Giáo án chuyên đề thiết bị điện

CHƯƠNG I: CÁC SỰ CỐ LÀM VIỆC KHÔNG BÌNH THƯỜNG CỦA CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN Máy cắt không cắt được: Ví dụ: máy cắt dầu do dầu bị bẩn Máy cắt SF6 do áp lực khí không đủ Máy cắt chân không do rò

CHUYÊN ĐỀ THIẾT BỊ ĐIỆN

Tài liệu tham khảo

- Bảo vệ các hệ thống điện - Trần Đình Long

Sự cố: có 2 loại

- Sự cố khách quan

- Sự cố chủ quan: do chế độ vận hành, do bản thân thiết bị

Yêu cầu bảo vệ:

- Độ tin cậy khi tác động: mức độ chắc chắn rằng hệ thống bảo

Hệ thống bảo vệ không dự phòng

CHƯƠNG I: CÁC SỰ CỐ LÀM VIỆC KHÔNG BÌNH THƯỜNG

CỦA CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN

Máy cắt không cắt được:

Ví dụ: máy cắt dầu do dầu bị bẩn

Máy cắt SF6 do áp lực khí không đủ

Máy cắt chân không do rò ra ngoài

Máy biến áp truyền tải công suất lớn dùng rơle bảo vệ ( rơle hơi) Sự cố máy biến áp chập vài vòng dây trong cuộn sơ cấp →máy

biến áp làm việc không đối xứng → nhiệt độ ở vòng chập lớn → dầu

bị đốt nóng →máy nổ.

BI, BU: sự cố 2% trong đó BU hay bị sự cố hơn vì BI không có cầu chì, chế độ thứ cấp là ngắn mạch

Máy phát ngắn mạch đầu cực: trước máy cắt bảo vệ so lệch

= ( thành phần hình sin của inm ).

n n

I t =c , tn = 3s

§1.3 Chạm đất lưới trung tính không nối đất hoặc nối đất qua

cuộn dây dập hồ quang hoặc điện trở nối đất

- Chỉ xảy ra ở lưới trung áp, đường dây có 3 dây không có dây chống sét, nối đất

- Dòng chạm đất bé bảo vệ theo dòng không tác động

điện của tải C ( C điện dung kí sinh ) → hồ quang trong tụ điện →

điện áp đường dây tăng 10 lần nhưng thực tế 3 - 4 lần điện áp định mức → đánh thủng cách điện

Chạm đất gây ra mất pha đối với tải

Động cơ một pha hiệu suất thấp, osc ϕ cao vì ngoài dòng từ hóa

ra còn có dòng tạo từ trường thứ tự nghịc gây tổn hao có xu hướn hãm động cơ →nóng động cơ →không cần cắt nhanh → cần thiết bị cảnh báo là

§1.4 Các vòng dây trong thiết bị điện chạm nhau

Máy điện xoay chiều

Ví dụ 2 vòng dây chạm nhau, In lớn → dòng tổng trong cuộn

dây tăng nhưng không nhiều → hỏng cục bộ.

Hiện tượng: thấy có tiếng ồn do từ thông φ giảm

Với máy biến áp Ur sẽ bị lệch nhau

Nếu số vòng chập lớn →I lớn → ngắn mạch.

Các bối dây song song, một bối bị chập →tạo nên dòng Icb →

Quá bão hoà ở máy điện xoay chiều khi dòng kích từ quá

lớn.Do điện áp đặt vào lớn

Nhiệt độ thiết bị điện cao do quá tải, chạm chập cục bộ, mất pha cảnh báo, tác động cắt điện

Phần cơ bị kẹt,ổ bi mòn do quá dòng, lệch từ

CHƯƠNG II: CÁC PHẦN TỬ CHÍNH TRONG HỆ THỐNG BẢO VỆ CÁC THIẾT BỊ ĐIÊN

§2.1 Máy biến dòng điện

Máy biến dòng điện biến dòng điện xoay chiều lớn I1, điện áp cao xuống dòng điện chuẩn I2 ( 5A, 1A ), điện áp an toàn

Chức năng: đo lường, điều khiển, bảo vệ

Nguyên lý: kiểu điện từ

Z 2

I 2

Trên nhãn máy biến dòng có các thông số:

+) S ( VA) dung lượng định mức của máy biến dòng: 2,5; 5; 10; 20; 35 VA, Sđm liên quan đến Z2 vì I2 = 5A hoặc 1A.

§2.2.Máy biến điện áp

- Là phần tử tỉ lệ biến U1 cao sang U2 giá trị chuẩn : 100V, 100 / 3 V dùng cho đo lường, bảo vệ, điều khiển

- Sai số: Blv tương đối lớn nên Uquá tải = (1,5 – 2 )Uđm

- Cấp chính xác: 0,2; 0,5 (đo đếm điện năng ); 1; 3; 5; 10

- Các loại BU

U 2

U 1

- Tải của BU:

Z2 càng giảm sai số tăng, công suất của BU lớn nhất cùng chỉ

200 VA nên dòng I1 của BU rất bé →không cần đặt cầu chì ở sơ cấp

2 Bộ lọc điện áp thứ tự nghịch

m n

- Với bộ lọc điện áp đồng thời cho nhiều tải

- Kiểm tra xem thứ tự pha có đúng không

N

V

0

Khi đủ pha U0N ≈ 0, khi mất pha U0N= = Uf cảnh báo, bảo vệ.

§2.4 Nguồn điện thao tác

Nguồn xoay chiều: 220, 110, 48, 24 V

Lấy điện xoay chiều trực tiếp từ lưới →trạm đóng cắt đơn Máy

cắt bằng tay hoặc động cơ đều tích năng cho lò xo đóng

Nguồn một chiều từ: - chỉnh lưu

- từ acquy

- từ tụ điện Trong hệ thống SCADA (điều khiển, bảo vệ lớn ) nguồn điện thao tác không được ngắt quãng →acquy 220VDC → rơle bảo vệ DC

220V

Acquy độc hại, phải bảo dưỡng, chế độ nạp phóng

Dùng tụ để tích năng

§ 2.5 Kênh truyền tín hiệu

Trực tiếp bằng dây dẫn, gây sụt áp ( do tổng trở dây dẫn, tổng trở tải), ở khoảng cách gần

- Năm 1901 rơle cảm ứng dòng điện → bảo vệ quá tải, ngắn mạch

- Năm 1908 rơle bảo vệ so lệch dòng điện

- Năm 1910 rơle hướng công suất, quá dòng có hướng

- Năm 1920 rơle bảo vệ có khoảng cách

- Năm 1930 rơle bảo vệ truyền tín hiệu cao tần, viba

- Năm 1960 dùng rơle tĩnh điện tử và bán dẫn

- Năm 1970 đến nay rơle số và máy tính

Rơle số là rơle vạn năng, tính cơ động, có thể lập trình chỉnh định, liên thông hệ điều khiển, bảo vệ

Rơle điện cơ số lượng lớn, dùng nhiều, dùng cho phụ tải công suất bé

Rơle nhiệt quá tải kiểu lưỡng kim

B¶o vÖ

R¬le

§Æc tÝnh thùc cña r¬le sè

I t

Bảng danh mục các loại bảo vệ thường dùng trong bảo vệ rơle

25 S Rơle hòa hoặc kiểm tra đồng bộ

32 Pur hoặc Wuur

Pu

shoặc Wsuu

Rơle có hướng công suất thuậnRơle có hướng công suất ngược

37 < Rơle thiếu dòng điện và thiếu

50 I>> Rơle dòng điện cắt nhanh

51 I> Rơle quá dòng có thời gian51N I0 > hoặc IE > Rơle quá dòng điện thứ tự không

có thời gian

52a MCa Tiếp điểm phụ thường mở của

máy cắt điện52b MCb Tiếp điểm phụ thường đóng của

máy cắt điện

55 cosϕ Rơle osc ϕ

60 ∆U hoặc I∆ Rơle cân bằng áp hoặc dòng

64 I0 Rơle bảo vệ chống chạm đất

67 uuurI > Rơle quá dòng ( xoay chiều) có

hướng

74 BĐ Rơle báo động ( cảnh báo)

76 I=> Rơle quá dòng một chiều

78 δ Rơle lệch pha hoặc bảo vệ mất

- Mắy cầu dầu: nhiều dầu, ít dầu, thời gian hồ quang lớn

- Mắy cắt không khí nén: năng lực cắt lớn

+Mối quan hệ giữa điện áp phóng điện và khoảng cách 2 điện cực khi U > 250V →bão hòa

s (mm) 150

CHƯƠNG III: CÁC NGUYÊN LÝ ĐO LƯỜNG, THEO DÕI,

PHÁT HIỆN HƯ HỎNG TRONG BẢO VỆ.

§ 3.1 Các nguyên lý đo lường cho bảo vệ

1 Đo 1 đại lượng đầu vào

t

X K

§3.2 Các nguyên lý đo lường cho bảo vệ

1 Bảo vệ quá dòng điện

Các loại phần tử bảo vệ

+ Rơle dòng điện cực đại ( I > Iđ tác động lập tức, kiểu phần động chữ

Z khác với rơle dòng điện cực tiểu kiểu mạch từ hút chập)

+ Rơle kiểu điện từ

+ Rơle nhiệt kiểu lưỡng kim có trễ theo quan hệ I t const2 =

Nếu sự cố bên ngoài thì so lệch không làm việc

Nếu sự cố bên trong ( ví dụ ngắn mạch vòng dây trong máy biến áp)

so lệch tác động

3 Bảo vệ hướng công suất

Máy điện đồng bộ làm việc ở các chế độ

- Động cơ

- Máy phát

- Máy bù đồng bộ

Bảo vệ hướng công suất tránh việc đang làm việc động cơ

chuyển sang máy phát mà không mong muốn

4 Bảo vệ quá, thiếu điện áp

- Đơn giản

5 Bảo vệ tần số

Máy phát đồng bộ :

+ Nhà máy thủy điện

+ Nhà máy nhiệt điện

Máy biến áp phân phối công suất bé: không có hệ thống bảo vệ

CHƯƠNG IV: BẢO VỆ CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN

+ Với roto chạm đất 1 điểm, chạm đất 2 điểm

2 Bảo vệ chống chạm đất trong cuộn dây stato

Máy phát đồng bộ stato đấu Y, điểm trung tính không nối đất trực tiếp mà đấu qua cuộn L ( Pertson ) hoặc R để giảm quá điện áp nếu bị phóng điện chập chờn Có cuộn L hoặc R duy trì dòng điện nối đất

Khi chạm đất xảy ra ở gần cực máy phát → chạm đất điện dung

I

BI BI

SL

Có nhiều sơ đồ bảo vệ chống chạm đất 1 pha

Cách điện pha – đất bị hỏng chạm chập 1 pha Thân cách điện bằng băng thủy tinh, cách điện bột mica, kết dính expoxy →ít bị phóng điện trong rãnh, bị phóng điện ở tiếp giáp phần uốn cong và đầu nối

3 Bảo vệ chống chạm chập giữa các pha

Dùng TI bảo vệ quá dòng điện và bảo vệ so lệch

SL

Qu¸

dßng

4 Bảo vệ chạm chập vòng dây trong 1 pha

Dùng bảo vệ quá dòng điện

7.Bảo vệ chống công suất ngược

Máy phát không phát ra điện mà tiêu thụ điện Dùng áptomat công suất ngược

Sơ đồ bảo vệ máy phát đồng bộ công suất bé ( < 50 MVA )

1 So lệch có hãm

2 Quá tải stato

3 Công suất ngược

4 Mất kích từ

5 Bảo vệ thứ tự nghịch

6 Quá dòng có trễ

7 Chống chạm đất cuộn dây stato ( 95%)

8 Giảm tần số

9 Quá điện áp

10 Chạm đất roto

I 2 P -jX

I 2 >

I >

f <

U > BU

BI BI

BI BI

10

8 9

2 3 4 5 6 7 R

1

U 0 >

Sơ đồ bảo vệ máy phát điện công suất lớn

R

15 14 13

12

11

10 9

I MF

6 8

§ 4.2 Bảo vệ máy biến áp và biến áp tự ngẫu

1.Các dạng hư hỏng và các bảo vệ thường dùng

- Hỏng hóc bên trong

+ Chạm chập vòng dây trong 1 pha: dòng điện pha tăng

Số vòng chập càng nhiều, dòng tăng càng cao

1

0

C n

c c

E I

l R

S coi X

Nếu ω >c 1 thì dòng chập tăng, điện áp giảm

Bảo vệ so lệch hoặc RU, RI

+ Ngắn mạch giữa các cuộn dây: nếu ngắn mạch 1vòng thì dòng điện không tăng nhiều

+ Rò dầu: dầu dùng để cách điện sứ đầu vào, ra và cách điện cách vòng dây biến áp

+ Hỏng hóc bộ điều áp: Umax , Umin tác động

+ Chạm đất cuộn cao và hạ áp

- Hỏng hóc bên ngoài

+ Ngắn mạch pha

+ Quá tải

+ Quá bão hòa mạch từ

Ngắn mạch 1 pha, nhiều pha,

chạm đất

So lệch có hãm ( bảo vệ chính)Khoảng cách ( dự phòng)Quá dòng có thời gian ( chính và

dự phòng)Quá dòng thứ tự 0Chạm chập các vòng dây

Bị rò dầu

Rơle khí ( rơle hơi)

Có 2 kiểu: tác động và cảnh báoQuá tải

Hình ảnh nhiệtQuá dòng có trễCác loại khí cụ điện bảo vệ quá

tảiQuá bão hòa mạch từ Thiết bị chống bão hòa

2 Các bảo vệ chống ngắn mạch

a Bảo vệ so lệch có hãm: trong nội bộ máy biến áp

b Quá dòng có trễ

- Do tải

- Đặt bảo vệ: máy biến áp cả vào, ra; máy biến áp bé đặt đầu ra

c Bảo vệ khoảng cách với máy biến áp có công suất lớn

S >100 MVA

d Bảo vệ chống chạm đất

Máy biến áp có trung tính nối đất chỉ bảo vệ 95% vì nếu chạm đất cuối đường dây dòng chạm đất nhỏ

e Bảo vệ quá tải ( đối với máy có công suất lớn)

- Quá tải thì nhiệt độ tăng

- Quá tải cũng là quá dòng

Dùng hình ảnh nhiệt : nhiệt độ qua các điểm khác nhau nhờ cảm biến

f Dùng rơle hơi: dùng máy biến áp công suất trung bình và lớn

Cũng dựa vào nhiệt độ Rơle khí có 2 cấp: cảnh báo và tác động Có hai phao:

+ Nếu ngắn mạch vài vòng dây →phao trên tác động →đưa ra cảnh báo, đưa ra đèn báo, chuông

+ Nếu mất dầu, áp lực hơi nhanh phao hai tác động → đưa ra tín hiệu

cắt ở sơ cấp

g Lựa chọn phương thức bảo vệ máy biến áp

Máy biến áp công suất bé:

Bên cao áp:

+ Bảo vệ có cầu chì tự rơi

+ Dao cách ly + cầu chì

+ Dao cắt phụ tải

Máy biến áp phân phối S 800kVA≥

Dùng dao cắt phụ tải đóng cắt dòng tải

Các sơ đồ bảo vệ

*) Bảo vệ máy biến áp 2 cuộn dây công suất bé ( < 100MVA)

*) Bảo vệ máy biến áp 3 cuộn dây, công suất lớn

C MC3

1 2

500 kV

200 kV

4 Z<

MC2

§4.3 Bảo vệ động cơ điện

1 Công suất lớn, điện áp cao

- Điện áp xoay chiều: đồng bộ, không đồng bộ, máy bơm, quạt gió

- Động cơ đều trung tính không nối đất:

Sự cố trong: chạm chập vòng dây, chạm vỏ, ngắn mạch các pha

Sự cố ngoài: ngắn mạch lưới, mất pha, quá tải

Ngắn mạch giữa các pha, đường

dây cấp điện

Quá dòng hoặc so lệch có hãm

Chạm chập vòng dây Quá dòng có hướng

Quá tải: Khi khởi động

Khi làm việc

Kiểm tra thời gia khởi động

Chống quá tảiMất cân bằng pha Dòng thứ tự nghịch

Động cơ đồng bộ: mất đồng bộ Chống mất đồng bộ

2 Bảo vệ quá dòng điện

- Dùng rơle nhiệt bảo vệ quá tải

- Aptomat bảo vệ ngắn mạch

- Bị mất pha phải tác động nhanh →dùng bộ lọc thứ tự 0 đơn giản

theo dòng hoặc theo áp

+ Bộ lọc thứ tự 0 theo dòng: dùng máy biến dòng ôm cả 3 dây, nhưng mỗi tải khác nhau chọn biến dòng khác nhau, đảm bảo độ tin cậy.+ Bộ lọc thứ tự 0 theo áp: dùng trung tính giả

Phần bài tập:

I Cấu trúc máy biến áp

Sơ cấp có 11 nấc chuyển mạch tạo ra 23 cấp điện áp

II Tổ nối dây máy biến áp /Y ∆∆

III.Tải của máy biến áp ( lò hồ quang)

Bảo vệ chống sự cố máy biến áp lò 20000 MVA vì I2 dòng quá lớn không có ACB nào phù hợp

12 biến dòng ở V2, dòng để điều khiển I2 bằng nâng hạ điện cực

Sơ cấp: I1 = ( 150 – 300 )A

Chọn biến dòng theo 300A, lúc đó máy làm việc với điện áp lớn nhất

Chống sét van: van oxit kim loại, không có khe hở Có thêm bộ đếm: mỗi lần có sét bộ đếm tăng 1 lần

Tụ điện: điện áp 20 KV

Bảo vệ quá dòng:

- Quá dòng lớn: cắt nhanh

- Quá dòng bé: có trễ

Rơle hơi: cảnh báo và tác động

Tín hiệu nhiệt độ: quá hình ảnh nhiệt: cảnh báo và cắt

Bảo vệ chạm đất 1 pha lấy từ tín hiệu dòng

+ Chọn máy cắt tổng VCB: 1600A, Uđm = 36 KV phải sử dụng máy cắt 1600 A vì một máy cắt dòng I1 = 330 A mà ở đây là 3 tổ máy biến

áp làm việc song song

Máy cắt này cắt khi quá dòng bé vì nó không có chức năng bảo vệ quá dòng mà chỉ có chức năng đóng cắt Bảo vệ do các rơle

+ Chọn TI: 400/5, Uđm = 35KV cấp chính xác 03 Dung lượng máy biến dòng S = 20VA

+ Chọn TU

Phần Y: cấp cho phần đo đếm điện năng, theo dõi công suất, osc ϕ

Phần ∠: cảnh báo mất pha của lưới

+ Tất cả KC1 – KC9 : cuộn dây dòng đienẹ của rơle dòng điện cực đại kiểu điện từ

KC1, KC2, KC3: cắt nhanh thì chỉnh rơle để I = ( 5 - 10) Iđm

KC4, KC5, KC6 : cắt chậm phải thêm có trễ, chỉnh định rơle

KC7, KC8, KC9: cảnh báo khi I I≈ ®m, chỉnh định rơle

IV Động cơ

Ví dụ: động cơ không đồng bộ

- Dây quấn: mở máy, khởi động: thay đổi Rroto

- Lồng sóc:khởi động /Y ∆, biến áp tự ngẫu, cuộn kháng, điện tử công suất

Chọn phương pháp khởi động sao cho khi bắt đầu khởi động Mkđ >