chọn đề tài: Chế độ nối đất trung tính của hệ thống điện trong đó có lưới điện trung ápphân phối là một vấn đề có ý nghĩa lớn trong thiết kế, vận hành hệ thống, bở i nó cóảnh hưởn

Luận văn

Đề tài: Phân tích chế độ trung tính của lưới điện trung áp và ảnh hưởng của

nó tới việc bảo vệ an toàn

trong lưới trung áp

MỤC LỤC

Trang

MỤC LỤC 1

CÁC CHỮ VIẾT TẮT 4

DANH MỤC CÁC BẢNG 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 6

MỞ ĐẦU 9

A Lý do chọn đề tài 9

B Đối tượng và phạm vi nguyên cứu 10

C Mục tiêu 10

D Bố cục đề tài 10

Chương I: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI TRUNG ÁP 11

1.1 Hệ thống điện và lưới điện 11

1.1.1 Khái niệm 11

1.1.2 Lưới hệ thống 11

1.1.3 Lưới điện truyền tải 11

1.1.4 Lưới điện trung áp phân phối 12

1.2 Tổng quan về lưới điện p hân phối 13

1.2.1 Khái quát về lưới điệ n phân phối trong hệ thống điện 13

1.2.2 Đặc điểm của lưới điện phân phối 14

1.2.3 Các loại sơ đồ lưới trung áp phân phối 15

1.3 Thực tế lưới điện trung áp phân phối hiện nay 22

1.3.1 Sơ đồ lưới phân phối trung áp nông thôn 22

1.3.2 Sơ đồ lưới phân phối trung áp thành phố, xí nghiệp 23

1.4 Khả năng mang tải của lưới điện trung áp phân phối 24

Chương II: CÁC GIẢI PHÁP NỐI ĐẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦACHÚNG 28

2.1 Khái niệm chung 28

2.1.1 Khái niệm điểm trung tính 28

2.1.2 Sơ lược về lịch sử phát triển các chế độ trung tính 29

2.1.3 Tạo điểm trung tính 29

2.2 Tình trạng làm việc của từng phương thức 31

2.2.1 Mạng 3 pha trung tính cách điện đối với đất 31

2.2.2 Mạng điện 3 pha trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang 36

2.2.3 Mạng điện 3 pha trung tính nối đất trực tiếp 42

2.2.4 Hệ thống nối đất hiệu quả 43

Chương III: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG THỨC NỐI ĐẤT LƯỚI TRUNG ÁP 48

3.1 Những vấn đề về nối đất điểm trung tính của HT 48

3.1.1 Ngắn mạch 1 pha trong HT trung tính trục tiếp nối đất 48

3.1.2 Chạm đất 1 pha trong HT điểm trung tính không nối đất 50

3.2 So sánh chế độ làm việc của trung tính mạng điện trong lưới điện trung áp phân phối 51

3.2.1 Kết cấu mạch điện 51

3.2.2 Chế độ vận hành 52

3.2.3 Hậu quả của từng loại 52

3.3 Các chỉ tiêu cơ bản để lựa chọn phương thức nối đất lưới trung áp 53

3.3.1 Các chỉ tiêu kỹ thuật 53

3.3.1.1 Chỉ tiêu cách điện 53

3.3.1.2 Chỉ tiêu về chế độ làm việc 53

3.3.2 Chỉ tiêu về chế độ quản lý vận hành 55

3.3.2.1 Đối với mạng trung tính không nối đất trực tiếp 55 3.3.2.2 Đối với mạng trung tính nối đất qua cuộn

3.3.2.3 Đối với mạng trung tính nối đất trực tiếp 56

3.3.3 Chỉ tiêu về kinh tế 57

3.3.3.1 Mạng trung tính không nối đ ất trực tiếp 57

3.3.3.2 Mạng trung tính nối đất trực tiếp 57

3.3.4 Tổng kết về các chế độ nối đất trung tính lưới điện trung áp phân phối 58

Chương IV: ẢNH HƯỞNG CỦA NỐI ĐẤT TRUNG TÍNH ĐẾN BẢO VỆ AN TOÀN TRONG LƯỚI TRUNG ÁP 61

4.1 Đối với mạng có trung tính cách đất hoặc trung tính không nối đất trực tiếp 61

4.2 Đối với mạng trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang 64

4.3 Mạng có trung tính nối đất trực tiếp 64

Chương V: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN BẢO VỆ AN TOÀN CHO LƯỚI TRUNG ÁP PHÂN PHỐI BÌNH ĐỊNH 65

5.1 Tính toán dòng điện chạm đất 1 pha trong lưới trung áp phân phối 35kV tỉnh Bình Định 65

5.1.1 Phương thức vận hành 1: Phương thức vận hành cơ bản 67

5.1.2 Phương thức vận hành 2: Nguồn 35kV E 21 cấp đến E Phù Cát (nguồn 35kV E An Nhơn không vận hành) 74

5.1.3 Phương thức vận hành 3: Nguồn 35kV E An Nhơn cấp đến E19 (nguồn 35kV E 19 không vận hành) 76

5.1.4 Phương thức vận hành 4: Nguồn 35kV E Phù Cát cấp đến E 18 (nguồn 35kV E Phù Mỹ không vận hành) 78

5.1.5 Phương thức vận hành 5: Nguồn 35kV E An Nhơn cấp đến E Phù Mỹ (nguồn 35kV E Phù Cát không vận hành) 80

5.2 Bảo vệ con người khỏi bị điện giật trong trường hợp đứt dây ở mạng điện 35Kv 83 Chương VI: MỘT SỐ GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG BẢO VỆ AN TOÀN

CHO LƯỚI TRUNG ÁP PHÂN PHỐI CÓ TRUNG TÍNH CÁCH ĐẤT

KHU VỰC TỈNH BÌNH ĐỊNH 88

6.1 Các nguyên lý của bảo vệ chạm đất 88

6.1.1 Bảo vệ chạm đất phản ứng theo dòng điện NM 88

6.1.2 Bảo vệ chạm đất phản ứng theo điện áp 88

6.1.3 Bảo vệ chạm đất phản ứng theo dòng điện TTK 89

6.1.4 Bảo vệ chạm đất theo nguyên lý dòng điện T TK có hướng 90

6.1.5 Bảo vệ chạm đất 1 pha, phản ứng theo dòng NM 2 pha chạm đất 90

6.1.6 Đặt bảo vệ theo dòng và áp TTK 92

6.1.7 Thiết kế và lắp đặt rơle công suất có hướng (RCĐ) bảo vệ cắt chọn lọc khi có chạm đất 1 pha 94

6.2 Chỉnh định bảo vệ chạm đất 1 pha 96

6.2.1 Dòng điện tác động của rơle 96

6.2.2 Độ nhạy của bảo vệ 97

6.2.3 Chọn thời gian của bảo vệ 97

KẾT LUẬN 99

TÀI LIỆU THAM KHẢO 101

CÁC CHỮ VIẾT TẮT:

CA : Cao áp

CCĐ : Cung cấp điện

CSV : Chống sét van

DCL : Dao cách ly

DZ : Đường dây

HT : Hệ thống

HTĐ : Hệ thống điện

5.4 Kết lưới 35kV khu vực trạm E Phù Cát theo PTVHCB. 695.5 Kết lưới 35kV khu vực trạm E Phù Mỹ theo PTVHCB. 705.6 Kết lưới 35kV khu vực trạm E18 theo PTVHCB. 715.7 Kết lưới 35kV khu vực trạm E19 theo PTVHCB. 715.8 Phương thức vận hành 2. 7745.9 Phương thức vận hành 3. 765.10 Phương thức vận hành 4. 785.11 Phương thức vận hành 5. 805.12 So sánh dòng chạm đất trong các PTVH. 825.13 Mối quan hệ dòng điện chạm đất, điện áp bước, điện áp

1.9 Sơ đồ CCĐ kiểu dẫn sâu. 222.1 Tạo trung tính với dòng NM điều chỉnh được. 302.2 Mạng 3 pha trung tính cách điện. 312.3 Sơ đồ mạng điện đơn giản gồm một máy phát điện, đường

dây, phụ tải.

32

2.4 Chạm đất 1 pha ở mạng trung tính cách đất. 332.5 Biểu diễn vectơ chạm đất 1 pha ở mạng trung tính cách đất 342.6 Độ dịch chuyển trung tính. 352.7 Mạng điện 3 pha trung tính nối qua cuộn dập hồ quang. 38-392.8 Phân tích hệ thống nối đất qua cuộn dập hồ quang. 39-402.9 Hoán vị đường dây t rong các ứng dụng cuộn dập hồ quang. 422.10 Mạng điện 3 pha trung tính nối đất trực tiếp. 422.11 Hệ thống nối đất qua điện trở. 432.12 Ví dụ mạng điện nối đất hiệu quả. 442.13 HT nối đất qua điện kháng. 455.1 Phương thức vận hành cơ bản lưới điện 35kV HT điện Bình

6.7 Bảo vệ chạm đất với rơle cảm ứng, nguồn thao tác xoay chiều

lấy điện từ máy biến dòng bão hòa nhanh.

98

6.8 Bảo vệ chạm đất được kết hợp với bảo vệ NM nhiều pha. 99

MỞ ĐẦU.

A Lý do chọn đề tài:

Chế độ nối đất trung tính của hệ thống điện trong đó có lưới điện trung ápphân phối là một vấn đề có ý nghĩa lớn trong thiết kế, vận hành hệ thống, bở i nó cóảnh hưởng tới chế độ làm việc , các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, và công tác quản lý,vận hành hệ thống Chế độ nối đất t rung tính của lưới điện trung áp phân phối đượcphân làm hai nhóm cơ bản là trung tính cách đất và trung tính nối đất Hiện nay,lưới điện trung áp phân phối sử dụng cả hai chế độ nối đất trung tính:

- Lưới điện trung áp phân phối cấp điện áp 6kV, 10kV, 35kV có chế độ trung tínhcách đất

- Lưới điện trung áp phân phối cấp điện áp 15kV, 22kV có chế độ trung tính nốiđất trực tiếp

Ưu điểm của hệ thống trung tính cách đất là khi có sự cố ngắn mạch một phanối đất, do dòng ngắn mạch nhỏ nên lưới điện vẫn có thể làm việc tạm thời trongkhoảng thời gian đủ để phát hiện ra điểm sự cố, điều này làm nâng cao độ tin cậycung cấp điện cho phụ tải tiêu thụ điện Tuy nhiên, do tốc độ phát triển nhanh chóngcủa phụ tải, nên lưới điện trung áp phân phối 6-35kV trở nên rất dài, phức tạp; do đóviệc tìm và phát hiện điểm xảy ra sự cố ngắn mạch nối đất ngày càng khó khăn, đòihỏi chi phí nhiều thời gian và công sức Ngoài ra, đối với lưới điện hệ thống trungtính cách đất, khi có sự cố ngắn mạch một pha nối đất, thì sẽ gây hiện tượng quáđiện áp nội bộ ở hai pha còn lại và hiện tượng quá áp này sẽ gây hư hỏng cách điệncác thiết bị như: sứ, cá p, máy biến áp, các thiết bị đo lường… ; đồng thời gây nguyhiểm cho người, súc vật khi đi vào vùng đất tản dòng chạm đất phải chịu điện thếbước rất nguy hiểm Vì vậy tập trung nghiên cứu, đề xuất các chế độ nối đất củalưới điện trung áp phân phối sẽ man g hiệu quả cao trong công tác thiết kế, quyhoạch, quản lý, vận hành và góp phần đảm bảo an toàn cho người và thiết bị Chính

vì các lý do trên, nên em đã chọn đề tài Phân tích chế độ trung tính của lưới điện

trung áp và ảnh hưởng của nó tới việc bảo vệ an toàn trong lưới trung áp, và áp

dụng vào để tính toán cho lưới điện trung áp phân phối khu vực tỉnh Bình Định

hiện nay, để có những đề xuất biện pháp phù hợp nhằm đảm bảo cho công tác quản

lý vận hành đi đôi với an toàn cho con người và thiết bị

B Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu: Lưới điện trung áp phân phối có cấp điện áp từ 35k Vtrở xuống

Phạm vi nghiên cứu: Phân tích và đề xuất các biện pháp thích hợp để vận hànhlưới điện trung áp phân phối khu vực tỉnh Bình Định nhằm đảm bảo cho công tácquản lý vận hành đi đôi với an toàn cho con người và thiết bị

C Mục tiêu:

Mục tiêu của đề tài là t hấy được ý nghĩa của các chế độ nối đất trung tính lướitrung áp phân phối trong thiết kế, vận hành hệ thống điện Ảnh hưởng của chế độnối đất trung tính đến bảo vệ an toàn cho con người và thiết bị

D Bố cục đề tài:

Ngoài phần mở đầu, đề tài được phân thành 6 chương với các nội dung nhưsau:

 Chương 1 Tổng quan về lưới trung áp

 Chương 2 Các giải pháp nối đất trong hệ thống điện và đặc điểm của chúng

 Chương 3 Phân tích và lựa chọn các phương thức nối đất của lưới trung áp

 Chương 4 Ảnh hưởng của các chế độ nối đất trung tính đến bảo vệ an toàntrong lưới trung áp

 Chương 5 Áp dụng tính toán bảo vệ an toàn cho lưới trung áp phân phốiBình Định

 Chương 6 Một số giải pháp để tăng cường bảo vệ an toàn cho lưới trung ápphân phối có trung tính cách đất khu vực tỉnh Bình Định

Chương I:

TỔNG QUAN VỀ LƯỚI TRUNG ÁP.

1.1 Hệ thống điện và lưới điện :

1.1.1 Khái niệm:

Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, các trạm biến áp, các đường dây tảiđiện và các thiết bị khác (thiết bị điều khiển, thiết bị bảo vệ, tụ bù …) được nối liềnvới nhau tạo thành hệ thống làm nhiệm vụ sản suất, truyền tải, phân phối và tiêu thụđiện năng

Tập hợp các bộ phận của hệ thống điện gồm các đường dây tải điện và các trạmbiến áp gọi là lưới điện Lưới điện dùng để truyền tải và phân phối điện năng từ cácnhà máy điện đến các hộ tiêu thụ

Trong thực tế vận hành hệ thống điện Việt Nam, lướ i điện được chia làm hai phần:

- Lưới hệ thống;

- Lưới truyền tải (500kV, 220kV, 110kV);

- Lưới phân phối trung áp (6kV, 10kV, 15kV, 22kV, 35kV, 110kV) và phân phối

hạ áp (0,4kV, 0,22kV)

1.1.2 Lưới hệ thống:

Lưới hệ thống bao gồm phần lưới điện nối giữa các nhà máy điện với các trạmbiến áp khu vực và giữa các trạm biến áp khu vực với nhau, trong đó trạm biến ápkhu vực là trạm biến áp biến đổi cấp điện áp của hệ thống ( thường là từ 110kV –500kV) xuống các cấp điện áp thấp hơn ( 35kV – 220kV) để cung cấp cho lướitruyền tải

1.1.3 Lưới điện truyền tải :

Lưới điện truyền tải bao gồm các đường dây tải điện nối liền các nhà máy điện vớicác trạm biến áp khu vực Lưới điện truyề n tải có các đặc điểm chính sau :

-Lưới điện truyền tải có cấu trúc dạng hình ti a hoặc có thể có nhiều mạch vòngkín Trong thực tế vận hành, để thực hiện các công tác bảo dưỡng, giải quyết sự cốtrên đường dây, các mạch vòng có thể bị cắt hở ra nhưng phải đảm bảo cung cấpđiện cho hệ thống mà không làm quá tải các đường dây tải điện

-Lưới điện truyền tải trong hệ thống điện quan trọng thường vận hành kín để đảmbảo cho các nhà máy phát hết công suất đồng thời đảm bảo việc cung cấp điện antoàn, liên tục và tin cậy cho phụ tải các khu vực

-Tuỳ theo tiêu chuẩn và độ lớn của các hệ t hống điện trên thế giới, các cấp điện ápcủa lưới điện truyền tải thường từ được chọn từ cấp 110kV trở lên

-Lưới điện truyền tải chủ yếu được thực hiện bằng các đường dây trên không, một

số trường hợp đặc biệt sử dụng đường dây cáp ngầm cao áp Hằng năm lưới điệntruyền tải đều phải thực hiện các công việc bảo dưỡng và sửa chữa định kỳ

Sơ đồ sử dụng trong lưới điện truyền tải thường có độ tin cậy cao như sơ đồ 2thanh cái hoặc hai thanh cái có thanh cái vòng, đường dây mạch kép hay sơ đồ cấpđiện từ hai nguồn khác nhau

Lưới điện truyền tải thường có trung tính nối đất trực tiếp

1.1.4 Lưới điện trung áp phân phối:

Lưới điện phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm khu vực hoặc

từ các thanh cái trung áp của nhà máy điện đến các phụ tải Lướ i điện phân phốigồm hai phần:

-Lưới phân phối trung áp có điện áp: 6kV, 10kV, 15kV, 22kV, 35, 110kV phânphối điện cho các trạm biến áp phân phối trung áp/ hạ áp và các phụ tải trung áp.-Lưới phân phối hạ áp cấp điện cho các phụ tải hạ áp

Thông thường, phần lớn các phụ tải sử dụng điện áp 0,4kV, tuy nhiên một số phụtải như: các động cơ công suất lớn , các lò hồ quang tiêu thụ điện lớn sử dụng điện

Lưới phân phối có nhiệm vụ cung cấp điện năng với chất lượng đảm bảo cho cácphụ tải tiêu thụ điện Đôi khi việc thực hiện nhiệm vụ chính này bị gián đoạn do cácnguyên nhân như sự cố gây mất điện trên lưới phân phối, các yêu cầu ngừng cungcấp để đảm bảo các công tác cải tạo, xây dựng và bảo dưỡng các thiết bị điện trênlưới.

Cũng như lưới điện truyền tải, lưới phân phối phần lớn được xây dựng với kết cấu

có dạng hình tia hoặc cấu trúc kín Nhưng trong thực tế vận hành, lưới phân phốithường vận hành hở

Lưới điện trung áp có trung tính không nối đất, hoặc nối đất trực tiếp

1.2 Tổng quan về lưới điện phân phối:

1.2.1 Khái quát về lưới điện phân phối trong hệ thống điện:

Hệ thống điện là một tập hợp gồm ba phần chính:

Hình 1.1 Ba thành phần của hệ thống điện

Để điện năng có thể được truyền từ nơi sản xuất (nhà máy điện) đến nơi tiêu thụ,cần có một hệ thống lưới điện gồm các thành phần như trạm biến áp, đường dây trênkhông, cáp ngầm, thiết bị đóng cắt trên dọc đường dây…

Lưới điện phân phối được dùng để truyền tải điện năng từ các thanh góp hạ áp củacác trạm biến áp khu vực đến các phụ tải tiêu thụ với khoảng cách truyền tải khônglớn, thường vận hành hở

Một lưới phân phối tốt phải là lưới được đầu tư có hiệu quả, an toàn, cung cấpđầy đủ điện năng ở cả hiện tại và tương lai Để thực hiện được như vậy lưới điệncần phải được lựa chọn, thiết kế, lắp đặt một cách hoàn chỉnh

Lưới điện phân phối được xây dựng và lắp đặt phải đảm bảo chức năng là nhậnđiện từ một hay nhiều nguồn cung cấp và cung cấp đến từng bộ phận tiêu thụ như hệ

Truyền tải điện

và phân phối

thống chiếu sáng, động cơ và các thiết bị điện khác.

1.2.2 Đặc điểm của lưới điện phân phối:

Đặc điểm chính của hệ thống lưới phân phối là cung cấp điện trực tiếp đến người

sử dụng Để đảm bảo chất lượng điện năng cho phụ tải thì việc nghiên cứu, thiết kế

hệ thống lưới điện phân phối là hết sức quan trọng

Lưới phân phối trung áp có điện áp 6kV, 10kV, 15kV, 22kV, 35kV, 110kV phânphối điện cho các trạm phân phối trung/ hạ áp, lưới điện 220/380V cấp điện cho cácphụ tải hạ áp

Khi thiết kế lắp đặt lưới điện phân phối phải đảm bảo các chỉ tiêu:

- An toàn cho lưới điện và cho con người

- Chi phí xây dựng lưới điện là kinh tế nhất

- Đảm bảo ít gây ra mất điện nhất, bằng các biện pháp cụ thể như có thể có nhiềunguồn cung cấp, có đường dây dự phòng, có nguồn thay thế như máy phát …

- Lưới điện phân phối vận hành dễ dàng, linh hoạt và phù hợp với việc phát triểnlưới điện trong tương lai

- Đảm bảo chất lượng điện năng cao nhất về ổn định tần số và ổn định điện áp

Độ biến thiên điện áp cho phép là 5% Uđm

- Đảm bảo chi phí duy tu, bảo dưỡng là nhỏ nhất

Khi phát triển lưới điện phân phối, mà đặc biệt là ở Thành phố, có mật độ phụ tảicao, đòi hỏi độ tin cậy cao; ngoài các đường dây trên không, người ta còn xây dựngnhiều tuyến cáp ngầm được lắp đặt chôn dưới đất để đảm bảo mỹ quan, an toàn Tùytheo yêu cầu, hệ thống lưới phân phối được thiết kế sao cho đảm bảo được các chỉtiêu ở mức thích hợp Khi sự cố xảy ra, các thiết bị bảo vệ phải có khả năng giải trừ

sự cố nhanh, tin cậy để tránh thiệt hại và tránh sự cố lan rộng Đồng thời cũng phải

có các thiết bị tự đóng lại đường dây đã cắt do sự cố nhằm khôi phục hoạt động của

hệ thống khi chỉ có sự cố thoáng qua Do đó người thiết kế phải chọn ra giải pháphợp lý nhất để đáp ứng được các yêu cầu chính của lưới điện phân phối.

1.2.3 Các loại sơ đồ lưới trung áp phân phối:

Tùy theo các yêu cầu của lưới điện trung áp phân phối, các tính chất của hộdùng điện, dựa vào trình độ vận hành thao tác của công nhân, vào vốn đầu tư , căn cứvào kết quả tính toán so sánh kinh tế kỹ thuật Nói chung sơ đồ nối dây có 2 dạng

Hình 1.2: Sơ đồ hình tia.

Hình 1.3: Sơ đồ phân nhánh.

1: Thanh cái trạm phân phối

2: Đường dây điện áp cao

3: MBA

4: DZ trục chính

Sơ đồ hình tia có ưu điểm là nối dây rõ ràng, mỗi hộ dùng điện được cung cấp

từ một đường dây, do đó chúng ít ảnh hưởng lẫn nhau, độ tin cậy cung cấp điệntương đối cao, dễ thực hiện các biện pháp bảo vệ và tự động hóa, dễ vận hành bảoquản

Khuyết điểm của nó là vốn đầu tư lớn Vì vậy sơ đồ nối dây hình tia thường đượcdùng khi cung cấp điện khi cung cấp điện cho h ộ loại I và II

Sơ đồ phân nhánh có ưu, nhược điểm ngược lại so với sơ đồ hình tia Vì vậy loại

sơ đồ này thường được dùng khi cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại II và III

Hình 1.4 Sơ đồ cung cấp điện kiểu phân nhánh có DZ dự phòng chung.

Hình 1.5 Sơ đồ CCĐ kiểu phân nhánh có DZ dự phòng riêng cho từng trạm biến

Hình 1.6 Sơ đồ CCĐ kiểu phân nhánh nối hình vòng.

Ở sơ đồ này Hình 1.6 với mục đích tạo điều kiện vận hành đơn giản, thông

thường người ta cắt đôi mạch vòng thành hai nhánh riêng rẽ (ví dụ tại điểm N) Khixảy ra sự cố, sau khi cắt bỏ phần tử bị sự cố ra khỏi mạng, người ta nối điểm N lại

để tiếp tục cung cấp điện

Loại sơ đồ này thường được dùng cho mạng điện thành phố hoặc các xí nghiệp

có nhiều phân xưởng được bố trí trên phạm vi rộng

b Sơ đồ hình tia được cung cấp bằng hai đường dây để tăng độ tin cậy:

Đối với những hộ quan trọng, ngoài việc dùng sơ đồ hình tia, ta có thể đặt thêmmột đường dây song song lấy điện từ nguồn thứ hai hoặc từ phân đoạn thứ hai tới

Hình 1.7 Sơ đồ CCĐ kiểu hình tia cung cấp bởi hai đường dây.

c Sơ đồ phân nhánh được cung cấp bằng hai đường dây để nâng cao độ tin cậy:

Độ tin cậy của sơ đồ này tương đối cao (Hình 1.8) Phía điện áp cao của trạm biến

áp có thể đặt máy cắt phân đoạn v à thiết bị tự động đóng dự trữ như ở Hình 1.7

a)

b)

Hình 1.8 Sơ đồ CCĐ kiểu phân nhánh được cung cấp hai đường dây

a) Có thanh cái phân đoạn ở phía điện cao áp

b) Không có thanh cái ở phía điện cao áp

Hình 1.9 Sơ đồ CCĐ kiểu dẫn sâu.

1.3 Thực tế lưới điện trung áp phân phối hiện nay :

Tùy theo mật độ phụ tải, và yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện, vào trình độquản lý, vào khả năng kinh tế, kỹ thuật của mỗi nước mà lưới trung á p có thể có cáccấu trúc, sơ đồ khác nhau Theo thực tế quản lý - vận hành hiện nay, có thể chia lướitrung áp phân phối ra 2 dạng sơ đồ như sau:

1.3.1 Sơ đồ lưới phân phối trung áp nông thôn:

Các vùng nông thôn thường có phụ tải bé, phân tán, yêu cầu về độ tin cậycung cấp điện không cao và việc xây dựng lại thường có mặt bằng (không gian)rộng rãi nên thường chủ yếu sử dụng đường dây trên không Đường dây trên không

có ưu điểm là vốn đầu tư bé, thuận tiện dễ dàng trong việc đấu nối cũng nh ư trong

thôn không đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện (CCĐ ) cao nên trong trường hợp nàyLĐPP trên không thường có dạng sơ đồ hình tia và khi sự cố phụ tải có thể bị mấtđiện trong một thời gian nhất định để cách l y và loại trừ sự cố (tối đa khoảng 02giờ).

Trong sơ đồ hình tia, từ trạm nguồn có nhiều trục chính đi ra cấp điện cho từngnhóm trạm phân phối Đầu các trục chính (tại các trạm CA/TA) có các máy cấpnguồn có trang bị tự động đóng lặp lại và điều khiển từ xa Vì đường dây trên khôngthường khá dài nên ngoài máy cắt đầu nguồn, các trục chính còn có thể được phânđoạn bằng các máy cắt phân đoạn h oặc dao cắt phụ tải, dao cách ly để nâng cao độtin cậy của LĐPP Các thiết bị phân đoạn có thể tự động đóng lặp lại và điều khiển

từ xa Giữa các trục chính của một trạm nguồn hoặc của các trạm nguồn khác nhau

có thể được nối liên thông để dự phòng khi cần thiết Các máy cắt hoặc dao cách lyliên lạc thường mở trong chế độ làm việc b ình thường (lưới phân phối vận hành hở).Dây dẫn của các đường trục chính phải được kiểm tra theo điều kiện sự cố để có thểtải điện dự ph òng cho các trạm khác khi sự cố

1.3.2 Sơ đồ lưới phân phối trung áp thành phố, xí nghiệp:

Các thành phố, xí nghiệp công nghiệp thường có mật độ phụ tải lớn và cóyêu cầu cao về độ tin cậy CCĐ, mặt khác do yêu cầu về mỹ quan và an toàn nênlưới điện trung áp thường là cáp ngầm Nhược điểm của cáp ngầm là đắt tiền và khókhăn phức tạp trong việc lắp đặt cũng như phát hiện và loại trừ sự cố , lưới điện lúcnày thường có dạng kín (vận hành hở) được cung cấp từ một nguồn (trạm trunggian) khác Cũng có khi nhiều trạm biến áp phụ tải (TA/HA) được dùng chung mộtđường dây dự phòng hoặc các trạm gần nha u có sự liên lạc dự phòng cho nhau (ởphía cao hay hạ áp) Với các phụ tải có yêu cầu độ tin cậy CCĐ cao hơn thì có thểđược CCĐ bằng trạm có 2 máy biến áp theo 2 đường dây song song từ hai nguồnđộc lập Để tăng cường độ tin cậy CCĐ thường sử dụng các thi ết bị mới có các tínhnăng cao như các thiết bị tự động đóng lặp lại (recloser) điều khiển từ xa với sự trợgiúp của máy tính điện tử

1.4 Khả năng mang tải của lưới điện trung áp phân phối:

Chọn cấp điện áp cho lưới điện trung áp phân phối là một trong những vấn đề

cơ bản của việc thiết kế, quy hoạch cung cấp điện Bởi vì cấp điện áp có ảnh hưởngtrực tiếp tới sơ đồ cung cấp điện, tói việc chọn các thiết bị điện, tổn thất công suất,điện năng, chi phí quản lý, vận hành… Căn cứ vào nhu cầu phụ tải , khoảng cách đếnphụ tải, khả năng phát triển mà chọn cấp điện áp trung áp vận hành phù hợp chotừng khu vực

Mỗi nước khác nhau sử dụng các cấp điện áp trung áp khác nhau Ở Việt Nam

có các cấp điện áp trung áp là 6kV, 10kV, 15kV, 22kV, 35kV, 110kV làm cấp điện

áp chính cho lưới trung áp

Khả năng tải của lưới điện là công suất lớn nhất mà một đường dây của lướiđiện có thể tải điện mà không gây ra các nguy hại cho bản thân đường dây điện, hệthống điện và phụ tải điện

Nguy hại cho bản thân đường dây điện là sự phát nóng dây dẫn do dòng điện tảivượt quá trị số cho phép (Icp) của dây dẫn, khả năng này cần phải được xét đến chotất cả các loại lưới điện

Nguy hại cho hệ thống điện là có thể gây ra mất ổn định tĩnh, khả năng này chỉxét đến ở các đường dây liên lạc hệ thống

Nguy hại cho phụ tải là chất lượng điện áp có thể không bả o đảm (tổn thất điện

áp quá lớn) khả năng này cần xét đến chủ yếu ở lưới truyền tải và lưới phân phối.Khả năng tải của lưới điện 35 kV cho ở các bảng như sau:

Bảng 1.1 Khả năng tải của đường dây trên không 35k V theo tổn thất điện áp (%MW.Km).

Bảng 1.3 Khả năng tải theo phát nóng (MW) của các đường dây ( cosφ = 0,9).

Loại

Tiếtdiện lõinhôm

Từ kết quả ở các Bảng 1.1, Bảng 1.2 và các PL1 đến PL4, ta thấy nếu chấp

nhận tổn thất điện áp cho phép trong lưới khoảng 5 ÷ 10% và với các cỡ dây thôngdụng AC-35 đến AC-185 ta có mômen truyền tải trung bình (MVA.Km) theo tổnthất điện áp của các đường dây với các cấp điện áp khác nhau như sau:

Từ kết quả tính toán về khả năng tải của đường dây ở trên và chấp nhận tổn thấtđiện áp cho phép khoảng 5÷10%, ta có nhận xét:

 Cấp điện áp 6kV thích hợp với bán kính cung cấp 2÷10 (km),

công suất 0,5÷3 (MWA) mỗi xuất tuyến

 Cấp điện áp 10kV thích hợp với bán kính cung cấp 5÷15 (km),

công suất 1,5÷5 (MVA) mỗi xuất tuyến

 Cấp điện áp 15kV thích hợp với bán kính cung cấp 10÷25 (km),

công suất 2÷8 (MVA) mỗi xuất tuyến

 Cấp điện áp 22kV thích hợp với bán kính cung cấp 15÷50 (km),

công suất 3÷15 (MVA) mỗi xuất tuyến

 Cấp điện áp 35kV thích hợp với bán kính cung cấp 20÷80 (km),

công suất 3÷20 (MVA) mỗi xuất tuyến

Ngoài ra cũng cần chú ý rằng đối với các đường dây ngắn thì điều kiện phátnóng là quyết định tới khả năng tải của các đường dây, còn với các đường dây dàithì điều kiện quyết định lại là tổn thất điện áp

Chương II:

CÁC GIẢI PHÁP NỐI ĐẤT TRONG HỆ T HỐNG ĐIỆN

VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA CHÚNG.

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG:

2.1.1 Khái niệm điểm trung tính:

Điểm trung tính là điểm chung của 3 cuộn dây nối hình sao, việc lựa chọnphương thức làm việc của điểm trung tính xuất phát từ tình trạng của hệ thống khi

có chạm đất 1 pha Điểm trung tính có thể cách điện đối với đất, nối đất qua cuộndập hồ quang hay nối đất trực tiếp

Trong mỗi lưới điện, chế độ làm việc của điểm trung tính đóng một vai trò quantrọng Nó quyết định đến trị số của dòng điện, điện áp khi xảy ra ngắn mạch mộtpha và trị số của quá điện áp nội bộ, nghĩa là ảnh hưởng trực tiếp đến việc đảm bảocung cấp điện cho khách hàng và chế tạo cách điện cho thiết bị Do vậy, để đánh giáđược ưu nhược điểm của các lưới có chế độ làm việc của điểm trung tính khác nhau

ta dựa chủ yếu vào giá trị của dòng và áp trong chế độ ngắn mạch chạm đất một pha Chế độ làm việc của điểm trung tính còn phụ thuộc vào cấp điện áp, vì nó ảnhhưởng trực tiếp đến vốn đầu tư đường dây và thiết bị Ở cấp điện áp cao nếu tiếtkiệm được cách điện thì vố n đầu tư cho công trình giảm đi đáng kể Sau đây ta sẽxét từng chế độ làm việc của dây trung tính trong hệ thống điện

Có các phương thức nối đất:

- Hệ thống có trung điểm cách đất

- Hệ thống có trung điểm nối đất qua cuộn dập hồ quang

- Hệ thống có trung điểm nối đất trực tiếp (hoặc qua điện trở, điện kháng)

Việc lựa chọn chế độ trung điểm cho lưới điện phân phối phải xem xét cả haikhía cạnh kinh tế - kỹ thuật Khi chọn phương pháp nối đất trung điểm phải xét đếnnhững yêu cầu sau: độ tin cậy làm việc của lưới điện , khả năng cung cấp điện liêntục cho phụ tải, tính kinh tế của hệ thống; khả năng loại trừ quá điện áp nguy hiểm,

khả năng ảnh hưởng điện từ tới các đường dây thông tin , tính an toàn của hệ thống;khả năng phát triển hệ thống cần cải tạo.

2.1.2 Sơ lược về lịch sử phát triển các chế độ trung tính:

Lịch sử phát triển hệ thống điện của các nước trên thế giới thấy rằng, thời kỳđầu các lưới điện đều vận hành với trung tính cách ly Sở dĩ giải pháp này này từđầu được chấp nhận là do:

Cấp điện áp trước đây thấp do đó vấn đề chi phí cho cách điện trong lướikhông được quan tâm nhiều Việc nối đất hay không nối đất, hay không nối đấttrung tính, cũng không ảnh hưởng đến khả năng truyền tải của đường dây Dòng sự cố 1 pha, điện áp bước, điện áp tiếp xúc nhỏ Khi xảy ra sự cố chạmđất trên một phần tử thì vẫn có thể cho phép lưới điện tiếp tục được vận hành trongmột thời gian và trong khoảng thời gian này người ta đủ để xác định được điểm sự

cố và tách điểm sự cố ra khỏi lưới, làm tăng khả năng cung cấp điện cho các hộ phụtải

Tuy nhiên, hạn chế của lưới trung tính cách điện bắt đầu xuất hiện với sự pháttriển của hệ thống đ iện cả về quy mô lưới điện và cấp điện áp Việc nghiên cứu ảnhhưởng của các chế độ nối đất trung tính lưới trung áp đã được nhiều nước quan tâm.Phù hợp với tính chất lưới điện, đặc điểm riêng của từng nước mà nhiều nước đã cónhững nghiên cứu cải tiến chế độ nối đất của lưới trung áp sao cho phù hợp Hiệnnay, lưới điện trung áp trên thế giới có những phương thức nối đất cơ bản: Trungtính cách ly, trung tính nối đất trực tiếp hoặc qua điện trở, điện kháng, nối đất quacuộn dập hồ quang

2.1.3.Tạo điểm trung tính:

Có nhiều cách tạo điểm trung tính cho lưới điện, thiết bị tạo điểm trung tính cóthể là một thiết bị điện, gồm 3 cuộn dây, được quấn trên 3 trụ của một lõi từ, 3 cuộndây này có tổ đấu dây sao -ziczac, có điểm trung tính rút gọn ra ngoài để nối đất Vì

tổ đấu dây này sẽ triệt tiêu được từ thông TTK do dòng điện TTK sinh ra để tránhphát nóng và làm giảm điện kháng TTK của thiết bị

Thiết bị tạo điểm trung tính cũng có thể là một MBA lực, mà cuộn cao có thể

đấu sao, có điểm trung tính nối đất, mà cuộn hạ áp đấu tam giác Cuộn đấu tamgiác cũng triệt tiêu được từ thông TTK do dòng TTK gây ra Tổ đấu dây này cũnglàm giảm được điện kháng TTK của MBA Thực ra thiết bị tạo điểm trung tính đượcbảo vệ bằng máy cắt, do vậy chỉ cần cuộn cao áp nối sao và nối đất điểm trung tính Cuộn hạ áp nối thế nào cũng được, miễn là đừng để NM.

Thiết bị tạo điểm trung tính không chỉ tạo đường đi cho dòng điện TTK, màcòn là cuộn kháng ảnh hưởng đến trị số dòng điện NM

- Để nhận được dòng NM tùy ý, mà thiết bị tạo điểm trung tính phóng vào điểmchạm đất, ta đưa vào cuộn hạ áp đấu tam giác, một điện kháng điều chỉnh được

MBA thay đổi theo nhưng điện trở của MBA ít thay đổi, do đó ứng dụng nó đểlàm cuộn bù trong lưới điện cao áp rất lợi.

- Do có cuộn kháng L mà tổn thất tăng lên

- Xác định gần đúng dòng điện TTK do M BA tạo điểm trung tính gây ra

2.2 Tình trạng làm việc của từng phương thức:

2.2.1 Mạng điện 3 pha trung tính cách điện đối với đất:

Một hệ thống (HT) trung tính không nối đất đơn giản được vẽ như Hình 2.2a.

a)

b)

Hình 2.2 Mạng 3 pha trung tính cách điện

Đường dây có điện dung giữa các pha khác nhau và với đất đặc trưng như là các

bộ tụ điện nối tam giác và sao Nhóm tụ điện nối tam giác có ảnh hưởng ít đến việcnối đất của HT và do đ ó sau này sẽ không quan tâm đến

Hình 2.3 Sơ đồ mạng điện đơn giản gồm một máy phát điện, đường dây, phụ tải.

Trong tình trạng làm việc bình thường, với đường dây hoán vị hoàn toàn, dâydẫn mỗi pha có điện dung như nhau đối với đất Với điện áp 3 pha cân bằng trênđường dây, dòng trong mỗi tụ điện sẽ bằng nhau và lệch nhau một góc 120 Điện0

dòng điện dung của các pha I COa, I COb, I COc cũng đối xứng với nhau và tổng củachúng bằng không, cho nên không có dòng nào chạy trong đất :

 Như vậy điện áp mới của pha đối đất U ,'A U , B' U bằng tổng hình học điện áp C'

các pha đối với đất trước khi chạm đất và điện áp thứ tự không

Hình 2.5 Biểu diễn vectơ chạm đất 1 pha ở mạng trung tính cách đất

Tức là điện áp của pha chạm đất bằng không, còn hai pha kia tăng lên 3 lần Do

đó, dòng điện qua điện dung của pha bị chạm đất bằng không, còn dòng điện dungqua điện dung của hai pha kia tăng l ên 3 lần so với dòng điện dung lúc bìnhthường

CC

I = 0; I CA = 3 I CO; I CB = 3 I CO

Chúng ta qui ước chiều dòng điện tính từ dây dẫn vào đất, từ hình vẽ tính đượcdòng điện chạy trong đất (cũng là dòng điện chạy trong pha bị chạm đất)

Một ảnh hưởng khác trên đường dây dài là dòng dung TTK cho những phần tử ở

xa sẽ đi qua những điện kháng nối tiếp của các phần tiếp theo tạo nên điện áp TTKtăng cao ở đầu cu ối Điều này đưa đến điểm trung tính hay điểm đất nằm ngoài t am

giác điện áp dây như Hình 2.6.

Điện dung tĩnh điện của mỗi đường dây đối với đất được giả sử bằng nhau như

đã nêu ở trên Điều này là trường hợp quan trọng của đường dây hoán vị Với đường

dây không hoán vị điều này không đúng nhất là với loại có cấu hình nằm ngang hayđứng Giá trị không cân bằng chính xác có thể được tính bằng cách xác định hệ sốđiện dung của dây dẫn Trong trường hợp cực đoan, sự không cân bằng của hai cấuhình này có thể dẫn đến khoảng 5% điện áp TTK Do đó trong thực tế trung tính của

hệ thống có trung tính không nối đất có th ể bị dịch chuyển so với đất 5% điện áppha định mức ở điều kiện bình thường Điều này có thể chấp nhận được mặc dù đôikhi có thể gây nhiễu loạn cho mạch thông tin

Tóm lại khi chạm đất trực tiếp một pha, thì tình hình mạng điện có những thay đổisau:

- Điện áp của pha bị chạm đất bằng 0, còn hai pha kia tăng lên bằng điện ápdây( chạm đất hoàn toàn)

- Dòng điện điện dung trong pha chạm đất tăng lên 3 lần còn hai pha kia tănglên 3 lần

- Điện áp dây của thiết bị trước và sau khi chạm đất không thay đổi

- Điên áp của điểm trung tính tăng từ 0 đến điện áp pha

2.2.2 Mạng điện 3 pha trung tính nối qua cuộn dập hồ quang:

Cuộn dập hồ quang là một cuộn cảm có lõi thép đặt trong thùng chứa dầu MBA(giống máy biến áp điện lực một pha) Điện kháng cuộn dây lớn, điện trở khôngđáng kể Điện kháng của cuộn dập hồ quang điều chỉnh bằng cách thay đổi số vòngdây hay khe hở của lõi thép

- Khi bình thường: Uo ≈ 0 → IL≈ 0

- Khi chạm đất 1 pha: U’o = UP ≠ 0 → IL ≠ 0

Tại chỗ chạm đất sẽ có 2 dòng điện IL và IC lệch pha nhau

Khi có một pha chạm đất trong lưới điện ba pha có trung điểm nối đất quacuộn dây dập tắt hồ quang

Để giảm dòng điện điện dung của chạm đất một pha, người ta đặt một thiết bị

bù giữa trung điểm của nguồn hoặc phụ tải (hệ thống có bù dòng điện điện dungchạm đất) Trong điều kiện làm việc bình thường, điện áp đặt lên cuộn dây dập tắt

hồ quang coi như bằng không (vì điện áp của điểm trung tính gần bằng không) Do

đó trong cuộn dây dập tắt hồ quang không có dòng điện

Khi có một pha chạm đất trực tiếp, điện áp điểm trung tính tăng lên bằng điện

áp pha Cuộn dây dập tắt hồ quang được đặt dưới điện áp pha và trong nó sẽ có dòngđiện cảm IL chậm pha so với điện áp điểm trung tính một góc 90

Kết quả là tại chỗ chạm đất sẽ có hai dòng điện: điện cảm IL và điện dung ICngược pha nhau Nếu điều chỉnh IL thích hợp, dòng điện tại chỗ chạm đất bằngkhông, hồ quang chập chờn mất đi mà không sợ hiện tượng đốt cháy cách điện hayquá điện áp nội bộ

Trong thực tế, vận hành do đóng cắt các đường dây nên dòng điện IC thayđổi và không thể thực hiện được IL = IC để cho dòng điện chạm đất bằng khôngtrong thời điểm bất kỳ Mặt khác, người ta muốn rằng dòng điện tại chỗ chạm đấtsau khi bù vẫn còn có một trị số nào đó để cho bảo vệ rơle tác động cho tín hiệu báo

để nhân viên vận hành biết và kịp thời sửa chữa

- Nếu cuộn dây dập tắt hồ quang được điều chỉnh ứng lúc toàn bộ các đườngdây đều làm việc mà IC > IL Lúc chạm đất tại pha một chỗ chạm đất sẽ có dòng điện

bù dư: ∆IB = IC– IL Hiệu chỉnh như vậy trong khi có đang có một số đường dây bịcắt mà có chạm đất một pha, dẫn đến IC giảm và ∆Ib giảm theo, làm cho bảo vệ rơlekhông tác động được, nhân viên vận hành, bảo trì không nhận biết được để sửachữa

- Nếu cuộn dây dập tắt hồ quang được hiệu chỉnh ứng lúc toàn bộ các đườngdây đều làm việc mà IL > ICthì lúc chạm đất một pha, tại chỗ chạm đất sẽ có dòngđiện quá bù ∆IB = IL– IC Hiệu chỉnh như vậy thì trong khi đang có một đường dây

bị cắt mà có chạm đất một pha, dẫn đến IC giảm và ∆IB tăng lên làm cho bảo vệ rơlekhởi động chắc chắn

Trong thực tế, thường hiệu chỉnh cuộn dập tắt hồ quang sao cho có hiệntượng quá bù

Xét trường hợp điện trở của cuộn Petersen rất lớn và chiều dài đường dây dài,thành phần tác dụng của dòng chạm đất là đáng kể Thông thường người ta cũng

điều chỉnh sao cho điện cảm của kháng điện LK ở chế độ cộng hưởng, tức là:

LK =1/3ωLưới điện ba pha trung tính cách điện hay nối đất qua cuộn dập tắt hồ quangcòn gọi là lưới điện có dòng điện chạm đất bé và cần phải có thiết bị kiểm tra tìnhtrạng cách điện khi làm việc và cách điện pha được thiết kế bằng cách điện dây

Đối với mạng điện 3 pha trung tính nối qua cuộn dập hồ quang ở tình trạnglàm việc bình thường cũng giống như trường hợp trung tính cách điện đối với đất,tổng dòng điện dung chạy trong đất và điện áp điểm trung tính bằng không Do đóđiện áp đặt lên cuộn dập hồ quang bằng không và dòng điện qua nó cũng bằngkhông

Một hệ thống nối đất cộng hưởng là HT trong đ ó dòng dung đường dây đượctrung hòa (bù) hay cộng hưởng nhờ một điện kháng nối đất hay thiết bị tương tự(cuộn dập hồ quang) Nguyên lý của cuộn dập hồ quang thì hoàn toàn đơn giản.Thông thường, cuộn dập hồ quang đơn giản là điện kháng có một số đầu phân ápnối giữa trung tính MBA và đất Khi mộ t pha của hệ thống chạm đất, dòng khángchậm sau chạy từ cuộn dập hồ quang qua MBA đến nơi chạm đất rồi sau đó quay vềđất

Hình 2.7 Mạng điện 3 pha trung tính nối qua cuộn d ập hồ quang.

Khi chạm đất một pha, chẳng hạn pha C, điên áp điểm trung tính cũng là điện

áp trên cuộn dập hồ quang xuất hiện dòng điện cảm IL (chậm sau điện áp điểm

trung tính 90) Kết quả là tại chỗ chạm đất có dòng điện dung và dòng điện cảmngược pha nhau Nếu điều chỉnh điện kháng của cuộn dập hồ quang thích hợp, dòngđiện tại chỗ chạm đất bằng không

Trong thực tế vận hành phải đóng cắt các đường dây, dòng điện dung Ic thayđổi,nên khó thực hiện được IL =IC Mặt khác phải điều chỉnh để còn lại một trị số

∆I = IL - IC nào đó để cung cấp cho rơle tác động báo tín hiệu cho nhân viên trựcnhật biết và kịp thời sửa chữa

Hoạt động của cuộn dập hồ quang bằng phương pháp xếp chồng được min hhọa như hình vẽ :

a) HT nối đất điện kháng và không có điện dung đối với đất