Đồ án Role DCT

Đồ án môn Bảo vệ Rơle trong Hệ Thống Điện GVHD: TS. Vũ Thị Thu Nga

LỜI MỞ ĐẦU

Một HTĐ thường rộng lớn về qui mô, trải dài trong không gian với nhiều thiết bị điện khác nhau từ phần phát điện, truyền tải và phân phối điện năng. Chúng ta cũng đều mong muốn HTĐ đó phải được vận hành ở chế độ an toàn, tin cậy, và kinh tế nhất, tuy nhiên những hư hỏng và hiện tượng không bình thường có thể xảy ra bất cứ lúc nào trong hệ thống điện, nếu không phát hiện kịp thời và khắc phục sự cố có thể làm cho HTĐ mất ổn định, thậm chí là tan rã ảnh hưởng rất nghiêm trong cho đời sống nhân dân, nền kinh tế quốc dân vì thế cần nhanh chóng phát hiện và cách ly phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống để có thể ngăn chặn và hạn chế thấp nhất những tác hại của hệ thống. Một trong những thiết bị bảo vệ làm nhiệm vụ đó là Rơle.

Đồ án môn học bảo vệ rơle trong hệ thống điện cung cấp cho chúng em một cái nhìn tổng quan về Rơle thiết bị bảo vệ hệ thống điện trước những kích động để HTĐ có thể làm việc an toàn, phát triển liên tục và bền vững.

Nội dung của đồ án bao gồm:

Phần A: Lý thuyết

1. Nhiệm vụ, các yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơle.2. Các nguyên lí bảo vệ đã học.

Phần B: Tính toán chỉnh định bảo vệ rơle.

1. Tính toán chọn các máy biến dòng điện BI trong sơ đồ bảo vệ.2. Tính toán dòng điện ngắn mạch.3. Tính toán các thông số bảo vệ của bảo vệ quá dòng cắt nhanh, quá dòng cực đại và

quá dòng thứ tự không.4. Xác định vùng bảo vệ của bảo vệ cắt nhanh và kiểm tra độ nhạy của các bảo vệ.

Trong quá trình thực hiện đồ án em xin chân thành cảm ơn các thầy ,cô giáo trong bộ

môn trong khoa Hệ thống, đặc biệt cô giáo Vũ Thị Thu Nga đã giúp em hoàn thành đồ án

này. Mong nhận được sự góp ý từ thầy cô.

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 20 tháng 11 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Bùi Đức Trung

SVTH: Bùi Đức Trung Page 1


A. Phần lý thuyếtCHƯƠNG I

NHIỆM VỤ VÀ CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA BẢO VỆ RƠLE

1.1 NHIỆM VỤ CỦA BẢO VỆ RƠLEKhi thiết kế hoặc vận hành bất kỳ một hệ thống điện (HTĐ) nào, chúng ta cũng đều

mong muốn HTĐ đó phải được vận hành ở chế độ an toàn, tin cậy, và kinh tế nhất. Một HTĐ thường rộng lớn về qui mô, trải dài trong không gian với nhiều thiết bị điện khác nhau từ phần phát điện, truyền tải và phân phối điện năng. Do đó, trong bất cứ HTĐ nào cũng có thể phát sinh các hư hỏng và các tình trạng làm việc không bình thường đối với các phần tử trong HTĐ đó. Nguyên nhân dẫn đến các hư hỏng, hay sự cố đối rất đa dạng:

Do các hiện tượng thiên nhiên: như giông bão, động đất, lũ lụt, núi lửa…

Do con người: sai sót trong tính toán thiết kế, sai lầm trong công tác vận hành, thiếu sót

trong bảo dưỡng thiết bị điện…

Các yếu tố ngẫu nhiên khác: già cỗi cách điện, thiết bị quá cũ, những hư hỏng ngẫunhiên, tình trạng làm việc bất thường của HTĐ…

Các sự cố nguy hiểm nhất có thể xảy ra trong HTĐ thường là các dạng ngắn mạch. Khi ngắn mạch, dòng điện tăng cao tại chỗ sự cố và trong các phần tử trên đường từ nguồn đến điểm ngắn mạch có thể gây ra những tác động nhiệt và cơ nguy hiểm cho các phần tử nó chạy qua. Hồ quang tại chỗ ngắn mạch nếu để tồn tại lâu có thể đốt cháy thiết bị, gây hỏa hoạn. Ngắn mạch cũng làm cho điện áp tại chỗ sự cố và khu vực lưới điện lân cận bị giảm thấp, ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của các hộ tiêu dùng điện. Trường hợp nguy hiểm nhất, ngắn mạch có thể dẫn đến mất ổn định và tan rã hoàn toàn HTĐ.

Các dạng ngắn mạch thường gặp trong HTĐ:

Ngắn mạch ba pha chiếm khoảng 5%

Ngắn mạch hai pha chiếm khoảng 10%

Ngắn mạch hai pha nối đất chiếm khoảng 20%

Ngắn mạch một pha chiếm khoảng 65%

Phân loại hư hỏng theo thiết bị trong HTĐ, với tỷ lệ hư hỏng:

Đường dây tải điện trên không chiếm khoảng 50%

Đường dây cáp chiếm khoảng 10%

Máy cắt điện chiếm khoảng 15%

Máy biến áp chiếm khoảng 12%

Máy biến dòng điện, biến điện áp chiếm khoảng 2%

Thiết bị đo lường, điều khiển, bảo vệ chiếm khoảng 3%

Các loại khác chiếm khoảng 8%



Ngoài các loại ngắn mạch, trong hệ thống điện còn có các tình trạng làm việc không bình thường. Phổ biến nhất là hiện tượng quá tải, lúc đó dòng điện tải tăng, làm tăng nhiệt độ của các phần dẫn điện. Nếu tình trạng quá tải kéo dài, làm cho thiết bị điện bị phát nóng quá giới hạn cho phép, làm cho cách điện của chúng bị già cỗi và đôi khi bị phá hỏng dẫn đến các sự cố nguy hiểm như ngắn mạch. Chính vì vậy mà trong khi tính toán thiết kế và vận hành

HTĐ, người ta cũng rất phải quan tâm đến các tình trạng làm việc không bình thường, vì nó chính là các nguyên nhân dẫn đến các sự cố nguy hiểm.

Do đó, nhiệm vụ của các thiết bị bảo vệ rơle là phát hiện và nhanh chóng loại trừ phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống điện nhằm ngăn chặn và hạn chế đến mức thấp nhất những hậu quả tai hại của sự cố. Ngoài ra, thiết bị bảo vệ còn ghi nhận và phát hiện những tình trạng làm việc không bình thường của các phần tử trong HTĐ. Tuỳ mức độ quan trọng của thiết bị điện mà bảo vệ rơle có thể tác động đi báo tín hiệu hoặc cắt máy cắt điện.

Thiết bị tự động được dùng phổ biến nhất để bảo vệ các HTĐ hiện đại là các rơle. Ngà y nay, khái niệm rơle thường dùng để chỉ một tổ hợp thiết bị thực hiện một hoặc một nhóm chức năng bảo vệ và tự động hóa HTĐ, thỏa mãn những yêu cầu kỹ thuật đề ra đối với nhiệm vụ bảo vệ cho từng phần tử cụ thể cũng như cho toàn bộ hệ thống. HTĐ đó. Nguyên nhân dẫn đến các hư hỏng, hay sự cố đối rất đa dạng:

1.2 YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA RƠLE1.2.1 Tính tin cậy

Là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng,chắc chắn:- Độ tin cậy khi tác động : (dependability) là mức độ chắc chắn rơle hoặc hệ thống rơle sẽ tác động đúng.- Độ tin cậy không tác động : (security)là mức độ chắc chắn rằng rơle hoặc hệ thống rơle sẽ không làm việc sai.Nói cách khác độ tin cậy khi tác động là khả năng bảo vệ làm việc đúng khi có sự cố

xảy ra trong phạm vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ ,còn độ tin cậy không tác động là khả năng tránh làm việc nhầm ở chế độ vận hành bình thường hoặc sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đã được quy định.

1.2.2 Tính chọn lọc

Là khả năng bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi HTĐ.Cấu hình của HTĐ càng phức tạp thì việc đảm bảo tính chọn lọc của bảo vệ càng khó khăn.

Theo nguyên lý làm việc,tính chọn lọc của các bảo vệ được phân ra: bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối và bảo vệ có tính chọn lọc tương đối.

Bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối là những bảo vệ chỉ làm việc khi sự cố xảy ra trong phạm vi hoàn toàn xác định, không làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận.

Bảo vệ có tính chọn lọc tương đối ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng được bảo vệ còn có thể thực hiện chức năng bảo vệ dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận



Để thực hiện yêu cầu về chọn lọc đối với các bảo vệ có độ chọn lọc tương đối,phải có sự phối hợp giữa các đặc tính làm việc củacác bảo vệ lân cận nhau trong toàn hệ thống nhằm đảm bảo mức độ liên tục cung cấp điện cao nhất, hạn chế tới mức thấp nhất thời gian ngừng cung cấp điện.

Xét một ví dụ cụ thể như sau:

Hình 1-1: Ví dụ về tính chọn lọc của bảo vệ rơleKhi ngắn mạch tại điểm N1 trên đường dây BC, để đảm bảo tính chọn lọc thì bảo

vệ phải cắt máy cắt 5 ở đầu đường dây bị hư hỏng BC. Như vậy tất cả các hộ tiêu thụ điện (trừ những hộ nối vào thanh góp C) sẽ tiếp tục làm việc bình thường sau khi MC 5

Khi ngắn mạch tại điểm N2, để bảo đảm tính chọn lọc thì bảo vệ cần phải cắt các máy cắt 1 và 2 ở hai đầu đường dây bị hư hỏng và việc cung cấp điện cho trạm B vẫn được duy trì.

1.2.3 Tính tác động nhanh

Tính tác động nhanh của bảo vệ Rơle là yêu cầu quan trọng vì việc cách ly càng nhanh chóng phần tử bị ngắn mạch sẽ càng hạn chế được mức độ phá hoại các thiết bị,càng giảm được thời gian sụt áp ở các hộ tiêu dùng điện,giảm xác suất dẫn đến hư hỏng nặng hơn và càng nâng cao khả năng duy trì ổn định sự làm việc của các máy phát điện và toàn bộ HTĐ. Tuy nhiên khi kết hợp với yêu cầu chọn lọc,để thỏa mãn yêu cầu tác động nhanh cần phải sử dụng những loại bảo vệ phức tạp và đắt tiền. Vì vậy,yêu cầu tác động nhanh chỉ đề ra tùy thuộc vào những điều kiện cụ thể của HTĐ và tình trạng làm việc của phần tử được bảo vệ trong HTĐ.

Rơle bảo vệ được gọi là tác động nhanh (có tốc độ cao) nếu thời gian tác động không vượt quá 50ms (2,5 chu kỳ của dòng điện tần số 50Hz). Rơle bảo vệ được gọi là tác động tức thời nếu không thông qua khâu trễ (tạo thời gian) trong tác động rơle. Hai khái niệm tác động nhanh và tác động tức thời được dùng thay thế lẫn nhau để chỉ các rơle hoặc bảo vệ có thời gian tác động không quá 50ms.

Ngoài tác động của rơle hay bảo vệ ,việc loại nhanh phần tử bị sự cố còn phụ thuộc vào tốc độ thao tác của máy cắt điện. Các máy cắt điện có tốc độ cao hiện đại tMC=(20÷60)ms (từ 1÷3 chu kỳ 50Hz), những máy cắt thông thường có tMC ≤ 5 chu kỳ (khoảng 100ms ở 50Hz).

Như vậy thời gian loại trừ sự cố tC = 2 ÷ 8 chu kỳ (khoảng 40÷160ms ở 50Hz) đối với bảo vệ tác động nhanh.

Đối với lưới điện phân phối thường sử dụng các bảo vệ có độ chọn lọc tương đối và phải phối hợp thời gian tác động giữa các bảo vệ. Bảo vệ chính thông thường có thời gian khoảng (0,2÷1,5) giây , bảo vệ dự phòng khoảng (1,5÷20) giây.

1.2.4 Độ nhạySVTH: Bùi Đức Trung Page 4


Độ nhạy đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của rơle hoặc hệ thống bảo vệ. Nó được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy Kn:

K n=đại lượng vật lý đặt vào rơle khi sự cố

ngưỡngtác động củanóSự sai khác giữa trị số của đại lượng vật lý đặt vào rơle và ngưỡng tác động của nó càng

lớn, rơle càng dễ cảm nhận sự xuất hiện của sự cố hay rơle tác động càng nhạy.Độ nhạy thực tế của bảo vệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Chế độ làm việc của HTĐ

(mức độ huy động nguồn max hay min), cấu hình của lưới điện (các đường dây làm việc song song, hay đơn lẻ), dạng ngắn mạch (ba pha, một pha, …), vị trí của điểm ngắn mạch (gần nguồn, hay xa nguồn), . . .

Tùy theo vai trò của bảo vệ mà yêu cầu về độ nhạy đối với nó cũng khác nhau.Các bảo vệ chính thường yêu cầu phải có hệ số độ nhạy trong khoảng 1,5÷2,0 còn đối với bảo vệ dự phòng từ 1,2÷1,5.

1.2.5 Tính kinh tếCác thiết bị bảo vệ được thiết kế và lắp đặt trong HTĐ, khác với các máy móc và thiết bị

khác, không phải để làm việc thường xuyêntrong chế độ vận hành bình thường. Nhiệm vụ của chúng là phải luôn luôn sẵn sàng chờ đón những bất thườngvà sự cố có thể xảy ra bất cứ lúc nào để có những tác động chuẩn xác.

Đối với các trang thiết bị cao áp và siêu cao áp, chi phí để mua sắm và lắp đặt thiết bị bảo vệ thường chỉ chiếm một vài phần trăm giá trị công trình. Vì vậy thông thường giá cả thiết bị bảo vệ không phải là yếu tố quyết định trong lựa chọn chủng loại hoặc nhà cung cấp cho thiết bị bảo vệ. Lúc này bốn yếu tố kỹ thuật trên đóng vai trò quyết định,vì nếu không thỏa mãn các yêu cầu này sẽ dẫn đến hậu quả rất nghiêm trọng cho hệ thống điện.

Đối với lưới trung và hạ áp vì số lượng phần tử cần được bảo vệ rất lớn, và yêu cầu bảo vệ đối với thiết bị không cao bằng các thiết bị bảo vệ ở các nhà máy điện hoặc lưới truyền tải cao áp và siêu cao áp do vậy cần cân nhắc đến tính kinh tế trong lựa chọn thiết bị bảo vệ sao cho đảm bảo được các yêu cầu về kỹ thuật với chi phí thấp nhất.

Năm yêu cầu trên trong nhiều trường hợp mâu thuẫn nhau,ví dụ muốn có được tính chọn lọc và độ nhạy cao cần phải sử dụng những loại bảo vệ phức tạp và đắt tiền,bảo vệ càng phức tạp thì càng khó thỏa mãn yêu cầu về độ tin cậy,hoặc những yêu cầu cao về kỹ thuật sẽ làm tăng chi phí cho thiết bị bảo vệ.Do đó trong thực tế cần dung hòa ở mức tốt nhất các yêu cầu trên trong quá trình lựa chọn các thiết bị riêng lẻ cũng như toàn bộ các thiết bị bảo vệ,điều khiển và tự động trong HTĐ.

CHƯƠNG II



NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CÁC BẢO VỆ ĐÃ HỌC

2.1 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN2.1.1 Nguyên tắc tác độngBảo vệ quá dòng điện là loại bảo vệ tác động khi dòng điện đi qua phần tử được bảo vệ

vượt quá một giá trị định trước. Theo phương pháp đảm bảo tính chọn lọc bảo vệ quá dòng điện được chia làm hai loại:

Bảo vệ dòng điện cực đại, ký hiệu 51, 51N hoặc I>, I0>Bảo vệ dòng điện cắt nhanh, ký hiệu 50, 50N, hoặc I>>, I0>>

2.1.2 Bảo vệ dòng điện cực đại Bảo vệ dòng điện cực đại thường là loại bảo vệ chính đối với mạng một nguồn cung

cấp,đường dây trung áp,làm bảo vệ dự phòng cho máy phát điện, máy biến áp hoặc đường dây truyền tải. Bảo vệ được đặt ở đầu mỗi đoạn đường dây (về phía nguồn), bảo vệ càng gần nguồn cung cấp thì thời gian tác động càng lớn.

- Thời gian làm việc của bảo vệ dòng điện cực đạiHai bảo vệ cận kề nhau có thời gian chọn lớn hơn nhau một bậc Δt, trong đó bảo vệ đặt

gần nguồn có thời gian làm việc lớn hơn.t n=max t n−1 +∆ t

Trong đó:

tn - thời gian đặt của cấp bảo vệ thứ n đang xét.tn+1 - thời gian tác động của các bảo vệ của cấp bảo vệ đứng trước nó (thứ

n).Δt - bậc chọn lọc về thời gian.Thông thường Δt = (0,3 ÷ 0,5)s với giới hạn dưới lấy cho Rơle số, giới hạn

trên lấy cho Rơle cơ.Ưu điểm cơ bản của bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc là giảm được thời gian cắt

ngắn mạch của bảo vệ ở gần nguồnNhược điểm là thời gian cắt ngắn mạch của bảo vệ tăng lớn khi IN ≈ Ikđ, đôi khi phối hợp

thời gian làm việc của bảo vệ là tương đối phức tạp.- Dòng điện khởi động của bảo vệ dòng điện cực đại:Theo nguyên lý của bảo vệ, dòng điện khởi động của bảo vệ phải lớn hơn dòng điện phụ

tải cực đại ILv.max của đường dây được bảo vệ. Tuy nhiên việc chọn dòng điện khởi động còn phụ thuộc vào nhiều điều kiện nặng nề hơn.

Dòng khởi động cảu bảo vệ:

I kđ=kat . kmm

kvI lv max

Trong đó: kat:

kmm :

kv :

là hệ số an toàn, để đảm bảo cho bảo vệ không cắt nhầm khi có ngắn mạch ngoài do sai số khi tính dòng ngắn mạch (kat = 1,1 ÷ 1,2).

là hệ số tự mở máy của các động cơ có trị số phụ thuộc vào loại động cơ, vị trí tương đối giữa chỗ đặt bảo vệ và các động cơ, sơ đồ HTĐ và một số yếu tố khác, thông thường kmm = 2 ÷ 3

là hệ số trở về của rơle phụ thuộc tính chất cơ và điện của cấu tạo rơ le,



Ikđ :

Ilvmax :

đảm bảo sự làm việc ổn định của bảo về khi có các nhiễu loạn ngắn (hiện tượng tự mở máy của các động cơ sau khi TĐL đóng thành công) trong hệ thống mà bảo vệ không tác động. ktv = 0,85 ÷ 0,95 đối với Rơle cơ. ktv = 1 đối với Rơle số.dòng khởi động

dòng điện cực đại qua đối tượng được bảo vệ, thường xác định trong chế độ cực đại của hệ thống.

Trong một số trường hợp thì dòng điện vào Rơle khác với dòng vào thứ cấp của BI

I kđ=kat . kmm . ksđ

ni . k vI lvmax

Trong đó: ni - tỉ số biến đổi của BI. ksđ - hế số sơ đồ đấu dây giữa BI với Rơle.- Độ nhạy của bảo vệ dòng điện cực đại:Độ nhạy của bảo vệ dòng điện cực đại được đặc trưng bằng hệ số Kn:

k n=I N min

I kđ

Hệ số độ nhạy là tỷ số dòng qua bảo vệ khi có ngắn mạch trực tiếp ở cuối cùng của bảo vệ với dòng điện khởi động nó.

Yêu cầu về độ nhạy là: - Đối với bảo vệ chính thì 2 > Kn ≥ 1,5 - Đối với bảo vệ dự phòng thì Kn ≥ 1,2- Vùng tác động:Vùng tác động của Rơle bảo vệ quá dòng có thời gian là toàn bộ phần đường dây tính từ

vị trí đặt bảo vệ về phía tải.Bảo vệ đặt gần nguồn có khả năng làm dự phòng cho bảo vệ đặt phía sau với thời gian cắt sự cố lớn hơn một cấp thời gian Δt.

2.1.3 Bảo vệ dòng điện cắt nhanhĐối với bảo vệ quá dòng thông thường càng gần nguồn thời gian cắt ngắn mạch càng

lớn, thực tế cho thấy ngắn mạch gần nguồn thì mức độ nguy hiểm càng cao hơn và cần loại trừ càng nhanh càng tốt. Để bảo vệ các đường dây trong trường hợp này người ta dùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh.

Bảo vệ dòng điện cắt nhanh là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn dòng điện khởi động theo dòng ngắn mạch ngoài lớn nhất qua chỗ đặt bảo vệ khi có ngắn mạch ở ngoài phần tử được bảo vệ (cuối cùng bảo vệ của phần tử được bảo vệ), bảo vệ dòng cắt nhanh thường làm việc tức thời với thời gian rất bé (t ≈ 0).

Bảo vệ cắt nhanh có khả năng làm việc chọn lọc trong lưới có cấu hình bất kỳ với một nguồn hay nhiều nguồn cung cấp. Ưu điểm của nó là có thể cách ly nhanh sự cố với công suất ngắn mạch lớn ở gần nguồn. Tuy nhiên vùng bảo vệ không bao trùm được hoàn toàn đường dây cần bảo vệ mà luôn có một vùng không tác động (vùng chết). Đây chính là nhược điểm lớn nhất của bảo vệ này.

Để đảm bảo tính chọn lọc, giá trị đặt của bảo vệ quá dòng cắt nhanh phải được chọn sao cho lớn hơn dòng ngắn mạch cực đại (ở đây là dòng ngắn mạch ba pha trực tiếp) đi qua chỗ đặt Rơle khi có ngắn mạch ở ngoài vùng bảo vệ.



Dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh: Ikđ = kat.INng.max

Trong đó: INng.max: là dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất thường được tính theo ngắn mạch ba pha trực tiếp tại điểm N với chế độ làm việc cực đại của hệ thống.

kat: là hệ số an toàn, thường lấy bằng 1,2 ÷ 1,3.Bảo vệ dòng điện cắt nhanh làm việc tức thời hoặc với thời gian rất bé (0,1s) để tránh

cho bảo vệ làm việc mất chọn lọc khi có giông sét và thiết bị chống sét tác động. Bảo vệ dòng điện cắt nhanh có nhược điểm là không bảo vệ được toàn bộ đối tượng, khi có ngắn mạch ở cuối phần tử (N1) bảo vệ cắt nhanh không tác động, mặt khác vùng tác động của bảo vệ LCN có thể thay đổi nhiều khi chế độ của hệ thống và dạng ngắn mạch thay đổi. Nhược điểm chung của nguyên lý quá dòng điện là không đảm bảo được tính chọn lọc của bảo vệ trong lưới điện phức tạp, có nhiều nguồn cung cấp.

2.2 BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN CÓ HƯỚNG2.2.1 Nguyên tắc tác độngTrong các mạng hình vòng một nguồn cung cấp (Hình vẽ 3-7-a,b) hoặc trong các mạng

có hai đầu cung cấp (Hình vẽ 3-7-c) bảo vệ dòng điện cực đại có thời gian làm việc chọn theo nguyên tắc từng cấp có thể không bảo đảm cắt ngắn mạch một cách chọn lọc.


Sơ đồ nguyên lý

Cách chọn dòng điện khởi động

Hình vẽ a) Mạch vòng,

b) Đường dây song song,

c) Đường dây có hai nguồn cung cấp


Bảo vệ dòng điện có định hướng công suất là loại bảo vệ làm việc theo trị số của dòng điện qua chỗ đặt bảo vệ và góc lệch pha giữa dòng điện đó với điện áp trên thanh góp của trạm có đặt bảo vệ. Bảo vệ tác động khi dòng điện vượt quá một giá trị định trước (giá trị khởi động) và pha của nó phù hợp với trường hợp ngắn mạch trên đường dây được bảo vệ (khi công suất ngắn mạch qua bảo vệ đi từ thanh góp ra đường dây). Về mặt bản chất: bảo vệ dòng điện có định hướng công suất là sự kết hợp giữa bảo vệ quá dòng và bộ phận định hướng công suất ngắn mạch.

d) Sơ đồ nguyên lý bảo vệ quá dòng, e) Đặctính pha của bộ phận định hướng công suất

2.2.2 Lựa chọn thời gian cho bảo vệ có hướngTrong mỗi nhóm bảo vệ, thời gian làm việc được chọn theo nguyên tắc từng cấp, tăng

dần từ cuối đến đầu nguồn như đối với các bảo vệ quá dòng điện thông thường. Bộ phận định hướng công suất làm việc theo góc lệch pha giữa dòng điện (chạy qua phần tử được bảo vệ) và điện áp (trên thanh góp chỗ đặt bảo vệ).

Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng đoạn gần nguồn hơn phải phối hợp với thời gian làm việc lớn nhất của bảo vệ quá dòng đặt ở đường dây nối với thanh góp liền kề, nghĩa là:

tn = maxtn-1 + Δttrong đó: tn :

tn-1 :thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng gần nguồn hơnthời gian làm việc của bảo vệ quá dòng của đường dây nối với thanh góp liền kề (xa nguồn hơn).

Δt : cấp chọn lọc về thời gian

2.2.3 Lựa chọn dòng khởi độngViệc lựa chọn dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng điện có hướng được chọn

tương tự như bảo vệ quá dòng điện cực đại.kat . kmm

k v. I lvmax=I kđ< I N min

Đối với mạch song song, cần xét thêm điều kiện làm việc lớn nhất ở hai đầu phần tử bảo vệ để tránh bảo vệ có thể làm việc nhầm cắt cả phần tử thứ hai sau khi phần tử thứ nhất bị sự cố vừa cắt ra, nghĩa là phải lấy:

I lvmax=Ilv max1+ I lvmax2



Tác động của bảo vệ quá dòng có hướng phụ thuộc vào hai yếu tố: dòng điện sự cố và hướng công suất qua chỗ đặt bảo vệ. Độ nhạy của bộ phận khởi động quá dòng điện được

kiểm tra theo hệ số độ nhạy k nhạy=I N min

I kđ , còn tác động của bộ phận định hướng công suất

được kiểm tra theo đặc tính góc. Đối với trường hợp sự cố cần khảo sát, xác định véc tơ điện áp đặt vào rơ le, lấy véc tơ này làm chuẩn, xác định miền tác động của bộ phận định hướng theo góc khởi động ϕkđ. Sau đó xác định véc tơ dòng điện chạy qua rơ le khi có sự cố, nếu véc tơ dòng điện sự cố nằm trong miền tác động, rơ le công suất sẽ làm việc. Tuỳ theo góc lệch pha giữa tổ hợp dòng và áp đặt vào rơ le trong chế độ làm việc bình thườngmà đôi khi người ta còn gọi tên các sơ đồ bảo vệ quá dòng có hướng theo như sơ đồ 90o,60o,30o

2.3 BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH2.3.1 Nguyên tắc tác độngBảo vệ quá dòng điện và bảo vệ quá dòng có hướng có thời gian làm việc chọn theo

nguyên tắc từng cấp đôi khi quá lớn và trong một số mạng vòng, không thể đảm bảo được tính chọn lọc như những lưới điện các bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh thì lại không bảo vệ hết hoàn toàn đường dây. Do đó người ta đã sử dụng bảo vệ khoảng cách (bảo vệ tổng trở cực tiểu).

Trong chế độ làm việc bình thường, tổng trở đo được tại chỗ đặt bảo vệ phụ thuộc vào trị số và góc pha của dòng điện phụ tải. Trên mặt phẳng phức số, ở chế độ dòng điện phụ tải cực đại IAmax khi phụ tải thay đổi, mút véc tơ tổng trở phụ tải cực tiểu ZAmin sẽ vẽ nên cung tròn có tâm ở gốc toạ độ của mặt phẳng tổng trở phức.


(a) Sơ đồ lưới điện

(c) Tổng trở trong điều kiện sự cố

Đặc tính khỏi động của bộ phận khoảng cách

Vùng biến thiên của tổng trở phụ


Tổng trở của đường dây tải điện AB được biểu diễn bằng véc tơ ZAB trên mặt phẳng phức. Độ nghiêng của véc tơ ZAB so với trục hoành (điện trở tác dụng R) phụ thuộc vào tương quan điện kháng của đường dây XAB và điện trở tác dụng của đường dây RAB.

Ta có: φD=tan−1 X AB

RAB

Khi có ngắn mạch trực tiếp tại điểm N trên đường dây, tổng trở đo được tại chỗ đặt bảovệ: ZAN = RAN + jXAN. Trị số tổng trở đo được sẽ giảm đột ngột so với chế độ làm việc bình thường, nhưng độ nghiêng của véc tơ tổng trở không thay đổi. Khi ngắn mạch qua điện trở trung gian (thường do điện trở của hồ quang Rqđ phát sinh tại chỗ ngắn mạch) tổng trở đo được tại chỗ đặt bảo vệ: Z’AN = RAN + jXAN + Rqđ = ZAN + Rqđ Tổng trở đo được có trị số lớn hơn nhưng góc nghiêng của véc tơ tổng trở có giảm đi so với khi ngắn mạch trực tiếp tại N

2.3.2 Nguyên lý làm việcTrong trường hợp chung, bảo vệ khoảng cách có các bộ phận chính sau:+ Bộ phận khởi động: có nhiệm vụ khởi động bảo vệ vào thời điểm phát sinh sự cố, kết

hợp với các bảo vệ khác làm bậc bảo vệ cuối cùng. Bộ phận khởi động thường được thực hiện nhờ Rơle dòng cực đại hoặc rơle tổng trở cực tiểu.

+ Bộ phận khoảng cách: đo khoảng cách từ chỗ đặt bảo vệ đến điểm hư hỏng, thực hiện nhờ Rơle tổng trở.

+ Bộ phận tạo thời gian: tạo thời gian làm việc tương ứng với khoảng cách đến điểm hư hỏng, được thực hiện bằng một số Rơle thời gian khi bảo vệ có đặc tính thời gian nhiều cấp.

+ Bộ phận định hướng công suất: để tránh bảo vệ tác động nhầm khi hướng công suất ngắn mạch từ đường dây được bảo vệ đi vào thanh góp của trạm, được thực hiện bằng các Rơle định hướng công suất riêng biệt hoặc kết hợp trong bộ phận khởi động và khoảng cách.

2.3.3 Các đặc tính khởi động của bảo vệ khoảng cáchĐể bảo vệ khoảng cách làm việc được thì cần phải có biện pháp đo lường tổng trở đặt

vào rơle, hay cần phải nghiên cứu các đặc tính tổng trở. Đặc tính khởi động là đường biên

xác định điều kiện tác động của mỗi bảo vệ được biểu diễn trong mặt phẳng phức Z.

Những rơ le tổng trở đã chế tạo và sử dụng trong hệ thống điện có đặc tuyến khởi động

rất đa dạng như hình vẽ trên nhằm để đáp ứng tốt điều kiện vận hành của các hệ thống điện.

Hiện nay nguyên lý đo tổng trở thường được sử dụng kết hợp với các nguyên lý khác

như: quá dòng điện, quá điện áp, thiếu điện áp để thực hiện bảo vệ đa chức năng hiện đại.

Nguyên lý đo tổng trở có thể được sử dụng để bảo vệ lưới điện phức tạp có nhiều nguồn

cung cấp với cấu hình bất kỳ. Ngày nay với sự phát triển của hệ thống thông tin, và truyền

tín hiệu, các rơle khoảng cách ngày càng được dùng rộng rãi nhất là các cấu hình cho phép

cắt liên động, và cho phép khóa liên động làm tăng tốc độ loại trừ sự cố.



Các đặc tuyến tổng trở khởi động thường gặp: a) Tổng trở không hướng (ZKđ=const); b) Tổng trở có hướng (vòng tròn qua gốc toạ

độ); c) Vòng tròn lệch tâm; d) Hình thấu kính, e,g) Hình đa giác; h) 7SA513

2.3.4 Lựa chọn giá trị khởi độngViệc lựa chọn thời gian cho bảo vệ khoảng cách cũng được chọn theo nguyên tắc từng

cấp như bảo vệ quá dòng điện cực đại. Tức là độ lệch về thời gian làm việc giữa các vùng bảo vệ liền kề nhau Δt chọn bằng: Δt = 0,3 ÷ 0,5 s,

2.4. BẢO VỆ DÒNG ĐIỆN THỨ TỰ KHÔNG Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không thường được sử dụng cho lưới điện hình tia được

cấp điện từ một phía với dòng điện chạm đất chạy qua chỗ đặt bảo vệ vượt giá trị chỉnh định.

Dòng điện chạm đất được xác định: I Đ=IA=3 I oN=√3 . j . ω.U dđ phụ thuộc vào cấp điện áp của lưới điện và điện dung trong tổng đẳng trị đối với đất và các phần tử nối trực tiếp về điện với nhau của lưới điện. Dòng điện này thường bé hơn nhiều so với dòng điện tải cực đại của đường dây được bảo vệ. Nếu dòng điện chạm đất có trị số lớn, người ta thường lắp đặt vào từng điểm của hệ thống các cuộn PETERSEN để cải thiện điều kiện vận hành của lưới điện.

Có hai loại bộ lọc dòng điện thứ tự không thường được sử dụng: loại dòng ba máy biến dòng và loại dùng một máy biến dòng có lõi từ chung cho cả ba pha (dùng bộ lọc dòng điện thứ tự không)

Loại dùng một máy biến dòng có lõi từ chung cho cả ba pha có sai số thấp hơn, độ nhậ y cao hơn, vì vậy thích hợp với nhiệm vụ phát hiện dòng điện chạm đất bé trong lưới điện có trung điểm không nối đất trực tiếp. Tỷ số biến đổi của các máy biến dòng thứ tự không này



thường bằng 60/1 hoặc 75/1A, khi có chạm đất dòng điện thứ cấp của biến dòng có thể đo được từ vài chục đến vài trăm miliampe. Để có thể tác động với dòng điện bé như vậy thường phải sử dụng những rơ le dòng điện đặc biệt có độ nhậy cao. Thời gian làm việc của các bảo vệ trong lưới điện thường được phối hợp theo nguyên tắc bậc thang như đối với bảo vệ dòng điện thông thường.

2.5.BẢO VỆ SO LỆCH DÒNG ĐIỆN2.5.1 BẢo vệ so lệch dòng điện2.5.1.1 Nguyên tắc tác độngBảo vệ so lệch dòng điện là loại bảo vệ làm việc dựa trên nguyên tắc so sánh trực tiếp

biên độ dòng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ. Nếu sự sai lệch giữa hai dòng điện vượt quá trị số cho trước (giá trị khởi động) thì bảo vệ sẽ tác động.

Là loại bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối, vùng tác động của bảo vệ so lệch được giới hạn bằng vị trí đặt của hai tổ máy biến dòng ở đầu và cuối phần tử được bảo vệ, từ đó nhận tín hiệu dòng điện để so sánh. Sơ đồ nối các phần tử như Hình vẽ 3-14 còn được gọi là sơ đồ dòng điện tuần hoàn hay dòng điện so lệch.

Hình vẽ :a) Sơ đồ nguyên lý, b) Đồ thị véctơ dòng điện khi ngắn mạch ngoài vùng và trong chế độ bình thường, c) Khi ngắn mạch trong vùng.

Dòng điện so lệch chạy qua rơ le: İ SL=Δ İ=İ T 1−İ T 2=İ R

Tình trạng làm việc bình thường và ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ (điểm N1)Trong trường hợp lý tưởng (giả sử các biến dòng giống hệt nhau không sai số, ta có:

İ S 1=İ S1nên İ T 1=İ T 2 và dòng điện đi vào rơle İ R=İT 1−İT 2=0 nên vảo nên bảo vệ không tác động (hình b)

Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ (N2)Trường hợp có hai nguồn cung cấp thì İ S 1≠ İ S 1 cả về trị số góc pha, do đó các dòng điện

thứ cấp cũng khác nhau İ T 1≠ İT 2 và dòng điện vào rơle İ R=İT 1−İT 2≠ 0



Nếu |I R|≥ I k đ bảo vệ sẽ tác động cắt các máy cắt của phần tử được bảo vệ, đồ thị dòng điện như hình c

Trường hợp nguồn chỉ có từ một phía (SB= 0)Khi đó dòng chạy qua rơle là: İ R=İT 1, nếu |I R|≥ I k đ thì bảo vệ sẽ tác động

2.5.1.2 Chọn dòng điện khởi độngTrong các sơ đồ bảo vệ so lệch, các cuộn dây thứ cấp của các biến dòng điện phải nối

sao cho khi bình thường và khi ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ dòng điện qua rơ le IR = 0, còn khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ dòng điện qua rơle IR bằng dòng điện ngắn mạch tổng ở phía thứ cấp IN.

Trên thực tế, do sai số của máy biến dòng, đặc biệt do hiện tượng bão hoà của mạch từ, nên trong chế độ làm việc bình thường và khi có ngắn mạch ngoài, dòng điện phía thứ cấp của hai tổ máy biến dòng BI1 và BI2 sẽ khác nhau và:

Do đó dòng điện khởi động sẽ được tính toán như sau:Ikđ = kat .IKcbtt max

Trong đó: dòng điện không cân bằng phụ thuộc các yếu tố sau: Ikcbttmax =fimax.kđn.kkck.INngoàimax

fimax : là sai số cực đại cho phép của BI (fimax =10%) kđn : Hệ số đồng nhất của BI (=0÷1) kkck :là hệ số kể đến ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạch INngoàimax: là thành phần chu kỳ của dòng ngắn mạch lớn nhất

2.5.2 Nguyên lý so sánh pha dòng điện.Nguyên tác tác động: so sánh góc pha giữ dòng điện đi vào và dòng điện đi ra của hệ

thống bảo vệ.Pha của dòng điện được truyền qua kênh tín hiệu để so sánh với nhau (hình 1.7). Độ

lệch pha được tính như sau: ( trong đó φ1, φ2 tương ứng là dòng điện đi vào và đi ra khỏi hệ thống bảo vệ).

Hình: Bảo vệ so sánh pha dòng điện.a). Sơ đồ nguyên lý; b) đặc tính góc của bảo vệ.



+ Khi làm việc bình thường và ngắn mạch ngoài: bảo vệ không tác động.

+ Khi ngắn mạch trong vùng: nên bảo vệ tác động. Trong thực tế để tránh trường hợp bảo vệ so sánh pha dòng điện tác động nhầm do điện

dung kí sinh trên đường dây thì góc khởi động của bộ so sánh pha được chọn:



B. Tính toán chỉnh định bảo vệ rơleCHƯƠNG I

CHỌN TỶ SỐ BIẾN ĐỔI BIDòng điện cũng như điện áp của các phần tử trong HTD thường có trị số rất lớn, không

thể đưa trực tiếp vào dụng cụ đo hoặc rơle và các thiết bị tự động khác, vì vậy các dụng cụ và thiết bị này thường được đấu nối qua máy biến dòng hay máy biến áp.

Máy biến dòng điện có cuộn dây sơ cấp đấu nối tiếp vào mạch sơ cấp. Chọn tỷ số biến đổi máy biến dòng BI1, BI2 dùng cho bảo vệ đường dây D1, D2. Dòng điẹn sơ cấp danh định của BI chọn theo quy chuẩn lấy theo giá trị lớn. Dòng thứ cấp lấy bằng 1A

Tỉ số biến đổi của máy biến dòng điện BI:

ni=I S đd

I T đd

Trong đó:IS đd

IT đd

ni

là dòng điện sơ cấp của máy biến dòng điện BI ( IS đd ≥ Ilv max)là dòng điện thứ cấp tiêu chuẩn của máy biến dòng điện BI (IS đd =1A)là tỷ số biến đổi của máy biến dòng

Dòng điện làm việc trên đường dây 2 là:

I 2lv max=1,4. I pt 2max=1,4.P2

√3 .U đm . cosφ2

=1,4. 3.103

√3 .24 .0,9=112,263 A

Dòng điện làm việc trên đường dây 1 là:

I 1lv max=(1 , 4. I pt 2max )+ I 2 lvmax

¿ 1,4√3 . Uđm

.( P1

cosφ1+

P2

cosφ2)= 1,4

√3 .24.( 4

0,8+ 3

0,9 ) .103=280,656 A

Dòng điện sơ cấp danh định của BI1 là: IS1 = 300 A

Tỉ số biến dòng điện BI1: ni=I S đd

I T đd=300

5=60

Dòng điện sơ cấp danh định của BI2 là: IS2 = 150 A

Tỉ số biến dòng điện BI1: ni=I S đd

I T đd=150

5=30



CHƯƠNG 2TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH

Chế độ cực đại: tính toán ngắn mạch 3 pha N(3), ngắn mạch 2 pha chạm đất N(1,1) và ngắn mạch 1 pha chạm đất N(1)

Chế độ cực tiểu: tính toán ngắn mạch 3 pha N(3), ngắn mạch 2 pha chạm đất N(1,1) và ngắn mạch 1 pha chạm đất N(1)

2.1 CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦUGiả thiết trong quá trình tính toán ngắn mạch ta bỏ qua: - Bão hoà từ - Dung dẫn ký sinh trên đường dây, điện trở của máy biến áp và cả đường dây - Ảnh hưởng của phụ tải

Lưới điện bao gồm một Hệ thống, trạm biến áp gồm 2 máy biến biến áp 110/24kV và đường dây truyền tải có thông số như sau:

1. Hệ thống: Công suất ngắn mạch cực đại: SN max = 2000 MVA Công suất ngắn mạch cực tiểu: SN min = 0,8*SN max = 0.8*2000 =1600 MVA Tỉ số giá trị điện kháng (thứ tự không/thứ tự thuận): X0 HT/X1 HT = 0,8

2. Máy biến áp: Công suất máy biến áp: SđmB = 15 MVA Điện áp cuộn cao: UC = 110 kV Điện áp cuộn hạ: UH = 24 kV Điện áp ngắn mạch phần trăm: UN% = 10% Tổ đấu dây YN/YN

3. Đường dây

Đường dây Loại dây dẫn Chiều dài (km) Z1(Ω/km) Z0(Ω/km)D1 AC - 100 60 0,27 + j0,39 0,48 + j0,98D2 AC - 75 25 0,15 + j0,37 0,35 + j0,97

2.2 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ ĐIỆN KHÁNG2.2.1 Giả sử vị trí các điểm ngắn mạch



2.2.2 Giá trị các điện khángCác đại lượng cơ bản:Tính toán trong hệ đơn vị tương đối ta chọn:+ Công suất cơ bản Scb = 100MVA+ Điện áp cơ bản Ucb = Utb các cấp =24;115kV ; EHT = 1

a. Hệ thống Giá trị điện kháng thứ tự thuận:

Chế độ cực đại:

X1 HT max=Scb

SN max= 100

2000=0,05

Chế độ cực tiểu:

X1 HT min=Scb

SN min= 100

1600=0,0625

Giá trị điện kháng thứ tự không:Chế độ cực đại:

X 0 HT max=0,8. X1 HT max=0,8 .0,05=0,04Chế độ cực tiểu:

X 0HT min=0,8. X1 HT min=0,8 . 0,0625=0,05 b. Máy biến áp

X BA=12

. X B 1=12

. XB1=12

.0,6667=0,3334

c. Đường dâyChia đường dây D1 và D2 lần lượt thành 4 đoạn bằng nhau. Ta có

Giá trị điện kháng thứ tự thuận:

X1 D1 1=X1 D1 2=X1 D 13=X1 D 1 4=14

. X1 . L1 .Scb

U cb2 = 1

4. 0,39 .60 . 100

242 =1,0156

X1 D2 1=X1 D2 2=X1 D 23=X1D 24=14

. X1 . L2 .Scb

U cb2 =1

4.0,37 .25 . 100

242 =0,4015

Giá trị điện kháng thứ tự không:

X 0 D1 1=X 0D1 2=X 0D13=X0 D14=14

. X0 . L1 .Scb

U cb2 =1

4.0,98 .60 . 100

242 =1,7708

X 0 D2 1=X 0D2 2=X0D23=X0 D 2 4=14

. X0 . L2 .Scb

U cb2 =1

4.0,97.25 . 100

242 =1,0525

2.3 TÍNH NGẮN MẠCH Ở CHẾ ĐỘ CỰC ĐẠIĐể tính toán chế độ ngắn mạch không đối xứng ta sử dụng phương pháp các thành phần

đối xứng. Điện áp và dòng điện được chia thành ba thành phần: thành phần thứ tự thuận,



thành phần thứ tự nghịch và thành phần thứ tự không lần lượt cho 9 điểm từ N1 đến N9 như sau:

2.3.1 Tính giá trị các điện kháng

Tại điểm ngắn mạch N1:X1∑=X 2∑=X1HT+ XBA

X0∑=X 0 HT+ XB12

Tại điểm ngắn mạch N2:X1∑=X 2∑=X1 HT+ XBA+ X1 D1 1

X0 ∑=X0 HT+X B12+ X0 D 11

Tại điểm ngắn mạch N3:X1∑=X 2∑=X1HT+ XBA+2. X1 D1 1

X0∑=X0 HT+X B12+2. X 0 D1 1

Tại điểm ngắn mạch N4:X1 ∑=X 2∑=X1 HT+ XBA+3. X1 D1 1

X0∑=X0 HT+X B 12+3. X 0 D1 1

Tại điểm ngắn mạch N5:X1∑=X 2∑=X1HT+ XBA+4. X1D1 1

X0∑=X0 HT+X B12+4. X0 D11

Tại điểm ngắn mạch N6:X1∑=X 2∑=X1HT+ XBA+4. X1D1 1+X1 D21

X0∑=X0 HT+X B12+4. X0 D 11+X 0 D21

Tại điểm ngắn mạch N7:X1 ∑=X 2∑=X1 HT+ XBA+4. X1 D1 1+2. X1 D21

X0 ∑=X0 HT+X B 12+4. X0D 11+2. X0 D2 1

Tại điểm ngắn mạch N8:X1∑=X 2∑=X1HT+ XBA+4. X1D1 1+3 . X1 D2 1

X0∑=X0 HT+X B12+4. X0 D 11+3 . X0 D2 1

Tại điểm ngắn mạch N9:X1∑=X 2∑=X1HT+ XBA+4. X1D1 1+4. X1 D2 1

X0∑=X0 HT+X B12+4. X0 D 11+4. X0D2 1

Giá trị các điện kháng sau khi tính toán được ghi trong bảng sau:N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9

X1∑ 0,3834 1,399 2,4146 3,4302 4,4458 4,8473 5,2488 5,6503 6,0518

X0∑ 0,3734 2,1442 3,915 5,6858 7,4566 8,5091 9,5616 10,6141 11,6666

2.3.2 Tính dòng ngắn mạch khi sự cốDòng ngắn mạch khi sự cố được tính theo công thức sau:



I N=m( j). I a 1

Trong đó: I N

I a 1

- dòng ngắn mạch của pha sự cố

- dòng ngắn mạch thành phần thứ tự thuận

I a1=E

X1 ∑+ X∆( j)

X ∆( j),m( j) - điện kháng và hệ số phụ thuộc vào dạng ngắn mạch j

Ta có bảng tóm tắt sau:

Dạng ngắn mạch (j) X ∆

( j) m( j) Tính toán

N(1) X 0∑+ X2∑ 3

I a 1=I a 2=I a 0

I a 1=EHT

X1 ∑+ X2 ∑+ X0 ∑

N(1,1) X 0∑/¿ X 2∑ √3 .√1−X2 ∑ . X0 ∑

( X 2∑+ X0 ∑)2

I a1=EHT

X1 ∑+X2 ∑ . X0 ∑

X2 ∑+X 0∑

I a 2=−I a1 .X0 ∑

X0 ∑+ X2∑

I a 0=−I a 1.X2 ∑

X0 ∑+X2 ∑

N(2) X1 ∑+X2 ∑ √3

I a 1=EHT

X1 ∑+ X2 ∑

I a 2=−I a1

I a0=0

N(3) 0 1 I a 1=I a 2=I a 0=0

Tính toán ngắn mạch 3 pha N(3):

Tại điểm N1:



Sơ đồ thay thế :

X1 ∑=X1 HT max +X B 12=0,05+0,3334=0,3834

Dòng điện ngắn mạch tại N1 trong hệ đơn vị tương đối:

I N 1¿(3) =

EHT

X1 ∑= 1

0,3834=2,6082

Dòng điện ngắn mạch tại N1 trong hệ đơn vị có tên:

I N 1(3) = I rsub N 1 ^ * rsup (3) . I rsub cb = I rsub N 1 ^ * rsup (3) . S rsub cb over sqrt 3 . U rsub cb =2,6082. 100 over sqrt 3 .24 =6,2744 (kA ¿

Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch khác ta được kết quả ghi trong bảng sau:

N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9X1∑ 0,3834 1,399 2,4146 3,4302 4,4458 4,8473 5,2488 5,6503 6,0518IN

(3) 6,2745 1,7195 0,9963 0,7013 0,5411 0,4963 0,4583 0,4258 0,3975

Tính toán ngắn mạch1 pha chạm đất N(1):Tại điểm N1

Ta có: X2 ∑=X1 ∑=0,3834 ; X 0∑=0,3734

Áp dụng công thức tính nhanh dòng ngắn mạch ở bảng trên ta được:

Dòng ngắn mạch thành phần thứ tự thuận, nghịch, không:

I a 1=EHT

X1 ∑+ X2 ∑+ X0 ∑= 1

0,3834+0,3824+0,3734=0,877

I a 1=I a 2=I a 0

Dòng ngắn mạch siêu quá độ trong hệ đơn vị có tên là:

I N(1) =3. I rsub a1 . S rsub cb over sqrt 3 . U rsub cb =3.0,877. 100 over sqrt 3 .24 =6,3292 (kA ¿

Tính toán tương tự ta có :

Điểm ngắnmạch N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9

X1∑ = X2∑ 0,3834 1,399 2,4146 3,4302 4,4458 4,8473 5,2488 5,6503 6,0518X0∑ 0,3734 2,1442 3,915 5,6858 7,4566 8,5091 9,5616 10,6141 11,6666

Ia1=Ia2=Ia0 0,8770 0,2023 0,1144 0,0797 0,0612 0,0549 0,0499 0,0456 0,0421IN

(1)" (kA) 2,0016 0,4618 0,2610 0,1819 0,1396 0,1254 0,1138 0,1041 0,0960

Tính toán ngắn mạch hai pha với nhau N(2)Tại điểm N1

Ta có: X2 ∑=X1 ∑=0,3834 ; X 0∑=0,3734


Dòng ngắn mạch thành phần thứ tự thuận:



I a 1=EHT

X1 ∑+ X2 ∑= 1

0,3834 . 2=1,3041


I N(2) = sqrt 3 . I rsub a1 . S rsub cb over sqrt 3 . U rsub cb = sqrt 3 . 1,3041 . 100 over sqrt 3 . 24 =5,4338 (kA ¿

Tính toán tương tự ta lại có:


X1∑0,383

4 1,399 2,4146 3,4302 4,4458 4,8473 5,2488 5,6503 6,0518

IN1(3) 6,274

5 1,7195 0,9963 0,7013 0,5411 0,4963 0,4583 0,4258 0,3975

Ia11,304

1 0,3574 0,2071 0,1458 0,1125 0,1032 0,0953 0,0885 0,0826

IN(2)" 5,433

8 1,4892 0,8628 0,6074 0,4686 0,4298 0,3969 0,3687 0,3443

Tính toán ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1)

Tại điểm N1

Ta có: X2 ∑=X1 ∑=0,3834 ; X 0∑=0,3734


Dòng ngắn mạch thành phần thứ tự thuận:

I a 1=EHT

X1 ∑+X2 ∑ . X0 ∑

X2∑+X 0∑

= 1

0,3834+ 0,3834 . 0,37340,3834+0,3734

=1,7465


I N(1) = sqrt 3 . sqrt 1- X rsub 2∑ . X rsub 0∑ over left (X rsub 2∑ + X rsub 0∑ right ) ^ 2 . I rsub a1 . S rsub cb over sqrt 3 . U rsub cb ¿

¿√3 .√1− 0,3834 . 0,3734(0,3834 .0,3734 )2

.1,7465. 100√3 . 24

=6,3024(kA)

Tính toán tương tự ta có :


X1∑ = X2∑0,383

4 1,399 2,4146 3,4302 4,4458 4,847

3 5,2488 5,6503 6,0518

X0∑0,373

4 2,1442 3,915 5,6858 7,4566 8,509

1 9,5616 10,6141 11,6666

Ia11,746

5 0,4453 0,2559 0,1795 0,1383 0,126

0 0,1158 0,1071 0,0996

Ia0 0,884 0,1758 0,0976 0,067 0,0517 0,045 0,0410 0,0372 0,0340



8 6 7

IN(1,1)" 6,302

4 1,6187 0,9319 0,6545 0,5043 0,460

4 0,4236 0,3924 0,3655

2.4 TÍNH NGẮN MẠCH KHI MẠNG ĐIỆN Ở CHẾ ĐỘ CỰC TIỂUTa tiến hành tính toán các điện kháng tổng (thứ tự thuận, thự tự nghịch, thứ tự không)

lần lượt cho 9 điểm từ N1 đến N9 như sau:

2.4.1 Tính giá trị các điện kháng

Tại điểm ngắn mạch N1:X1∑=X 2∑=X1HT+ XBA

X0∑=X 0 HT+ XB12

Tại điểm ngắn mạch N2:X1∑=X 2∑=X1 HT+ XBA+ X1 D1 1

X0 ∑=X0 HT+X B12+ X0 D 11

Tại điểm ngắn mạch N3:X1∑=X 2∑=X1HT+ XBA+2. X1 D1 1

X0∑=X0 HT+X B12+2.X 0 D1 1

Tại điểm ngắn mạch N4:X1 ∑=X 2∑=X1 HT+ XBA+3. X1 D1 1

X0∑=X0 HT+X B 12+3.X 0 D1 1

Tại điểm ngắn mạch N5:X1∑=X 2∑=X1HT+ XBA+4. X1D1 1

X0∑=X0 HT+X B12+4. X0 D11

Tại điểm ngắn mạch N6:X1∑=X 2∑=X1HT+ XBA+4. X1D1 1+X1 D21

X0∑=X0 HT+X B12+4. X0 D 11+X 0 D21

Tại điểm ngắn mạch N7:X1 ∑=X 2∑=X1 HT+ XBA+4. X1 D1 1+2. X1 D21

X0 ∑=X0 HT+X B 12+4. X0D 11+2. X0 D2 1

Tại điểm ngắn mạch N8:X1∑=X 2∑=X1HT+ XBA+4. X1D1 1+3 . X1 D2 1

X0∑=X0 HT+X B12+4. X0 D 11+3 . X0 D2 1

Tại điểm ngắn mạch N9:X1∑=X 2∑=X1HT+ XBA+4. X1D1 1+4. X1 D2 1

X0∑=X0 HT+X B12+4. X0 D 11+4. X0D2 1

Áp dụng cách tính như chế độ cực đại ta được bảng giá trị các điện kháng khi mạng điện ở chế độ cực tiểu:

Chế độ cực tiểu:

X1 HT min=Scb

SN min= 100

1600=0,0625



X 0 HT min=0,8. X1 HT min=0,8 . 0,0625=0,05

X BA=XB1=XB2=U N %100

.Scb

Sđm B 1= 10

100. 100

15=0,6667

Ta có được bảng số liệu sau:


X1∑ = X2∑ 0,7293 1,7449 2,7605 3,7761 4,7917 5,1932 5,5947 5,9962 6,3977

X0∑ 0,7168 2,4876 4,2584 6,0292 7,8 8,8525 9,905 10,9575 12,01

2.4.2 Tính dòng ngắn mạch khi sự cốDưới đây là tổng hợp kết quả dòng ngắn mạch ở chế độ cực tiểu:


X1∑ = X2∑0,395

9 1,4115 2,4271 3,4427 4,4583 4,859

8 5,2613 5,6628 6,0643

X0∑0,383

4 2,1542 3,925 5,6958 7,4666 8,5191 9,5716 10,624

1 11,6766

Ngắn mạch1 pha

Ia10,850

9 0,2009 0,1139 0,0795 0,0610 0,054

8 0,0498 0,0456 0,0420

IN(1)" 6,141

0 1,4500 0,8220 0,5736 0,4405 0,395

7 0,3592 0,3288 0,3032

Ngắn mạch2 pha

Ia11,262

9 0,3542 0,2060 0,1452 0,1122 0,102

9 0,0950 0,0883 0,0824

IN(2)" 5,262

3 1,4760 0,8584 0,6051 0,4673 0,428

7 0,3960 0,3679 0,3435

Ngắn mạch2 pha chạm

đất

Ia11,693

0 0,4416 0,2547 0,1789 0,1379 0,125

7 0,1155 0,1069 0,0994

IN(1,1)" 3,608

6 3,6344 3,6417 3,6448 3,6465 3,653

2 3,6589 3,6638 3,6681

Ngắn mạch3 pha IN

(3)" 6,0763 1,7043 0,991

2 0,6988 0,5396 0,4950 0,4572 0,4248 0,3967



CHƯƠNG 3TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CỦA BẢO VỆ ĐƯỜNG DÂY.

3.1 BẢO VỆ QUÁ DÒNG CẮT NHANH (50)Trị số dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh được lựa chọn theo công

thức:I kđ=k at . I N ngmax

Trong đó: Kat là hệ số an toàn. Chọn kat = 1,2

IN ngmax là dòng ngắn mạch ngoài cực đại, dòng ngắn mạch lớn nhất thường lấy bằng giá trị dòng ngắn mạch trên thanh cái cuối đường dây.

Dòng khởi động cho bảo vệ quá dòng cắt nhanh trên đoạn đường dây D2 là:

I kđ50=k at . IN 9 ngmax=1,2 .3,6681=4,4017 (kA )


I kđ50=k at . I N 5ngmax=1,2 .3,6465=4,3758 (kA )

3.2 BẢO VỆ QUÁ DÒNG THỨ TỰ KHÔNG CẮT NHANH (50N)Trị số dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh được lựa chọn

theo công thức:I kđ=k at . I 0 N ngmax

Trong đó:

kat là hệ số an toàn. Chọn kat = 1,2

I0N ngmax là dòng ngắn mạch ngoài thứ tự không cực đại, dòng ngắn mạch lớn nhất thường lấy bằng giá trị dòng ngắn mạch trên thanh cái cuối đường dây.


I kđ50 N=kat . I0 N 9 ngmax=1,2 . 0,034=0,0408 (kA )


I kđ50 N=kat . I0 N 5 ngmax=1,2 . 0,0517=0 , 0620 ( kA )

3.3. BẢO VỆ QUÁ DÒNG CÓ THỜI GIAN (51):Dòng bảo vệ quá dòng có thời gian được lựa chọn theo công thức sau:

I kđ=kat × kmm

kv× I lv max

Trong đó: kat là hệ số an toàn. Chọn kat = 1.2 kmm là hệ số mở máy của các phụ tải động cơ có dòng điện chạy qua chỗ đặt

bảo vệ, kmm = 1.8 kv hệ số trở về của rơle, kv = 0.95 Ilv max đòng điện làm việc lơn nhất trên đường dây D1, D2

Dòng khởi động cho bảo vệ quá dòng có thời gian trên đoạn đường dây D2 là:



I kđ51=

kat . kmm

kv. I lvmax=

1,2. 1,80,95

. 112,623.10−3=0,256(kA)

Dòng khởi động cho bảo vệ quá dòng có thời gian trên đoạn đường dây D1 là:

I kđ51=

kat . kmm

kv. I lvmax=

1,2.1,80,95

. 280,656.10−3=0,713(kA)

Chọn thời gian làm việc của bảo vệ:

Đặc tính thời gian của bảo vệ

t= 80I¿

0.02−1×T p(s )

Với :

I ¿=I

I kđ

3.3.1 Chế độ cực đại Đường dây D2:

Xét điểm ngắn mạch N9: IN9 ng max = 0,3655 (kA)

I ¿=I N 9ngmax

I kđ51 =0,3655

0,256=1,4277

t 29=t pt 2+∆ t=0,5+0,5=1(s)

T p 2=I ¿

0.02−180

.t 29=1,42770.02−1

80× 1=8,933 ×10−5(s)

Xét điểm ngắn mạch N8: IN8 ng max = 0,3924 (kA)

I ¿=I N 8ngmax

I kđ51 = 0,3924

0,256=1,5328

t 28= 80

I¿0.02−1

.T p2=80

1,53280.02−1.8,933.10−5=0,833(s)

Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch còn lại của đường đây D2 ta được kết quả ghi trong bảng sau:


Documents

Đồ án Role DCT