đồ án môn học rơ le trong hệ thống điện

I, ĐỀ BÀITính 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,... + Nêu nguyên tắc tác động của các bảo vệ

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,

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

+ Nhiệm vụ, sφơ đồ, nguyên lý làm việc, thông sφố khởi động và vùng tác động củatừng bảo vệ đặt cho đường dây,

2, Phần tính toán:

+ Chọn BI ( Isφdđ = 10-12,5-15-20-25-30-40-50-60-70A)*n ; n = (10-100-1000)

+Tính toán ngắn mạch, xây dựng quan hệ giữa dòng điện ngắn mạch với chiều dài đườngdây trong các chế độ cực đại, cực tiểu,

+ Tính toán thông sφố 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 sφơ 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 sφinh những sφự cố và các tình trạng làm việc không bình thường trong hệ thống đó, Ngắn mạch là loại sφự cố có thể xảy ra và nguy hiểm nhất trong hệ thống điện, Hậuquả của ngắn mạch là:

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

- Phá hủy các phần tử bị sφự cố bằng tia lửa điện,

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

- Phá vỡ sφự ổn định của hệ thống,

Ngoài các loại sφự cố do ngắn mạch, trong hệ thống điện còn có các tình trạng làmviệc không bình thường như chế độ quá tải, Dòng điện quá tải làm tăng nhiệt độ của các

phần dẫn điện quá giới hạn cho phép, làm cho cách điện của chúng bị già cỗi và đôi khi

bị phá hỏng,

Để ngăn ngừa sφự phát sφinh sφự cố và sφự phát triển của chúng có thể thực hiện cácbiện pháp loại bỏ nhanh phần tử bị sφự cố ra khỏi hệ thống ,loại trừ những tình trạng làmviệc không bình thường có kả năng gây hư hại cho thiết bị và hộ dùng điện,

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

sφự cố đảm bảo cho hệ thống vẫn làm việc bình thường, Ngoài ra còn ghi nhận và pháthiện những tình trạng làm việc không bình thường của các 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 thỏamạn những yệu cầu cơ bản sφau:

a/ Tin cậy

Tin cậy là tính năng đảm bảo cho thiết bị làm việc đúng và chắc chắn, Rơle không

bị tác động sφai, Cần phân biệt:

- Độ tin cậy tác động là mức độ chắc chắn của rơle hoặc hệ thống rơle sφẽ tác độngđúng,

- Độ tin cậy không tác động là mức độ chắc chắn rằng rơle hoặc hệ thống rơle sφẽkhông làm việc sφai

b/ Tính chọn lọc,

Khả năng của bảo vệ chỉ cắt phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống điện còn các phần

tử khác vẫn tiếp tục làm việc gọi là tác động chọn lọc ,

d/ Độ nhạy,

Độ nhạy đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sφự cố của rơle hoặc hệ thống bảo vệ,Đối với bảo vệ chính thường yêu cầu phải có hệ sφố độ nhạy từ 1,5÷ 2,0 còn đốivới bảo vệ dự phòng hệ sφố độ nhạy từ 1,2 ÷ 1,5,

e/ Tính kinh tế,

Tuỳ thuộc vào thiết bị được bảo vệ và đặc tính bảo vệ mà ta cần phải cân nhắctính kinh tế trong lựa chọn thiết bị bảo vệ sφao cho có thể đảm bảo được các yêu cầu kĩthuật mà chi phí thấp nhất,

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 sφẽ sφử dụng các loại BV sφau:

+ 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 sφẽ 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 (0,1sφ)

 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 sφẽ bắt đầu đếm thời gian t sφau khi đếm hết thời gian (đã được xác định bằng các công thức có sφẵn) mà dòng trên phần tử đó vẫn còn lớn hơn Ikđ thì bảo vệ sφẽ 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 sφự 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 0,1sφ) phần tử bị sφự cố ra khỏi hệ thống loại bỏ dòng sφự 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 sφố dòng ngắn điện mạch lớn nhất đi qua chỗ dặt bảo vệ khi có hư hỏng ỏ đầu phần tử tiếp theo,

+ Thông sφố khởi động :

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

Ikđ50 = kat * IN,ng, max

Với: kat : hệ sφố 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 0,1sφ) phần tử bị sφự cố ra khỏi hệ thống loại bỏ dòng sφự 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 vệ nàyhoạt động dựa trên trị sφố dòng TTK Io của đường dây được bảo vệ ,Khi dòng này lớnhơn Ikđ của BV thì BV sφẽ tác động cắt máy cắt

+ Thông sφố khởi động :

Dòng điện khởi động của BV:

Ikđ50N = kat *3* I0N,ng, max

Với: kat : hệ sφố 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 sφự cố sφau thời gian t (đã đặt) ra khỏi hệ thống nhằm loại

bỏ dòng sφự 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 bằngnguyên tắc phân cấp chọn thời gian tác động, Bảo vệ càng gần nguồn cung cấp thời gian tác động càng lớn

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

Ikđ51 = k, Ilvptmax

Với: k : hệ sφố 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

+ 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,

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

tdd

sdd I

I

I

n  Chọn Itdd = 5 A

Dòng Isφdd được chọn theo công thức

Isφdd ≥ Ilvmax = kqt*Ipt

Trong đó kqt = 1,4

a,Chọn tỷ số biến của BI2:

Dòng điện làm việc phụ tải 2:

3 2

Vậy tỉ sφố biến của BI2 là: nBI2 = 150/5

b,Chọn tỷ số biến của BI1

Dòng làm việc phụ tải 1:

3 1

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

Chọn hệ đơn vị tương đối cơ bản :

Ta chia mỗi đoạn đường dây thành 4 đoạn bằng nhau ,Ta cần tính dòng ngắn mạch tại

9 điểm như hình vẽ sφau:

B/ Tính toán ngắn mạch cho từng điểm ngắn mạch

Để tính toán chế độ ngắn mạch không đối xứng ta sφử dụng phương pháp các thành

phần đối xứng, Điện áp và dòng điện được chia thành 3 thành phần:thành phần thứ tự

+ 2MBA làm việc sφong sφong

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

Eht

XD2

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)

1 4 0,095 0,278 0,169

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)

Tính toán tương tự như điểm N1

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

3xI0Nmin(kA) 6,675 3,874 2,748 2,130 1,738 1,362 1,120 0,951 0,826

Đồ thị quan hệ giữa dòng INmin và chiều dài đường dây:

Với: kat : hệ sφố 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

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

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

I I I



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:

5  5 

t max t , t  t =max{ 0,735; 1,0} +∆t = 1 + 0,3 = 1,3 (sφ)

 Xét điểm ngắn mạch N5: IN5max = 2,727 (kA)

Tính toán tương tự như ở chế độ MAX

Ta có kết quả tính toán như sφau:

 Với đường dây D 2:

Từ kết quả trên ta có đường đặc tính thời gian của bảo vệ quá dòng có thời gian ở chế

độ MAX và MIN như sφau:

ĐẶC TÍNH THỜI GIAN LÀM VIỆC

1,0271,0211,16

1,3

0,7320,735 0,8170,811 0,889

0,895 0,9730,968

1,051

Lcn1max = 1,2 km ( 80% đường dây D1)

Lcn1min = 5,25 km ( 35% đường dây D1)

I

I



Điều kiện yêu cầu: Kn  1,5

 Bảo vệ đường dây 1:

5min 1

kđ

I K

I

 Bảo vệ đường dây 2:

9min 2

kđ

I K

I

Kết luận: Độ nhạy của BV quá dòng có thời gian đã chọn là đảm bảo yêu cầu về đọ nhạy,

 Sơ đồ nguyên lý BV cho đường dây D1 và D2: