Điện điện tử - Chương III: Các nguyên lý đo lường, theo dõi, phát hiện hư hỏng trong bảo vệ

s (mm) 150 U(kV) + Dòng điện tải đi qua máy cắt phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường. Đặt máy cắt tùy vị trí. Nếu bảo vệ phụ tải cắt nhanh, nếu bảo vệ hệ thống phân cấp. Bảo vệ chính và bảo vệ dự phòng. CHƯƠNG III: CÁC NGUYÊN LÝ ĐO LƯỜNG, THEO DÕI, PHÁT HIỆN HƯ HỎNG TRONG BẢO VỆ. § 3.1 Các nguyên lý đo lường cho bảo vệ 1. Đo 1 đại lượng đầu vào Vào X, ra Y X Y 1 0 NếuY = 1  x tác động. Y = 1 giảm X sao cho Y 0 ® 1nhnh t X K X   K nhả cao  phụ tải 2. Đo 2 đại lượng vào 0 1Y X1 X2 Ví dụ: đo công suất cần U, I Đo osc  cần U, I Đo tổng trở cần U, I Có ngưỡng của X1, X2 Trị hiệu dụng của biên độ So sánh góc lệch pha §3.2 Các nguyên lý đo lường cho bảo vệ 1. Bảo vệ quá dòng điện Các loại phần tử bảo vệ + Rơle dòng điện cực đại ( I > Iđ tác động lập tức, kiểu phần động chữ Z khác với rơle dòng điện cực tiểu kiểu mạch từ hút chập) + Rơle kiểu điện từ + Rơle nhiệt kiểu lưỡng kim có trễ theo quan hệ 2I t const + Rơle cảm ứng có trễ + Rơle điện tử: bảo vệ quá dòng trễ hoặc tức thời biến tín hiệu dòng thành tín hiệu điện áp rồi so sánh với Uchuẩn 2. Bảo vệ so lệch dòng điện Nguyên lý v rI I I   , I đủ lớn. Nếu sự cố bên ngoài thì so lệch không làm việc Nếu sự cố bên trong ( ví dụ ngắn mạch vòng dây trong máy biến áp) so lệch tác động. 3. Bảo vệ hướng công suất Máy điện đồng bộ làm việc ở các chế độ - Động cơ - Máy phát - Máy bù đồng bộ Bảo vệ hướng công suất tránh việc đang làm việc động cơ chuyển sang máy phát mà không mong muốn. 4. Bảo vệ quá, thiếu điện áp - Đơn giản 5. Bảo vệ tần số Máy phát đồng bộ : + Nhà máy thủy điện + Nhà máy nhiệt điện  điều tốc 6. Các nguyên lý khác - Nhiệt độ + Dạng thiết bị cảnh báo + Loại cảm biến  tác động - Tốc độ bốc hơi dầu trong máy biến áp: hệ thống rơle khí. ( Rơle có 2 phao, 2 cấp, nếu tốc độ bốc hơi nhiều thì rơle cảnh báo; nếu tốc độ bốc hơi lớn thì tác động tức thời. phao 1 nối với công tắc hành trình) Máy biến áp phân phối công suất bé: không có hệ thống bảo vệ. CHƯƠNG IV: BẢO VỆ CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN § 4.1 Máy phát điện đồng bộ 1. Các dạng hỏng hóc và không bình thường máy phát đồng bộ Nội bộ: + Với stato ngắn mạch giữa các pha, 1 pha chạm đất, ngắn mạch vòng dây + Với roto chạm đất 1 điểm, chạm đất 2 điểm Bên ngoài + Ngắn mạch giữa các pha + Tải mất đối xứng + Mất kích từ + Quá tải + Mất đồng bộ 2. Bảo vệ chống chạm đất trong cuộn dây stato Máy phát đồng bộ stato đấu Y, điểm trung tính không nối đất trực tiếp mà đấu qua cuộn L ( Pertson ) hoặc R để giảm quá điện áp nếu bị phóng điện chập chờn. Có cuộn L hoặc R duy trì dòng điện nối đất. Khi chạm đất xảy ra ở gần cực máy phát  chạm đất điện dung. Coi r chạm đất không đáng kể, rchạm đất = 0 ¹m ®Êt 3chI CU  : số phần trăm vòng dây chạm đất C: điện dung của cuộn dây với đất. Dòng chạm đất ® ®m30 , 6cI A U kV  ® ®m20 , 10cI A U kV  Nếu ® 5cI A  hỏng lõi thép, cắt máy phát. - Phát hiện dòng chạm đất + 1 điểm chạm đất Bảo vệ so lệch SL BI BI I L,RA X + 2 điểm trong 1 pha chạm đất ( ngắn mạch vài vòng dây)  dòng điện rất lớn. Điện áp ra không đối xứng L,R I A X + 2 cuộn song song, 1 cuộn chạm đất, 1 cuộn không chạm Dùng so lệch để phát hiện. XA L,R I BIBI SL Có nhiều sơ đồ bảo vệ chống chạm đất 1 pha. Cách điện pha – đất bị hỏng chạm chập 1 pha. Thân cách điện bằng băng thủy tinh, cách điện bột mica, kết dính expoxy.  ít bị phóng điện trong rãnh, bị phóng điện ở tiếp giáp phần uốn cong và đầu nối. 3. Bảo vệ chống chạm chập giữa các pha Dùng TI bảo vệ quá dòng điện và bảo vệ so lệch. SL Qu¸ dßng 4. Bảo vệ chạm chập vòng dây trong 1 pha Dùng bảo vệ quá dòng điện 5. Mất đồng bộ 6. Quá tải Mất kích từ Bảo vệ quá điện áp: khi hệ thống điều chỉnh ổn định điện áp bị hỏng gây quá áp. Trong máy phát điện công suất lớn, ổ đỡ cần quan tâm đến chế độ nhiệt ở đó. Bảo vệ chống dòng điện thứ tự nghịch ở stato khi tải không đối xứng. 7.Bảo vệ chống công suất ngược Máy phát không phát ra điện mà tiêu thụ điện. Dùng áptomat công suất ngược. Sơ đồ bảo vệ máy phát đồng bộ công suất bé ( < 50 MVA ) 1. So lệch có hãm 2. Quá tải stato 3. Công suất ngược 4. Mất kích từ 5. Bảo vệ thứ tự nghịch 6. Quá dòng có trễ 7. Chống chạm đất cuộn dây stato ( 95%) 8. Giảm tần số 9. Quá điện áp 10. Chạm đất roto I2 P -jX I2 > I > f < U > BU BU (95%) MF I BI BI BI BI 10 8 9 2 3 4 5 6 7 R 1 U0> Sơ đồ bảo vệ máy phát điện công suất lớn 7R 15 14 13 12 11 10 9 IMF BU0 BU U0> U > f < Z << I2 P (95%) (100%) P -jX P- I >> U0> 2 1 3 4 5 Ch¹m ®Êt Roto Qu¸ t¶i Roto 6 8 1. Chống chạm đất ( 95%) 2. Công suất ngược (1) 3. Mất kích từ 4. Tách khỏi hệ thống 5. Quá tải stato 6. Chống chạm đất roto 7. So lệch có hãm 8. Quá tải roto 9. Tần số thấp 10. Quá điện áp 11. Chống mất đồng bộ 12. Công suất ngược (2) 13. Quá dòng thứ tự nghịch 14. Khoảng cách 15. Chống chạm đất 100% cuộn dây stato § 4.2. Bảo vệ máy biến áp và biến áp tự ngẫu 1.Các dạng hư hỏng và các bảo vệ thường dùng - Hỏng hóc bên trong + Chạm chập vòng dây trong 1 pha: dòng điện pha tăng Số vòng chập càng nhiều, dòng tăng càng cao 1 2 2 , 0 C n c c c c E I R X l R S coi X       Trong đó: c : số vòng chập E1: điện áp 1 vòng chập Nếu 1c  thì dòng chập tăng, điện áp giảm Bảo vệ so lệch hoặc RU, RI + Ngắn mạch giữa các cuộn dây: nếu ngắn mạch 1vòng thì dòng điện không tăng nhiều + Rò dầu: dầu dùng để cách điện sứ đầu vào, ra và cách điện cách vòng dây biến áp + Hỏng hóc bộ điều áp: Umax , Umin tác động + Chạm đất cuộn cao và hạ áp - Hỏng hóc bên ngoài + Ngắn mạch pha + Quá tải + Quá bão hòa mạch từ Dạng hư hỏng Loại bảo vệ Ngắn mạch 1 pha, nhiều pha, chạm đất So lệch có hãm ( bảo vệ chính) Khoảng cách ( dự phòng) Quá dòng có thời gian ( chính và dự phòng) Quá dòng thứ tự 0 Chạm chập các vòng dây Bị rò dầu Rơle khí ( rơle hơi) Có 2 kiểu: tác động và cảnh báo Quá tải Hình ảnh nhiệt Quá dòng có trễ Các loại khí cụ điện bảo vệ quá tải Quá bão hòa mạch từ Thiết bị chống bão hòa 2. Các bảo vệ chống ngắn mạch a. Bảo vệ so lệch có hãm: trong nội bộ máy biến áp b. Quá dòng có trễ - Do tải - Đặt bảo vệ: máy biến áp cả vào, ra; máy biến áp bé đặt đầu ra c. Bảo vệ khoảng cách với máy biến áp có công suất lớn S >100 MVA d. Bảo vệ chống chạm đất Máy biến áp có trung tính nối đất chỉ bảo vệ 95% vì nếu chạm đất cuối đường dây dòng chạm đất nhỏ. e. Bảo vệ quá tải ( đối với máy có công suất lớn) - Quá tải thì nhiệt độ tăng - Quá tải cũng là quá dòng Dùng hình ảnh nhiệt : nhiệt độ qua các điểm khác nhau nhờ cảm biến. f. Dùng rơle hơi: dùng máy biến áp công suất trung bình và lớn Cũng dựa vào nhiệt độ. Rơle khí có 2 cấp: cảnh báo và tác động. Có hai phao: + Nếu ngắn mạch vài vòng dây phao trên tác động đưa ra cảnh báo, đưa ra đèn báo, chuông. + Nếu mất dầu, áp lực hơi nhanh phao hai tác động  đưa ra tín hiệu cắt ở sơ cấp g. Lựa chọn phương thức bảo vệ máy biến áp Máy biến áp công suất bé: Bên cao áp: + Bảo vệ có cầu chì tự rơi + Dao cách ly + cầu chì + Dao cắt phụ tải Máy biến áp phân phối S 800kVA Dùng dao cắt phụ tải đóng cắt dòng tải Các sơ đồ bảo vệ *) Bảo vệ máy biến áp 2 cuộn dây công suất bé ( < 100MVA) *) Bảo vệ máy biến áp 3 cuộn dây, công suất lớn I>L I  I MC1 MC2 RK 1 2 3 4 I MC1 MC2 RK 1 2 I>t 0 Cảnh báo I>> I0 I0 I0 I0 MC2 B Z> 6 9 107 C MC3 1 2 RL1 RL2 3 4 8 5 I > Z< MC1 A 11 1. So lệch có hãm 2. So lệch thứ tự 0 3, 4. Rơle khí 5. Khoảng cách 6. Quá dòng có t 7. Dự phòng 8, 9, 10. Quá tải cho các phía 11. Nhiệt độ dầu *) Bảo vệ cho máy biến áp tự ngẫu công suất lớn B Z< 3 A MC1 Z< 4 I >> 1 I0 35 kV §Ó hë RL2 RL1 2 500 kV200 kV 4 Z< MC2 §4.3. Bảo vệ động cơ điện 1. Công suất lớn, điện áp cao - Điện áp xoay chiều: đồng bộ, không đồng bộ, máy bơm, quạt gió - Động cơ đều trung tính không nối đất: Sự cố trong: chạm chập vòng dây, chạm vỏ, ngắn mạch các pha Sự cố ngoài: ngắn mạch lưới, mất pha, quá tải Dạng sự cố Loại bảo vệ Ngắn mạch giữa các pha, đường dây cấp điện Quá dòng hoặc so lệch có hãm Chạm chập vòng dây Quá dòng có hướng Quá tải: Khi khởi động Khi làm việc Kiểm tra thời gia khởi động Chống quá tải Mất cân bằng pha Dòng thứ tự nghịch Tụt điện áp Điện áp thấp Động cơ đồng bộ: mất đồng bộ Chống mất đồng bộ 2. Bảo vệ quá dòng điện - Dùng rơle nhiệt bảo vệ quá tải - Aptomat bảo vệ ngắn mạch - Bị mất pha phải tác động nhanh dùng bộ lọc thứ tự 0 đơn giản theo dòng hoặc theo áp. + Bộ lọc thứ tự 0 theo dòng: dùng máy biến dòng ôm cả 3 dây, nhưng mỗi tải khác nhau chọn biến dòng khác nhau, đảm bảo độ tin cậy. + Bộ lọc thứ tự 0 theo áp: dùng trung tính giả. Phần bài tập: I. Cấu trúc máy biến áp Sơ cấp có 11 nấc chuyển mạch tạo ra 23 cấp điện áp II. Tổ nối dây máy biến áp /Y  III.Tải của máy biến áp ( lò hồ quang) Bảo vệ chống sự cố máy biến áp lò 20000 MVA vì I2 dòng quá lớn không có ACB nào phù hợp 12 biến dòng ở V2, dòng để điều khiển I2 bằng nâng hạ điện cực Sơ cấp: I1 = ( 150 – 300 )A Chọn biến dòng theo 300A, lúc đó máy làm việc với điện áp lớn nhất. Chống sét van: van oxit kim loại, không có khe hở. Có thêm bộ đếm: mỗi lần có sét bộ đếm tăng 1 lần. Tụ điện: điện áp 20 KV Bảo vệ quá dòng: - Quá dòng lớn: cắt nhanh - Quá dòng bé: có trễ Rơle hơi: cảnh báo và tác động Tín hiệu nhiệt độ: quá hình ảnh nhiệt: cảnh báo và cắt Bảo vệ chạm đất 1 pha lấy từ tín hiệu dòng + Chọn máy cắt tổng VCB: 1600A, Uđm = 36 KV phải sử dụng máy cắt 1600 A vì một máy cắt dòng I1 = 330 A mà ở đây là 3 tổ máy biến áp làm việc song song. Máy cắt này cắt khi quá dòng bé vì nó không có chức năng bảo vệ quá dòng mà chỉ có chức năng đóng cắt. Bảo vệ do các rơle + Chọn TI: 400/5, Uđm = 35KV cấp chính xác 03. Dung lượng máy biến dòng S = 20VA. + Chọn TU Phần Y: cấp cho phần đo đếm điện năng, theo dõi công suất, osc  Phần  : cảnh báo mất pha của lưới + Tất cả KC1 – KC9 : cuộn dây dòng đienẹ của rơle dòng điện cực đại kiểu điện từ KC1, KC2, KC3: cắt nhanh thì chỉnh rơle để I = ( 5 - 10) Iđm KC4, KC5, KC6 : cắt chậm phải thêm có trễ, chỉnh định rơle KC7, KC8, KC9: cảnh báo khi ®mI I , chỉnh định rơle IV. Động cơ Ví dụ: động cơ không đồng bộ - Dây quấn: mở máy, khởi động: thay đổi Rroto - Lồng sóc:khởi động /Y  , biến áp tự ngẫu, cuộn kháng, điện tử công suất. Chọn phương pháp khởi động sao cho khi bắt đầu khởi động Mkđ > M0 ( của tải) Các phương pháp theo dõi tốc độ để chuyển đổi nối /Y  + n: rơle tốc độ, phát tốc ( khó gá lắp ) + I: rơle dòng điện cực đại ( hạn chế ở chỗ tiếp điểm chập chờn do lực hút điện từ loại rơle này nhỏ) + Dùng rơle thời gian ( dựa theo kinh nghiệm) loại này hạn chế ở chỗ không phản ứng được với sự cố lúc khởi động Đổi nối /Y  hay dùng cho động cơ hạ áp, với động cơ cao áp hay dùng cuộn kháng hoặc biến áp tự ngẫu. Điều khiển đổi nối /Y  Dùng biến áp tự ngẫu Khởi động K1, K2 cùng đóng Uđc = 1/K.Ulưới Làm việc K3 đóng, K1, K2 cắt Uđc = UL