TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM Chương KHOA ĐIỆN KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 NHIỆM VỤ CỦA BẢO VỆ Trong trình vận hành hệ thống điện xuất trình trạng cố chế độ làm việc không bình thường phần tử Phần lớn cố thường kèm theo tượng dòng điện tăng cao điện áp giảm thấp Các thiết bò có dòng điện tăng cao chạy qua bò đốt nóng mức cho phép dẫn đến hư hỏng Khi điện áp giảm thấp hộ tiêu thụ làm việc bình thường, tính ổn đònh máy phát làm việc song song toàn hệ thống bò giảm Các chế độ làm việc không bình thường làm cho áp, dòng tần số lệch khỏi giới hạn cho phép để kéo dài trình trạng xuất cố Có thể nói, cố làm rối loạn hoạt động bình thường hệ thống điện nói chung hộ tiêu thụ điện nói riêng Chế độ làm việc không bình thường có nguy xuất cố làm giảm tuổi thọ máy móc thiếc bò Muốn trì hoạt động bình thường hệ thống hộ tiêu thụ điện xuất cố cần phát nhanh tốt chỗ cố để cách ly khỏi phần tử không bò hư hỏng, có phần tử lại trì hoạt động bình thường, đồng thời giảm mức độ hư hỏng cố Như có thiết bò tự động bảo vệ thực tốt yêu cầu nêu Các thiết bò hợp thành hệ thống bảo vệ Các mạng điện đại làm việc thiếu hệ thống bảo vệ, theo dõi liên tục trình trạng làm việc tất phần tử hệ thống điện ♣ Khi xuất cố, bảo vệ phát cho tín hiệu cắt phần tử hư hỏng thông qua máy cắt điện (MC) ♣Khi xuất chế độ làm việc không bình thường, bảo vệ phát tuỳ thuộc theo yêu cầu tác động để khôi phục chế độ làm việc bình thường báo tín hiệu cho nhân viên trực Hệ thống bảo vệ tổ hợp phần tử rơle, nên gọi bảo vệ rơle 1.2 CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI HỆ THỐNG BẢO VỆ 1.2.1 Các yêu cầu chống ngắn mạch a) Tính chọn lọc Khả bảo vệ cắt phần tử bò cố cố xảy gọi tính chọn lọc Đối với ví dụ hình 1.1, yêu cầu thực sau: Khi ngắn mạch (NM) điểm N1, máy cắt 3(MC3 ) máy cắt gần chỗ cố cắt ra, nhờ phụ tải không nối vào đường dây hư hỏng nhận điện Khi ngắn mạch điểm N2 đường dây cố II cắt từ GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN hai phía nhờ MC1 MC2, đường dây I làm việc, toàn hộ tiêu thụ nhận điện Yêu cầu tác động chọn lọc yêu cầu để đảm bảo cung cấp điện an toàn cho hộ tiêu thụ điện Nếu bảo vệ tác động không chọn lọc cố lan rộng Hình 1.1 Cắt chọn lọc phần tử bò hư hỏng NM mạng điện b) Tác động nhanh Tính tác động nhanh bảo vệ yêu cầu quan trọng có ngắn mạch bên thiết bò Bảo vệ tác động nhanh thì: ♣ Đảm bảo tính ổn đònh làm việc song song máy phát hệ thống, làm giảm ảnh hưởng điện áp thấp lên phụ tải ♣ Giảm tác hại dòng ngắn mạch tới thiết bò ♣ Giảm xác suất dẫn đến hư hỏng nặng ♣ Nâng cao hiệu thiết bò tự đóng lại Thời gian cắt hư hỏng t bao gồm thời gian tác động bảo vệ (tbv ) thời gian cắt máy cắt (tmc ), tmc số máy cắt t= tbv + tmc Đối với hệ thống điện đại, thời gian cắt NM lớn cho phép theo yêu cầu đảm bảo tính ổn đònh nhỏ Ví dụ đường dây tải điện 300 ÷ 500 kV, cần phải cắt cố vòng 0.1 ÷ 0.12 giây (s) sau NM xuất hiện, mạng từ 110 ÷ 220 kV vòng 0.15÷ 0.3s Muốn giảm thời gian cắt NM cần giảm thời gian tác động bảo vệ thời gian cắt máy cắt Hiện dùng phổ biến MC có tmc = 0.15 ÷ 0.06 s Nếu cần cắt NM với thời gian t = 0.12 s MC có tmc = 0.08 s thời gian tác động bảo vệ không vựơt 0.04s (2 chu kỳ sóng dòng điện có tần số 50Hz) Bảo vệ có tác động 0.1s xếp vào loại tác động nhanh Loại bảo vệ tác động nhanh đại có tbv = 0.01 ÷ 0.04s ♣ Việc chế tạo bảo vệ vừa có tác động nhanh, vừa có tính chọn lọc vấn đề khó Các bảo vệ phức tạp đắt tiền Để đơn giản, thực GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN cắt nhanh NM không chọn lọc, sau dùng thiết bò tự đóng lại phần bò cắt không chọn lọc c) Độ nhạy Trên hình 1.1 ta thấy bảo vệ cần tác động cố xảy vùng bảo vệ (để bảo đảm vừa có bảo vệ vừa có bảo vệ dự trữ chỗ) Ví dụ bảo vệ cần tác động NM xảy đoạn DE Ngoài bảo vệ cần tác động cố xảy đoạn BC bào vệ (bảo vệ gọi bảo vệ dự trữ cho bảo vệ 3) Điều cần thiết để dự phòng trường hợp NM đoạn BC mà BV3 MC3 không làm việc Tác động BV đoạn gọi dự phòng xa Mỗi bảo vệ cần tác động không với trường hợp NM trực tiếp mà NM qua điện trở trung gian hồ quang điện Ngoài tác động NM xảy lúc hệ thống làm việc chế độ cực tiểu (ở chế độ này, số nguồn cắt dòng NM có gía trò nhỏ) Độ nhạy bảo vệ thường đánh giá hệ số nhạy knh Đối với bảo vệ cực đại tác động, đại lượng theo dõi tăng có cố hư hỏng (ví dụ dòng điện) knh xác đònh: k nh = I N I kdbv với INmin – dòng NM nhỏ nhất; Ikdbv – giá trò dòng nhỏ mà BV tác động Đối với bảo vệ cực tiểu tác động đại lượng theo dõi giảm hư hỏng (ví dụ điện áp cực tiểu) hệ số knh xác đònh ngược lại trò số điện áp khởi động chia cho điện áp dư lại lớn hư hỏng Bảo vệ cần có độ nhạy cho tác động chắn NM qua điện trở hồ quang cuối vùng giao bảo vệ chế độ cực tiểu hệ thống d) Độ tin cậy Độ tin cậy thể yêu cầu bảo vệ phải tác động chắn NM xảy vùng giao bảo vệ không tác động chế độ mà nhiệm vụ tác động Đây yêu cầu quan trọng Một bảo vệ không tác động tác động nhầm dẫn đến hậu số phụ tải bò điện nhiều làm cho cố lan tràn Ví dụ NM điểm N2 hình 1.1 mà bảo vệ không tác động cắt MC1 MC2 bảo vệ dự phòng xa cắt nguồn II MC4, MC5 trạm B bảo vệ không tin cậy, làm điện nhiều gây thiệt hại cho kinh tế ♣ Để bảo vệ có độ tin cậy cao cần dùng sơ đồ đơn giản, giảm số rơle tiếp xúc, cấu tạo đơn giản, chế độ lắp ráp đảm bảo chất lượng, đồng thời kiểm tra thường xuyên trình vận hành 1.2.2 Yêu cầu bảo vệ chống chế độ làm việc không bình thường GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN Tương tự bảo vệ chống NM, bảo vệ cần tác động chọn lọc, nhạy tin cậy Yêu cầu tác động nhanh không đề Thời gian tác động bảo vệ loại xác đònh theo tính chất hậu chế độ làm việc không bình thường Thông thường chế độ xảy chốc lát tự tiêu tán, ví dụ tượng tải ngắn hạn khởi động động không đồng Trường hợp cắt làm phụ tải điện Trong nhiều trường hợp, nhân viên vận hành có nhiệm vụ loại trừ chế độ không bình thường cần yêu cầu bảo vê báo tín hiệu 1.3 CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ Trong trường hợp tổng quát, sơ đồ bảo vệ gồm hai phần : phần đo lường phần lôgic (hình 1.2) Phần đo lường(PĐL) liên tục thu nhập tin tức tình trạng phần tử bảo vệ, ghi nhận xuất cố tình trạng làm việc không bình thường đồng thời truyền tín hiệu đến phần lôgic PĐL nhận thông tin đối tượng bảo vệ qua biến đổi đo lường sơ cấp máy biến dòng (BI)và máy biến điện áp (BU) - Phần lôgic tiếp nhận tín hiệu từ PĐL Nếu giá trò, thứ tự tổng hợp tín hiệu phù hợp với chương trình đònh trước phát tín hiệu điều khiển cần thiếc (cắt MC báo tín hiệu ) qua phận thực 1.3.1 Đo lường sơ cấp Máy biến dòng (BI), máy biến điện áp (BU) dùng để: - Giảm dòng điện điện áp đối tượng bảo vệ đến giá trò thấp đủ để hệ thống bảo vệ làm việc an toàn (dóng thứ cấp BI đònh mức 5A 1A, áp thứ cấp BU đònh mức 100V 120V) - Cách ly bảo vệ với đối tượng bảo vệ - GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN - Cho phép dòng áp chuẩn thích ứng với hệ thống bảo vệ Tổng trở thứ cấp BI thấp , ngược lại tổng trở BU cao Lõi BI chế tạo thép hay khe hở không khí, BI có lõi thép có công suất lớn có nhiều sai số chế độ làm việc bình thường hay độ BI có lõi không khí có công suất thấp thường không đủ cho rơle, vi mạch Chúng có đặc tính làm việc tuyến tính sai số chế độ độ Tiêu chuẩn chọn tỉ số BI theo dòng điện tải cực đại Các đối tượng bảo vệ có điện cao, sử dụng BU qua chia điện tụ điện, để điện BU 10% điện hệ thống (hình 1.3) U ht C1 L1 C2 U2 UT UT =(Uht C1)/(C1+C2) Uht –điện hệ thống C1,C2 –điện dung phân L1 – kháng trở UT – điện thứ cấp BU Hình 1.3 Mạch phân tụ điện MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN (ký hiệu BI, TI ,CT) Tỉ số biến đổi dòng điện BI theo lý thuyết nghòch với số vòng cuộn sơ cấp thứ cấp BI Nhưng thực tế dòng thứ cấp xác đònh : NI.IT =IS -Iµ Trong : IT , IS , Iµ dòng điện thứ cấp, dòng điện sơ cấp dòng điện từ hoá NI : hệ số biến đổi dòng điện Dòng từ hoá tỉ lệ với tổng trở mạch thứ cấp, sai số BI tỉ lệ với tổng trở thứ cấp (phụ tải BI) Các BI đảm bảo độ xác chúng làm việc tình trạng gần với tình trạng nối tắt phía thứ cấp BI, nghóa phụ tải thứ cấp BI bé lúc dòng từ hoá (Iµ ) bé Ví dụ, phụ tải 30VA dòng điện đònh mức 5A, ta có điện thứ cấp UT = 6V Khi điện trở phụ tải thay đổi phạm vi giới hạn, dòng điện thứ cấp IT thực tế không biến đổi Iµ bé so với dòng điện sơ cấp IS Vì phụ tải BI luôn nối tiếp, khác với phụ tải BU luôn ghép song song Nối tắt thứ cấp trường hợp làm việc bình thường BI Không cho GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN phép máy biến dòng làm việc tình trạng hở mạch thứ cấp dòng điện sơ cấp đònh mức Đặc biệt ngắn mạch, dòng sơ cấp lớn, sức điện động phía thứ cấp (nếu hở mạch) đạt đến hàng chục KV Cũng cần ý điện trở phụ tải mạch thứ cấp lớn gây điện áp nguy hiểm Độ xác BI tính tỷ số: % sai số = ( N I IT − I S ) * 100 IS Đối với số loại rơle độ xác biến dòng từ 10% đến 15% NM chấp nhận được, ví dụ rơle dòng điện có thời gian Còn rơle khác khoảng cách, so lệch yêu cầu độ xác biến dòng cao từ 2% đến 3% Trong trường hợp tổng quát dùng độ xác 5% Sai số cho phép góc pha δ ≤ 70 Cách xác đònh phụ tải BI sơ đồ bảo vệ Trong sơ đồ BV phụ tải BI bao gồm điện trở rơle, dây nối phụ điện trở tiếp xúc Giá trò tính toán phụ tải BI xác đònh sau: U& Z& pt = T I& T Đối với dòng điện thứ cấp cho, điện áp đầu cuộn thứ cấp BI phụ thuộc vào sơ đồ nối BI phần đo lường, dạng NM phối hợp pha hư hỏng Trong số trường hợp để giảm phụ tải BI, người ta giảm UT cách nối tiếp hai (hay ba bốn) máy biến dòng có hệ số biến đổi giống nhau(như hình 1.4) I Hình 1.4 Nối tiếp hai máy biến dòng R Lúc đó: U& Z& pt = T = 0.5( Z R + Z dd ) I&T với ZR – tổng trở rơle; Zdd – tổng trở dây dẫn Cách đánh dấu cuộn dây GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN Hình 1.5 Cách đánh dấu đầu cuộn dây BI Trong sơ đồ bảo vệ cần phải nối đầu cuộn dây BI phần đo lường BV, cần phải biết cách đánh dấu cuộn dây sơ cấp thứ cấp BI Các đầu cuộn sơ cấp đánh dấu S1 S2 Các đầu cuộn thứ cấp ta đánh dấu T1 T2 Xác đònh đầu dây theo quy tắc sau: chọn đầu dây S1 cuộn sơ cấp tuỳ ý, đầu lại cuộn sơ cấp S2 Đầu T1 cuộn thứ cấp xác đònh theo đầu S1 cuộn sơ cấp với qui ước giá trò tức thời dòng điện sơ cấp IS từ đầu S1 đến S2 dòng điện thứ cấp IT từ T2 đến T1 Ở đầu S1 T1 người ta đánh dấu (*) Nếu chọn đầu dây theo qui ước vừa nêu dòng điện thẳng từ mạch sơ cấp qua rơle không bò đổi chiều Vì vẽ thường người ta không đánh dấu đoạn dây mà hiểu ngầm đấu tên S1 T1 nằm cạnh Đối với BI lõi thép, đặc tính bão hoà từ quan trọng Khi dòng điện NM lớn làm lõi thép bão hoà, điều gây ảnh hưởng nhiều hay đến bảo vệ, mức độ ảnh hưởng tuỳ thuộc vào nguyên tắc bảo vệ, chẳng hạn không ảnh hưởng nhiều đến bảo vệ tín hiệu đầu vào bảo vệ dòng điện Mức độ xác BI ảnh hưởng lớn đến sơ đồ bảo vệ so lệch cần so sánh khác dòng điện Sự bão hoà BI tính đoán ba phương pháp sau: - Phương pháp đường cong từ hoá hay gọi đường cong bảo hoà - Phương pháp công thức - Phương pháp mô máy vi tính (Các phương pháp trình bày rõ giáo trình bảo vệ rơle tự động hoá tác giả Ts Nguyễn Hoàng Việt.) Bộ biến đổi dòng điện quang Để khắc phục tượng bão hoà lõi thép BI, ta dùng biến đổi dòng điện quang Nguyên tắc làm việc biến đổi đo lường vùng từ trường lân cận dây dẫn mang dòng điện Ưu điểm phương pháp là: GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN - Khoảng làm việc phận quang lớn nhiều so với loại BI điện từ - Bộ biến đổi quang gọn nhẹ Khuyết điểm: Loại tín hiệu đầu nhỏ khoảng vài microwatt so với vài watt loại cổ điển Phần cứng biến đổi dòng điện quang ngày phát triển có dạng khác sau: - Loại 1: BI cổ điển kết hợp với biến đổi điện - quang - Loại 2: dùng mạch từ quang dây dẫn kết hợp đo từ trường bên lõi thép qua khe hở không khí - Loại 3: dùng đường ánh sáng bên khỏi vật liệu quang bao bọc dây dẫn điện - Loại 4: dùng dây quang quấn quanh dây dẫn - Loại 5: đo từ trường điểm gấn dây dẫn Hình 1.6 Các loại biến đổi dòng điện quang MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP( ký hiệu BU, TU, PT) Máy biến điện áp chế tạo chuẩn hoá máy biến dòng điện Điện thứ cấp pha thường 100V (115V) Thường có loại từ điện dung( dùng tụ phân thế) Khi điện hệ thống lớn 500 kV máy biến áp điện dung dùng BU khác với máy biếm áp điện lực chỗ làm nguội, cở dây dẫn độ yêu cầu làm việc xác Trò số sai BU đònh theo hệ số: % sai số = NU U T − U S *100 US GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN với: NU – hệ số biến đổi điện áp; UT, US : điện áp thứ sơ cấp Sai số phần điện sơ cấp tạo dòng điện từ hoá phần tải phía thứ cấp Để dùng cho bảo vệ, BU chế tạo thường ba pha có lõi trụ Mỗi pha có cuộn thứ cấp, cuộn nối điện ba pha cần thiết cho bảo vệ cuộn lại nối tiếp thành tam giác hở dùng để lọc thành Hình 1.7 Máy biến điện áp phần thứ tự không (H.1.7a) BU pha dùng nới không cần điện áp thứ tự không, lúc cần điện áp pha nối theo kiểu tam giác thiếu (H.1.7b) Sơ đồ nối BI, BU với phần đo lường mạch bảo vệ Phần đo lường mạch bảo vệ nhận thông tin đối tượng bảo vệ từ cuộn dây thứ cấp BI, BU Trạng thái, chế độ đầy đủ đối tượng bảo vệ xác đònh dòng áp ba pha chỗ đặt bảo vệ Trong vài trường hợp, bảo vệ tác động cần dòng hai pha hay cần dòng điện áp pha (điện áp dây), trường hợp cần đặt BI hai pha hai biến áp pha Thành phần thứ tự không nhận cách nối thích hợp cuộn dây thứ cấp BI BU Thành phần nhận qua lọc thành phần thứ tự từ phần đo lường bảo vệ Đối với bảo vệ thực bán dẫn, vi mạch, thành phần thứ tự dòng sơ cấp tạo phần đo lường bảo vệ, sau phần nhận UT, IT từ BU, BI Vấn đề đặt cần dùng thêm BI, BU, phân thế, phân dòng trung gian để chuyển dòng áp đònh mức từ BI, BU (5A hay 1A 100V) xuống dòng áp thích hợp cho phần đo lường bán dẫn hay vi mạch Đới với bảo vệ thực vi xử lý, thành phần hoạ tần nhận cách tính toán biết dòng áp pha Máy biến dòng thứ tự không (BI0) Trong mạng điện có trung tính không nối đất, thường dòng chạm đất bé, dùng lọc BI không đủ độ nhạy để BV tác động, dòng khởi động sơ GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA ĐIỆN cấp BV không nhỏ 20 đến 25A, trường hợp dùng BI0 có độ nhạy cao Ưu điểm BI0 Ikc (dòng không cân bằng)rất bé có khả chọn số vòng cuộn thứ cấp tuỳ điều kiện bảo đảm cho độ nhạy lớn mà không bò giới hạn phụ tải Nhờ BI0 có khả làm cho BV tác động với dòng sơ cấp đến A Hình 1.8 Máy biến dòng thứ tự không BI0 Nếu dùng BI0 kết hợp với rơle có độ nhạy cao tạo nên BV tác động với dòng sơ cấp đến 2A Trên hình 1.8a giới thiệu cấu tạo BI0 khung từ (1) gồm thép biến áp có dạng hình vành khăn chữ nhật ôm lấy ba pha đường dây BV, dây dẫn pha A, B, C chui qua lỗ BI0, cuộn thứ cấp (2) quấn khung từ Các dòng IA, IB, Ic tạo khung từ từ thông tương ứng φA, φB, φC Từ thông tổng cuộn sơ cấp: φΣ = φA + φB + φc Nếu φΣ ≠ : cuộn thứ cấp có sức điện động e2 tạo nên dòng ĐL Giá trò từ thông dòng tạo có liên hệ qua φ = ωI/R = KI Khi dây dẫn pha có vò trí khung từ cuộn thứ cấp, coi hệ số k pha nhau, đó: φΣ = φA + φB + φc = k ( I&A + I&B + I&C ) tổng dòng I&A + I&B + I&C = 3I nên nói từ thông tổng tạo nên dòng sơ cấp BI0 tỉ lệ với thành phần thứ tự không φΣ = k3I0 Từ thông tổng φΣ đại lượng mà tạo nên SĐĐ thứ cấp e2 dòng thứ cấp IR có tổng dòng pha khác không, hay nói cách khác mà dòng pha qua BI0 có chứa thành phần thứ tự không Trong thực tế vò trí dây dẫn pha cuộn thứ không Hệ số hỗ cảm pha cuộn thứ cấp k có giá trò khác nhau, dòng sơ cấp hoàn toàn cân bằng, từ thông tổng khác không Đó từ thông không cân tạo nên cuộn thứ cấp SĐĐ dòng không cân Dòng không cân BI0 nhỏ nhiều so với lọc dùng GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠ LE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 10 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM KHOA ĐIỆN Dòng thứ tự nghòch tương ứng với 12% dòng đường dây không đối xứng xem 8% tương ứng với điện áp thứ tự nghòch 1,3%, motor có Z1/Z2=6.như biết, có không đối xứng nhỏ nhiệt sinh cuộn dây có dòng lớn tản nhiệt qua lỏi sắt đến cuộn dây khác làm cho nhiệt độ cuộn dây giống nhau,(H.7.7) cho thấy gia tăng tổn thất đồng trung bình tương ứng với 1,3% điện áp thứ tự nghòch nhỏ 1%, nhiệt độ cuộn dây trung bình lúc đầy tải bình thường.nhiệt độ dòng thứ tự nghòch tỷ lệ với(0,082) nghóa 0,64% bình thường Khi nhiệt độ tương đối lớn tạo dòng thứ tự nghòch cuộn dây rotor, dùng rơle có trò số đặt cắt động trước để tránh qúa nhiệt cuộn dây stator rotor.nếu rơle bảo ve động điện áp không đối xứng theo dõi nhiệt độ cuộn dây rotor, đònh xác giá trò thành phần thứ tự nghòch dòng đường dây không đối xứng Nếu động trì công suấtä tiếp tục chạy tốc độ, điện áp không đối xứng đối xứng thành phần dòng đường dây thứ tự thuận giống dòng pha cân bằng, nhiệt độ thành phần thứ tự thuận giống điện áp đối xứng, nhiệt độ tăng lên diện thành phần thứ tự nghòch nh hưởng nhiệt đơn vò thành phần thứ tự nghòch lớn đơn vò dòng thứ tự thuận, chọn rơle baỏ ve động phải lưu ý đến điều Tổng quát: động lớn nguy hiểm có bất đối xứng, điện trở rotor cao dòng thứ tự nghòch 100Hz Hơn không cân cao tổn thất pha mang dòng điện cao hơn, không kòp tản nhiệt đến pha khác 6.2.4 Bảo vệ tải Hiện có nhiều động đa dạng chúng nên bảo vệ tải động dựa vào đặc điểm sau ; -Động sử dụng cho tải dao động mà tổn thất sinh trình vận hành, dùng rơle dòng có chỉnh đònh thời gian để bảo vệ động -Động nối trực tiếp với tải ngắt nhanh chóng tải gây nên hư hỏng động Nói chung tùy theo mổi máy mà ta thiết kế phù hợp không thiết bất cư1 tải ta củng cắt động Chú ý: thiết kế tránh tác động nhầm rơle động khởi động 6.2.5.bảo vệ stator a Bảo vệ chống chạm đất stator Thông thường cố hư hỏng lớp cách điện , ta dùng rơle dòng cắt nhanh để bảo vệ cố này.giá trò đặt rơle khoảng 20% Iđm nối từ dòng thứ tự không máy biến dòng GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 150 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM KHOA ĐIỆN Để rơle không hoạt động với dòng không cân bão hoà hay nhiều máy biến dòng , giá trò đỉnh nhọn khởi động động lúc đầu thường người ta nối tiếp với rơlé điện trở ổn đònh b Bảo vệ chóng chạp pha Sự cố nhiều pha xảy , dùng rơle dòng cách nhanh bảo vệ chạm đất để bảo vệ ,giá trò đặt rơle khoảng 20% Iđm Bảo vệ so lệch sử dụng cho động có công suất lớn quan trọng c Bảo vệ chống chạm vòng dây pha Bảo vệ nhận tác dộng cuộn dây stator đựoc phân nhiều mạch d Bảo vệ hư hỏng cực Rơle dòng cắt nhanh đựoc sử dụng để bảo vệ trường hợp Chú ý : rơle tác động nhầm dòng khởi động động lúc đầu Đối với động đồng cần có thêm bảo vệ : bảo vệ tải cuộn từ trường , bảo vệ chóng tải đột ngột bảo vệ công suất ngược , bảo vệ áp,thấp tần số … 6.3 Các sơ đồ bảo vệ động điện a Sơ đồ bảo vệ động loại nhỏ (1MW) 6.4.CÁC THÍ DỤ PHỐI HP BẢO VỆ ĐỘNG CƠ VÀ CÁC NHÁNH CUNG CẤP Trong thí dụ sau rơle sử dụng hãng GEC Thí dụ 7.1: Hệ thống cung cấp (H.13.13),với biế áp mổi máy có thông số sau: 1,5MVA; 3,3/0,415KV; 5,5% Yêu cầu phối hợp rơle góp với cầu chì nối với tải , cầu chì có dòng điện đònh mức 350A 1000A trò số chỉnh đònh rơle yêu cầu cho dòng đầy tải qua rơle , rơle khong tác động Để giới hạn độ dóc rơle cầu chì chọn bậc thời gian: t=0,4t+0,15(s) với t: thời gian hoạt động cầu chì bỏ qua thời gian máy cắttác động a phối hợp cầu chì 350A rơle thời gian cực dốc CDG14 Chọn BI tỷ số 1500/5, trò số dòng đặt rơle 100% hay 1500A, trò số đònh mức cầu chì 350A từ điều rơle cầu chì cho phép dòng đủ tải lờn qua Sự phân biệt tác động rơle càu chì đạt mức độ cố mà nguồn cung cấp công suất 22MVA, có nghóa mức độ cố điện áp 415V có dòng chạm 31000A, gấp 20,6 lầndòng điện đặt rơle Thời gian hoạt động cầu chì dòng chạm 31000Alà nhỏ 0,01 Thực tế nhỏ Thời gian hoạt động bình thường 0,01 GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 152 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM KHOA ĐIỆN Bảng 7.1.đặt tính cầu chì 350A Dòng hoạt động (A) Thời gian hoạt đọng (s) 1500 20 3000 1,1 0,17 5000 8000 0,025 10000 0,01 Để phân biệt chọn loc thời gian hoạt động cần thiết rơle có thời gian cực dốc là: 0,01+(0,4.0,01)+15≈0,17s • Trò số chỉnh đònh rơle CDG14:Dòng cố lớn =31000A, trò sồ đặt rơle=1500A, PSM rơle=31000/1500=20,6 Thời gian hoạt động 20,6 lần dòng đặt TMS=1 0,32s từ TMS cần chọn là=0,17/0,32=0,5 Đặt tuyến rơle G dưựoc vẽ (H.7.13b) Bảng 7.2 Đặc tính rơle PMS 10 20 Dòng điện (A) 3000 4500 7500 15000 30000 Thời gian 18.0,5 = 6.05 = 2,1.0,5 = 1,05 0,6.0.5 = 0,3 0,33.0,5 = 0,165 b.sự phối hợp giửa cầu chì 1000A rơle CDG 14 (rơleH) Dòng chỉnh đònh rơle H chọn không đơn giản rơle G phần chọn lọc phân biệt với cầu chì 1000A tổng quát , rơle chỉnh đònh xấp xỉ giá trò cầu chì hợp lý Vì vạy giá trò chọn 3000A(20%) Sự phân biệt tác động giửa rơle cầu chì đặt mức độ cố mà nguồn cung cấp công suất 22MVA, có nghỉa mức độ cố điện áp 415V có dòng chạm 31000A, gấp 10,3 lần dòng điện đặt rơle Từ bảng đặc tính rơle thời gian hoạt động cầu chì dòng chạm 31000A nhỏ 0,01s GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 153 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM KHOA ĐIỆN Bảng 7.3: Bảngsố đặc tính cầu chì 1000A Dòng hoạt động (A) Thời gian hoạt động (s) 3000 100 4000 17 5000 4,7 7000 0,9 10000 0,15 22000 0,01 Thời gian hoạt động rơle CDG 14 có thời gian dốc là:0,1+(0,4.0,01)+0,15≈0,17s *trò số chỉnh đònh rơle CDG14: Dòng cố lớn =31000A Trò số đặt dòng rơle=3000A PSM rơle=31000/3000=10,3 Thời gian hoạt động rơle 20,6 dòng đặt va TSM=1 0,58s.Suy TMS cần chọn=0,17/0,58=0,3 Bảng 7.4 đặc tính rơle Dòng điện (A) 6000 9000 15000 30000 60000 PMS 10 20 Thời gian 18.0,3 = 5,4 6.0,3 = 1,8 2,1.0,3 = 0,63 0,6.0,3 = 0,18 0,03.0,3 = 0,099 Nguồn cung cấp 3,3kv 1,5MVA 3,3/0,415KW 5,5% 22MVA Mở 415V 350A ĐC N 1500/5A Mở 130KW 22MVA 1500/5A 350A 1000A 130KW ĐC GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ 1000A N Trang 154 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM KHOA ĐIỆN Đặc tuyến rơle H vẽ (H.7.13b) Thí dụ 7.2: phối hợp rơle dòng hệ thống điện công nghiệp số liệu hệ thống (H.7.14) với: -Máy phát : 5MVA; 6,6KV;x’d=15%; bảo vệ rơle dòng thời 5MVA gian dốc CDV 62 (rơle) 6,6KV X'd=15% 150/5A MC 75/5A 750KVA 6,6/0,415KV 7% ĐC 100KW G 200/5A H 500/5A 300A J K mức cố lớn 100MVA 8760A-6,6KV 100 mức cố lớn 10MVA 13950A-415KV 876A-6,6KV mức cố lớn 75MVA 6550A-6,6KV Đặc tính khởi động động 130KW 10 G H thời gian (s) 0,1 Cầu chì 350A Cầu chì 1000A In (A) cấp 400V 0,01 100 1000 10000 GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ 1000000 Trang 155 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM KHOA ĐIỆN G 100 10 thời gian( s) L K H J Đặc tính tải Đặc tính cố 0,1 Cầu chì 300A IN(A) cấp 6,6KV 0,01 100 1000 10000 1000000 -Phát tuyến 6,6KV: rơle dòng loại CDG 31 (rơleJ) có đặc tính độ dốc chuẩn -Máy biến áp : 750KVA; 6,6/0,415KV ;7%; bảo vệ rơle dòng đặc tính thời gian dốc phần tử dòng tác động nhanh, loại CDG63 (rơle H) -Động công nghiệp : bảo vệ rơle nhiệt độ với kếp hợp bảo vệ nhiệt độ động cơvà phần tử dòng tác động nhanh để bảo vệ ngắn mạch -Cầu chi 300A Đặc tính cầu chì 300A cho bảng 7.4 vẽ (H.7.14b) Bảng 7.5 Đặc tính cầu chì 300a Dòng điện hoạt động (A) Thời gian hoạt động (s) 415V 6,6KV 795 50 40 955 60 13 1160 70 1270 80 1590 100 0,9 2700 170 0,1 Phần tính toán : GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 156 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM KHOA ĐIỆN *Động -Rơle G (rơle động ) Công suất động 100KW , 415V, dòng đònh mức 140A Dòng điện khởi động động 840A thời gian khởi động 10s trò số dòng dặt rơle 100%tương ứng 150A 415V 9,45A 6,6KV, có nghỉa khoảng 13% dòng đònh mức đủ tải Đặc tính rơle thể bảng 7.6 Bảng 7.6 Bảng đặc tính rơle G Dòng điện hoạt động (A) Thời gian hoạt động (s) 415V 6,6KV Lạnh Nóng 1,25.150 = 184 11,57 1400 550 1,5.150 = 225 14,15 700 240 2.150 = 300 18,85 300 100 3.150 = 450 28,30 105 35 4.150 = 600 37,50 55 18 5.150 = 750 47,20 33 11 6.150 = 900 56,60 23 7,5 Dòng khởi dộng động 480A ỏ 415V hay 52,8A 6,6KV Ta chọn trò số chỉnh đònh rơle bảo vệ cho động 1,3 lần dòng điện mở máy : 1,3.840=1090A điện áp 415V hay 68,5A điện áp 6,6KV Đặc tuyến rơle bảo vệ vẽ trên(H.7.14b) • Máy biến áp 750KVA - Rơle H (CDG63) Rơle phối hợp rơle dòng thời gian dốc CDG13 phần tử dòng tác động nhanh CAD17 Trò số chỉnh đònh sau: + Rơle dòng CDG13: Dòng điện điện đònh mức máy biến áp750KVA 65,7A điện áp 6,6KV dòng điện đặt rơle 100% 75A chọn tỷ số biến dòng 75/5A cần phải phân biệt với cầu chì 300A mức độ cố lớn công suất hệ thống 10MVA 13950A điện áp 415V 876A điện áp 6,6KV Dòng cố lớn điện áp 6,6KV=876A, dòng đặt rơle 75A điện áp 6,6KV, PSM rơle=876/75=11,5 Thời gian hoạt động tai1,5 lần dòng đặt TMS =1 1,42s Cần phân biệt giửa rơle cầu chì 300A mức cố lớn nhất, thời gian rơle đòi hỏi :tH=0,01+(0,4.0,01)+0,15≈0,17s Tính TMS=0,17/1,42=0,12(chon 0,15) Bảng 7.7 đặc tính rơle H GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 157 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM PMS 10 20 Dòng điện 6,6KV(A) 150 225 375 750 1500 KHOA ĐIỆN Thời gian(s) 2,1 0,86 0,38 0,23 0,18 + CAG17:phần tử dòng tác động nhanh CAG17co1 thể có tró số đặc trò số khả thông qua máy lớn biến áp 750KVA : 65,7.(100/7)=940 điện áp 6,6KV Ta chọn 1,3 trò số :1,3.940A =1220A Tương ứng với dòng thứ cấp (1220.5)/75=81,3A đặc tính rơle vẽtrên (H.13.14b) • Phát tuyến 6,6KV (rơle J) Bảo vệ cho phát tuyến ta dùng rơle dòng loại phụ thuộc chuẩn CDG11, cần phối hợp với rơle H(quá dòng cắt nhanh ) + Rơle CDG11 : chọn BI 200/5A trò chỉnh đònh rơle lớn dòng đủ tải đủ tải phát tuyến , dựa máy biến áp 750KVA tải cho phép Mức độ dòng cố lớn để phân biệt 1220A điện áp 6,6KV Trò số đặt rơle 200A 6,6KV PMS rơle =1220/200=6,1 Thời gian hoạt động PMS =6,1 TMS=1 3,8s thời gian tác động rơle Hứng với cố 1220A 0,19s Phân biệt giửa rơle H rơle J mức độ cố 1220A, phần tử tác động tức thời rơle H có t :0,4s thời gian hoạt động rơle J : tj=0,19+0,4=0,59s Vì :chọn TMS=0,59/3,8=0,155 Từ đặc tính rơle J cho bảng 7.8 Bảng 7.8.đặc tính rơle J PMS Dòng điện 6,6KV(A) Thời gian 400 1,55 600 0,98 1000 0,69 10 2000 0,46 20 4000 0,34 Đặc tuyến rơle J vẽ (H.7.14b) • Máy phát điện 5MVA GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 158 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM - KHOA ĐIỆN Rơle K (CDV62) Rơle có ba cực để kiểm tra điện áp, nhận điện áp nó làm việc với đặc tính kép Nó thây đổi trò số đặt điện áp giảm thấp, ki giá trò đặc rơle loại khoảng 40% giá trò đặt ban đầu hoạt động theo đặc tính riêng mà đặc tính bao phủ giá trò dòng ngắn mạch cố gây Khi cố xảy góp máy phát điện áp bò giá trò điện áp mà ta đặt Rơle dòng sẻ thây đổi đặc tình hoạt động từ đường cong tải thành đường cong cố giá trò chỉnh đònh giảm 40% trò số chỉnh đònh Trò số đặt hiệu lúc là: 0,4.500=200A trò số cần phân biệt với rơle J,điều có nghóa trò số đặt rơle Ksẽ 100% (trò số BI 500/5) Dòng ngắn mạch từ điểm máy phát 5MVA 2920A điện áp 6,6KV Vì mức độ cố lớn chọn tính 2920A trò số đặt rơle dòng điện đặc tính cố 200A 6,6 KV PSM rơle =2920/200=14,6 Thời gian hoạt động ûPSM=14,6 lần dòng đặt đặc tính cốvà TMS =1 2,5s Thời gian hoạt động rơle J 2920A 0,38s, t=0,4s thời gian hoạt động rơle K yêu cầu :tK=0,38+0,4=0,78 Suy : TSM=0,78/2,5=0,312 (chọn 0,3) Đặc tính cố rơle K : Bảng 7.9 đặc tính cố rơle K PMS Dòng điện 6,6KV(A) Thời gian 400 3 600 1,68 1000 1,29 10 2000 0,9 20 4000 0,66 Đặc tính tải rơle K: Bảng 7.10 đặc tính tải rơle K PSM Dòng điện 6,6KV (A) Thời gian 400 3 600 1,86 1000 1,29 10 2000 0,9 20 4000 0,66 Đặc tuyến rơle sử dụng ví dụ phối hợp với việc rơle cầu chí vẽ (H.13.15) (TSM=1) Các phương trình đặc tuyến thời gian – dòng điện : GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 159 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM KHOA ĐIỆN 0,14 ; m 0,02 − 13,5 Rất dốc – VIT : t = ; m −1 80 Cực dốc – EIT : t = ; m −1 Dốc chuẩn – SIT : t = Với t – thời gian tác động , m – bội số dòng điện đặt Thời gian (s) 100 CDG 12 (chống chạm đất) 10 CDG11 độ dốc chuẩn CDG 13 dốc CDG 14 cực dốc 0,1 Bội số dòng đặc 10 GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ 100 Trang 160 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM KHOA ĐIỆN MÃ SỐ RƠLE 21: Rơle bảo vệ khoảng cách 21N: Bảo vệ khoảng cách, chống chạm đất 24: Rơle từ 25: Rơle kiểm tra đồng 26: Rơle nhiệt (dầu) 27: Rơle điện áp thấp 30: Rơle thò vùng bảo vệ 32F: Rơle đònh hướng công suất thứ tự thuận 32R: Rơle đònh hướng công suất thứ tự nghòch 33: Rơle thò mức dầu thấp 37: Dòng điện thấp công suất thấp 40: Rơle phát kích thích máy phát 46: Rơle dòng cân pha hay ngược pha(bảo vệ dòng thứ tự nghòch) 47: Rơle thứ tự pha 48: Mất gia tốc 49: Rơle nhiệt độ 49R: Bảo vệ nhiệt độ Rôto 49S: Bảo vệ nhiệt độ stato 50: Rơle dòng cắt nhanh 51BF: Rơ le bảo vệ hư hỏng máy cắt 50N: Quá dòng cắt nhanh chống chạm đất 51: Rơle dòng cực đại 51G: Quá dòng chống chạm đất 51GS: Quá dòng chạm đất Stato 51N: Quá dòng chống chạm đất thời gian trễ 51V: dòng có kiểm tra điện áp 52: Máy cắt AC 59: Rơle điện áp 59N: Rơle áp thứ tự không chống chạm đất 60: Cân dòng điện áp 62: Rơle thời gian 63: Rơle áp suất 64: Rơle chống chạm đất GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 161 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM KHOA ĐIỆN 64R: Bảo vê chống chạm đất rôto 67: Rơle dòng đònh hướng 67N: Rơle dòng đònh hướng chống chạm đất 74: Rơle xoá giám sát mạch cắt 76: Rơle dòng DC 78: Mất đồng hay đo góc lệch pha 79: Tự đóng trở lại 80: Rơle phát nguồn DC 81: Rơle tần số 85: Bảo vệ tần số cao, viba hay cáp quang (pilot) 86: Rơle cắt khoá máy cắt 87: Rơle so lệch dọc 87G: So lệch máy phát 87T: So lệch máy biến áp 87B: So lệch góp 87M: So lệch đợng 87L: So lệch đường dây 87N: So lệch chống chạm đất 90: Rơle điều hoà điện 92: Rơle đònh hướng công suất điện áp 95: Rơle phát đứt mạch thứ cấp BI 96: Rơle GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 162 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM KHOA ĐIỆN ANH VIỆC ĐỐI CHIẾU VIẾT TẮT ACB ACR ADC AFC AGC TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT Air circuit breakers Automatic circuit recloser Analog digital converter Automatic frequency control Automatic generation control ATS Automatic transfer switch AVR Automatic voltage regulator Máy cắt không khí Máy cắt tự đóng lại Bộ biết đổi tương tự _số Điều khiển tần số tự động Đk phân phối công suất tự động Thiết bò chuyển nguồn tự động Bộ điều chỉnh điện áp tự động Sơ đồ tự đóng lại tự động máy cắt Hệ thống thu thập liệu Máy cắt chống dòng rò ARS CB DAS ELCB Autoreclosing schemes circuit breakers Data acquisition systems Earth leakage circuit breakers FCO Fusse cut out Cầu chì tự rơi PT Potential transformers Máy biến điện áp CT Current transformers Máy biến dòng điện PLC Programmable logic controller OCB Oil circuit breakers Máy cắt dầu EHV Extra high voltage Siêu cao áp Instantaneous overcurrent protection : bảo vệ dòng cắt nhanh Maximum overcurrent protection: bảo vệ dòng cực đại Back-up protection:bảo vệ dự trữ Differentical protection: bảo vệ so lệch Transverse Differentical protection:bảo vệ so lệch ngang GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 163 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TPHCM KHOA ĐIỆN Longitudinal Differentical protection: bảo vệ so lệch dọc Directional protection: bảo vệ có hướng Tài liệu tham khảo Bảo vệ rơle tự động hoá hệ thống điện-Ts NGUYỄN HOÀNG VIỆT Tự động hoá hệ thống điện – IA-D BARKAN 1981 Power system protection and switchgear- Badri Ram-1995 GIÁO TRÌNH BẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ TRONG HTĐ Trang 164