Embed Size (px)
Citation preview
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNGTHÔN VIỆN KHOA HỌC THỦY LỢI
BÁO CÁO TỔNG KẾT CHUYÊN ĐỀ NGHIÊN CỨU
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BẢO VỆ HỆ THỐNG
THUỘC ĐỀ TÀI KHCN CẤP NHÀ NƯỚC:
“HỢP TÁC NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN TỔ MÁY THỦY ĐIỆN NHỎ VÀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ CHO TRẠM THỦY ĐIỆN”
Chủ nhiệm đề tài: THS. NGUYỄN VŨ VIỆT
6925-617/7/2008
HÀ NỘI - 2004
MỤC LỤC
I. KHÁI NIỆM CHUNG VỂ HỆ THÓNG ĐIỆN: 1
II. 1. Bài toán BV HT điện, nâng cao độ tin cậy và phương pháp giải........2
II.2 . Thiết kế bảo vệ sự cố hệ thống điện....................................................4
ĩĩ.2.1. Rơ le bảo vệ hiệ thống điện:..........................................................4
IL2.2. Hệ thống bảo vệ máy phát - đường dây - trạm biến áp tại nhà
máy thuỷ điện:................................................................................................5
in. HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN MỘT CHIỂU 17
III. 1. Nguồn ắc qui................................................................................... 17
III. 2. Sơ đồ ắc qui làm việc theo chế độ phóng nạp................................. 17
IIL2 Sơ đồ ắc qui làm việc theo chế độ nạp thêm thường xuyên............... 18
Sơ đồ ắc qui có phần từ ngược.........................................................................19
IV. BẢO VỆ HỆ THỐNG ĐIỆN MỘT CHIỂU. 21
IV. 1. Kiểm tra cách điện........................................................................... 21
IV. 1.1 Phương pháp dùng vôn kế........................................................ 22
IV. 1.2. Sơ đồ cầu kiểm ưa cách điện.................................................. 24
IV.2. Bảo vệ quá dòng quá áp.....................................................................29
IV.2.1. Bảo vệ quá dòng......................................................................29
IV.2.2. Bảo vệ quá và thấp áp..............................................................30
69125-4
ATia'iv?
I. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN:
Hệ thống điện bao gồm các nhà máy, trạm biến áp, các đường dây tải điện và các thiết bị khác (như thiết bị điều khiển, tụ bù, thiết bị bảo vệ...) được
nối liền với nhau thành hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân
phối điện năng. Hệ thống điện có dự phòng chung và được điều khiển chung.
Bộ phận của hệ thống điện gồm các đường dây tải điện và các ưạm biến
áp được gọi là lưới điện.
Điện năng truyền tải đến hộ dân phải thỏa mãn các tiêu chuẩn chất
lượng phục vụ (bao gồm chất lượng điện nâng và độ tin cậy cung cấp điện) và
có chi phí sản xuất, truyền tải và phân phối nhỏ nhất.
Hệ thống điện là bộ phận của hệ thôhg năng lượng nằm trong hệ thống
kinh tế quốc dân.
II. Nghiên cứu, thiết kế bảo vê hệ thống điên:
Nhiệm vụ của hệ thống điện là sản xuất, truyền tải và phân phối điện
năng đến các hộ tiêu thụ. Điện năng phải đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng
pháp định và độ tin cậy hợp lý. Hệ thống điện phải được phát triển tối ưu và
vận hành với hiệu quả kinh tế cao nhất.
Bảo vệ hệ thống điện có nghĩa là đảm bảo các chỉ tiêu về độ tin cậy của
hệ thống điện:
Xác suất thiếu điện cho phụ tải, đó là xác suất công suất phụ tải lớn hơn
công suất nguồn điện.
Xác suất thiếu điện trong thời gian phụ tải cực đại.
Điện năng thiếu (hay điện năng mất) cho phụ tải, đó là kỳ vọng điên
năng phụ tải bị cắt do hỏng hóc hệ thống trong 1 năm.
Thiệt hại kinh tế tính bằng tiền do mất điện.
Thời gian mất điện trung bình cho 1 phụ tải trong 1 năm.
Số lần mất điện trung bình cho một phụ tải trong 1 năm.
1
Điện năng là yếu tố không thể thay thế của mỗi người và toàn xã hội.
Điện năng là động lực chính của toàn bộ nền kinh tế quốc dân. Việc mất điện
do đó sẽ gây ra hậu quả chính trị, xã hội và kinh tế rất lớn.
IL1. Bài toán BV HT điện, nâng cao độ tin cậy và phương pháp giải.
Bài toán bảo vệ hệ thống điện được phân ra thành các bài toán nhỏ theo
cấu trúc như sau:
HTđiện Lưới điện
Hình 1: Cấu trúc bảo vệ hệ thống điện
Bài toán về bảo vệ hệ thống điên được chia làm 4 loại:
a) Bài toán bảọ vệ hệ thống máy phát, chỉ xét riêng các nguồn điện.
b) Bài toán bảo vệ hệ thống điện, xét cả nguồn điện đến các nút tải
.hệ thống do lưới hệ thống cung cấp điện.
c) Bài toán bảo vệ của lưới truyền tải và phân phối.
d) Bài toán bảo vệ phụ tải.
Theo mục đích bài toán, bảo vệ hệ thống điện được chia thành:
a) Bài toán quy hoạch , phục vụ quy hoạch phát triển hệ thống điện.
b) Bài toán vận hành, phục vụ vận hành hệ thống điện
Theo nội dung bài toán, bảo vệ hệ thống điện được chia làm:
a) Bài toán giải tích, nhằm mục đích tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy
của hệ thống điện có cấu trúc cho trước.
b) Bài toán tổng hợp, nhằm xác định trực tiếp thông số của một
phần từ nào đó trên cơ sở cho trước yêu cầu độ tin cậy và các thông số của các
2
phần tử còn lại. Bài toán tổng hợp trực tiếp rất phức tạp do đó chỉ có thể áp
dụng trong các bài toán nhỏ, hạn chế.
Các bài toán tổng hợp lớn cho nguồn điện và lưới điện vẫn phải dùng
phương pháp tổng hợp gián đoạn, tức là lập nhiều phương án rồi tính chỉ tiêu
độ tin cậy bằng phương pháp giải tích để so sánh, chọn phương áp tối ưu.
Mỗi bài toán đều gồm có quy hoạch và vận hành. Mỗi bài toán lại bao
gồm loại giải tích và tổng hợp.
Phân tích bài toán xây dựng phương thức bảo vệ hệ thôhg điện, nghiên
cứu ảnh hưởng của các yếu tố bên ưong và bên ngoài đến độ tin cậy của hệ
thống điện. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống điện:
- Độ tin cây của các phần tử:
+ Cường độ hỏng hóc, thời gian phục hồi.
+ Sửa chữa định kỳ.
+ Ngừng điện công tác.
- Cấu trúc của hệ thống:
+ Sự ghép nối giữa các phần tử trong sơ đồ trạm, hình dáng lưới điện.
+ Khả năng thao tác và đổi nối trong sơ đồ (tự động hoặc bằng tay )
- Hệ thống tổ chức quản lý và vận hành:
+ Tổ chức và bố trí các đơn vị cơ động can thiệp khi sự cố.
+ Tổ chức mạng lưới phục hồi sự cố và sửa chữa định kỳ.
+ Dự trữ thiết bị sửa chữa.
+ Dự trữ công suất trong hệ thống.
+ Cấu trúc và hoạt động của hệ thống điều khiển vận hành.
+ Sách lược bảo quản định kỳ thiết bị.
- ảnh hưởng của môi trường:
+ Phụ tải điện.
+ Yếu tố thời tiết khí hậu và độ ô nhiễm của môi trường.
- Yếu tố con người: trình độ của nhân viên vận hành, yếu tố kỹ thuật, tự
động hóa vận hành.3
Trong bài toán giải tích đô tin cậy, các yếu tố ưên là yếu tố đầu vào còn
đầu ra là chỉ tiêu độ tin cậy của hê thống điện.
Tuy nhiên việc tính đến mọi yếu tố rất phức tạp, cho nên , cho đêh nay
vẫn chưa có phương pháp nào xét được mọi yếu tố ảnh hưởng.
Tùy theo từng phương pháp mà một số yếu tố bị bổ qua, bị lược bớt hoặc
đơn giản hóa.
Tuy nhiên các kết quả nói trên cũng vẫn sử dụng trong quy hoạch cũng
như vận hành.
Bài toán phục vụ quy hoạch nhầm xác định sự đưa thêm thiết bị mới,
thay thế cấu trúc hệ thống điện trong những nãm tiếp theo.
Bài toán phục vụ vận hành nhằm kiểm nghiêm hoặc lựa chọn sách lược
vân hành hệ thống điện có sẵn.
Các phương pháp chính hiện dùng để giải tích bài toán bảo vệ hệ thôhg
điện:
1. Phương pháp đồ thị - Giải tích sử dụng sơ đồ độ tin cậy, lý
thuyết xác suất các tập hợp, đại số Bool, lý thuyết Graph.
2. Phương pháp không gian trạng thái trong đó sử dụng quá trình
ngẫu nhiên Markov là chính.
3. Phương pháp cây hỏng hóc xây dựng trên cơ sở lập cây hỏng hóc
cho mối liên quan giữa hỏng hóc phần tử và hỏng hóc hệ thống, áp dụng đại số Bool.
4. Phương pháp mô phỏng Monte - Carlo.
n.2. Thiết kê bảo vệ sự cố hệ thống điện.
Trong phần này, chúng ta cùng phân tích hệ thống tự động bảo vệ rơ le
của các trạm thuỷ điện công suất nhỏ từ 5 - 10 MW.
ỈỈ.2.Ỉ. Rơ le bảo vệ hệ thống điện:
Rơ le làm việc theo tín hiện điện thường được nối với hệ thống điện
thông qua các máy biến dòng điện (BI) và máy biến áp (BU). Chúng còn được
gọi là các máy biến đổi đại lượng đầu vào hoặc các máy biến đổi đo lường, có
4
nhiệm vụ cách ly mạch bảo vệ khỏi điện áp cao phía hệ thống và giảm biên độ
cuả điện áp và dòng điện của hệ thống xuống những trị số chuẩn ở phía thứ
cấp, thuận tiện cho việc chê' tạo và sử dụng các thiết bị bảo vệ, đo lường và
điều khiển.
Tín hiệu dòng và áp đưa vào rơ le sẽ được so sánh với ngưỡng tác động
của nó và nếu vượt quá ngưỡng này rơ le sẽ tác động tức thời hoặc có thời gian
gửi tín hiệu đi cắt máy cắt điện của phần tử được bảo vệ.
/ /.2.2. Hệ thống bảo vệ máy phát - đường dây ~ trạm biến áp tại nhà
máy thuỷ điện:
+ Hệ thống rơ le bảo vệ của nhà máy thuỷ điện bao gồm các modul chính
như sau:
- Modul bảo vệ máy phát
- Modul bảo vệ máy biến áp
- Modul bảovệ điện áp
- Modul bảo vệ chạm đất
Trong mục này, chúng ta cùng nghiên cứu, thiết kế một phần trong hệ
thống bảo vệ: Bảo vệ máy phát (bảo vệ nguồn điện)
ỉỉ.2.2.1. Giới thiệu mấy phát:
Máy phát điện sử dụng trong hệ thống điện chủ yếu là loại đồng bộ, có
dây quấn phần ứng ba pha đặt ở stato và dây quấn phần cảm (nam châm điện) đặt ở rô to.
* Những vấn đề trong vận hành
- Hiện tượng giảm âm tính
Khi mối quan hệ R/ X giữa điện kháng X và điện trở R của đường dây có
chứa máy phát tăng lên thì đôi khi máy phát rung lên. Những biện pháp sau
đây được đưa ra để chống lại hiện tượng trên:
a, Giảm điện trở của đường dây hoặc nối mối tiếp điện kháng để làm
tăng trở kháng của đường dây.
b, Giảm điện áp bên trong của máy phát
5
c, Nối các cuộn dây giảm chấn
Cả hai biện pháp “a” và "b” là các biện pháp đối lập thông thường để
tăng cường sự ổn định và do đó hiện tượng giảm âm tính được xem như hiện
tượng không bình thường khi vận hành.
ỉỉ .2.2.2. Các loại sự cố mấy phát điện:
Những sự cố bên trong các cuộn dây của máy phát điện đồng bộ bao gồm
Đối với cuộn dây stato:
Cuộn dây bị chạm đất (chạm vỏ).
Ngắn mạch giữa các cuộn dây (các pha)
Các vòng dây chạm nhau.
Đối với cuộn dây rôto:
Chạm đất tại một điểm.
Chạm đất tại hai điểm.
ỈI.2.2.3. Trạng thái làm việc không bình thường của máy phát điện:
Trạng thái làm việc không bình thường là trạng thái một trong các chỉ
tiêu vận hành của máy phát điện ra ngoài giới hạn cho phép.
- Quá tải: Là trạng thái dòng điện làm việc vượt quá giá trị dạnh định.
Khi quá tải nhiệt độ dây quấn và lõi thép tăng cao, làm lão hoá lớp cách điện
và có khả năng phá huỷ cách điện.
- Mất đối xứng dòng điện stator : Khi dòng điện 3 pha mất đối xứng, sẽ
xuất hiện thành phần thứ tự nghịch. Dòng này sinh ra từ thông, và có tốc độ
tương đối so với rôto. từ thông này cảm ứng trong rôto một sức điên động xoay chiểu tần số 2f, f là tần số hệ thống điện. Sức điện động này sinh ra dòng
điện xoay chiều trong rôto, đưa đến tác hại làm tăng tổn hao và tạo mômen
quay tác động lên rôto.
- Quá điện áp và vượt tốc: ở chế độ làm việc bình thường, điện áp cao
nhất cho phép ở chế độ đầu cực máy phát điện là 110% giá trị danh định.
Đối với máy phát điện tua bin hơi, khi đang đầy tải, bị cắt tải đột ngột,
điện áp và tốc độ được giới hạn bởi các bộ tự động điều chỉnh kích từ và điều
6
chỉnh tốc độ (điều tốc), nên mức tăng không lớn, vẫn có thể nằm trong giới
hạn cho phép.
Đối với máy phát điện tua bin nước, khi mất tải đột ngột, bộ điều tốc
không kịp điều chỉnh (do quán tính), tốc độ có thể tăng cao quá tốc độ danh
định 40 - 60 %, làm điện áp đầu cực máy phát điện có thể đạt 150% giá trị
danh định hay cao hơn. Do đó, cần có biện pháp bảo vệ.
- Mất kích từ: Khi nguồn kích từ bị mất, máy phất điện trở thành máy
điện không đồng bộ, nhận công suất phản kháng từ hệ thống điện để luyện từ,
tốc độ rô to trở nên lớn hơn tốc độ đồng bộ và phát ra công suất tác dụng. Lúc
đó, dòng xoay chiều xuất hiện trong rôto làm tăng tổn hao thép ưong rôto, gây
nên qúa nhiệt. Do đó, cần bố trí bảo vệ chống trạng thái này.
Dựa trên sự phân tích về các tình trạng làm việc không bình thường và
các loại sự cố máy phát điện để đưa ra các bảo vệ cần thiết cho máy phát như
sau.
ỉ ỉ.2.2.4 Giới thiệu chung về hệ thống bảo vệ mấy phát điện áp cao
Không có tiêu chuẩn thống nhất để lựa chọn sơ đồ bảo vệ cho từng loại
máy phát điện. Tuỳ theo chủng loại của máy phát , công suất của máy phát,
vai trò của máy phát và sơ đồ đấu dây của nói với các phần tử khác trong hệ
thống mà người ta lựa chọn phương thức bảo vệ cho máy phát điện.
Các chức năng bảo vệ máy phát như:
1. Quá tải cuộn dây stator
2. Công suất ngược
3. Mất kích từ
4. Quá dòng thứ tự nghịch
5. Quá dòng có thời gian
6. Chạm đất cuộn dây rôto
7. Quá điện áp
8. Chống chạm đất 95% cuộn dây stator
9. Thấp áp máy phát
7
ỉỉ.2.2.5. Bảo vệ quá tải cuộn dây stator:
Quá tải gây phát nóng cuộn dây stator có thể do nhiều nguyên nhân như
máy phát điện vận hành với hệ số công suất thấp, thành phần công suất phản
kháng vượt quá mức cho phép, có trục trặc hoặc hư hỏng trong hệ thống làm
mát hoặc hệ thống điều chỉnh điện áp làm cho máy phát điện bị quá kích
thích. Hai nguyên nhân sau cũng làm cho cuộn dây rôto bị phát nóng quá
mức. Cuộn dây rôto cũng có thể bị quá tải ngắn hạn trong quá trình điều chỉnh
điện áp khi máy phát tải đầy công suất tác dụng.
Thời gian chịu đựng quá tải của các cuộn dây máy phát điện có giới hạn
và phụ thuộc vào mức độ quá tải, kết cấu của máy phát, hệ thống làm mát và
cỡ công suất của máy phát điện.
Có nhiều nguyên lý khác nhau có thể được áp dụng để thực hiện bảo vệ
chống quá tải cho cuộn dây của máy phát điện : Theo số đo trực tiếp của nhiệt
độ cuộn dây, nhiệt độ của chất làm mát hoặc gián tiếp qua trị số dòng diện
chạy qua cuộn dây.
Hệ thống đo lường gồm hai kênh làm việc song song, bảo vệ chỉ tác động
khi cả hai rơle cùng tác động.
Z/.2.2.6. Bảo vệ công suất ngược:
Công suất sẽ chạy từ hệ thống vào máy phát nếu việc cung cấp năng
lượng cho tua bin bị gián đoạn. Khi ấy máy phát điện sẽ làm việc như một
động cơ điện tiêu thụ công suất của hệ thống. Nguy hiểm ở chế độ này đối với
các máy phát nhiệt điện là tua bin sẽ làm việc ở chế độ máy nén, nén lượng
hơi thừa trong tua bin làm cho cánh tua bin có thể nóng quá mức cho phép
Để bảo vệ chống luồng công suất ngược, người ta kiểm tra hướng công
suất tác dụng của máy phát điện. Yêu cầu rơle hướng công suất phải có độ
nhạy cao để phát hiện được luổng công suất ngược với trị số khá bé (thường
chỉ để bù đắp lại tổn thất cơ của máy phát trong chế độ này). Với các máy
phát thuỷ điện và tua bin khí
Để đảm bảo độ nhạy của bảo vệ chống công suất ngược của các máy
phát điện có công suất lớn, mạch dòng điện của bảo vệ thường được đấu vào8
lõi đo lường của máy biến dòng (thay cho lõi bảo vệ thường dùng các thiết bị
bảo vệ khác).
Bảo vệ chống công suất ngược thường có hai cấp tác động: Cấp thứ nhất
với thời gian khoảng 2 - 5 s sau khi van STOP khẩn cấp làm việc và cấp thứ 2
với thời gian cắt máy khoảng vài chục giây không qua tiếp điểm của van
STOP.
ỉỉ.2.2.7. Bảo vệ chống mất kích từ:
Trong quá trình vận hành máy phát điện có thể xảy ra mất kích từ do hư
hỏng trong mạch kích thích (do ngắn mạch hoặc hở mạch), hư hỏng trong hệ
thống tự động điều chỉnh điện áp, thao tác sai của nhân viên vận hành
v.v.. .Khi máy phát bị mất kích từ thường dẫn đến mất đồng bộ, gây phát nóng
cục bộ ở stator và rôto. Nếu hở mạch kích thích có thể gây quá điện áp trên
cuộndây rô to nguy hiểm cho cách điện của cuộn dây.
lỉ.2.2.8 Bảo vệ quá dòng thứ tự nghịch
Dòng điện thứ tự nghịch có thể xuất hiện trong cuộn dây stato máy phát
điện khi có đứt dây (hoặc hở mạch) một pha khi có phụ tải không đối xứng
hoặc ngắn mạch không đối xứng trong hệ thống.
Nguy hiểm của dòng điện thứ tự nghịch đối với máy phát điện là nó tạo
nên từ thông thứ tự nghịch Ộ2 cắt rôto với vận tốc 2(0 làm cảm ứng trong thân
rôto cũng như các phụ kiện kim loại trên thân rôto dòng điện lớn đốt nóng
rôto và cả máy phát điện.
Dòng thứ tự nghịch 12 càng lớn thì thời gian cho phép tổn tại càng bé, vì
vậy bảo vệ chống dòng điện thứ tự nghịch thường có quan hệ thời gian t phụ
thuộc tỷ lệ nghịch:, = A -
a ì 7kỉ
ĩ 2\J J® J
trong đó Kj và K2 là các hệ số tỷ lệ: k 2 = a
a là hằng số thời gian đối với từng loại rơle bảo vệ cụ thể.9
I2Cp là dòng thứ tự nghịch cho phép vận hành lâu dài, nó phụ thuộc vào
chủng loại máy phát điện, công suất và hệ thống làm mát của cuộn dây rôto;
Idđ dòng điện danh định của máy phát điện.
ỉỉ.2.2.9. Bảo vệ quá dòng máy phát
Bảo vệ quá dòng bao gồm 2 chế độ thời gian phụ thuộc và độc lập
1. Bảo vệ quá dòng điện cố thời gian độc lập
a. Định nghĩa: Là bảo vê tác đông khi dòng điện qua chỗ đặt bảo vệ vượt
quá giá trị định trước, gọi là dòng điện chỉnh định, và sẽ tác động cắt mạch
sau một thời gian định trước, gọi là thời gian chỉnh định.
b. Dòng chỉnh định :
Dòng điên chỉnh định nhất thứ nơi đặt bảo vệ :
T =cz 1 mn ìv maxkv
ở đây: Ilcz: Dòng điện chỉnh định của bảo vệ nhất thứ.
ktc: hệ số tin cậy, lấy bằng 1.15 - 1.2 đối với rơle điện từ: 1.3 - 1.5 đối
với rơle cảm ứng
k/ Hệ số trở về của rơle:- 0.85
kmn: Hệ số mở máy khi các động cơ khởi động, tuỳ thuộc tỷ trọng công
suất và điện áp danh định của động cơ, lấy bằng: 1.3 - 1.8
ĩlvmax • Dòng điện làm việc lớn nhất của thiết bị được bảo vê.
Dòng điện chỉnh định của rơle:^cR l^sd^cz^
ở đây: IcR - dòng điện chỉnh của rơle.
ksđ: Hệ số sơ đồ.
Với sơ đồ sao đủ/ thiếu , ksđ = 1; sơ đồ tam giác và số tám , kjjd = ạ/Ĩ
Hị : tỷ số biến dòng của BI
Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ:k - T . Ị TiVnh xImin ' 'Lcz
10
ở đây, dòng ngắn mạch cực tiểu qua chỗ đạt bảo vệ khi ngắn mạch xảy
ra ở cuối khu bảo vệ.
Yêu cầu :
knh > 1.1 - 1.3 khi làm bảo vệ dữ trữ.
knh > 1.8 - 1.8 khi làm bảo vệ chính.
Đây là một bảo vệ phổ biến, được dùng rộng rãi làm bảo vệ chính hoặc
bảo vệ dự trữ cho các thiết bị điện.
Bảo vệ quá dòng có thời gian phụ thuộc Là bảo vệ có thời gian tác động
phụ thuộc vào dòng điện đi qua rơ le (hình 2). Cơ cấú tạo thời gian của rơ le
này đều chịu tác động của dòng điện đi qua chỗ đặt bảo vệ. Dòng điện càng
lớn thời gian tác động càng nhanh.
Đạc tính thời gian tác động của rơ le :Lr-^Ir/^cr)
Trong đó : tcR - thời gian tác động của rơ le;
IR - dòng điện đi qua rơ le;
IcR - dòng điện chỉnh định của rơ le
Hình 2: Bảo vệ quá dòng có thời gian phụ thuộc.
11
Đặc tính này có dạng đường cong hybebôn và được gọi là đặc tính
nghịch thời hạn.
Đặc tính nghịch thời hạn có các dạng phổ biến sau :
Nghịch thời hạn tiêu chuẩn
Nghịch thời hạn dài
Nghịch thời hạn ngắn
Nghịch thời hạn vừa
Nghịch thời hạn sâu
Nghịch thời hạn rất sâu
Mỗi rơ le có nhiều giá trị dòng chỉnh định IcR khác nhau, và do đó có
nhiều đặc tính thời gian. Tập hợp các đặc tính thời gian của rơ le hợp thành họ
đạc tính thời gian.
Đặc tính nghịch thời hạn điển hình biểu diễn bởi các phương trình sau:
- Nghịch thời hạn tiêu chuẩn;
t = 0,14/(I0,02 - 1)- Nghịch thời hạn sâu:
t = 13,5/(I- 1)- Nghịch thời hạn rất sâu:
t = 80/(I2-l)
ở đây, t - thời gian tác động.
I - dòng điện qua rơle (nhân với hệ số đật).
ỈI.2.2A0. Bảo vệ quá áp máy phát
Điện áp đầu cực máy phát điện có thể tăng cao quá mức cho phép khi có
trục trặc trong hệ thống tự động điều chỉnh kích từ hoặc khi máy phát bị mất
tải đột ngột. Khi mất tải đột ngột mức quá điện áp ở các máy phát thuỷ điện
có thể đạt đến 200% trị số danh định là do hệ thôhg tự động điều chỉnh tốc độ
quay của tuabin nước có quán tính lớn, khả năng vượt tốc của rô to máy phát
cao hơn nhiều so với máy phát điện tuabin hơi. Ngoài ra các máy phát thuỷ
điện thường nằm xa trung tâm phụ tải và bình thường phải làm việc với các
mức điện áp ở đầu cực cao hơn điện áp danh định để bù lại điện áp giáng trên 12
hê thống truyền tải, khi mất tải đột ngột mức quá áp lại càng cao. Quá điện áp
ở đầu cực máy phát điện có thể gây tác hại cho cách điện cuộn dây và các
thiết bị đấu nối vào đầu cực máy phát. Còn đôì với máy phát điện làm việc
hợp bộ với máy biến áp sẽ làm bão hoà mạch từ của máy biến áp tăng.
Bảo vệ chống quá điện áp đặt ở máy phát điện thường gồm hai cấp như
Cấp 1 (RUI) với điện áp khởi động :
UkđRưi = 1,1 UdđCấp 1 làm việc có thời gian và tác động lên hệ thống tự động điều chỉnh
kích từ để giảm kích thích máy phát điện.
Cấp 2 làm việc tức thời tác động cắt máy cắt điện đầu cực máy phát và tự
động diệt từ trường của máy phát điện.
ỈỈ.2.2.ỈỈ. Bảo vệ chống chạm đất 95% cuộn dây stator
Chạm đất trong cuộn dây stator là loại sự cố bên trong thường gặp ở máy
phát điện.Trong lưới điện có trung tính nối đất trực tiếp hoặc nối đất qua điện
trở nhỏ sơ đồ bảo vệ quá dòng ba pha nối hình sao dễ dàng phát hiện chạm đất
trong cuộn dây stator vì dòng điện chạm đất lớn gấp nhiều lần dòng điện danh
định. Đối với mạng điện áp máy phát làm việc với trung tính không nối đất
hoặc nối đất qua cuộn Petersen thì dòng điện chạm đất không lớn, đặc biệt đối
với máy phát điện nối hợp bộ với máy biến áp. Những máy phát điện nối với thanh góp điện áp máy phát thường có công suất bé và sơ đồ bảo vệ thường
dựa trên nguyên lý làm việc theo biên độ hoặc hướng dòng điện chạm đất.
Phương pháp biên độ thường được sử dụng khi thành phần dòng điện chạm đất
từ phía điện dung hệ thống lớn hơn nhiều so với thành phần dòng điện chạm
đất từ phía điện dung máy phát. Vì dòng chạm đất phụ thuộc vào vị trí của
điểm chạm đất a, nên nếu chạm đất sảy ra gần phía trung tính thì bảo vệ sẽ
không đủ độ nhạy. Bảo vệ phản ứng theo biên độ dòng điện chạm đất chỉ đảm
bảo được đô nhạy khi vị trí a £30%, nghĩa là chỉ bảo vệ được khoảng 70%
cuộn dây stator kể từ đầu cực máy phát vào
13
Phương pháp hướng dòng điện có thể mở rộng vùng bảo vệ chạm đất đêh
khoảng 90% cuộn dây kể từ đầu cực máy phát vào. Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ trình bày trên hình 8.
Rơle so sánh tương quan giữa dòng điện làm việc ILV và dòng điện hãm
IH theo quan hệ:
AI=liHl-liLVl
Trong đó: Ìh.=Ìu+Ìd(I’iLV-lu
Với: iu là dòng điện lấy từ nguồn điện áp uo
iD(1) lấy từ bộ lọc dòng thứ tự không.
ỈỈ.2.2.Ỉ2. Bảo vệ thấp áp máy phát
Nguyên nhân gây ra thấp áp máy phát ưong hệ thống thuỷ điện nhỏ là:
Khởi động động cơ có công suất lớn.
Bị ngắn mạch tại một điểm nào đó.
Do hệ thống điều chỉnh điện áp bị trục trặc.
Việc bảo vệ sụt áp máy phát là bảo vệ cho máy phát chứ không phải bảo
vệ cho phụ tải. Khi công suất tiêu thụ trên phụ tải quá lớn gây ra tình trạng
quá tải kéo theo tình trạng quá tốc ở máy phát. Hậu quả gây ra đối với máy
phát là bị quá tải với dòng lớn gần như ngắn mạch, máy phát có thể phải cắt ra khỏi mạng lưới nếu như tình trạng sụt áp quá nhiều.
Việc bảo vệ thấp áp cho máy phát được thực hiện bằng một cuộn hút
của rơle thấp áp thường được chỉnh định để hoạt động khi điện áp còn 70%
điện áp danh định với thời gian trễ khoảng 0.5s khi quy định của hê thống tự
điều chỉnh điện áp là 15% nhưng bảo vệ là 25% vì người ta phỉ để ra phần dư
để cho trường hợp khi máy không đủ tốc độ do một nguyên nhân nào đó hoặc
điện áp của hệ thống tiếp tục giảm xuống thấp hơn nữa. Thông thường rơle
được đặt ngay gần aptômát.
Trong hệ thống điều chỉnh điện áp nếu có phần điều chỉnh theo độ lệch
thường phải có bảo vệ điện áp vì điện áp đưa vào ddể so sánh không đúng mà
là tín hiệu giả. Tuy nhiên việc bảo vệ thấp áp cho máy phát đôi khi không nằm14
trong phần điều khiển của aptômát chính mà nó nằm ngay trong hệ thống điều
chỉnh điện áp bằng cách làm mất điện áp kích từ của máy phát đó chứ không
tác động đóng ngắt ưực tiếp.
ỉĩ.2.2.13, Chạm đất rôto
Đối với máy phát điện công suất bé và trung bình, thường người ta đặt
bảo vệ báo tín hiệu khi có một điểm chạm đất trong mạch rôto và tác động cắt
máy phát điện khi xảy ra chạm đất điểm thứ hai
Các sơ đồ bảo vệ chống chạm đất một điểm trong cuộn dây rôto của các
máy phát điện hiện đại thường tác động cắt máy cắt (để loại trừ khả năng xảy
ra điểm chạm đất thứ 2) và dựa ưên một trong những nguyên lý sau:
- Đo điện dẫn của mạch kích thích (đối với đất) bằng tín hiệu điện áp tần
số công nghiệp 50Hz.
- Đo điện trở của mạch kích thích (đối với đất) bằng tín hiệu điện áp một
chiều hoặc tín hiệu sóng chữ nhật tần số thấp.
Nguồn điện áp phụ xoay chiều tần số công nghiệp được đặt vao giữa
trung điểm của cuộn dây máy kích thích xoay chiều 3 pha và thằn rôto của
máy phát điện thông qua các vành góp và chổi than SI và S2. Bộ lọc tần số LF
chỉ cho tần số công nghiệp chạy qua rơle đo điện dẫn RY để loại trừ hài bậc
cao trong phép đo.
Điện dẫn mà rơle RY đo được chủ yếu xác định theo điện trở RĐ và
điện dung CĐ đối với đất của mạch kích thích.
ỉỉ.2.2.14. Bảo vệ so lệch có hãm
Bảo vệ so lệch có hãm được dùng làm bảo vệ chính để chống chạm chập
giữa các pha trong cuộn dây máy phát điện
Trong sơ đồ bảo vệ máy phát điện, người ta đặt 2 nhóm máy biến dòng ở
đầu cuộn dây: Phía trung điểm và phía đầu cực.
Rơ le làm việc theo tương quan giữa dòng điện so lệch và dòng điện hãm.
Các dòng điện này có thể được hình thành theo nhiều cách khác nhau.
15
Hình sau trình bày sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch dòng điện có hãm
dùng cho máy phát điện đồng bộ. Khác với bảo vệ đường dây tải điện, ở đây
các tổ máy biến dòng nằm gần nhau nên chúng có thể được nối trực tiếp với
nhau bằng dây dẫn phụ.
Thông thường hai nhóm máy biến dòng ở phía trung tính và đầu cực của
máy phát điện được chọn hoàn toàn giống nhau nên người ta có thể dùng
phương án bảo vệ so lệch tổng trở cao để bảo vệ cho máy phát điện.
Rơle so lệch trong sơ đồ này có điện trở khá lớn và phản ứng theo điên áp
đặt lên mạch so lệch, ở chế độ vận hành bình thường và khi có ngắn mạch
ngoài, nếu các nhóm biêh dòng không bị bão hoà hoặc có mức độ bão hoà
giống nhau thì các sức điện động và cảm kháng giống nhau.
Trị số điện áp đặt trên rơle so lệch phụ thuộc vào tương quan giữa điện
trở thứ cấp của máy biến dòng (gồm điện trở cuộn thứ cấp và dây dẫn phụ nối
giữa hai nhóm máy biêh dòng).
Đối với các máy phát điện có công suất lớn, hằng số thời gian tắt dần của
thành phần một chiều trong dòng điện ngắn mạch có thể đạt đến hàng trăm ms
gây nên hiện tượng bão hoà của mạch từ các máy biến dòng và làm chậm tác
động của bảo vệ khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ. Vì vậy đối với các máy
phát điện có công suất lớn cần sừ dụng những sơ đồ bảo vệ tác động nhanh,
trước khi xảy ra bão hoà mạch từ của biến dòng.
ỈĨ.2.2.Ỉ5. Hệ thống làm mát máy phát
Phần lớn các tổn thất của máy phát xảy ra dưới dạng nhiệt. Vì vậy việc
làm mát là cần thiết để giới hạn nhiệt độ tăng cao nằm trong phạm vi cho
phép. Có nhiều phương pháp làm mát. Trong đó biện pháp làm mát bằng
thông gió tự nhiên được sử dụng trong nhiều trường hợp dưới điều kiện môi
trường thông thường tuy nhiên nếu nhà trạm nhỏ và nhiệt tích tụ ưong nhà thì
cần dùng ống dẫn đưa không khí ra ngoài nhà trạm. Hoặc dùng nước làm mát
không khí rồi thổi khí mát vào máy phát.
16
Để bảo vệ cho hệ thống đo lường điều khiển tự động hoá, cần có 1
nguồn điện cung cấp ổn định, đúng chất lượng, vì thiết bị điện tử của hệ thống
đa số là PLC, vi sử lý đòi hỏi điện áp ít xung nhiễu. Để có 1 nguồn nuôi ổn
định, trong các nhà máy điện và trạm biến đều có nguồn dữ trữ.
Nguồn thao tác có thể là nguồn một chiều hoặc xoay chiều, song để có
độ tin cậy cung cấp và cấu tạo của các thiết bị thứ cấp đơn giản, gọn nhẹ,
trong các nhà máy điện và trạm biến áp người ta thường dùng nguồn thao tác
một chiều mặc dù giá thành của chúng rất đắt và vận hành khá phức tạp. Vì
tầm quan trọng của hệ thống điện một chiều như vậy nên việc bảo vệ là không
thể thiếu trong hệ thống, góp phần ổn định hệ thống và đưa ra những cảnh báo
trước tránh những sự cố nghiêm trọng, bảo đảm sự làm việc liên tục của hệ
thống.m. HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN MỘT CHIỂU
in.l. Nguồn ắc qui.
ắc qui là nguổn thao tác một chiều được sử dụng rộng rãi trong các nhà
máy điện và trạm biến áp vì sự làm việc của chúng không phụ thuộc vào các
điều kiện bên ngoài và đảm bảo cho các thiết bị thứ cấp làm việc tốt ngay cả
khi mất điện toàn bộ trong lưới điện chính của nhà máy. Một ưu điểm nữa của
ắc qui là khả năng cho phép quá tải ngắn hạn rất lớn, điều này đặc biệt cần thiết khi đóng các máy cắt lớn có sự nhảy vọt về dòng điện. Trong các nhà
máy điện thường dùng các tổ ắc qui điện áp 110-220V bằng cách nối nối tiếp
nhiều bình ắc qui lại với nhau. Tuỳ theo điện áp mà người ta nối nhiều hay ít
bình ắc qui. Tuỳ theo các chế độ vận hành nhà máy điện người ta có thể thực
hiện các sơ đồ làm việc khác nhau của tổ ắc qui:
Các sơ đổ làm việc của ắc qui.
in.2. Sơ đồ ắc qui làm việc theo chế độ phóng nạp
Hình III. 1 trình bầy về sơ đổ nguyên lý làm việc của ắc qui theo chế độ
phóng nạp. Khi làm việc theo sơ đồ này tổ ắc qui phải đảm nhiệm toàn bộ phụ
tải một cách lâu dài. Máy phát nạp chỉ đóng vào làm việc trong thời kỳ nạp
điện cho ắc qui sau khi chúng đã phóng điện đến mức độ giới hạn cho phép.
17
Công suất của máy nạp phải đủ lớn để vừa nạp cho ắc qui vừa cung cấp cho
phụ tải chính. Sử dụng sơ đồ này có nhược điểm là ắc qui phải làm việc
thường xuyên nên các bản cực nhanh bị mài mòn. Vì vậy hiện nay người ta
hay dùng sơ đồ nạp thêm thường xuyên.
in.2 Sơ đồ ắc qui làm việc theo chế độ nạp thêm thường xuyên.
Sơ đồ này khác, với sơ đồ trước bởi chế độ làm việc của ắc qui và việc
đặt thêm một máy phát phụ nạp Ff hình IIL2. Máy phát này làm việc liên tục
để cung cấp cho các phụ tải thường xuyên trên thanh góp và phụ nạp cho các
bình ắc qui với dòng điện không lớn. Các bình ắc qui chỉ phóng điện khi có
phụ tải lớn nhảy vọt như khi đóng máy cắt. Các tay gạt Tl, T2 làm nhiệm vụ
duy trì điện áp cố định trên thanh góp bằng cách đóng thêm vào hay bớt đi
một số bình ắc qui. Do có sự thay đổi như vây nên các đầu tiếp xúc trượt rất
mau hỏng và tốc độ thay đổi không cao. Vì thế ngày nay không dùng các tay
gạt nữa mà dùng các bộ thyristor để điều chỉnh điện áp khi phóng họãc nạp
điện. Trong chế đô làm việc bình thường các phụ tải được cung cấp từ chỉnh
lưu, khi có phụ tải tăng cao các bộ thyristor làm việc điều chỉnh dòng mở
tương ứng sao cho điện áp trên thanh cái luôn được giữ cố định.
Hình ỈỈLỈ: Sơ đồ ắc qui làm việc theo chế độ phóng nạp
18
I tQZZOV
Hình ỈỈĨ.2 : Sơ đồ ắc qui làm việc theo chế độ nạp thường xuyên
Sơ đồ ắc qui có phần tử ngược
Các phần tử ngược ở đây gồm các các lá thép rihúng trong dung dịch
kiềm kali hoặc natri hình III.3. Các phần tử này được mắc nối tiếp với nguồn
ắc qui. Khi có dòng điện chạy qua sẽ sinh ra phản ứng điện phân dung dịch
kiềm có kèm theo tiêu thụ năng lượng và điện áp giáng trong chúng, trị số của
điện áp giáng không phụ thuộc vào dòng điện. Do vậy khi thay đổi số phần tử
ngược nối vào bình ắc qui ta có thể thay đổi được điện áp trên thanh góp của
phụ tải.110-220V
Hĩnh ỈỈI3: Sơ đồ ắc qui có phần tử ngược
Ưu điểm của sơ đồ này là không có các tay gạt, giảm được sự hao mòn
và tăng thời hạn phục vụ của các bình ắc qui chính. Tuy nhiên sơ đồ này lại
19
không được dùng rộng rãi do cồng kềnh và vận hành khá phức tạp. Việc dùng
các bộ biến đổi quay - các máy phát điện một chiều để nạp cho ắc qui khá đắt
tiền và vận hành cũng rất phức tạp. Hiện nay người ta có xu hướng dùng các
bộ biến đổi tĩnh - các bộ chỉnh lưu (Chl) để thay thế và được dùng phổ biến
trong các trạm biến áp, các nhà máy điện có liên hệ chặt chẽ với hệ thống
điện, nhất là ưong các nhà máy điện. Các chỉnh lưu được cung cấp từ các máy
biến áp tự dùng chính của nhà máy hình ni.4. Cũng như ưường hợp dùng các
bộ biến đổi quay, khi dùng các bộ biến đổi tĩnh ắc qui cũng làm việc theo các
chế độ sau :
ÁCJ
= 22OV
11O-22OV
HìnhỉỉL 4 : Sơ đồ tạo nguồn điện một chiều bằng ắc qui và chỉnh lưu
- Chế độ phóng - nạp hay còn gọi là chế độ vận hành bình thường :Sau khi nạp đầy, ắc qui 3 tách ra khỏi bộ nạp để độc lập cung cấp cho
phụ tải 2 hình IIL5. Khi điện áp giảm xuống ắc qui lại tách khỏi phụ tải
chuyển sang chế độ nạp trong thời gian này phụ tài được cung cấp từ nguồn
khác.
Hình ỈĨỈ.5 : Chế độ phóng - nạp Hình Ỉ1ỈỈ.6 : Chế độ nạp thêm thường xuyên
1-Chỉnh lưu, 2- Phụ tải, 3- ắc qui20
- Chế độ nạp thêm thường xuyên hay chế độ vận hành song song hình m.6
Bộ chỉnh lưu và ắc qui được nối với nhau thường xuyên. Trong trường hợp này
có thể phân biệt 2 chế độ làm việc: chế độ vận hành động và chế độ vận hành
dự phòng. Trong chế độ vân hành động ắc qui chỉ được sừ dụng để duy trì
điện áp trên thanh góp và phụ tải đỉnh. Trong chế độ vận hành dự phòng ắc
qui chỉ cung cấp điện cho phụ tải khi chỉnh lưu không làm việc. Chế độ làm
việc song song dự phòng được sử dụng phổ biến nhất hiện nay.
- Chế độ dự phòng hình IIL7: ắc qui được cắt khỏi tải và luôn được giữ ở mức
nạp đầy. Khi bình thường tải được cung cấp bởi chỉnh lưu. Khi nguồn chỉnh
lưu bị mất ắc qui sẽ được nối với tải bằng bộ chuyển mạch nhanh một cách tự
Hình ĨỈỈ.7: Chếđộ dựphòngIV. BẢO VỆ HỆ THỐNG ĐIỆN MỘT CHIỂU.
IV.l. Kiểm tra cách điện.
Trong vận hành cần phải thường xuyên kiểm tra cách điện các phần tử
của thiết bị phân phối và đường dây tải điện. Theo qui trình cần kiểm tra cách
điện đối với các thiết bị điện áp lớn hơn 1000 V có dòng chạm đất bé, các
thiết bị điện áp thấp hơn 1000 V có trung tính cách điện và các thiết bị điện
một chiều cách điện đối với đất. Do đó việc kiểm tra cách điện trong hệ thống
điện một chiều là rất quan trọng là một trong những bảo vệ không thể thiếu
khi thiết kế hệ thống điện một chiều. Có nhiều phương pháp kiểm tra cách
điện tuỳ thuộc vào tính chất của từng mạng điện, tầm quan trọng của nó và
yêu cầu của việc kiểm tra cách điện mà có thể dùng phương pháp này hoặc
21
phương pháp kia cho phù hợp. Dưới đây ta xét các phương pháp trong mạng
điện một chiều.
Theo qui trình vận hành nhà máy điện và trạm biến áp, điện trở cách điện của mạng điện một chiều khi đo bằng mêgôm mét 1000-2500 V không
được nhỏ hơn 1MO đối với từng mạch và không được nhỏ hơn 0,3 MO đối với
toàn bộ hệ thống điện một chiều. Việc giảm điện ưở cách điện của lưới điện
một chiều có thể gây tác động nhầm hoặc hỏng hóc của các bảo vệ rơle, tự
động hoá và điều khiển, làm hư hỏng cách điện của các phần khác, làm mất
kích từ của máy phát... Vì thế các bộ phận có cách điện bị hư hỏng cần nhanh
chóng được phát hiện và tách ra khỏi lưới điện chung để xử lý kịp thời.
Trong các nhà máy thủy điện, do sự quan trọng và phức tạp của các mạch điều
khiển, bảo vệ rơle, tự động hoá và yêu cầu cung cấp điện liên tục cho cuộn
dây kích từ của máy phát, cần phải đặt các thiết bị công nghệ cao cho phép
kiểm tra thường xuyên tình trạng cách điện của lưới điện một chiều và có tín
hiệu báo trước khi điện trởi cách điện của lưới giảm quá trị số cho phép. Để
thực hiện việc kiểm tra cách điện trong mạng điện một chiều ta có thể dùng
vôn kế hoặc các sơ đồ cầu đặc biệt dưới đây.
IV.1.1 Phương pháp đùng vôn kế
Sơ đồ kiểm ưa cách điện đơn giản nhất ưong mạng điện một chiều là sơ
đồ dùng hai vôn kế mắc giữa các cực của lưới và đất như hình IV. 1. Hoặc sơ
đồ dùng một vôn kế và bộ chuyển mạch CM hình IV. 2 để lần lượt nối vôn kế
với các cực. ở đây R+ , R. tương ứng là điện trở cách điện của cực dương và cực âm, đối với đất, u là điện áp của mạng. Trong sơ đồ dùng một vôn kế, để
kiểm ưa cách điện ta lần lượt đảo chuyển mạch ở vị trí 1 và vị trí 2. Khi cách
điện của các cực đều bình thường trong cả 2 trường hợp vôn kế đều chỉ u. Khi
một cực chạm đất hoàn toàn điện áp của cực đó đối với đất bằng 0, điện áp
của các cực còn lại bằng điện áp Ư của mạng. Nhờ đó ta bíêt đựơc cực nào bị
chạm đất để tìm cách khắc phục. Sơ đồ một vôn kê' đơn giản, ít thiết bị nên
thường được dùng kiểm tra cách điện ưong mạch rotor của máy phát điện và
máy bù đồng bộ.
22
Hình IV .1: Sơ đồ kiểm tra cách điện dùng 2 vôn kê'
Hình IV .2: Sơ đồ kiểm tra cách điện dùng 1 vôn kế
Trong sơ đồ dùng 2 vôn kế, khi cách điện ở trạng thái bình thường, cả 2
vôn kế đều chỉ một nửa điện áp của mạng U/2. Khi điện trở của một cực bị
giảm xuống, vôn kế nối với cực đó sẽ chỉ điện áp nhỏ hơn 1/2 điện áp của
mạng. Nếu một cực chạm đất hoàn toàn, vôn kế nối với cực đó sẽ chỉ không,
vôn kế còn lại sẽ chỉ điện áp u của mạng. Thiết bị dùng 2 vôn kế đơn giản,
thuận tiện nhưng có nhược điểm quan trọng sau :
- Không cho phép đánh giá được điện trở của các cực đối với đất tại
mỗi thời điểm và không báo được tín hiệu khi cách điện bị giảm quá
mức cho phép.
- Khi có chạm đất trong mạch thao tác, bảo vệ rơle có thể tác động
nhầm hình IV.3. Nếu ngắn mạch đối với đất tại điểm N, cuộn dây23
của rơle trung gian RG được khép kín tiếp điểm của nó có thể đóng
lại để đi cắt máy cắt.
Hình ĨV3: Sơ đồ dẫn đến tác động nhầm của máy cắt khi chạm đất trong
mạch thao tác
Để khắc phục nhược điểm này, có thể dùng các vôn kế và các rơle trung
gian RG có điện trở lớn hoặc mắc thêm điện trở tại chỗ nối đất của các vôn kế.
Song như vậy độ nhạy của thiết bị kiểm tra cách điện sẽ thấp. Do nhược điểm
trên nên sơ đồ này chỉ được dùng ở những nơi không quan trọng. Trong nhà
máy điện và các trạm biến áp lớn người ta dùng các sơ đồ cầu để kiểm tra
cách điện của lưới điện thao tác.
IV.1.2. Sơ đồ cầu kiểm tra cách điện
Như đã nói ở trên, để kiểm tra cách điện của lưới điện thao tác trong các
thiết bị quan trọng, người ta sử dụng các sơ đồ cho phép đánh giá được điện
trở cách điện và báo tín hiệu khi cách điện của mạng giảm quá mức cho phép.
Nguyên lý làm việc của sơ đồ cầu kiểm ưa cách điện được trình bày trên hình
IV.4.
24
Hình TV.4: Sơ đồ cầu nguyên ỉý kiểm tra cách điện
Trong sơ đồ người ta dùng hai điện trở giống nhau RI và R2. Rơle tín
hiệu RTH và vôn kê' V được nối vào điểm chung của 2 điện trở và đất. Bình
thường,các cực có điện ưở đối với đất là R+ và R_. Như vậy các điện trở Rl,
R2, R+ , R. cùng với mạch rơle tín hiệu và vôn kế hợp thành một sơ đồ cầu. Rõ ràng rằng khi cách điên của các cực đối với đất như nhau (R+ = R.), các
điểm o và o’ có điện thế như nhau, nên rơle tín hiệu không khởi động, vôn kế
chỉ 0. Khi cách điện của một cực giảm xuống (R+ R.), điện thế hai đầu 0 và
o’ ưong nhánh giữa của cầu khác nhau và có dòng đi qua nó. Khi cách điện
giữa 2 cực khác nhau nhiều, dòng đi trong nhánh giữa sẽ đủ lớn để rơle tín
hiệu khởi động, vôn kế chỉ độ chênh lệch điện thế Uđ giữa o và o'. Từ nguyên lý trên người ta thiết kế các sơ đồ kiểm tra cách điện như dưới đây:
- Sơ đồ kiểm tra cách điện OPT
Sơ đồ kiểm tra cách điện như hình IV.5. Để thay đổi chế độ làm việc của sơ
đổ người ta dùng bộ khoá K gồm 4 bộ tiếp điểm 1, 2, 3 và 4 trong đó có 3 vị
trí làm việc, vị trí vẽ trên sơ đồ là vị trí báo tín hiệu. Nếu quay khoá 45° hay
90°, ta có thể đo được điện trở cách điện của mỗi cực.
25
Hình IV.5 : Sơ đồ kiểm tra cách điện OPT
Trong sơ đồ này người ta dùng rơle tín hiệu có điện trở lớn và dòng khởi
động nhỏ. Các điện trở RI, R2 và R3 giống nhau và bằng R=100Q, điện trở
R2 là một biến trở. Vôn mét có điện trở lớn và có thang đo về cả 2 phía. Khi
khoá K ở vị trí báo tín hiệu hình IV.6 là hình có dạng đớn giản. Nếu điện trở
cách điện của các cực như nhau, rơle tín hiệu không khởi động. Khi điện trở
của một cực giảm xuống sẽ có dòng điện đi qua rơle tín hiệu, điện trở giảm càng nhiều dòng đi qua rơle càng lớn khi đủ sẽ làm rơle khởi động và báo tín
hiệu. Để đo điện trở cách điện của + '__
các cực, ta lần lượt quay khoá 45°
và 90° để tách bộ báo tín hiệu ra
và cho bộ phận đo lường vào làm
việc. Khi quay khoá K một góc
45° ta có sơ đồ như hình IV.6 (1,
2, 3 mở 4 đóng) và khi quay 90° ta
có sơ đồ như hình IV.7 (1 đóng, 2,
3, 4 mở). Hình IV.6: Sơ đồ giải thích26
Như vậy khi ta quay khoá cầu sẽ mất cân bằng, để cầu cân bằng ta dịch vôn
kế trên biến trở R2. Nếu ta quay khoá 45° rồi điều chỉnh để cân bằng ở vị trí
đó, dòng điện và điện áp trong nhánh giữa bằng 0.
Sau đó để nguyên vị trí
của vôn kế quay khoá tiếp 45°
nữa ta sẽ biết được trực tiếp điện
trở cách điện của mạng Rcđ tại
mỗi thời điểm.Nhược điểm của
sơ đồ này là nếu R+ và R. đều
giảm như nhau thì không phát
hiện được vì cầu luôn ở trạng
thái cân bằng. Để khắc phục các
nhược điểm trên ta dùng thiết bị
kiểm tra cách điện Anđrianôp.
Hình IV.7: Sơ đồ cầu OPT khi khoá quay 45°
Hình IV.8 : Sơ đồ cầu OPT khi khoá quay 90°
- Sơ đồ kiểm tra cách điện Anđrianôp
27
R2 N2R1N1
TRTH í ì N3
RRH-
RGRTH
Thiết bị kiểm tra cách điện Anđrianôp cho phép xác định được điện trở
cách điện của các cực khi chúng bằng nhau hoặc khác nhau. Sơ đồ của thiết bị
này được vẽ trên hình IV.8, hai nhánh của cầu là các điện trở R1=R2=R
khoảng lkO, hai nhánh kia là
điện trở cách điện của các cực
R+ và R_ . Trong nhánh giữa
của cầu mắc ôm mét ( điện trở
Rô) để đo điện trở cách điện và
rơle tín hiệu (điện trở R r ) để
báo tín hiệu khi điện trở cách
điện giảm đến mức sự cố. Điện
trở chung của nhánh giữa là :
Rđ= Rô+ RrHình ỈV.8: Sơ đồ kiểm tra cách điện Anđrianôp
Bình thường người ta để sơ đồ làm việc ở chế độ kiểm tra cách điện khi
cách điện của một cực giảm xuống như hình vẽ.
Đây là trường hợp thường gặp trong thực tế. Cách điện của lưới được coi
là bình thường khi cách điện của cả 2 cực bằng nhau và xấp xỉ bằng : R+ « R.
« Rbt =100 - 200 kQ. Điện trở cách điện của lưới khi đó là
R = R + =50-100 kfìR + +R-
Thiết bị tác động cho tín hiệu (tiếp điểm của rơle tín hiệu RTH đóng
lại, cuộn dây của rơle trung gian RG có điện và đi báo tín hiệu ) khi cách điện
của một cực giảm đến 6-10 kQ đối với lưới 110 V và 15 -20 kQ đối với lưới
220 V.
Song nếu cả điện trở R+ và R. đều giảm bằng nhau thì cầu luôn cân
bằng, dòng trong nhánh giữa bằng 0 và cầu không phát hiện được. Khi đó ta
ấn nút N3 để nối tắt rơle tín hiệu rồi lần lượt làm hở mạch các điện trở RI và
R2 bằng các nút NI và N2 ta sẽ đo được dòng điện các nhánh giữa tương ứng.
Khi ấn nút NI điện trở RI bị hở mạch sơ đồ có dạng như hình IV.9. Khi ấn
u
28
nút N2 điện trở R2 hở mạch như hình IV. 10. Cuối cùng có thể nói thêm rằng
độ nhạy của rơle tín hiệu cần chọn sao cho khi chạm đất một cực trong lưới
điện thao tác, rơle tín hiệu tác động trước các khởi động nhầm có thể của rơle
bảo vệ trong mạch thao tác.
R=R2
Hình VI.9: Sơ đồ cầu khi ấn nút ấn Nỉ và N3
Hình ỈV.1Ồ: Sơ đồ cầu khi ấn nút ấn N2 và N3
IV.2. Bảo vệ quá dòng quá áp.
ZV.2.7. Bảo vệ quá dòng.
Thông thường bảo vệ quá dòng trong hệ thống điện một chiều hay dùng
cầu trì hoặc áp tô mát để bảo vệ ngắn mạch và quá tải. Các tín hiệu dòng đặt ở
các đường ra phân phối, trên bus một chiều và nguồn ắc qui sẽ được đưa tới bô
29
giám sát điều khiển ưung tâm. Khi có sự cố ở bất kỳ nhánh nào thì nhánh đó
sẽ có tín hiệu cảnh báo và trong trường hợp khẩn cấp có thể tách nhánh đó ra
khỏi hệ thống.
rv.2,2, Bảo vệ quá và thấp áp.
Bảo vệ quá áp và thấp áp trong hệ thống một chiều chia làm 2 vùng, bảo
vệ phía xoay chiều và phía một chiều. Các tín hiệu áp cũng được sử dụng
trong đo lường cách điện hệ thống một chiều.
30
