bảo vệ rơ le va tu dong hoa trong he thong dien

Giới thiệu chung Chương 1: Các phần tử chính của hệ thống bảo vệ rơle Chương 2: Nguyên lý bảo vệ quá dòng điện Chương 3: Nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện Chương 4: Nguyên lý bảo vệ

Trang 1

BẢO VỆ RƠLE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Bộ môn Hệ thống điện Trường đại học Bách Khoa Hà Nội

tunghtd@gmail.com

Trang 2

Giới thiệu chung

Chương 1: Các phần tử chính của hệ thống bảo vệ rơle

Chương 2: Nguyên lý bảo vệ quá dòng điện

Chương 3: Nguyên lý bảo vệ so lệch dòng điện

Chương 4: Nguyên lý bảo vệ khoảng cách

Chương 5: Các nguyên lý bảo vệ khác

Chương 6: Bảo vệ các đường dây tải điện

Chương 7: Bảo vệ các máy biến áp

Chương 8: Bảo vệ các hệ thống thanh góp

Chương 9: Bảo vệ các hệ thống tụ bù & kháng bù

Chương 10: Bảo vệ các máy phát & động cơ

Trang 3

Giới thiệu chung

Phần mở đầu

3

Trang 4

Sự cần thiết phải có hệ thống bảo vệ tự động

Các sự cố diễn ra với tốc độ ánh sáng

Thời điểm & nguyên nhân gây sự cố không biết trước

Giông sét, hỏng cách điện, cành cây va chạm…

Phản xạ của con người không thể kịp thời

Các thao tác trong tình huống khẩn cấp không đảm bảo chính xác

4

Khái niệm chung

Nguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện

ĐHBK HN

Các thao tác trong tình huống khẩn cấp không đảm bảo chính xác

Cần thiết phải có hệ thống bảo vệ tự động cách ly các phần tử bị

Trang 5

Khái niệm chung

ĐHBK HNNguyễn Xuân Tùng – Bm Hệ thống điện

ĐHBK HN

Trang 6

Thiết bị bảo vệ phức tạp hơn là các rơle với các nguyên lý khác nhau:

Rơle quá dòng, so lệch, khoảng cách…

Rơle trải qua nhiều thế hệ phát triển

6

Khái niệm chung

Trang 7

Sự cố tại N2nhánh: chỉ BV tại nhánh đó tác động đảm bảo chọn lọc

Với các lưới điện có cấu hình phức tạp:

Sử dụng các nguyên lý bảo vệ phức tạp hơn

N2nhánh

Trang 8

Tác động nhanh

Giảm thiểu tác hại của sự cố

Các bảo vệ tác động nhanh: thời gian tác động ≤ 50ms

Yêu cầu chọn lọc & tác động nhanh: mâu thuẫn với nhau trong một số

Trang 9

Các yêu cầu đối với hệ thống BVRL

K n = Giá trị rơle đo được khi sự cố

Giá trị khởi động của rơle

Lưới điện phân phối: sử dụng các bảo vệ quá dòng đơn giản

Lưới truyền tải: sử dụng bảo vệ so lệch dọc, bảo vệ khoảng cách, hai

bộ bảo vệ chính…

Máy biến áp hạ áp: bảo vệ bằng cầu chì

Máy biến áp truyền tải: bảo vệ bằng bảo vệ so lệch…

Trang 10

Sơ đồ cấu trúc của hệ thống BVRL

10

Cơ cấu của một hệ thống bảo vệ

Tiếp điểm phụ MCMáy cắt điện

Cuộn Nguồn thao tác

Cuộn cắt

Khóa điều khiển

Biến điện áp (BU)

Kênh thông tin

Trang 11

Các phần tử chính của hệ thống bảo vệ

Chương 01

11

bảo vệ

Trang 12

Tên gọi chung: BI, CT, TI

Máy biến dòng điện

Trang 13

Sai số của BI xuất hiện do tồn tại của dòng từ hóa

Điện áp xuất hiện phía thứ cấp

V thứ cấp =I thứ cấp *(Z cuộn thứ cấp +Z dây dẫn phụ + Z thiết bị nối vào )

Tải tăng V thứ cấp tăng tăng dòng từ hoá I e tăng sai số của BI

Trang 14

Coi chiều dòng điện đi từ phía sơ cấp qua

rơle không đổi chiều

Rơle

Trang 15

ĐHBK HN

Trang 16

Do sử dụng 3 BI riêng biệt nên sẽ có sai số giữa các BI

Ở chế độ bình thường, phía sơ cấp là đối xứng: luôn có dòng điện chạy qua rơle do sai số của BI

Chỉ sử dụng đo dòng chạm đất lớn dùng ở mạng điện có dòng chạm đất lớn: mạng điện trung tính nối đất trực tiếp

I c

Role

I a+I b+I c=3I 0

Role

Trang 17

ĐHBK HN

Đấu nối BI để lọc thành phần TTK

Biến dòng có một lõi từ hình xuyến

Cuộn dây được phân bố đều trên lõi

Dây dẫn sơ cấp chạy xuyên qua lõi từ (đường kính trong 10÷25 cm)

Trang 18

BI thứ tự không

Đấu đúng : dây nối đất vỏ cáp chạy xuyên qua lõi từ

dòng điện sự cố (hoàn toàn hoặc một phần) và rơle có thể

không nhận được thông tin sự cố.

18

ĐHBK HN

Trang 19

Do chỉ sử dụng một lõi từ sai số đo lường rất nhỏ

Sử dụng cho các mạng điện có dòng chạm đất nhỏ (mạng điện có trung tính cách điện hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang)

Trang 20

Bảo vệ chống chạm đất độ nhạy cao (Aptomat chống giật)

20

Ứng dụng thực tế của BI thứ tự không

ĐHBK HN

Trang 21

ĐHBK HN

Tải danh định & Cấp chính xác

Một BI: có nhiều cuộn thứ cấp - phục vụ các mục đích khác

nhau.

Tải danh định và độ chính xác của các cuộn thứ cấp này tuỳ

thuộc vào loại tải.

Các dụng cụ đo (kW, KVar, A, kWh, kVArh):

Yêu cầu chính xác trong chế độ tải bình thường hoặc định mức.

Phạm vi hoạt động chính xác trong khoảng 5÷120% của dòng điện

Độ chính xác thường là: 0.2 hoặc 0.5 với chuẩn IEC

Hoặc 0.15 hoặc 0.3 hoặc 0.6 với chuẩn IEEE.

Trang 22

BI dùng cho mục đích đo

lường

Với mục đích đo lường

Lõi từ sẽ bão hòa nhanh để

bảo vệ các dụng cụ đo khi dòng điện sự cố tăng đột biến.

22

Cấp chính xác

Sai số giới hạn

Tại % dòng định mức

Sai số độ lớn

%

Sai số góc pha (phút)

Ứng dụng

Phòng thí nghiệm

Đo đếm chính xác

Đo đếm thương mại

Đo đếm chính xác

Trang 23

ĐHBK HN

BI dùng cho hệ thống bảo vệ rơle

Với mục đích bảo vệ rơle & ghi sự cố:

Độ chính xác thấp hơn so với loại dùng cho mục đích đo lường

Điện áp bão hoà cao hơn (khó bị bão hoà)

Trang 24

Tìm hiểu thông số của BI

Với mục đích bảo vệ rơle

Có thêm thông số ALF: hệ

số giới hạn dòng điện theo

Tại % dòng định mức

%

Ứng dụng

Chuẩn hóa dụng cụ đo trong công nghiệp

Đồng hồ đo

Tại % tải định mức

5P20 30VA

Cấp chính xác 5P

P: dùng cho mục đích bảo vệ rơle (Protection) Hệ số giới hạn dòng: 20

Tại 20 lần dòng định mức, BI vẫn đảm bảo sai số theo tiêu chuẩn

Công suất định mức 30VA

Trang 25

ĐHBK HN

Tìm hiểu thông số của BI

Với mục đích bảo vệ rơle

ĐHBK HN

Trang 26

Thực tế, mỗi BI có thể có:

1 hoặc 2 cuộn thứ cấp - Mục đích đo lường

2 tới 4 cuộn thứ cấp - Ứng dụng bảo vệ rơle.

26

Trang 27

ĐHBK HN

Thiết kế BI phổ biến

Lõi từ và cuộn dây nằm trong thùng chứa thấp gần với đất

(Dead tank type), dây thứ cấp chạy uốn theo hình chữ U

Lõi từ và cuộn dây nằm trong thùng chứa ở phía trên đỉnh (Live tank type), dây thứ cấp thường chạy thẳng qua lõi từ.

Trang 28

BI loại thùng chứa bên dưới (Dead tank)

Trọng tâm thấp, ổn định về mặt cơ khí

Có thể chế tạo với lõi từ loại to mà không

gây quá tải về mặt cơ khí đối với sứ cách điện

28

Trang 29

ĐHBK HN

BI loại thùng chứa bên trên (Live tank)

Dây dẫn sơ cấp ngắn, giảm phát nhiệt

Có dòng định mức và dòng ổn định nhiệt

cao hơn

Trọng tâm cao hơn, kém ổn định về mặt cơ

khí so với loại thùng chứa dưới (dead tank)

Khi chế tạo với lõi từ lớn có thể gây tải

trọng lớn về mặt cơ khí đối với sứ cách điện.

Khó làm mát các cuộn thứ cấp

Loại hỗn hợp

Trang 30

Máy biến điện áp

Trang 31

ĐHBK HN

Điện áp danh định sơ cấp và thứ cấp

BU ngoài trời thường sử dụng điện áp pha:

Điện áp danh định của cuộn sơ cấp là điện áp danh định của lưới điện.

Ứng dụng đo lường: phạm vi điện áp làm việc: 80÷120%

Ứng dụng bảo vệ rơle: từ 0.05 ÷ 1.5 hoặc 1.9 lần điện áp danh định.

ĐHBK HN

Trang 32

BU kiểu tụ phân áp

BU loại cảm ứng điện từ thông thường

Lựa chọn kinh tế nhất đối với cấp điện áp tới 145kV

BU kiểu tụ phân áp (CVT – Coupled Voltage Transformer)

Lựa chọn khi dùng ở cấp cao áp

Thường được sử dụng kết hợp với hệ thống thông tin tải ba PLC

32

Máy biến điện áp (BU)

hưởng

BU cảm ứng thông thường

Đầu ra

Trang 33

Trang 34

ĐHBK HN

Bù dịch pha do tụ phân áp gây ra

Mạch giảm dao động cộng hưởng: là điện trở tải, có thể nối ở cuộn

tam giác hở

Trang 35

Tiêu chuẩn IEC đưa ra các giá trị hệ số V f như sau:

1.9 đối với các hệ thống có trung tính không nối đất trực tiếp

1.5 đối với các hệ thống có trung tính nối đất trực tiếp

Lõi từ của các biến điện áp không được phép bão hoà khi điện áp tăng

tới cấp điện áp giới hạn theo hệ số V f

Trang 36

Cấp chính xác theo tiêu chuẩn IEC 60044-2

36

Cấp chính xác

Tại % điện áp định mức

%

Ứng dụng

Tại % tải định mức

Vf: Hệ số giới hạn điện áp

Bảo vệ rơle

Đo đếm tiêu chuẩn

Trang 37

Trang 38

Bộ lọc điện áp TTK (U 0 )

Chọn tỷ số biến áp cho cuộn tam giác hở

Trung tính cách điện

38

ĐHBK HN

Tỷ số biến có thể là:

Trang 39

ĐHBK HN

Bộ lọc điện áp TTK (U 0 )

Chọn tỷ số biến áp cho cuộn tam giác hở

Trung tính nối đất trực tiếp

39

Vectơ điện áp khi xảy ra sự cố chạm đât một pha trong mạng có trung tính nối đất trực tiếp

Trang 40

Hiện nay chủ yếu sử dụng hệ thống acqui

40

Nguồn thao tác

ĐHBK HN

Trang 41

ĐHBK HN

Cung cấp năng lượng cho:

Cung cấp năng lượng trong trường hợp mất điện từ phía hệ thống

Cấp năng lượng cho các thiết bị bảo vệ rơle

Các thiết bị điều khiển, chiếu sáng khẩn cấp

Năng lượng thao tác đóng/cắt máy cắt

Nguồn thao tác phải đảm bảo yêu cầu:

Dung lượng đủ lớn, chi phí thấp

Hệ thống acqui đáp ứng được các yêu cầu này

Trang 42

Các loại acqui phổ biến

ĐHBK HN

Trang 43

ĐHBK HN

Trang 45

Nguồn cho

hệ thống rơle

Trang 46

Kênh thông tin chính

Microwavew link: thông

tin vô tuyến (viba)

46

Kênh thông tin trong hệ thống điện

Trang 47

ĐHBK HN

Hệ thống tải ba

Sử dụng chính đường dây tải điện để truyền tín hiệu thông tin, điều khiển

Thích hợp khi cần trao đổi thông tin giữa các trạm biến áp vì các đường dây truyền tải thường có sẵn

ĐHBK HN

Bộ chặn: ngăn tín hiệu suy hao thông qua điện dung thanh góp

Bộ cộng hưởng: có tổng trở cao tại tần số dòng điện công nghiệp và tổng trở rất thấp tại tần số tín hiệu

Thanh góp tại trạm

Bộ cộng hưởng

Bộ thu/phát

Trang 48

ĐHBK HN

Trang 49

Rơle cơ (có phần chuyển động quay)

Dựa trên nguyên tắc biến đổi điện cơ

Dòng điện chạy qua các cuộn dây sẽ sinh ra lực từ để tác động tới các cơ cấu, chi tiết thừa hành khác.

Tên gọi xuất phát từ nguyên lý làm việc

Có thể phân loại theo chủng loại:

Trang 50

Rơle

ĐHBK HN

Hoạt động với dòng điện ac hoặc dc

Tiêu thụ công suất lớn

Thời gian tác động kéo dài do quán tính các phần quay

Trang 51

Trang 52

Rơle

Rơle tĩnh (không có phần chuyển động quay)

ĐHBK HN

Sử dụng các thiết bị bán dẫn

Tiêu thụ công suất ít hơn

Đơn chức năng, không có khả năng kết nối

Trang 53

Tương tự như một máy tính công nghiệp

Tiêu thụ công suất rất nhỏ, có chế độ chờ (standby)

Đa chức năng, có khả năng tự giám sát

Kết nối thành hệ thống, điều khiển từ xa

Trang 54

Giá trị dòng điện tại đó rơle tác động: dòng điện khởi động (Ikđ)

Thực hiện thao tác ngược lại: giảm dần dần dòng điện qua rơle đến một giá trị nào đó rơle sẽ nhả tiếp điểm rơle đã trở về

Trang 55

Nguyên lý bảo vệ quá dòng điện (I>)

Chương 02

55

Nguyên lý bảo vệ quá dòng điện (I>)

Trang 56

Bảo vệ quá dòng (I> hoặc 50 & 51):

Chống lại các dạng sự cố quá dòng một pha, hai pha & ba pha và sự cố

chạm đất.

Bảo vệ khởi động khi:

Dòng điện của một pha, hai pha hoặc cả ba pha vượt quá một giá trị

56

Nguyên lý bảo vệ quá dòng có thời gian

ĐHBK HN

Dòng điện của một pha, hai pha hoặc cả ba pha vượt quá một giá trị

đã được cài đặt trước trong rơle.

Có thể làm việc với thời gian trễ để đảm bảo tính chọn lọc

Thời gian trễ có thể là độc lập so với dòng điện hoặc phụ thuộc vào dòng điện hai loại đặc tính thời gian tác động

Trang 57

ĐHBK HN

Bảo vệ quá dòng với đặc tính thời gian độc lập:

Thời gian làm việc (trễ) của bảo vệ không phụ thuộc vào độ lớn dòng

Trang 58

Bảo vệ quá dòng với đặc tính thời gian phụ thuộc:

Thời gian làm việc: phụ thuộc tỷ lệ nghịch vào độ lớn của dòng điện

ngắn mạch

Trong thực tế thì thời gian tác động tỷ lệ với tỷ số I ngắn mạch / I khởi động

58

Nguyên lý bảo vệ quá dòng có thời gian

ĐHBK HN

Trang 59

ĐHBK HN

Điều kiện

Phải không khởi động ở chế độ bình thường

Phải khởi động với dòng sự cố nhỏ nhất (đủ nhạy)

Xét lưới điện có hai phân đoạn

Dòng làm việc giả thiết đang lớn nhất (I lvmax )

Trang 60

Imở máy Itv của BV1> Imở máy

1 Thời điểm t1: xảy ra sự cố tại N2:

1 Dòng điện tăng lên – Sau đó giảm đi một chút sau giai

đoạn quá độ

2 Điện áp TG2 giảm đi các động cơ giảm tốc độ

2 BV1 & BV2 khởi động đếm thời gian

3 Tại thời điểm t2: BV2 cắt máy cắt, loại trừ sự cố

1 Dòng điện giảm đi do sự cố đã được loại trừ

2 Điện áp TG2 hồi phục các động cơ mở máy trở lại

xuất hiện dòng điện mở máy lớn

3 Dòng điện mở máy giảm dần theo thời gian đến giá trị

ổn định BV1 phải dừng đếm thời gian dù đang có dòng mở máy BV1 phải trở về

t2

Dòng ngắn mạch bị cắt Xuất hiện dòng mở máy BV1 phải trở về - Dừng đếm thời gian

BV1 & BV2 khởi

động

Itv của BV1> Imở máyphải chọn

Trang 61

Để đảm bảo điều kiện Itv > Imở máy ta đặt Itv=Kat*Imở máy

Hệ số an toàn Kat tùy chọn: Kat=1,1÷1,3

Biểu diễn dòng mở máy theo dòng làm việc lớn nhất: Imở máy = Kmm*Ilv max

Hệ số mở máy Kmmtùy thuộc vào nhiều yếu tố: ví trị đặt động cơ so với vị trí đặtbảo vệ, số lượng, chủng loại động cơ

Định dạng
Số trang	213
Dung lượng	12,32 MB