Luận văn nghiên cứu xây dựng mô hình hệ thống bảo vệ đường dây

luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

- - - * * * - - -

VŨ THANH HẢI

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH

HỆ THỐNG BẢO VỆ ðƯỜNG DÂY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: ðiện khí hóa sản xuất nông nghiệp và nông thôn

Mã số: 60.62.54

Người hướng dẫn khoa học: TS Ngô Trí Dương

HÀ NỘI - 2011

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam ñoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội , ngày 22 tháng 11 năm 2011

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Vũ Thanh Hải

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến thầy giáo hướng dẫn khoa học TS Ngô Trí Dương ñã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu, chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình làm luận văn ðồng thời ñịnh hướng giải quyết các vấn ñề khoa học và chỉnh sửa cấu trúc của luận văn

ñể luận văn hoàn thành ñúng theo kế hoạch

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường ðại học Nông nghiệp

Hà Nội; Viện ñào tạo Sau ñại học; Khoa Cơ ñiện ñã tạo mọi ñiều kiện giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn

Tôi xin bầy tỏ lòng biết ơn thầy Chủ nhiệm bộ môn và quí thầy, cô trong bộ môn ðiện kỹ thuật của khoa Cơ ñiện trường ðại học Nông nghiệp

Hà Nội ñã tạo mọi ñiều kiện ñể tôi hoàn thành mô hình hệ thống bảo vệ ñường dây ðồng thời có nhiều ý kiến quý báu ñể luận văn ñi ñúng hướng và ñảm bảo ñúng theo kế hoạch

Tôi xin chân thành cảm ơn ñến các ñồng nghiệp ñã góp ý xây dựng ñể luận văn ñạt chất lượng

Mặc dù tôi ñã có nhiều cố gắng ñể hoàn thiện luận văn bằng cả sự nhiệt tình, tâm huyết và năng lực của mình; Tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận ñược ý kiến ñóng góp của quí thầy cô và các bạn ñồng nghiệp

Hà Nội , ngày 22 tháng 11 năm 2011

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Vũ Thanh Hải

MỤC LỤC

Lời cam ñoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục bảng vii

Danh mục hình viii

1.1 ðặc ñiểm tự nhiên, kinh tế xã hội của thành phố Thái Bình 4

1.2 Hiện trạng lưới ñiện của thành phố Thái Bình 5 1.3 ðiều kiện tự nhiên, xã hội tại khu vực Trường ðại học Công

nghiệp TP Hồ Chí Minh Cơ sở ñào tạo Thái Bình 7 1.4 Thực trạng lưới ñiện tại trường ðại học Công nghiệp TP Hồ Chí

1.5 Thực trạng hệ thống bảo vệ ñường dây hạ thế tại Trường ðại học

Công nghiệp TP Hồ Chí Minh Cơ sở ñào tạo Thái Bình 9 1.6 Tính quan trọng của việc bảo vệ quá dòng ñường dây 10 1.7 Ý nghĩa của ứng dụng tự ñộng hóa vào bảo vệ ñường dây 10

2.2 Các dạng sự cố và biện pháp bảo vệ ñường dây tải ñiện 13

2.3 Các phương pháp bảo vệ ñường dây hạ thế thường dùng 14

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ

ðƯỜNG DÂY TẠI TRƯỜNG ðẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

3.1 Phân tích ñánh giá các phương pháp bảo vệ ñường dây 27 3.2 Các thiết bị bảo vệ quá dòng cho ñường dây 27 3.3 Tính toán bảo vệ quá dòng trên ñường dây 32 3.4 Tính toán chọn thiết bị ño lường và ñiều khiển trung gian (BI) 33 3.5 Tính toán các giá trị bảo vệ ñường dây 35

CHƯƠNG 4 GIỚI THIỆU BỘ ðIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH

4.1 Bộ ñiều khiển logic khả trình PLC S7 – 200 37

4.3 Một số lệnh cơ bản của SIMATIC S7 – 200 55

4.3.2 Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp ñiểm 56

4.3.5 Các lệnh ñiều khiển Timer 57

4.4 Phương pháp lập trình trên STEP 7 – MICRO/WIN32 61

4.5 Trình tự thiết kế một hệ thống ñiều khiển dùng PLC 66

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ MẠCH BẢO VỆ QUÁ DÒNG CHO ðƯỜNG

DÂY HẠ ÁP TẠI TRƯỜNG ðẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP

5.1 Phân tích ñối tượng, yêu cầu thiết kế bảo vệ 68 5.2 Lựa chọn thiết bị, phân công tín hiệu vào ra 69

6.1.1 Yêu cầu xác ñịnh loại mô hình hệ thống 86 6.1.2 Yêu cầu khi thiết kế xây dựng mô hình 86

6.2 Chi tiết thiết kế mô hình bảo vệ ñường dây 89 6.2.1 Phân tích, lựa chọn thiết bị cho sơ ñồ khối của mô hình 89

6.2.2 Tính toán xây dựng các khối mô hình con 95

Hình 2.2 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh ñường dây một nguồn cung cấp 18

Hình 2.3 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh ñường dây hai nguồn cung cấp 18

Hình 2.4 Sơ ñồ Bảo vệ quá dòng có kiểm tra áp 18

Hình 2.5 Sơ ñồ nguyên lý bảo vệ quá dòng có hướng cho ñường dây 1

Hình 3.3 ðồ thị ñặc tính hoạt ñộng của MCCB 30

Hình 4.4 Tổng thể bộ xử lý trung tâm CPU 214 40

Hình 4.7 Giao tiếp giữa PLC với PC và vấu tạo cáp PC/PPI 47

Hình 4.8 Cấu trúc các chương trình trong PLC 51

Hình 4.9 Thực hiện chương trình quét trong PLC 52

Hình 4.10a Trạng thái ngăn xếp trước và sau khi thực hiện lệnh LD 55

Hình 4.10b Trạng thái ngăn xếp trước và sau khi thực hiện lệnh LDN 55

Hình 4.11 Timer của S7-200 61

Hình 4.12a Bộ ñếm CTU của S7-200 59

Hình 4.13 Cửa sổ soạn thảo chương trình trong LAD 61 Hình 4.14 Cửa sổ soạn thảo chương trình trong STL 64 Hình 4.15 Ví dụ về lập trình bằng LAD và STL 65 Hình 4.16 Trình tự thiết kế hệ thống ñiều khiển dùng PLC 67

Hình 52 Sơ ñồ các cổng vào/ra và nguồn nuôi 24VDC 71 Hình 5.3 Hình ảnh tổng thể của module EM231 75 Hình 5.4 Cấu trúc của EM231 76 Hình 5.5 Sơ ñồ ñấu dây các thiết bị với EM231 72

Hình 5.7: Bộ ñịnh cấu hình DIP cho module EM231 73

Hình 5.12 Sơ ñồ cấu trúc hệ thống ñiều khiển 80

Hình 5.14 Trạng thái làm việc trên S7 – 200 Simulator 85 Hình 6.1 Sơ ñồ quy trình nghiên cứu mô phỏng 88

Hình 6.6 Rơ le 12VDC 95 Hình 6.7 ðế gắn Rơ le 95

Hình 6.9 Linh kiện ựiều áp LM31 97

Hình 6.10 Cầu chỉnh lưu 97

Hình 6.11 Sơ ựồ chỉnh lưu cầu 97

Hình 6.12 Tụ ựiện 97

Hình 6.13 Diode 97

Hình 6.14 Biến trở 97

Hình 6.15 Một số loại ựiện trở 97

Hình 6.16 đèn led hiển thị 97

LỜI MỞ ðẦU

1 ðặt vấn ñề

ðiện năng là nguồn năng lượng vô cùng quan trọng ñối với cuộc sống con người Nó ñược sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân như: công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, sinh hoạt Chính vì thế nên việc hiểu biết về những hiện tượng không bình thường có thể xảy ra trong

hệ thống ñiện, cùng với những phương pháp và thiết bị bảo vệ nhằm phát hiện ñúng và nhanh chóng cách ly phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống ñiện, cảnh báo và

xử lý khắc phục sự cố ñảm bảo an toàn cho hệ thống lưới ñiện

Hiện nay ở nước ta nói riêng, thế giới nói chung và ñặc biệt là ở các nước ñang phát triển thì tình trạng thiếu hụt ñiện ñang là vấn ñề lớn có tính chất toàn cầu Bên cạnh ñòi hỏi phát triển nguồn ñiện năng cung cấp theo kịp nhu cầu phát triển của ñất nước thì việc bảo vệ nguồn ñiện ñó trong truyền tải

và phân phối cũng hết sức quan trọng Bảo vệ tốt sẽ giảm hao hụt ñiện năng, nâng cao chất lượng ñiện cung cấp cho khu công nghiệp và khu dân cư Nói một cách ñơn giản thì bảo vệ tốt sẽ có một nguồn ñiện tốt, ổn ñịnh, thời gian cấp ñiện liên tục Bảo vệ ñiện có ý nghĩa vô cùng quan trọng không chỉ với ngành ñiện mà còn là lợi ích và mục tiêu phát triển của toàn xã hội

Thực tế cho thấy chúng ta hoàn toàn có thể phòng tránh, khắc phục và dần kiểm soát ñược các sự cố về ñiện Mỗi khi có sự cố xảy ra trên ñường dây thì tín hiệu dòng ñiện bị biến ñổi rất rõ rệt và nhanh chóng, trên cơ sở ñó các biện pháp bảo vệ quá dòng ñường dây ñược áp dụng rất phổ biến và mang lại hiệu quả cao bới khả năng tác ñộng chính xác và tin cậy Việc ứng dụng những tiến bộ của khoa học kỹ thuật ñặc biết là lĩnh vực tự ñộng hóa sẽ giúp cho các biện pháp bảo vệ quá dòng ñược thực hiện một cách tự ñộng, chính xác, tin cậy, tránh ñược những sơ suất do chủ quan không mong muốn của con người

Trong khi vẫn chưa có giải pháp nào mang tính triệt ñể ñối với mạng

ñiện ñặc biệt phức tạp như nước ta hiện nay thì việc thiết kế một mô hình bảo

vệ thu nhỏ, có kết hợp với ñiều khiển thông qua máy tính sẽ rất có ý nghĩa thực tiễn ðây không chỉ là giải pháp nhằm bảo vệ chính xác và tin cậy cho hệ thống mà nó còn có tác dụng như một mô hình trực quan phục vụ cho tập cho sinh viên chuyên ngành ñiện, tự ñộng hóa nói riêng cũng như nâng cao hiểu biết, ý thức bảo vệ ñiện năng của mọi người nói chung

Trên cơ sở ñó Tôi ñã chọn ñề tài : “Nghiên cứu xây dựng mô hình hệ thống bảo vệ ñường dây” nhằm phát huy ñược ưu ñiểm của tự ñộng hóa trong

bảo vệ ñường dây nâng cao ñộ an toàn và ñộ tin cậy trong cung cấp ñiện

Xây dựng mô hình ngoài ñể kiểm chứng và ñưa PLC S7 – 200 vào bảo

vệ cho ñường dây, thay thế các máy cắt thao tác bằng tay hiện nay

3 Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu về ñặc ñiểm tự nhiên, xã hội và hiện trạng lưới ñiện của Trường ðại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh Cơ sở ñào tạo Thái Bình

Khảo sát thực tế hệ thống bảo vệ mạng ñiện hạ áp tại Trường ðại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh Cơ sở ñào tạo Thái Bình

Nghiên cứu về các biện pháp chung bảo vệ trong hệ thống ñiện hạ áp Lựa chọn phương pháp bảo vệ cho lưới ñiện tại Trường Công nghiệp

TP Hồ Chí Minh Cơ sở ñào tạo Thái Bình

Nghiên cứu phần mềm PLC Simatic S7-200 trong việc thiết kế mạch ñiều khiển bảo vệ quá dòng cho ñường dây

Thiết kế mô hình bảo vệ quá dòng cho ñường dây

ðề tài gồm có 6 chương:

Chương 1 Tổng quan

Chương 2 Giới thiệu chung về bảo vệ ñường dây

Chương 3 Tính toán lựa chọn phương pháp bảo vệ ñường dây tại Trường ðại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh Cơ sở ñào tạo Thái Bình

Chương 4 Giới thiệu về bộ ñiều khiển logic khả trình PLC S7 - 200 Chương 5 Thiết kế mạch bảo vệ quá dòng cho ñường dây

Chương 6 Chế tạo mô hình và mô phỏng

4 Phương pháp nghiên cứu

Trên cơ sở kế thừa các kết quả nghiên cứu về bảo vệ hệ thống ñiện, ñặc biệt

là bảo vệ quá dòng cho ñường dây Tìm hiểu về thực trạng và các biện pháp bảo

vệ cho ñường dây hạ áp tại Trường ðHCN TP Hồ Chí Minh Cơ sở ñào tạo Thái Bình từ ñó ñánh giá, so sánh về hiệu quả của các biện pháp và thiết bị bảo vệ

Nghiên cứu về máy cắt hạ áp ñể từ ñó ñưa ra giải pháp nhằm kết hợp máy cắt với PLC trong việc bảo vệ ñường dây

Nghiên cứu về bộ ñiều khiển logic khả trình PLC S7-200 trong việc ñiều khiển tự ñộng, các thiết bị vào/ra của CPU224 ñể từ ñó ứng dụng vào thiết kế mạch ñiều khiển bảo vệ quá dòng cho ñường dây

Nghiên cứu về lý thuyết ñể làm nền tảng cho việc chế tạo mô hình

Vị trắ: Nằm ở vị trắ trung tâm của tỉnh địa giới thành phố Thái Bình: đông Nam và Nam giáp huyện Kiến Xương; Tây và Tây Nam giáp huyện Vũ Thư; Bắc giáp huyện đông Hưng Thành phố Thái Bình cách thủ ựô Hà Nội

110 km về phắa Tây Bắc, cách TP Hải Phòng 60km về phắa đông Bắc

Thủy văn: Các sông lớn chảy qua : Sông Trà Lý ựi qua giữa thành phố, ngoài ra con có sông Kiến Giang chảy ở phắa Nam, và sông Vĩnh Trà

địa hình, khắ hậu: Thành phố Thái Bình là vùng ựất bằng phẳng, có cao

ựộ 2,6m, có sông Trà Lý chảy qua với chiều dài 6,7km, có hệ thống sông ựào

ựã ựược nâng cấp, kè bờ Chất ựất ở ựây có nguồn gốc phát sinh từ các cồn và bãi cát biển nhưng ựược bồi ựắp phù sa nên rất thắch hợp cho việc gieo trồng lúa nước và cây rau màu Nơi ựây cũng rất ổn ựịnh về ựịa chất, phù hợp với việc phát triển các ngành công nghiệp hay xây dựng những công trình cao tầng Nằm trong vùng khắ hậu nhiệt ựới gió mùa, tiểu vùng khắ hậu duyên hải Thành phố có 2 mùa rõ rệt trong năm: mùa nóng ẩm mưa nhiều kéo dài từ tháng 4 ựến tháng 10, còn lại là mùa khô hanh ắt mưa Nhiệt ựộ trung bình ở ựây là 230C, lượng mưa trung bình từ 1.500-1.900mm, ựộ ẩm không khắ giao ựộng 70-90%, số giờ nắng khoảng 1.600-1.800 giờ mỗi năm

1.1.2 ðặc ñiểm kinh tế xã hội

Tổng diện tích của thành phố là 6768,9 ha, dân số 210000 người Trên ñịa bàn thành phố chính phủ ñã cho phép xây dựng các khu công nghiệp như: Nguyễn ðức Cảnh, Phúc Khánh, Tiền Phong thu hút lượng lớn các doanh nghiệp trong và ngoài nước về hoạt ñộng

Tình hình an ninh chính trị của thành phố nói chung ổn ñịnh Do luôn tích cực sử dụng ñồng bộ các biện pháp ñể giải quyết vấn ñề chính trị, xã hội nên trên ñịa bàn không ñể xảy ra tình trạng phức tạp Công tác phòng ngừa ñấu tranh chống tội phạm hình sự, tệ nạn xã hội ñược quan tâm chỉ ñạo thực hiện và thu ñược nhiều kết quả

1.2 Hiện trạng lưới ñiện của thành phố Thái Bình

Hệ thống lưới ñiện tỉnh Thái Bình luôn không ngừng ñược ñầu tư xây dựng và phát triển Lưới ñiện ñã phủ kín các xã, ñến tận các thôn xóm và các

hộ dân nông thôn, bình quân mỗi xã có từ (3-4) trạm biện áp và (15- 20)km ñường dây trục chính và các ñường phân nhánh Sản lượng ñiện thương phẩm của Thái Bình năm 2008 là 708 triệu kwh, năm 2009 là 905 triệu kwh Ngày 03/4/2006, Bộ Công nghiệp (nay là Bộ Công Thương) ñã có Quyết ñịnh số

835/Q ð-BCN về việc phê duyệt quy hoạch phát triển ñiện lực tỉnh Thái Bình

giai ñoạn 2006 – 2010, có xét ñến 2015 Nhu cầu ñiện của tỉnh Thái Bình ñến năm 2010 là:

- Công suất: 330 mw

- ðiện thương phẩm: 1397 triệu kwh

Theo quy hoạch phát triển ñiện lực tỉnh Thái Bình giai ñoạn

2006-2010, Thái Bình sẽ ñược ñầu tư 687 tỷ ñồng cho việc cải tạo, nâng cấp, mở rộng các hạng mục công trình ñiện gồm ñường dây và trạm biến áp có cấp ñiện áp 110kv trở xuống (không kể ñường dây và trạm 220kv thuộc quy hoạch ñiện quốc gia)

Thực hiện quy hoạch, trong những năm qua, ựược sự quan tâm, giúp ựỡ của Bộ Công Thương, tập ựoàn ựiện lực Việt Nam, công ty ựiện lực 1 lưới ựiện tỉnh Thái Bình luôn ựược ựầu tư xây dựng và phát triển theo quy hoạch Các công trình ựiện hoàn thành, ựưa vào khai thác sử dụng ựã ựảm bảo cho nguồn cung cấp ựiện cho Thái Bình ựược cải thiện và nâng cao rõ rệt về chất lượng và số lượng, tạo ựiều kiện thuận lợi trong việc cung cấp ựiện, chủ ựộng trong việc truyền tải và phân phối ựiện ựến các xã trong tỉnh đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội của tỉnh trong thời gian hiện nay cũng như trong những năm tới

Năm 2006 - 2009, tỉnh Thái Bình ựã ựược nhà nước ựầu tư cho việc xây dựng các công trình ựiện 657 tỷ ựồng, trong ựó có nhiều dự án lớn như: nâng cấp trạm biến áp 220kv Thái Bình; ựường dây 220kv và 110kv Thái Bình - Hải Phòng; ựường dây và trạm 110kv Kiến xương, Vũ thư đặc biệt trong giai ựoạn này Thái Bình ựang thực hiện dự án năng lượng nông thôn II

và dự án lưới ựiện trung áp nông thôn tỉnh Thái bình (tổng vốn ựầu tư 2 dự án khoảng 280 tỷ VNđ) ựể ựầu tư xây dựng mới và cải tạo lưới ựiện trung áp, hạ

áp của tất cả các xã trên ựịa bàn tỉnh Việc thực hiện và hoàn thành các dự án trên sẽ góp phần hiện ựại hoá lưới ựiện nông thôn Thái Bình, sẽ ựáp ứng ựược nhu cầu cung ứng và sử dụng ựiện, ựòi hỏi ngày một tăng của các ựịa phương trong tỉnh

Thực hiện việc ựầu tư xây dựng lưới ựiện theo quy hoạch, hệ thống lưới ựiện của tỉnh ngày càng phát triển, hiện ựại và ựồng bộ từ khâu cung ứng ựến khâu phân phối sử dụng ựiện, cụ thể hiện trạng lưới ựiện của tỉnh như sau:

- Hiện nay, tỉnh có 1 trạm biến áp 220kv (tại xã Nguyên xá, huyện đông hưng) và 42,2km ựường dây 220kv; 8 trạm biến áp 110kv và 143km ựường dây 110kv ựược bố trắ trên tất cả 8 huyện, thành phố trong tỉnh, hệ thống lưới ựiện này thực hiện nhiệm vụ nhận ựiện từ lưới ựiện quốc gia truyền tải ựiện năng về cung cấp cho tỉnh Thái Bình và liên thông với các tỉnh lân

cận, ựể tạo ựiều kiện ựiều tiết nguồn ựiện ổn ựịnh, ựảm bảo hệ số cung cấp ựiện, an toàn, ổn ựịnh cao khi có sự cố lưới truyền tải ựiện xẩy ra

- Lưới ựiện trung áp, hạ áp có 19 trạm biến áp trung gian 35/10kv; 1990 trạm biến áp phân phối 35/04kv, 10/0,4kv; 1.790km ựường dây 35kv, 10kv;

5.700km ựường dây hạ thế

1.3 điều kiện tự nhiên, xã hội tại khu vực Trường đại học Công nghiệp

TP Hồ Chắ Minh Cơ sở ựào tạo Thái Bình

Trường đại học Công nghiệp TP Hồ Chắ Minh Cơ sở ựào tạo Thái Bình nằm ở phắa Bắc của TP Thái Bình, nằm trên ựịa bàn xã Tân Bình, TP Thái Bình Phắa Tây Nam giáp quốc lộ 10, phắa đông Bắc giáp Khu Công nghiệp Tân Bình, phắa Tây Bắc giáp ựường Lý Bôn Với diện tắch 5 ha, trường có không gian tương ựối rộng rãi, môi trường khắ hậu trong lành và ựộc lập với khu dân cư ựịa phương

1.4 Thực trạng lưới ựiện tại trường đại học Công nghiệp TP Hồ Chắ Minh Cơ sở ựào tạo Thái Bình

Nhà trường chỉ quản lý và sử dụng lưới ựiện hạ thế Lưới ựiện trung thế ựược cung cấp tới ựầu vào của máy biến áp hạ áp và do ựiện lực TP Thái Bình quản lý

Nguồn cấp ựiện: Toàn bộ lưới ựiện hạ thế của trường ựược cung cấp bởi

1 trạm biến áp 560KVA Ờ 35/0,4KV ựặt tại góc phắa đông Bắc của trường

- Lưới ựiện: Lưới ựiện của toàn bộ khu vực thuộc quản lý của nhà trường

là sử dụng ựiện áp 3 pha 380V và ựiện áp 1 pha 220V Hệ thống dây dẫn ựiện chủ yếu dùng cáp ựồng có vỏ bọc cụ thể:

+ đường cấp từ trạm biến áp tới khu văn phòng của các ựơn vị phòng, khoa: Sử dụng ựiện áp 3Fa 380V và ựiện áp 1Fa 220V dùng cáp ựồng có vỏ bọc M(4x60)mm2

+ đường cấp từ trạm biến áp ựến khu giảng ựường học lý thuyết: Sử dụng ựiện áp 3Fa 380V và ựiện áp 1Fa 220V dùng cáp ựồng có vỏ bọc

M(4x150)mm2

+ ðường cấp từ trạm biến áp ñến khu xưởng học thực hành: Sử dụng ñiện áp 3Fa 380V và ñiện áp 1Fa 220V dùng cáp ñồng có vỏ bọc M(4x60)mm2

+ ðường cấp từ trạm biến áp ñến Ký túc xá: Sử dụng ñiện áp 3Fa 380V

và ñiện áp 1Fa 220V dùng cáp ñồng có vỏ bọc M(4x60)mm2

- Phụ tải: Phụ tải tiêu thụ ñiện của nhà trường là phục vụ công tác học tập và nghiên cứu chủ yếu là ñiện chiếu sáng, các thiết bị tại các phòng thí nghiệm thực hành và các thiết bị ñiện văn phòng khác

Hình 1.1 Sơ ñồ ñường dây cấp ñiện trong khu vực trường

Bảng 1.1 Áp tô mát trong sơ ñồ ñường dây cấp ñiện trong khu vực trường

Áp tô mát Loại Idm(A) Udm(V) IN(KA)

Công tác bảo vệ trên toàn bộ lưới ñiện của nhà Trường hiện ñang áp dụng bảo vệ bằng aptomat, ñóng lặp lại bằng tay Các loại aptomat ñược dùng

là của nhãn hiệu LG, với các mức dòng ñiện ñịnh mức là 250A, 150A Tất

cả các giá trị ñể lựa chọn aptomat ñều mang tính chất ước lượng

Hình 1.2 Aptomat LG

Hiện nay vẫn chưa có biện pháp bảo vệ tự ựộng nào ựối với lưới ựiện của nhà trường Khi có sự cố thì các aptomat sẽ cắt ựường dây ựiện ựó ra khỏi nguồn, chỉ khi người vận hành trực tiếp ựi kiểm tra thực trạng lưới ựiện ựó mới ựược ựóng trở lại bằng tay

Ngày nay xu thế phát triển của xã hội, các cơ sở hạ tầng cũng ựược xây dựng theo hướng hiện ựại hơn rất nhiều Bên cạnh ựó thì các thiết bị cung cấp, truyền tải và bảo vệ ựiện cũng cần ựược áp dụng những tiến bộ của tự ựộng hóa

1.6 Tắnh quan trọng của việc bảo vệ quá dòng ựường dây

Hiện nay việc phân phối và truyền tải ựiện ngày càng có nhiều yêu cầu mới cần ựược giải quyết đó là ựộ an toàn, tin cậy ựối với hệ thống ựiện, cơ sở vật chất và quan trọn hơn là an toàn cho con người

để có ựược ựộ tin cậy trong cung cấp, truyền tải và an toàn trong sử dụng thì công tác bảo vệ ựiện vô cùng quan trọng đối với bảo vệ ựường dây, một trong những biện pháp rất hiệu quả ựược lựa ựó là bảo vệ quá dòng

Dòng ựiện là ựại lượng ựặc trưng rất cơ bản cho truyền tải ựiện, mọi sự biến ựổi của ựiện năng ựều có thể ựược thể hiện qua sự thay ựổi của dòng ựiện đây cũng chắnh là 1 ựối tượng quan trọng cần bảo vệ trong ngành ựiện, rất nhiều các thiết bị bảo vệ trong hệ thống ựiện ựều dựa trên nguyên lý thay ựổi của dòng ựiện ựẫn ựến việc thay ựổi các ựại lượng vật lý khác như ựiện áp, nhiệt ựộ, Việc dòng ựiện bị tăng cao (quá dòng) sẽ dẫn tới hư hỏng ựường dây do nhiệt ựộ tăng cao, ựể lâu có thể dẫn tới cháy nổ các thiết bị trong hệ thống ựiện ựó cũng như cơ sở vật chất và nguy hiểm tới con người

1.7 Ý nghĩa của ứng dụng tự ựộng hóa vào bảo vệ ựường dây

Hiện nay, không chỉ riêng ở lưới ựiện hạ áp của Trường đại học Công nghiệp TP Hồ Chắ Minh Cơ sở ựào tạo Thái Bình mà ở hầu hết các lưới ựiện

hạ áp khác ựều dùng bảo vệ quá dòng bằng aptomat loại ựiều khiển bằng tay

Có 2 vấn ựề ựối với cách bảo vệ truyền thống này, ựó là:

- Khi chọn giá trị dòng ựịnh mức cho aptomat thì hoàn toàn mang tắnh

ước lượng Thực tế thì các nhân viên khi lắp ñặt aptomat sẽ ước tính xem phụ tải của nhánh ñó là khoảng bảo nhiêu ampe, khi tính ra ñược một con số rồi sẽ chọn dòng của aptomat lớn hơn một cấp ñể ñảm bảo an toàn Việc này hoàn toàn phụ thuộc vào kinh nghiệm chủ quan của người nhân viên ñó Biện pháp thứ 2 là dùng ñồng hồ ñể ño dòng max, biện pháp này khoa học hơn nhưng cũng không hay ñược áp dụng mỗi khi lắp ñặt Do việc ño và tính toán dòng max ñòi hỏi nhân viên phải có kiến thức chuyên môn cao, có khả năng tính toán tốt và mất nhiều thời gian hơn Tuy nhiên thực tế thì biện pháp này cũng phụ thuộc vào nhân viên ño ñạc rất nhiều, do khi ño dòng max thì phải ño ñược lúc phụ tải max, nhưng làm sao có thể biết chính xác lúc nào phụ tải mới ñạt max hoặc gần max, ñiều này rất khó với một lưới ñiện có số lượng và chủng loại phụ tải phức tạp

- Vấn ñề thứ 2 ñó là khi có sự cố thì aptomat sẽ ngắt bảo vệ ngay lập tức

Cứ coi như ngắt bảo vệ ñó là hoàn toàn chính xác, aptomat ñã làm ñúng nhiệm

vụ Tuy nhiên ñể ñóng lặp lại ñược thì nhân viên vận hành phải ñi kiểm tra lần lượt từ ñầu ñến cuối nhánh xem bị chạm chập ở ñâu ñể khắc phục sự cố ðiều này làm tốn thời gian và kéo dài thời gian mất ñiện của thụ ñiện Trong khi ñó nếu sự cố ñó là thoáng qua nếu biết thì ta có thể ñóng lặp lại ngay lập tức mà không cần tốn thời gian ñi kiểm tra

Như vậy có thể nhận thấy rằng, lựa chọn thiết bị bảo vệ và phương pháp bảo vệ là rất quan trọng ðặc biệt là với những phụ tải quan trọng thì ñòi hỏi

ñộ tin cậy cung cấp ñiện rất cao, nếu thời gian mất ñiện kéo dài sẽ gây ra ảnh hưởng rất nhiều

Với lưới ñiện tại trường ðại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh Cơ sở ñào tạo Thái Bình, nếu mất ñiện sẽ ảnh hưởng ñến công tác giảng dạy và học tập trong toàn trường, ñặc biệt hiện nay các công cụ giảng dạy ñều là các thiết

bị tiệu thụ ñiện ðặc biệt hơn là khu làm việc của văn phòng, nếu bị mất ñiện

sẽ ảnh hưởng ñến công việc và quan trọng hơn ñó là các dữ liệu quan trọng có

thể bị mất

Với việc ứng dụng của tự ñộng hóa trong bảo vệ quá dòng, chúng ta có thể bảo vệ chính xác với dòng ñiện thực tế của lưới ñiện, tức bảo vệ với giá trị dòng mà người sử dụng mong muốn Tín hiệu dòng ñiện sẽ ñược PLC ño liên tục, do ñó việc xác ñịnh và xử lý sự cố là hoàn toàn tin cậy và chính xác Không những thế thao tác ñóng lặp lại cũng ñược thực hiện tự ñộng theo chương trình cài ñặt sẵn hoặc do nhân viên giám sát qua máy vi tính

1.8 Giới hạn của ñề tài

ðề tài thiết kế mô hình bảo vệ quá dòng lưới ñiện hạ háp tại Trường ðại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh Cơ sở ñào tạo Thái Bình Tuy nhiên

do mạng ñiện hạ áp trong toàn bộ trường gồm nhiều nhánh nên chỉ chọn ra 1

lộ ñại diện ñể tính toán bảo vệ và thiết kế mô hình Kết quả có thể ñược áp dụng cho tất cả các lộ ñường dây cùng cấp trong toàn trường

Trong lý thuyết nghiên cứu ñến nhiều biện pháp bảo vệ quá dòng khác nhau Tuy nhiên do thời gian thực hiện ñề tài có hạn, các dụng cụ và thiết bị chế tạo không ñầy ñủ nên không thể tính toán và thiết kế với tất cả các biện pháp bảo vệ ñược Qua khảo sát và tìm hiểu về thực trạng của lưới ñiện hạ áp tại trường ðai học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh Cơ sở ñào tạo Thái Bình, biện pháp bảo vệ quá dòng ñược chọn ñể tính toàn và thiết kế mô hình ñò là bảo vệ quá dòng cắt nhanh

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BẢO VỆ ðƯỜNG DÂY

2.1 Phân loại ñường dây

Phương pháp và chủng loại thiết bị bảo vệ các ñường dây tải ñiện phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như: ðường dây trên không hay ñường dây cáp, chiều dài ñường dây, phương thức nối ñất của hệ thống, công suất truyền tải và vị trí của ñường dây trong cấu hình của hệ thống, cấp ñiện áp của ñường dây

Hiện nay có nhiều cách ñể phân loại các ñường dây, theo cấp ñiện áp người ta có thể phân biệt:

- ðường dây hạ áp (low voltage: LV) tương ứng với cấp ñiện áp U < 1 kV

- ðường dây trung áp (medium voltage: MV): 1 kV ≤ U ≤ 35 kV

- ðường dây cao áp (high voltage: HV): 60 kV ≤ U ≤ 220 kV

- ðường dây siêu cao áp (extra high voltage: EHV): 330kV ≤ U ≤ 1000kV

- ðường dây cực cao áp (ultra high voltage: UHV): U > 1000 kV

- Các ñường dây có cấp ñiện áp danh ñịnh từ 110 kV trở lên ñược gọi là ñường dây truyền tải và dưới 110 kV trở xuống gọi là ñường dây phân phối Theo cách bố trí ñường dây: ðường dây trên không (overhead line), ñường dây cáp (cable line), ñường dây ñơn (single line), ñường dây kép (double line)

2.2 Các dạng sự cố và biện pháp bảo vệ ñường dây tải ñiện

Những sự cố thường gặp ñối với ñường dây tải ñiện là ngắn mạch (một pha hoặc nhiều pha), chạm ñất một pha (trong lưới ñiện có trung tính cách ñất hoặc nối ñất qua cuộn dập hồ quang), quá ñiện áp (khí quyển hoặc nội bộ), ñứt dây và quá tải

• ðể chống các dạng ngắn mạch trong lưới hạ áp người ta thường dùng cầu chảy hoặc aptomat

• ðể bảo vệ các ñường dây trung áp chống ngắn mạch, người ta dùng các

loại bảo vệ quá dòng cắt nhanh hoặc có thời gian với ñặc tính thời gian ñộc lập hoặc phụ thuộc thuộc:

So sánh hướng công suất hoặc dòng ñiện

2.3 Các phương pháp bảo vệ ñường dây hạ thế thường dùng

2.3.1 Bảo vệ quá dòng

a Bảo vệ quá dòng có thời gian

Bảo vệ quá dòng có thể làm việc theo ñặc tính thời gian ñộc lập (ñường 1) hoặc phụ thuộc (ñường 2) hoặc hỗn hợp (ñường 3;4) Thời gian làm việc của bảo vệ có ñặc tính thời gian ñộc lập không phụ thuộc vào trị số dòng ngắn mạch hay vị trí ngắn mạch, còn ñối với bảo vệ có ñặc tính thời gian phụ thuộc thì thời gian tác ñộng tỉ lệ nghịch với dòng ñiện chạy qua bảo vệ, dòng ngắn mạch càng lớn thì thời gian tác ñộng càng bé

Hình 2.1 ðặc tính thời gian của bảo vệ quá dòng ñộc lập (1), phụ thuộc

(2) Và hỗn hợp(3, 4)

- Bảo vệ quá dòng với ñặt tuyển thời gian ñộc lập: Ưu ñiểm của dạng bảo

vệ này là cách tính toán và cài ñặt của bảo vệ khá ñơn giản và dễ áp dụng

Thời gian ñặt của các bảo vệ phải ñược phối hợp với nhau sao cho có thể cắt ngắn mạch một cách nhanh nhất mà vẫn ñảm bảo ñược tính chọn lọc của các bảo vệ

- Hiện nay thường dùng 3 phương pháp phối hợp giữa các bảo vệ quá dòng liền kề là phương pháp theo thời gian, theo dòng ñiện và phương pháp hỗn hợp giữa thời gian và dòng ñiện

Phối hợp các bảo vệ theo thời gian: Nguyên tác phối hợp này là nguyên tắc bậc thang, nghĩa là chọn thời gian của bảo vệ sao cho lớn hơn một khoảng thời gian an toàn ∆t so với thời gian tác ñộng lớn nhất của cấp liền kề trước nó (tính từ phía phụ tải về nguồn)

Tn = t(n-1)max + ∆t (2.1)

Trong ñó:

Tn : là thời gian của cấp bảo vệ thứ n ñang xét

t(n-1)max : là thời gina tác ñộng cực ñại của cấp bảo vệ trước ñó

∆t : bặc thời gian (ðối với rơ le ñiện cơ thường chọn bằng 0,5s, role tĩnh khoảng 0,4s, role số thường chọn (0,2-0,3)s tùy theo loại máy cắt ñược sử dụng) Giá trị dòng ñiện khởi ñộng của bảo vệ trong trường hợp này thường ñược chọn theo công thức:

Kmm : hệ số mở máy, có thể lấy từ (1,5 – 2,5)

Ilvmax : dòng ñiện cực ñại qua ñối tượng ñược bảo vệ, thường xác ñịnh trong chế ñộ cực ñại của hệ thống, thông thường:

Ilvmax = (1,05 – 1,2)Iñm (2.3)

Ktv : hệ số trở về của chức năng bảo vệ quá dòng, có thể lấy trong khoảng (0,85 – 0,95) Sử dụng nhằm ñảm bảo sự làm việc ổn ñịnh của bảo vệ khi có các nhiễu loạn ngắn ( hiện tượng tự mở máy của các ñông cơ sau khi TðL ñóng thành công) trong hệ thống mà bảo vệ không ñược tác ñộng

Giá trị dòng khởi ñộng của bảo vệ cần phải thỏa mãn ñiều kiện:

Ilvmax < IKðB < IN min (2.4)

Với: IN min: dòng ngắn mạch nhỏ nhất khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ

- Phối hợp các bảo vệ theo dòng ñiện: Thông thường ngắn mạch càng gần nguồn thì dòng ngắn mạch càng lớn và dòng ngắn mạch này sẽ giảm dần khi vị trí ñiểm ngắn mạch càng xa nguồn Yêu cầu ñặt ra là phải phối hợp các bảo vệ tác ñộng theo dòng ngắn mạch sao cho rơle ở gần ñiểm ngắn mạch nhất sẽ tác ñộng cắt máy cắt mà thời gian tác ñộng giữa các bảo vệ vẫn chọn theo ñặc tính thời gian ñộc lập Nhược ñiểm của phương pháp này là cần phải biết công suất ngắn mạch của nguồn và tổng trở ñường dây giữa hai ñầu ñường dây ñặt rơle mà ta cần phải phối hợp ñể ñảm bảo tính chọn lọc ñộ chính xác của bảo vệ có thể sẽ không ñảm bảo ñối với các ñường dây gần nguồn có công suất ngắn mạch biến ñộng mạnh hoặc ngắn mạch qua tổng trở

có giá trị lớn Do những nhược ñiểm trên mà phương pháp phối hợp theo dòng ñiện thường sử dụng ñể bảo vệ các ñường dây có công suất nguồn ít biến ñộng

và cho một dạng ngắn mạch

Phương pháp này tính theo dòng ngắn mạch pha và lựa chọn giá trị ñặt của bảo vệ sao cho rơle ở gần ñiểm sự cố nhất sẽ tác ñộng Giả sử xét ngắn mạch 3 pha N(3) tại ñiểm N2 trên hình vẽ giá trị dòng ngắn mạch tại N2 ñược xác ñịnh theo công thức:

Trong ñó: Unguồn: ñiện áp dây của nguồn

(2.5)

c: hệ số thay ñổi ñiện áp nguồn, có thể lấy c = 1,1

Znguồn: tổng trở nguồn, ñược xác ñịnh bằng:

với SNM là công suất ngắn mạch của nguồn

Bảo vệ quá dòng có ñặc tuyến thời gian phụ thuộc: Bảo vệ quá dòng có ñặc tuyến thời gian ñộc lập trong nhiều trường hợp khó thực hiện ñược khả năng phối hợp với các bảo vệ liền kề mà vẫn ñảm bảo ñược tính tác ñộng nhanh của bảo vệ Một trong những phương pháp khắc phục là người ta sử dụng bảo vệ quá dòng với ñặc tuyến thời gian phụ thuộc Hiện nay các phương thức tính toán chỉnh ñịnh rơle quá dòng số với ñặc tính thời gian phụ thuộc do ña dạng về chủng loại và tiêu chuẩn nên trên thực tế vẫn chưa ñược thống nhất về mặt lý thuyết ñiều này gây khó khăn cho việc thẩm kế và kiểm ñịnh các giá trị ñặt

b Bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50)

ðối với bảo vệ quá dòng thông thường càng gần nguồn thời gian cắt ngắn mạch càng lớn, thực tế ngắn mạch gần nguồn thường thì mức ñộ nguy hiểm cao hơn

và cần loại trừ nhanh ðể bảo vệ các ñường dây trong trường hợp này người ta dùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh, bảo vệ cắt nhanh có khả năng làm việc chọn lọc trong lưới có cấu hình bất kì với một nguồn hay nhiều nguồn cung cấp

Hình 2.2 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh ñường dây một nguồn cung cấp

(2.6)

Hình 2.3 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh ñường dây hai nguồn cung cấp

Ưu ñiểm của nó là có thể cách ly nhanh sự cố với công suất ngắn mạch lớn ở gần nguồn Tuy nhiên vùng bảo vệ không bao trùm ñược hoàn toàn ñường dây cần bảo vệ, ñây chính là nhược ñiểm lớn nhất của loại bảo vệ này

ðể ñảm bảo tính chọn lọc, giá trị ñặt của bảo vệ quá dòng cắt nhanh phải ñược chọn sao cho lớn hơn dòng ngắn mạch cực ñại (ở ñây là dòng ngắn mạch

3 pha trực tiếp) ñi qua chỗ ñặt rơle khi có ngắn mạch ở ngoài vùng bảo vệ

c Bảo vệ quá dòng có kiểm tra áp

Trong nhiều trường hợp bảo vệ quá dòng có thời gian có thể không ñủ ñộ nhạy vì dòng làm việc cực ñại chạy qua phần tử ñược bảo vệ có trị số quá lớn, chẳng hạn khi tách mạch vòng của lưới ñiện, cắt một số ñường dây hoặc MBA làm việc song song, khi xay ra quá tải,

Hình 2.4 Sơ ñồ Bảo vệ quá dòng có kiểm tra áp

Trong một số lưới ñiện có nguồn công suất ngắn mạch yếu, nếu xác ñịnh giá trị dòng ñiện khởi ñộng cho bảo vệ theo công thức:

IKðB = (Kat .Kmm Ilvmax )/Ktv (2.7)

Nhiều khi không thể ñảm bảo ñiều kiện về ñộ nhạy Khi ñó ñể nâng cao

ñộ nhạy của bảo vệ quá dòng có thời gian ñồng thời ñảm bảo cho bảo vệ có thể phân biệt ñược ngắn mạch và quá tải người ta thêm vào bảo vệ bộ phận khoá ñiện áp thấp (hình vẽ trên)

Bộ phận khoá ñiện áp sử dụng rơle ñiện áp giảm 27 sẽ phối hợp với bộ phận quá dòng 51 theo lôgic “AND” Khi có ngắn mạch, dòng ñiện chạy qua chỗ ñặt bảo vệ tăng cao ñồng thời ñiện áp tại thanh góp bị giảm thấp làm cho ñầu ra của bộ tổng hợp “AND” có tín hiệu, bảo vệ sẽ tác ñộng Còn khi quá tải, dòng ñiện chạy qua ñối tượng ñược bảo vệ có thể giá trị tác ñộng của rơle, tuy nhiên giá trị ñiện áp tại thanh góp ñặt bảo vệ giảm không lớn do ñó rơle ñiện áp giảm 27 không tác ñộng, bảo vệ sẽ không tác ñộng Như vậy khi dùng bảo vệ quá dòng có kiểm tra áp, dòng ñiện khởi ñộng cho bảo vệ ñược xác ñịnh:

Ulvmin: ñiện áp làm việc tối thiểu cho phép tại chỗ ñặt bảo vệ

UNmax: ñiện áp dư lớn nhất tại chỗ ñặt bảo vệ khi có ngắn mạch ở

cuối vùng bảo vệ của bảo vệ quá dòng

nU: tỷ số biến ñổi của máy biến ñiện áp BU

Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng có kiểm tra áp chọn như ñối với

(2.9)

bảo vệ quá dòng thông thường

e Bảo vệ quá dòng có hướng

ðối với một số cấu hình lưới ñiện như mạng vòng, mạnh hình tia có

nhiều nguồn cung cấp , bảo vệ quá dòng ñiện với thời gian làm việc chọn

theo nguyên tắc bậc thang không ñảm bảo ñược tính chọn lọc hoặc thời gian

tác ñộng của các bảo vệ gần nguồn quá lớn không cho phép ðể khắc phục

người ta dùng bảo vệ quá dòng có hướng Thực chất ñây cũng là một bảo vệ

quá dòng thông thường nhưng có thêm bộ phận ñịnh hướng công suất ñể phát

hiện chiều công suất qua ñối tượng ñược bảo vệ Bảo vệ sẽ tác ñộng khi dòng

ñiện qua bảo vệ lớn hơn dòng ñiện khởi ñộng IKð và hướng công suất ngắn

mạch ñi từ thanh góp vào ñường dây Sơ ñồ nguyên lý của bảo vệ quá dòng có

hướng ñược trình bày trên hình vẽ:

Hình 2.5 Sơ ñồ nguyên lý bảo vệ quá dòng có hướng cho ñường dây 1

nguồn cung cấp

ðối với mạng ñiện vòng một nguồn cung cấp (hình vẽ) chúng ta chọn

thời gian cho bảo vệ như với mạng hình tia hai nguồn cung cấp, nhưng ở ñây

thời gian tác ñộng của bảo vệ 2 và 5 (t2, t5) không cần phải phối hợp thời gian

với bất kì bảo vệ khác vì khi ngắn mạch ở nhánh nguồn (nhánh 7) thì không

có dòng ngắn mạch chạy trong mạch vòng

Dòng ñiện khởi ñộng của bảo vệ trong trường hợp này phải phối hợp với nhau giữa các bảo vệ cùng hướng ñể tránh trường hợp bảo vệ có thể tác ñộng nhầm Ví dụ với mạng ñiện hình vẽ trên, dòng ñiện khởi ñộng của các bảo vệ phải thoả mãn ñiều kiện:

I ñặt 1 > I ñặt 3 > I ñặt 5

I ñặt 6 > I ñặt 4 > I ñặt 2

Khi ngắn mạch xảy ra gần thanh góp nguồn thì có thể xảy ra hiện tượng khởi ñộng không ñồng thời, hiện tượng này sẽ làm cho thời gian cắt sự

cố tăng lên Vì bảo vệ sử dụng bộ phận ñịnh hướng công suất nên tồn tại

“vùng chết” mà khi ngắn mạch tại ñó giá trị ñiện áp ñưa vào bảo vệ thấp hơn ngưỡng ñiện khởi ñộng tối thiểu và khi ñó bảo vệ sẽ không thể tác ñộng Khi tính toán dòng ñiện khởi ñộng cho bảo vệ trong mạng vòng phải chú ý ñến các trường hợp khi có bất kì một máy cắt nào mở, mạng sẽ trở thành sơ

ñồ hình tia một nguồn cung cấp, lúc ñó sự phân bố công suất trong mạng sẽ khác và bảo vệ có thể tác ñộng nhầm

Ngày nay hầu hết các rơle quá dòng có hướng số ñược tích hợp thêm nhiều chức năng như: chức năng cắt nhanh, quá dòng với ñặc tuyến thời gian ñộc lập và phụ thuộc, nhờ ñó một số rơle quá dòng có hướng có cả tính chọn lọc tuyệt ñối và tương ñối, nghĩa là có thể vừa ñảm bảo chức năng cắt nhanh vừa ñóng vai trò như một bảo vệ dự trữ Một trong những rơle vừa nêu trên là rơle quá dòng có hướng ba cấp tác ñộng ðể hiểu rõ hơn về loại rơle này chúng ta sẽ ñi phân tích chọn thời gian làm việc và dòng ñiện khởi ñộng của bảo vệ quá dòng có hướng ba cấp tác ñộng cho một số mạng ñiện ñiển hình trong hệ thống ñiện

f Bảo vệ quá dòng chạm ñất (50/51N)

ðộ lớn của dòng chạm ñất phụ thuộc vào chế ñộ làm việc của ñiểm trung tính hệ thống ñiện Trong lưới ñiện có trung tính cách ñiện với ñất, dòng chạn ñất thường không vượt quá vài chục ampe (thường ≤ 30 A) Còn trong lưới có

(2.10)

ựiểm trung tắnh nối ựất qua cuộn dập hồ quang (cuộn Peterson), dòng chạm ựất ựược giảm ựi rất nhiều Sự nguy hiểm của tình trạng chạm ựất của lưới có trung tắnh cách ựất hoặc nối ựất qua cuộn dập hồ quang là ựiện áp ở hai pha còn lại không chạm ựất tăng lên bằng ựiện áp dây và có thể chuyển thành sự

cố ngắn mạch nhiều pha tại những chỗ có vấn ựề về cách ựiện trên ựường dây Tuy nhiên ở lưới này khi xảy ra chạm ựất người ta vẫn cho phép vận hành nhưng bảo vệ phải báo tắn hiệu ựể nhân viên vận hành tìm biện pháp khắc phục Vì dòng chạm ựất của mạng có trung tắnh cách ựất hoặc nối ựất qua cuộn dập hồ quang có giá trị khá nhỏ nên ựòi hỏi bảo vệ dòng thứ tự không phải có ựộ nhạy cao

Trong hệ thống có trung tắnh trực tiếp nối ựất, khi xảy ra chạm ựất một pha cũng chắnh là ngắn mạch một pha, dòng thứ tự không (TTK) phần lớn ựến

từ ựiểm trung tắnh của hai trạm ở hai ựầu ựường dây, còn từ các trạm khác thì khá bé điều này cho phép ựảm bảo sự phối hợp tốt theo dòng của bảo vệ TTK Các bảo vệ trong trường hợp này thường ựược phối hợp theo nguyên tắc phân cấp như ựối với bảo vệ quá dòng pha

Trong rơle số tồn tại ba dạng sơ ựồ sử dụng biến dòng ựối với bảo vệ quá dòng chống sự cố chạm ựất đó là các biến dòng pha mắc theo sơ ựồ tổng ba pha, biến dòng TTK cho bảo vệ chống dòng chạm ựất lớn và biến dòng TTK

Bảo vệ dùng biến dòng TTK thường ựược sử dụng cho mọi trường hợp

có sự cố chạm ựất, ựặc biệt sử dụng trong các lưới có dòng chạm ựất bé (lưới

có trung tắnh cách ựất hoặc nối ựất qua cuộn dập hồ quang)

Biến dòng TTK ựộ nhạy cao phát hiện dòng chạm ựất thường có giá trị

danh ñịnh nhỏ hơn nhiều so với biến dòng TTK cho bảo vệ có dòng chạm ñất lớn và ñược nối với rơle số theo các ñầu vào riêng biệt

Trong rơle số ngoài các biến dòng người ta có thể sử dụng thêm các biến ñiện áp với các sơ ñồ khác nhau Sơ ñồ biến ñiện áp kiểu Y0-Y0 thường ñể xác ñịnh chiều công suất của dòng ngắn mạch dùng trong bảo vệ có hướng Còn sơ ñồ tam giác hở là ñể xác ñịnh ñiện áp TTK, nó thường làm việc kết hợp với chức năng quá dòng chạm ñất ñộ nhạy cao trong lưới có trung tính cách ñất hoặc nối ñất qua một tổng trở

Dòng TTK (I0) chỉ có thể chạy từ ñiểm trung tính nối ñất của MBA phía nguồn tới ñiểm có sự cố chạm ñất Giá trị của dòng chạm ñất có thể xác ñịnh theo biểu thức:

Ở Việt Nam, trước ñây lưới có trung tính cách ñất thường là lưới phân phối trung áp nhỏ hơn 35 kV nhưng với việc ñưa lưới 22 kV có trung tính nối ñất trực tiếp vào vận hành sẽ làm cho các loại bảo vệ chống chạm ñất ở lưới này sẽ ña dạng hơn Tuy nhiên trong các rơle số hiện nay các chức năng bảo

vệ này ñã ñược tích hợp sẵn nên không gây khó khăn cho việc sử dụng

Trong các sơ ñồ bảo vệ ðZ cao áp từ 110 kV trở lên dùng rơle ñiện cơ và rơle tĩnh của Liên Xô cũ, người ta hay sử dụng bảo vệ quá dòng TTK bốn cấp với ñặc tuyến thời gian ñộc lập như một bảo vệ chính

(2.11)

Việc sử dụng nhiều cấp bảo vệ TTK theo trường phái Liên Xô cũ như trên xuất phát từ một thực tế là trong sơ ñồ bảo vệ không có kiểu ñặc tuyến phụ thuộc với thời gian tác ñộng khác nhau cho các dòng chạm ñất khác nhau

Do vậy, kiểu bốn cấp sẽ cho ñặc tuyến dạng bậc thang có chất lượng bảo vệ tốt hơn so với loại hai cấp ñặc tuyến ñộc lập, nhưng vẫn không ñạt ñược chất lượng như của loại bảo vệ quá dòng TTK với ñặc tuyến phụ thuộc Mặt khác,

do trong các bảo vệ ñường dây ở rơle số thường có kèm theo chức năng phát hiện các sự cố chạm ñất nên bảo vệ quá dòng TTK bốn cấp chỉ ñóng vai trò như bảo vệ dự phòng hoặc có thể thay nó bằng một bảo vệ quá dòng TTK hai ngưỡng

Chức năng quá dòng chạm ñất trong rơle số thường có hai ngưỡng là ngưỡng cao và ngưỡng thấp Ngưỡng cao cắt nhanh thường ñược xác ñịnh tương tự như các rơle cổ ñiển ðể giảm thiểu xác xuất cắt nhầm do các cực máy cắt không ñồng thời, người ta thường giới hạn thời gian tác ñộng của cấp cắt nhanh khoảng dưới hai chu kỳ tần số công nghiệp ñối với các máy cắt một pha Còn cấp ngưỡng thấp cũng có thể có dạng ñặc tuyến ñộc lập hay phụ thuộc, trong ñó nên sử dụng loại ñặc tuyến thứ hai ñể tăng khả năng bảo vệ Khi sử dụng chức năng quá dòng chống chạm ñất trong rơle số, ta cần phải

phân biệt hai loại bảo vệ với các giá trị ñặt ñược xác ñịnh xuất phát từ những

cơ sở lập luận khác nhau Bảo vệ quá dòng TTK cho lưới có dòng chạm ñất lớn thường ñược hiệu chỉnh theo dòng không cân bằng cực ñại và dòng thứ tự không ñi qua chỗ ñặt bảo vệ Còn bảo vệ dòng TTK cho lưới có dòng chạm ñất bé thường xác ñịnh theo dòng ñiện dung Sau ñây chúng ta sẽ lần lượt xét các loại bảo vệ này

kỹ thuật số hiện ñại ñã ñược mở rộng và ña dạng hơn rất nhiều so với các rơle trước ñây Ngày nay các rơle khoảng cách số như P441, P442, P444 (Alstom); 7SA511, 7SA513 (Siemens); SEL321 (SEL) ngoài chức năng bảo vệ khoảng cách nó còn ñược tích hợp nhiều chức năng khác nữa như các chức năng: quá dòng cắt nhanh, quá dòng có thời gian (50/51), chống chạm ñất (50/51N), ñiện

áp giảm (27), quá ñiện áp (59), tự ñộng ñóng trở lại TðL (79), kiểm tra ñồng

bộ (25) và các chức năng truyền thông khác

Bảo vệ khoảng cách là chức năng chính của rơle Nó gồm một hệ thống

dò tìm sự cố, một hệ thống ño khoảng cách và một hệ thống xác ñịnh hư ng công suất (dòng ñiện) sự cố Tuỳ vào mỗi loại rơle của từng hãng chế tạo mà các rơle khoảng cách có các phương pháp dò tìm phát hiện sự cố và ñưa ra những phương thức xử lý khác nhau nhưng nhìn chung ñều dựa trên nguyên lý

cơ bản là dựa vào giá trị dòng ñiện và ñiện áp ño ñược từ ñó tính toán giá trị tổng trở ño rồi so sánh với giá trị ñặt cùng với công suất trên ñường dây ñể tổng hợp ñưa ra quyết ñịnh thao tác

ðể ñảm bảo tác ñộng chọn lọc trong mạng phức tạp, người ta dùng bảo

vệ khoảng cách có hướng, chỉ tác ñộng khi hướng công suất ngắn mạch ñi từ thanh góp vào ñường dây Rơle khoảng cách dùng bảo vệ ñường dây tải ñiện thường có nhiều vùng tác ñộng tương ứng v i các cấp thời gian tác ñộng khác nhau

Hiện nay tồn tại nhiều phương thức tính toán giá trị ñặt cho bảo vệ khoảng cách, phạm vi ứng dụng của mỗi phương thức tuỳ thuộc vào từng ứng dụng cụ thể Ngoài ra bảo vệ khoảng cách có thể ñược sử dụng kết hợp với TðL, các sơ

ñồ cắt liên ñộng dùng kênh truyền tin ñể giảm thời gian cắt sự cố Sau ñây chúng

ta sẽ ñi phân tích cách tính toán các vùng của rơle khoảng cách

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ đƯỜNG DÂY TẠI TRƯỜNG đẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ

MINH CƠ SỞ đÀO TẠO THÁI BÌNH

3.1 Phân tắch ựánh giá các phương pháp bảo vệ ựường dây

Tùy theo ựặc ựiểm của từng lưới ựiện cũng như các dạng sự cố thường gặp với mỗi lưới ựiện ấy mà người ta nghiên cứu và áp dụng các biện pháp bảo vệ khác nhau Chẳng hạn như, ngắn mạch (một hay nhiều pha), chạm ựất một pha (trong lưới ựiện có trung tắnh cách ựất hoặc nối ựất qua cuộn dập hồ quang), quá ựiện áp (khắ quyển hoặc nội bộ), ựứt dây và quá tải

Tuy nhiên với lưới ựiện hạ áp thì các biện pháp bảo vệ ựược thực hiện dễ dàng và ựơn giản hơn nhiều so với các cấp ựiện áp cao hơn Với các dạng ngắn mạch trong lưới hạ áp người ta thường dùng cầu chảy, rơ le, máy cắt hoặc aptomat

3.2 Các thiết bị bảo vệ quá dòng cho ựường dây

đối với ựường dây hạ áp các thiết bị bảo vệ phổ biến là cầu chảy, máy cắt Tuy nhiên do nhu cầu về ựộ an toàn, ựộ tin cậy và yêu cầu cung cấp ựiện liên tục mà thiết bị cầu chảy ngày càng ắt ựược sử dụng, do mỗi lần tác ựộng thì phải thay thế mới gây mất thời gian, nhân công và cả tốn kém về nguyên liệu nữa Một trong các thiết bị ựang ựược sử dụng rộng rãi và ngày càng phổ biến ựó chắnh là máy cắt

ACB, MCCB, MCB là những thiết bị ựóng cắt ở mạng hạ thế có ựầy ựủ chức năng nhất của một thiết bị ựóng cắt đó là: Bảo vệ ựiện (Quá tải, ngắn mạch, chạm ựất, dòng rò ), cách ly (cách ly hiển thị rõ ràng nhìn thấy ựược hoặc thông qua cơ cấu chỉ thị tin cậy ựược), ựiều khiển tại chỗ hay từ xa

Bộ ngắt mạch hay chuyển mạch Circuit Breaker (CB) là thiết bị dùng ựể

ñóng ngắt dòng ñiện ñồng thời bảo vệ thiết bị không bị hư hỏng khi bị ngắn mạch hoặc quá tải, CB sẽ tự ñộng cắt dòng ñiện ngay lập tức Khác với loại dùng cầu chảy phải thay mới, CB có thể reset lại bằng tay hoặc tự ñộng Ở Việt nam những thiết bị này thường ñược người sử dụng gọi bằng một cái tên chung là Atomat

CB nhỏ thường dùng cho gia ñình thường chỉ gọi là aptomat, ñối với thiết

bị CB lớn người ta gọi là máy cắt

Một số cách gọi CB thường ñược dùng ở Việt nam:

MCB: Aptomat cỡ nhỏ, at tép

MCCB: Aptomat khối, aptomat ñịnh hình, at tầng

ACB: Máy cắt không khí hạ thế, máy cắt hạ áp, aptomat vạn năng

• Cấu tạo và nguyên lý làm việc của CB:

Hình 3.2 Cấu tạo của một MCCB C60

Cấu tạo của một MCCB có các bộ phận chính sau:

+ Tiếp ñiểm: Aptomat thường có 2 ñến 3 loại tiếp ñiểm, tiếp ñiểm chính, tiếp ñiểm phụ và hồ quang Với các aptomat nhỏ thì không có tiếp ñiểm phụ Tiếp ñiểm thường ñược làm bằng vật liệu dẫn ñiện tốt nhưng chịu ñược nhiệt

ñộ do hồ quang sinh ra, thường làm bằng hợp kim Ag-W hoặc Cu-W

Khi ñóng mạch thì tiếp ñiểm hồ quang ñóng trước, tiếp theo là tiếp ñiểm phụ, cuối cùng là tiếp ñiểm chính Khi cắt mạch thì ngược lại , tiếp ñiểm chính mở trước, tiếp theo là tiếp ñiểm phụ, cuối cùng là tiếp ñiểm hồ quang Như vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp ñiểm hồ quang, do ñó bảo vệ