đồ án môn học bảo vệ rơ le trong hệ thống điện

Ngoài các loại sự cố do ngắn mạch, trong hệ thống điện còn có cáctình trạng làm việc không bình thường như chế độ quá tải, Dòng điện quá tảilàm tăng nhiệt độ của các phần dẫn điện quá gi

Lời nói đầu

Những thành tựu đạt được trong lịch sử phát triển ngành công nghiệpđiện lực, đặc biệt rong những năm gần đây cho phép thiết kế và xây dựngcác hệ thống điện tin cậy và kinh tế nhằm đáp ứng một cách tốt nhất nhu cầuđiện năng ngày càng tăng của xã hội Trong sự phát triển đó, các thiết bị và

hệ thống bảo vệ đóng một vai trò cực kì quan trọng nó đảm bảo cho các thiết

bị điện chủ yếu như máy phát điện, máy biến áp, đường dây dẫn điện trênkhông và cáp ngầm, thanh góp và các động cơ cỡ lớn… và toàn bộ hệ thốngđiện làm việc an toàn, phát triển liên tục và bền vững

Trong khuôn khổ của đồ án này chỉ thiết kế hệ thống bảo vệ rơle chođường dây cung cấp hình tia với các loại bảo vệ quá dòng cắt nhanh, quádòng có thời gian và quá dòng thứ tự không

Do là lần đầu tiên làm nhiệm vụ thiết kế sẽ không tránh những sai sót

do trình độ còn hạn hẹp cũng như gấp rút trong thời gian làm đồ án, em rấtmong được sự chỉ bảo, hướng dẫn của thầy giáo

Em cũng xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy TạTuấn Hữu đã giúp em hoàn thành đồ án này trong thời gian qua

Hà nội, ngày 21-12-2010

Sinh viên

Trần Đức Liêm

I, ĐỀ BÀI

Tính toán bảo vệ quá dòng cắt nhanh, quá dòng điện có thời gian và quá

dòng thứ tự không cho đường dây cung cấp điện hình tia D1, D2

II, NỘI DUNG:

1,Phần lý thuyết:

+ Nêu nhiệm vụ và yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơle

+ Nêu nguyên tắc tác động của các bảo vệ được sử dụng

+ Nhiệm vụ, sơ đồ, nguyên lý làm việc, thông số khởi động và vùngtác động của từng bảo vệ đặt cho đường dây

2, Phần tính toán:

+ Chọn BI ( Isdđ = 10-12,5-15-20-25-30-40-50-60-70A)*n ; n = 1000)

(10-100-+Tính toán ngắn mạch, xây dựng quan hệ giữa dòng điện ngắn mạch vớichiều dài đường dây trong các chế độ cực đại, cực tiểu

+ Tính toán thông số khởi động cho các bảo vệ của đường dây D1 và D2.+ Xác định vùng bảo vệ của BVQD cắt nhanh và BVQD có thời gian

+ Vẽ sơ đồ nguyên lý bảo vệ cho đường dây D1 và D2

A PHẦN LÝ THUYẾT

1, Nhiệm vụ cơ bản của bảo vệ rơle.

Khi thiết kế hoặc vận hành bất kỳ một hệ thống điện nào cũng phải kể

đến khả năng phát sinh những sự cố và các tình trạng làm việc không bìnhthường trong hệ thống đó

Ngắn mạch là loại sự cố có thể xảy ra và nguy hiểm nhất trong hệ thốngđiện Hậu quả của ngắn mạch là:

- Làm giảm thấp điện áp ở phần lớn của hệ thống điện

- Phá hủy các phần tử bị sự cố bằng tia lửa điện.

- Phá hủy các phần tử có dòng ngắn mạch chạy qua do tác dụngnhiệt và cơ

- Phá vỡ sự ổn định của hệ thống

Ngoài các loại sự cố do ngắn mạch, trong hệ thống điện còn có cáctình trạng làm việc không bình thường như chế độ quá tải, Dòng điện quá tảilàm tăng nhiệt độ của các phần dẫn điện quá giới hạn cho phép, làm chocách điện của chúng bị già cỗi và đôi khi bị phá hỏng

Để ngăn ngừa sự phát sinh sự cố và sự phát triển của chúng có thểthực hiện các biện pháp loại bỏ nhanh phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống ,loạitrừ những tình trạng làm việc không bình thường có kả năng gây hư hại chothiết bị và hộ dùng điện

Như vậy: nhiệm vụ chính của thiết bị bảo vệ rơle là tự động loại bỏ

phần tử gặp sự cố đảm bảo cho hệ thống vẫn làm việc bình thường, Ngoài racòn ghi nhận và phát hiện những tình trạng làm việc không bình thường củacác phần tự trong hệ thống điện, Tùy mức độ mà bảo vệ rơle có thể tác động

đi báo tín hiệu hoặc cắt máy cắt

2, Yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơle.

Để thực hiện các chức năng và nhiệm vụ quan trọng trên, thiết bị bảo

vệ phải thỏa mạn những yệu cầu cơ bản sau:

- Độ tin cậy không tác động là mức độ chắc chắn rằng rơle hoặc hệthống rơle sẽ không làm việc sai.

có khả năng duy trì ổn định của sự làm việc của các máy phát điện và toàn

3, Nguyên tắc tác động của các bảo vệ được sử dụng :

Vì ta đang thực hiện thiết kế BV cho đường dây nên ta sẽ sử dụng các

loại BV sau:

+ Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (50)

+ Bảo vệ quá dòng TTK cắt nhanh (50N)

+ Bảo vệ quá dòng điện có thời gian (51)

+ Bảo vệ quá dòng TTK có thời gian (51N)

Nguyên tắc tác động của các bảo vệ trên đều có chung 1 nguyên tắc đó là

bảo vệ quá dòng điện, Bảo vệ sẽ tác động khi có dòng điện đi qua phần tử

được bảo vệ vượt quá một giá trị định trước gọi là dòng điện khởi động của

BV ( Ikđ)

 Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (50) và quá dòng TTK cắt nhanh

(50N) :

- 2 loại bảo vệ này làm việc tức thời hoặc với thời gian rất bé (0,1s)

 Bảo vệ quá dòng điện có thời gian (51) và quá dòng TTK có thời gian

(51N)

- Khi có dòng điện đi qua phần tử được bảo vệ lớn hơn Ikđ thì 2 loại bảo

vệ này sẽ bắt đầu đếm thời gian t sau khi đếm hết thời gian (đã được xác định bằng các công thức có sẵn) mà dòng trên phần tử đó vẫn còn lớn hơn Ikđ thì bảo vệ sẽ phát tín hiệu cho máy cắt làm việc

Bảo vệ quá dòng TTK cắt nhanh (50N) và quá dòng TTK có thời gian (51N) có đối tượng tác động là dòng TTK khi có sự cố như NM 1 pha chạm đất , NM 2 pha chạm đất

4, Nhiệm vụ ,sơ đồ, nguyên lý làm việc, thông số khởi động và vùng tác động của từng bảo vệ đặt cho đường dây :

a) Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh (50):

+ Nhiệm vụ: Cắt nhanh (tức thời hoặc cỡ 0,1s) phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống loại bỏ dòng sự cố đảm bảo an toàn cho hệ thống và vẫn làm việc bình thường

+ Nguyên lý làm việc: Bảo vệ dòng điện cắt nhanh là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn dòng điện khởi động của bảo vệ lớn hơn trị

số dòng ngắn điện mạch lớn nhất đi qua chỗ dặt bảo vệ khi có hư hỏng ỏ đầu phần tử tiếp theo

+ Thông số khởi động :

Dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh:

Ikđ50 = kat * IN,ng, max

Với: kat : hệ số an toàn , Lấy kat = 1,2 ÷ 1,3

IN,ng,max : dòng ngắn mạch ngoài cực đại Thường lấy bằng giá trị dòng ngắn mạch lớn nhất tại thanh cái cuối đường dây

+ Vùng tác động : Vùng tác động của bảo vệ không bao trùm toàn bộ chiều dài đường dây được bảo vệ và thay đổi theo dạng ngắn mạch ,chế độ vận hành của hệ thống , Phạm vi bảo vệ : Lcn-50max - Lcn-50min

Bảo vệ quá dòng cắt nhanh : Sơ đồ nguyên lý ,phạm vi bảo vệ , chọn Ikđ

b) Bảo vệ quá dòng điện TTK cắt nhanh (50N):

+ Nhiệm vụ : Cắt nhanh (tức thời hoặc cỡ 0,1s) phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống loại bỏ dòng sự cố đảm bảo hệ thống vẫn làm việc bình thường và không bị hư hại

+ Nguyên lý làm việc: tương tự như BV quá dòng cắt nhanh nhưng bảo vệnày hoạt động dựa trên trị số dòng TTK Io của đường dây đượcbảo vệ Khi dòng này lớn hơn Ikđ của BV thì BV sẽ tác động cắt máy cắt+ Thông số khởi động :

Dòng điện khởi động của BV:

Ikđ50N = kat *3* I0N,ng, max

Với: kat : hệ số an toàn , Lấy kat = 1,2 ÷ 1,3

I0N,ng,max : dòng ngắn mạch TTK ngoài cực đại

+ Vùng tác động : Cũng tương tự như BV quá dòng cắt nhanh nhưng vùng bảo vệ ổn định hơn khi chế độ vận hành hệ thống thay đổi

Phạm vi bảo vệ : Lcn-50Nmax - Lcn-50Nmin

c) Bảo vệ quá dòng điện có thời gian (51):

+ Nhiệm vụ :Loại bỏ phần tử bị sự cố sau thời gian t (đã đặt) ra khỏi hệ thống nhằm loại bỏ dòng sự cố đảm bảo hệ thống vẫn làm việc bình

thường không bị gián đoạn

+ Nguyên lý làm việc :Tính chọn lọc của BV dòng điện có thời gian được đảm bảo bằng nguyên tắc phân cấp chọn thời gian tác động Bảo vệ càng gần nguồn cung cấp thời gian tác động càng lớn

+ Thông số khởi động : -Dòng điện khởi động của bảo vệ

Ikđ51 = k Ilvptmax

Với: k : hệ số chỉnh định , Lấy k = 1,6

Ilvptmax: dòng làm việc max

- Thời gian làm việc của bảo vệ : Có 2 loại đặc tính thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng có thời gian :(a) - Đặc tính độc lập

(b) - T/h đặc tuyến độc lập ; (c) - T/h đặc tuyến phụ thuộc

+ Vùng tác động : Toàn bộ đường dây

d) Bảo vệ quá dòng TTK có thời gian (51N):

Nhiệm vụ và nguyên lý làm việc cũng tương tự như BV quá dòng điện có thời gian nhưng nó làm việc theo dòng TTK của đường dây được bảo vệ.+ Thông số khởi động :

- Dòng khởi động của bảo vệ :

vệ phía đường dây là ∆t

+ Vùng tác động : Toàn bộ đường dây

B.NỘI DUNG TÍNH TOÁN Chương I: Chọn máy biến dòng điện

I, Chọn tỷ số biến đổi của các máy biến dòng điện BI 1 ,BI 2

Tỷ số biến đổi của các máy biến dòng được chọn theo công thức :

I sdd

tdd

I n I

 Chọn Itdd = 5 A

Dòng Isdd được chọn theo công thức

Isdd ≥ Ilvmax = kqt*Ipt

Trong đó kqt = 1,4

a,Chọn tỷ số biến của BI2:

Dòng điện làm việc phụ tải 2:

3 2

b,Chọn tỷ số biến của BI1

Dòng làm việc phụ tải 1:

3 1

Vậy tỷ số biến của BI1 là : nBI1 = 300/5

Chương II: Tính toán ngắn mạch A/Tính toán thông số :

Chọn hệ đơn vị tương đối cơ bản :

Để tính toán chế độ ngắn mạch không đối xứng ta sử dụng phươngpháp các thành phần đối xứng, Điện áp và dòng điện được chia thành 3thành phần:thành phần thứ tự thuận, thành phần thứ tự nghịch và thànhphần thứ tự không,

Dòng điện ngắn mạch thứ tự thuận của mọi dạng ngắn mạch đều cótính theo công thức :

1Ni(n)

(n) 1

E I

+ Tính các dạng NM: N(3) N(1) N(1,1)

+ 2MBA làm việc song song

Sơ đồ thay thế và thông số của lưới ở chế độ MAX:

E ht

X D2

1 4 0,067

Tính ngắn mạch N(3) , N(1) N(1,1) cho lần lượt các điểm NM từ N1 đến N9

Giá trị X 1Ni∑ và X 0Ni∑ được tính như sau:

X1Ni+1 = X1Ni + ¼Xd1 với i = (1÷4)

X1Ni+1 = X1Ni + ¼Xd2 với i = (5÷8)

X0Ni+1 = X0Ni + ¼X0d1 với i = (1÷4)

X0Ni+1 = X0Ni + ¼X0d2 với i = (5÷8)

Tính toán tương tự như điểm N1

Ta có bảng kết quả tính toán NM ở chế độ MAX như sau :

X1∑ 0,206 0,375 0,544 0,713 0,882 1,136 1,39 1,644 1,898

X2∑ 0,206 0,375 0,544 0,713 0,882 1,136 1,39 1,644 1,898

0,876 11,929

4,422

3,374

2,727

2,118

1,731

3,387

2,494

1,973

1,503

1,213

1 4

Tính ngắn mạch N(2) và N(1) cho lần lượt các điểm NM từ N1 đến N9

Giá trị X 1Ni∑ và X 0Ni∑ được tính như sau:

X1Ni+1 = X1Ni + ¼Xd1 với i = (1÷4)

X1Ni+1 = X1Ni + ¼Xd2 với i = (5÷8)

X0Ni+1 = X0Ni + ¼X0d1 với i = (1÷4)

X0Ni+1 = X0Ni + ¼X0d2 với i = (5÷8)

Ta có bảng số liệu tính toán như sau:

Tính toán tương tự như điểm N1

Ta có bảng kết quả tính toán NM ở chế độ MIN như sau :

X 1∑

=X 2∑

0,373

0,542

0,711

0,88

1,303

1,557

1,204

1,62

2,692

3,330

0,711

0,88

1,303

1,557

1,915

2,50

3,995

4,887

0,447

0,57

0,878

1,061

1,598

1,218

0,98

0,665

0,556

3,844

2,930

2,36

1,599

1,338

3,874

2,748

2,13

1,362

1,120

1,291

0,916

0,71

0,454

0,373

4,210

3,150

2,52

1,687

1,408

1,146

0,771

0,58

0,360

0,293

0,24

7 0,213

Bảng tổng kết:

1,738

1,362

1,120

1,744

1,399

1,079

0,878

Chương III: Tính toán thông số khởi động cho các bảo vệ

I/ Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50):

Chọn dòng điện khởi động

Ikđ-50 = kat x INngmax

Với: kat : hệ số an toàn , Lấy kat = 1,2

INngmax : dòng ngắn mạch ngoài cực đại, thường lấy bằng giá trị

dòng ngắn mạch lớn nhất tại thanh cái cuối đường dây

1 Đoạn đường dây D2

I0Nngmax: dòng ngắn mạch TTK ngoài cực đại

1 Đoạn đường dây D2

 Chọn thời gian làm việc của bảo vệ:

Đặc tính thời gian của rơle:

*

p 0,02

III



1 Chế độ MAX

 Với đường dây D 2:

Xét điểm ngắn mạch N9: IN9max = 1,267 (kA)

 Với đường dây D 1 :

Thời gian bảo vệ làm việc tại điểm N5 trên đường dây 1 là:

Ikđ1-51 = 0,4416 (kA) ; Tp1 = 0,344 (s)

2 Chế độ MIN

Tính toán tương tự như ở chế độ MAX

Ta có kết quả tính toán như sau:

 Với đường dây D 2:

Max Min

Chương IV : Xác định phạm vi bảo vệ và kiểm tra độ nhạy

I/ Xác định phạm vi bảo vệ của BV quá dòng cắt nhanh (50):

Từ đồ thị trên ta có thể xác định được phạm vi của các BV quá dòng cắtnhanh như sau:

Đường dây D1: L1 = 10 km

Lcn1max = 7,84 km ( 78,4% đường dây D1)

Lcn1min = 3,63 km ( 36,28% đường dây D1)

Đường dây D2: L2 = 15 km

Lcn2max = 10,34 km ( 68,94% đường dây D2)

Lcn2min = 2,09 km (13,91% đường dây D2)

N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 L (km) N1

L0cn1max = 8,03 km ( 80,31% đường dây D1)

L0cn1min = 4,82 km ( 48,18% đường dây D1)

Đường dây D2: L2 = 15 km

L0cn2max = 10,5 km ( 70,02% đường dây D2)

L0cn2min = 4,154 km (27,7% đường dây D2)

1,738

1,362

1,120

1,744

1,399

1,079

0,8780,74

0 0,640

Bảo vệ đường dây 1:

N5min n1.51

Lời nói đầu 1

A Phần lý thuyết 3

B Nội dung tính toán Chương 1: Chọn máy biến dòng điện 9

Chương 2: Tính toán ngắn mạch 10

Chương 3: Tính toán thông số khởi động cho các bảo vệ 22

Chương 4: Xác định vùng bảo vệ và kiểm tra độ nhạy 26