Tài liệu giáo trình chuyên đề thuyết bị điện, chương 3 docx

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 đi

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

Vào X, ra Y

0 NếuY = 1  x tác động

Y = 1 giảm X sao cho Y 0

®

1

nh nh

t

X K

X

K nhả cao  phụ tải

2 Đo 2 đại lượng vào

0 1 Y

X 1

X 2

Ví dụ: đo công suất cần U, I

Đo osc  cần U, I

Đo tổng trở cần U, I

Có ngưỡng của X1, X2

Trị hiệu dụng của biên độ

So sánh góc lệch pha

§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 

+ Rơle cảm ứng có trễ

+ Rơle điện tử: bảo vệ quá dòng trễ hoặc tức thời biến tín hiệu dòng thành tín hiệu điện áp rồi so sánh với Uchuẩn

2 Bảo vệ so lệch dòng điện

Nguyên lý I v    , I I r I  đủ lớn

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

 điều tốc

6 Các nguyên lý khác

- Nhiệt độ

+ Dạng thiết bị cảnh báo

+ Loại cảm biến  tác động

- Tốc độ bốc hơi dầu trong máy biến áp: hệ thống rơle khí ( Rơle có 2 phao, 2 cấp, nếu tốc độ bốc hơi nhiều thì rơle cảnh báo; nếu tốc độ bốc hơi lớn thì tác động tức thời phao 1 nối với công tắc hành trình)

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

CHƯƠNG IV: BẢO VỆ CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN

§ 4.1 Máy phát điện đồng bộ

1 Các dạng hỏng hóc và không bình thường máy phát đồng bộ

Nội bộ:

+ Với stato ngắn mạch giữa các pha, 1 pha chạm đất, ngắn mạch vòng dây

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

Bên ngoài

+ Ngắn mạch giữa các pha

+ Tải mất đối xứng

+ Mất kích từ

+ Quá tải

+ Mất đồng bộ

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 phúng điện chập chờn Cú cuộn L hoặc R duy trỡ dũng điện nối đất

Khi chạm đất xảy ra ở gần cực mỏy phỏt  chạm đất điện dung

Coi r chạm đất khụng đỏng kể, rchạm đất = 0

ạm đất 3

ch

: số phần trăm vũng dõy chạm đất

C: điện dung của cuộn dõy với đất

Dũng chạm đất

c

c

Nếu I cđ 5A hỏng lừi thộp, cắt mỏy phỏt

- Phỏt hiện dũng chạm đất

+ 1 điểm chạm đất

Bảo vệ so lệch

SL

I

L,R

+ 2 điểm trong 1 pha chạm đất ( ngắn mạch vài vũng dõy)  dũng điện rất lớn Điện ỏp ra khụng đối xứng

L,R

I

+ 2 cuộn song song, 1 cuộn chạm đất, 1 cuộn khụng chạm

Dựng so lệch để phỏt hiện

X

I

BI BI

SL

Cú nhiều sơ đồ bảo vệ chống chạm đất 1 pha

Cỏch điện pha – đất bị hỏng chạm chập 1 pha Thõn cỏch điện bằng băng thủy tinh, cỏch điện bột mica, kết dớnh expoxy  ớt bị phúng điện trong rónh, bị phúng điện ở tiếp giỏp phần uốn cong và đầu nối

3 Bảo vệ chống chạm chập giữa cỏc 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

5 Mất đồng bộ

6 Quá tải

Mất kích từ

Bảo vệ quá điện áp: khi hệ thống điều chỉnh ổn định điện áp bị hỏng gây quá áp

Trong máy phát điện công suất lớn, ổ đỡ cần quan tâm đến chế

độ nhiệt ở đó

Bảo vệ chống dòng điện thứ tự nghịch ở stato khi tải không đối xứng

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 mỏy phỏt điện cụng suất lớn

7

R

15 14 13

12

11

10 9

I MF

BU0

BU

U0>

U >

f <

Z <<

I2

P (95%)

(100%)

P

-jX

P

-I >>

U0>

2

1

3

4

5

Chạm

đất Roto

Quá tải Roto

6 8

1 Chống chạm đất ( 95%)

2 Cụng suất ngược (1)

3 Mất kích từ

4 Tách khỏi hệ thống

5 Quá tải stato

6 Chống chạm đất roto

7 So lệch có hãm

8 Quá tải roto

9 Tần số thấp

10 Quá điện áp

11 Chống mất đồng bộ

12 Công suất ngược (2)

13 Quá dòng thứ tự nghịch

14 Khoảng cách

15 Chống chạm đất 100% cuộn dây stato

§ 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











 Trong đó: c: số vòng chập

E1: điện áp 1 vòng chập

Nếu c  thì dòng chập tăng, điện áp giảm1

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 0 Chạm chập các vòng dây

Bị rò dầu

Rơle khí ( rơle hơi)

Có 2 kiểu: tác động và cảnh báo Quá tải

Hình ảnh nhiệt Quá dòng có trễ Các loại khí cụ điện bảo vệ quá

tải Quá 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

I>L

I 

I



RK

1

2

3

4

I



RK 1 2

I>t

0



Cảnh báo I>>

I 0

I 0

MC2 B

Z< I >>

10 7

C MC3

1 2

RL1 RL2

I > Z<

MC1

A

11

1 So lệch có hãm

2 So lệch thứ tự 0

3, 4 Rơle khí

5 Khoảng cách

6 Quá dòng có t

7 Dự phòng

8, 9, 10 Quá tải cho các phía

11 Nhiệt độ dầu

*) Bảo vệ cho máy biến áp tự ngẫu công suất lớn

B

Z<

3

A

MC1

Z<

4

I >>

1 I 0

35 kV

§Ó hë

RL2

RL1

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 tải Mất 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 

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 >

M0 ( của tải)

Các phương pháp theo dõi tốc độ để chuyển đổi nối /Y 

+ n: rơle tốc độ, phát tốc ( khó gá lắp )

+ I: rơle dòng điện cực đại ( hạn chế ở chỗ tiếp điểm chập chờn do lực hút điện từ loại rơle này nhỏ)

+ Dùng rơle thời gian ( dựa theo kinh nghiệm) loại này hạn chế ở chỗ không phản ứng được với sự cố lúc khởi động

Đổi nối /Y  hay dùng cho động cơ hạ áp, với động cơ cao áp hay

dùng cuộn kháng hoặc biến áp tự ngẫu

Điều khiển đổi nối /Y 

Dùng biến áp tự ngẫu

Khởi động K1, K2 cùng đóng Uđc = 1/K.Ulưới

Làm việc K3 đóng, K1, K2 cắt Uđc = UL