Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 38 HM - hãm theo thành phần hài bậc 2 trong dòng điện từ hóa MBA. Giả sử phía cuộn 1 của máy biến áp nối với nguồn cung cấp, phía cuộn dây 2 và 3 nối với phụ tải. Khi bỏ qua dòng điện kích từ của máy biến áp, trong chế độ làm việc bình thờng ta có: I 1 = I 2 + I 3 (2-5) Dòng điện đi vào cuộn dây làm việc bằng: I lv = I T1 - (I T2 + I T3 ) (2-6) Các dòng điện hãm: I h1 = I T2 + I T3 (2-7) I h2 = I T3 (2-8) Các dòng điện hãm đợc cộng với nhau theo trị số tuyệt đối để tạo nên hiệu ứng hãm theo quan hệ: () hT3T2T1h KIIII ++= (2-9) Trong đó: K h 0.5 là hệ số hãm của bảo vệ so lệch. Ngoài ra để ngăn ngừa tác động sai do ảnh hởng của dòng điện từ hóa khi đóng máy biến áp không tải và khi cắt ngắn mạch ngoài, bảo vệ còn đợc hãm bằng thành phần hài bậc 2 trong dòng điện từ hóa I HM . Để đảm bảo tác động hãm khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ cần thực hiện điều kiện: lvh II > (2-10) 2.1.2/ Sử dụng cầu chì. Với những máy biến áp không có máy cắt điện, để bảo vệ cho máy biến áp chỉ có thể đặt cầu chì. Bảng 2 - 2 nêu ra một số thông số của cầu chì dùng cho máy biến áp ở điện áp 11Kv. Bảng 2 - 2: Thông sồ cầu chì cho máy biến áp 11Kv Công suất máy biến áp Cầu chì S (KVA) I (A) Dòng điện định mức Thời gian cắt (s) ở công suất 3xS 100 200 300 500 1000 5.25 10.5 15.8 26.2 52.5 16 25 36 50 90 3 3 10 20 30 . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 39 Hình 2 - 8: Bảo vệ quá dòng điện cho MBA có đặc tính thời gian 2 cấp. Cấp cắt nhanh. Dòng điện khởi động của bảo vệ: I kđ = K at . I ngoài max (2-11) Trong đó: I ngoài max : Là dòng điện ngắn mạch ngoài cực đại tính ở điểm N 1 2.1.3/ Sử dụng rơle quá dòng. Đối với máy biến áp có máy cắt điện dùng bảo vệ quá dòng có đặc tính thời gian hai cấp. Nó đợc dùng làm bảo vệ chính cho máy biến áp có công suất bé và làm bảo vệ dự phòng cho máy biến áp có công suất trung bình và lớn để chống ngắn mạch bên trong và bên ngoài cho máy biến áp. Với máy biến áp 2 cuộn dây dùng một bộ bảo vệ đặt ở phía nguồn cung cấp, còn với máy biến áp nhiều cuộn dây thờng mỗi phía đặt một bộ. Nếu máy biến áp nhiều cuộn dây nối với nguồn từ nhiều phía thì cần đặt bộ phận định hớng công suất ở phía nối với nguồn có thời gian tác động bé hơn. K at :Hệ số an toàn lấy bằng 1.3-1.4. Độ nhạy của bảo vệ đợc kiểm tra khi ngắn mạch 2 pha ở chế độ cực tiểu, điểm ngắn mạch N 2 thỏa mãn điều kiện sau: K nh = kd N I I min (2-12) Thời gian tác động của bảo vệ: t tđ = 0. Cấp có thời gian. Dòng điện khởi động. I kđ = K at .I lv max (2-13) Trong đó: K at : Hệ số an toàn lấy bằng 1.05 - 1.4, trị số nhỏ tơng ứng cho tín hiệu quá tải, trị số lớn tơng ứng trong điều kiện hai máy làm việc song song, một máy bị cắt ra. I lv max : Là dòng điện cực đại đi qua máy biến áp. Trong điều kiện không biết dòng điện cực đại có thể lấy bằng I đmBA (I đmBA : dòng định mức máy biến áp). Thời gian tác động của bảo vệ: . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 40 Với rơle kỹ thuật số hiện nay có hai loại đặc tính thời gian độc lập và phụ thuộc, nên có thể chọn một trong hai đặc tính thời gian phù hợp với điều kiện thực tế. t bv = t max + t (2 - 14) Dù chọn loại đặc tính thời gian nào, công thức tính toán cũng tơng tự công thức 2 - 14. Tuy nhiên cách chọn t max ở mỗi loại đặc tính thời gian có khác nhau. Nếu chọn đặc tính thời gian độc lập, t max đợc lấy bằng thời gian lớn nhất của bảo vệ trớc nó. Nếu chọn đặc tính thời gian phụ thuộc, ta phải vẽ đờng đặc tính thời gian phụ thuộc của bảo vệ trớc nó. Từ đó chọn thời gian lớn nhất của bảo vệ và tính theo công thức 2 - 14. t: Cấp chọn lọc thời gian lấy bằng 0.3 ữ 0.5s. Trờng hợp riêng có thể tính độ phân cấp thời gian t đối với hai cầu chì liền kề bởi công thức: t = 0.6t cc + 0.15 (2-15) Trong đó t cc : Thời gian tác động của cầu chì tại điểm xét phân cấp. Còn độ phân cấp thời gian giữa cầu chì với rơle: t = 0.4t cc + 0.15 (2-16) Độ nhạy của bảo vệ đợc kiểm tra bởi dòng ngắn mạch cực tiểu tại điểm N 1 . K nh = kd N I I min (2-17) 2.1.4/ Bảo vệ khoảng cách Đối với những máy biến áp có công suất lớn (>100 MVA), ngời ta sử thờng dùng bảo vệ khoảng cách để làm bảo vệ dự phòng thay cho bảo vệ quá dòng điện. Trên hình 2 - 9, trình bày nguyên lý sử dụng bảo vệ khoảng cách để bảo vệ cho máy biện áp (hoặc máy biến áp tự ngẫu) hai cuộn dây. Bảo vệ khoảng cách đợc đặt cả 2 phía của máy biến áp với 3 vùng tác động phía trớc (hớng thuận) và một vùng tác động phía sau (hớng nghịch). Bảo vệ khoảng cách ở 2 phía của máy biến áp làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ so lệch MBA và cho bảo vệ chính đặt ở thanh góp và các đờng dây lân cận với máy biến áp. Tổng trở khởi động và thời gian làm việc của các vùng đợc chọn nh sau: . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 41 Vùng thứ nhất: () ữ= = s 0.50.4t X 0.7Z 1 Bk d (2-18) Trong đó: X B là điện kháng của máy biến áp. Vùng thứ hai: += = tt X 1.3Z II B II k I d t (2-19) Vùng thứ 3 đợc phối hợp với vùng thứ 2 của các bảo vệ khoảng cách RZD 1 và RZD 2 đặt ở các đờng dây D 1 và D 2 lân cận với máy biến áp. Hình 2 - 9: Sơ đồ nguyên lý và đặc tính thời gian của bảo vệ khoảng cách đặt ở MBA 2 cuộn dây hoặc MBA tự ngẫu 2.1.5/ Bảo vệ chống chạm đất Sơ đồ bảo vệ chóng chạm đất đơn giản nhất đặt ở máy biến áp có trung điểm nối đất trình bày trên hình 2-10,a. Sơ đồ dùng một máy biến dòng đặt trên dây trung tính của máy biến áp và một rơle quá dòng với dòng điện khởi động: I kđ = (0.2 ữ 0.4) I đm (2-20) Trong đó: I đm là dòng định mức máy biến áp. Thời gian làm việc chọn theo nguyên tắc bậc thang phối hợp với thời gian của bảo vệ chống chạm đất đặt ở các phần tử lân cận. . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 42 Hình 2 - 10: Bảo vệ chống chạm đất (a) và chạm vỏ (b) máy biến áp Bảo vệ quá dòng với trị số khởi động chọn theo (2-20) đảm bảo loại trừ đợc tất cả các trờng hợp chạm đất xảy ra trong cuôn dây nối hình sao của máy biến áp và vùng lân cận của lới điện nối với cuộn dây này. Sơ đồ (hình 2 - 10,a) cũng có thể đợc sử dụng để bảo vệ chống chạm vỏ (thùng) máy biến áp. Trong trờng hợp này thùng máy biến áp đợc cách điện với đất và máy biến dòng đợc đặt trên dây nối giữa thùng với đất (hình 2 - 10,b). Bình thờng khi không có chạm vỏ (thùng) dòng điện đi qua biến dòng bằng không nên có thể chỉnh định dòng khởi động của bảo vệ với trị số khá bé và bảo vệ có độ nhạy cao. Hình 2 - 11:Bảo vệ chống chạm đất có giới hạn dùng cho MBA 2 cuộn dây (a) và MBA tự ngẫu (b) Với các máy biến áp có công suất lớn, đế bảo vệ chống chạm đất trong cuộn dây nối hình sao của máy biến áp, ngời ta dùng sơ đồ bảo vệ chống chạm đất có giới hạn. Thực chất đây là loại bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự không có miền bảo vệ đợc giới hạn giữa máy biến dòng đặt ở dây trung tính của máy biến áp và tổ máy biến dòng nối theo bộ lọc dòng điện thứ tự không đặt ở phía đầu ra của cuộn dây nối hình sao của máy biến áp (Hình 2 - 11,a). Rơle so lệch tổng trở cao đợc mắc song song với điện trở R có trị số khá lớn. . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 43 Trong chế độ làm việc bình thờng và ngắn mạch chạm đất ngoài vùng bảo vệ (điểm N 1 ) ta có: 0I3II Đ00 == (2-21) Trong đó: I 0 - dòng điện thứ tự không chạy trong cuộn dây MBA I Đ - dòng điện chạy qua cuộn dây trung tính MBA. Nếu bỏ qua sai số của máy biến dòng, ta có dòng điện thứ cấp chạy qua điện trở R bằng 0 và điện áp đặt trên rơle so lệch cũng bằng 0. Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ (điểm N 2 ) toàn bộ dòng chạm đất sẽ chạy qua điện trở R tạo nên điện áp đặt trên rơle so lệch rất lớn, rơle sẽ tác động. Để bảo vệ chống chạm đất cho cả cuộn dây nối tam giác của máy biến áp, ngời ta có thể đặt thêm máy biến áp tạo trung điểm nối đất ở đầu ra cuộn tam giác và một bộ bảo vệ thứ 2 tơng tự. Nguyên lý so lệch dòng điện thứ tự không cũng có thể đợc sử dụng để bảo vệ chống chạm đất cho các máy biến áp tự ngẫu (hình 2 - 11,b) 2. 2/ Bảo vệ quá tải. Quá tải làm tăng nhiệt độ của máy biến áp. Nếu mức quá tải cao và kéo dài, máy biến áp bị tăng nhiệt độ quá mức cho phép, tuổi thọ của máy biến áp bị suy giảm nhanh chóng. Để bảo vệ chống quá tải ở các máy biến áp có công suất bé có thể sử dụng loại bảo vệ chống quá dòng thông thờng tuy nhiên rơle quá dòng không thể phản ánh đợc chế độ mang tải của máy biến áp trớc khi xảy ra quá tải. Vì vậy, với máy biến áp có công suất lớn ngời ta sử dụng nguyên lý hình ảnh nhiệt để thực hiện bảo vệ chống quá tải. Bảo vệ này phản ánh mức độ tăng nhiệt ở những điểm kiểm tra khác nhau trong máy biến áp và tùy theo mức tăng nhiệt độ mà có nhiều cấp tác động khác nhau nh cảnh báo, khởi động các mức làm mát bằng tốc độ tuần hoàn của không khí hoặc dầu , giảm tải máy biến áp vv Nếu các cấp tác động này không mang lại hiệu quả và nhiệt độ của máy biến áp vẫn vợt quá mức cho phép và kéo dài quá thời gian quy định thì máy biến áp bị cắt ra khỏi hệ thống. Các phơng pháp bảo vệ quá tải: . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 44 2.2.1/ Bảo vệ bằng rơle hơi. Tất cả những h hỏng trong thùng dầu máy biến áp mà máy biến áp đó đợc cách điện bằng dầu đều làm cho dầu bốc hơi và chuyển động. Các máy biến áp dầu có công suất từ 500 KVA đến 5 MVA thờng đợc bảo vệ bằng rơle khí có một cấp tác động hoặc 2 cấp tác động cho máy biến áp có công suất lớn hơn 5MVA. Rơle hơi đợc lắp trên đoạn ống liên thông từ thùng dầu đến bình dãn dầu theo một đầu nhất định của đầu mũi tên trên rơle hơi phải chỉ về phía thùng giãn nở dầu (cùng với chiều dòng chảy của dầu từ thùng chính qua rơle hơi đến thùng giãn nở dầu khi có sự cố trong máy biến áp). Đoạn ống liên thông dầu có độ nghiêng nhất định so với mặt phẳng ngang khoảng từ 1-10 0 . Đoạn ống liên thông không đợc có góc, phần cong của ống có bán kính càng lớn càng tốt. Hình 2 - 12: Vị trí lắp rơle hơi và rơle mức dầu của máy biến áp. Rơle hơi hai phao tác động: Một phao trên (phao 1) có hình cầu rỗng, nhẹ có thể tự nâng hạ theo mức dầu, trong phao có chứa một tiếp điểm thủy ngân đợc nối ra hộp nối dây tại mặt trên rơle. Khi có sự cố nhẹ hoặc quá tải, hơi sinh ra tập trung ở phía trên, đẩy phao 1 về vị trí nằm ngang làm đóng tiếp điểm thủy ngân. Tiếp điểm này đợc nối vào mạch điện báo hiệu sự cố của máy biến áp. . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 45 Một phao dới (phao 2) có cấu tạo tơng tự nh phao 1và đựơc liên kết với một cánh chặn. Cánh chặn là một tấm kim loại mỏng đợc treo tại vị trí phía lỗ mặt bích của rơle hơi phía nối vào thùng dầu chính máy biến áp. Do đợc treo để bề mặt kim loại thẳng góc với hớng dòng chảy của dầu nên cánh chặn tác động theo lu lợng dòng chảy của dầu. Cánh chặn có thể điều chỉnh theo ba trị số lu lợng dầu là: 65, 100 và 150 cm/s (rơle thờng đợc nhà chế tạo đặt sẵn trị số 100cm/s). Khi máy biến áp vận hành bình thờng, dầu chuyển động do giãn nở theo nhiệt độ không đủ để tác động cánh chặn. Khi có sự cố bên trong máy biến áp, luồng dầu và hơi sinh ra phụt mạnh từ thùng dầu chính qua rơle hơi đến thùng giãn nở. Lu lợng dầu lớn hơn trị số đã điều chỉnh sẵn sẽ đẩy cho cánh chặn quay, làm cho phao 2 chìm xuống, đóng tiếp điểm thủy ngân , cắt máy cắt. Hình 2 - 13: Nguyên lý cấu tạo rơle hơi. Dựa vào thành phần và khối lợng hơi sinh ra ngời ta có thể xác định đợc tính chất và mức độ sự cố. Do đó trên rơle hơi còn có thêm van để lấy hỗn hợp khí sinh ra nhằm phục vụ cho việc phân tích sự cố. 2.2.2/ Sử dụng rơle nhiệt độ dầu. Để bảo vệ quá tải ngời ta sử dụng rơle nhiệt độ dầu, nó bao gồm các tiếp điểm thờng đóng, thờng mở, lắp bên trong một nhiệt kế có kim chỉ thị nhiệt. Nhiệt kế gồm có cơ cấu chỉ thị quay để ghi số đo, một bộ phận cảm biến nhiệt, một ống mao dẫn nối bộ phận cảm biến nhiệt với cơ cấu chỉ thị. Bên trong ống . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 46 mao dẫn là chất lỏng (dung dịch hữu cơ) đợc nén lại. Sự co dãn của chất lỏng (trong ống mao) thay đổi theo nhiệt độ mà bộ phận cảm biến nhiệt nhận đợc, sẽ tác động cơ cấu chỉ thị và các tiếp điểm. Các tiếp điểm sẽ thay đổi trạng thái mở thành đóng, đóng thành mở khi nhiệt độ cao hơn trị số đặt trớc. Bộ phận cảm biến nhiệt đợc lắp trong một lỗ trụ bọc kín, ở phía trên nắp máy biến áp, bao quanh lỗ trụ là dầu, để đo nhiệt độ lớp dầu trên cùng của máy biến áp. Thờng dùng nhiệt kế có 2 hoặc 4 vít điều chỉnh nhiệt độ để có thể đặt sẵn 2 hoặc 4 trị số tác động cho 2 hoặc 4 bộ tiếp điểm riêng rẽ lắp trong nhiệt kế. Khi nhiệt độ cao hơn trị số đặt cấp 1, rơle sẽ đóng tiếp điểm cấp 1 để báo hiệu sự cố nhiệt độ dầu cao của máy biến áp. Khi nhiệt độ tiếp tục cao hơn trị số đặt cấp 2, rơle sẽ đóng thêm tiếp điểm cấp 2 để tự động cắt máy cắt, đồng thời cũng có mạch báo hiệu sự cố cắt do nhiệt độ dầu cao. 2.2.3/ Sử dụng rơle nhiệt độ cuộn dây. Rơle nhiệt độ cuộn dây gồm 4 bộ tiếp điểm (mỗi bộ có một tiếp điểm thờng mở , một tiếp điểm thờng đóng với cực chung) lắp bên trong một nhiệt kế có kim chỉ thị. Nhiệt kế gồm có: cơ cấu chỉ thị quay để ghi số đo, một bộ phận cảm biến nhiệt cơ cấu chỉ thị. Bên trong ống mao dẫn là chất lỏng đợc nén lại. Sự co giãn của chất lỏng trong ống mao dẫn thay đổi theo nhiệt độ mà bộ cảm biến nhận đợc, tác động cơ cấu chỉ thị và 4 bộ tiếp điểm. Tác động lên cơ cấu thị và các tiếp điểm, còn có một điện trở nung. Cuộn dây thứ cấp của một biến dòng điện đặt tai chân sứ máy biến áp đợc nối với điện trở nung. Nối song song với điện trở nung là một biến trở để hiệu chỉnh. Tác dụng của điện nung (tùy theo dòng điện qua cuộn dây máy biến áp) và tác dụng của bộ cảm biến nhiệt lên cơ cấu đo lờng cùng các bộ tiếp điểm sẽ tơng ứng với nhiệt độ điểm nóng: nhiệt độ của cuộn dây. Có 4 vít điều chỉnh nhiệt độ để đặt trị số tác động cho 4 bộ tiếp điểm. Tùy theo thiết kế, các tiếp điểm rơle nhiệt độ có thể đợc nối vào các mạch: báo hiệu sự cố nhiệt độ cuộn dây cao mạch tự động mở máy cắt để cô lập máy biến áp, mạch tự động khởi động và ngừng các quạt làm mát máy biến áp. . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 47 2.2.4/ Sử dụng rơle mức dầu. Rơle mức dầu gồm hai bộ tiếp điểm lắp bên trong thiết bị chỉ thị mức dầu. Đối với máy biến áp có bộ đổi nấc điện áp có tải, thùng dãn nở dầu đợc chia làm hai ngăn. Ngăn có thể tích lớn, đợc nối ống liên dầu thông qua rơle hơi đến thùng chính máy biến áp (để có thể tích giãn nở dầu cho máy biến áp). Ngăn có thể tích nhỏ, sẽ đợc nối ống liên dầu đến thùng chứa bộ đổi nấc có tải. Thùng chính máy biến áp và thùng bộ đổi nấc đợc thiết kế riêng rẽ, không có liên thông dầu với nhau. Vì vậy, có hai thiết bị chỉ thị mức dầu máy biến áp và thiết bị chỉ thị mức dầu bộ đổi nấc có tải. Xem hình vẽ vị trí lắp rơle mức dầu tại máy biến áp sau: Hình 2 - 14: Vị trí lắp rơle mức dầu tại máy biến áp Cấu tạo của thiết bị chỉ thị mức dầu gồm hai phần: bộ phận điều khiển và bộ chỉ thị. Bộ phận điều khiển có một phao (3), thanh quay (8), trục quay (9), có lắp nam châm vĩnh cửu (4). Bộ điều khiển lắp trên vỏ máy (đầu thùng giãn nở) có vòng đệm. Bộ phận chỉ thị gồm kim chỉ thị (6) lắp trên trục mang một nam . . áp và tổ máy biến dòng nối theo bộ lọc dòng điện thứ tự không đặt ở phía đầu ra của cuộn dây nối hình sao của máy biến áp (Hình 2 - 11,a). Rơle so lệch tổng trở cao đợc mắc song song với điện. một điện trở nung. Cuộn dây thứ cấp của một biến dòng điện đặt tai chân sứ máy biến áp đợc nối với điện trở nung. Nối song song với điện trở nung là một biến trở để hiệu chỉnh. Tác dụng của điện. máy biến áp vẫn vợt quá mức cho phép và kéo dài quá thời gian quy định thì máy biến áp bị cắt ra khỏi hệ thống. Các phơng pháp bảo vệ quá tải: . Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Khoa