Tài liệu hướng dẫn cho công nhân kỹ thuật - Bảo vệ Rơ - le trong trạm điện ppt

Tài liệu hướng dẫn
Dành cho công nhân kỹ thuật
Và kỹ sư mới ra trường.
Phạm Quốc Thái biên soạn.
CÁC DẠNG SỰ CỐ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
1/. Ngắn mạch – Các tính chất
Phân loại tính chất theo nguyên nhân:
–
Nguyên nhân cơ học:
–
Vật dẫn điện bị đứt gẫy
–
Vật dẫn không mong muốn nối chúng với nhau (như các dụng cụ
hoặc súc vật).
–
Nguyên nhân điện:
–
Suy giảm cách điện giữa các pha,
–
Suy giảm cách điện giữa pha và khung sườn có nối đất,
–
Quá điện áp nội bộ
–
Quá điện áp khí quyển.
–
Sai sót trong vận hành:
–
Nối đất pha có điện,
–
Nối hai nguồn khác nhau không đủ điều kiện đồng bộ,
–

Đóng mở các thiết bị đóng cắt sai quy trình
CÁC DẠNG SỰ CỐ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
1/. Ngắn mạch – Các tính chất
Phân loại tính chất theo vị trí:

Từ bên trong thiết bị (dây cáp điện, động cơ, máy
biến áp, tủ điện )

thường dẫn đến làm hỏng thiết bị đó.

Từ bên ngoài thiết bị (dây cáp điện, động cơ, máy
biến áp, tủ điện ).

Các hậu quả của nó giới hạn trong mức gây nhiễu loạn
hệ thống

Theo thời gian có thể dẫn đến hư hỏng thiết bị và dẫn
đến sự cố bên trong.
CÁC DẠNG SỰ CỐ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
1/. Ngắn mạch – Các tính chất
Phân loại tính chất theo thời gian:

Ngắn mạch tự phục hồi: sự cố tự biến mất.

-Ngắn mạch thoáng qua:

sự cố biến mất do tác động của các thiết bị bảo vệ

không xuất hiện lại sau khi các thiết bị khởi động trở
lại.


- Ngắn mạch lâu dài:

sự cố đòi hỏi phải cắt điện các thiết bị như cáp điện,
máy điện

cần có sự can thiệp của nhân viên
CÁC DẠNG SỰ CỐ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
1/. Ngắn mạch – Các dạng ngắn mạch
Ngắn mạch giữa Pha và đất: chiếm 80% các trường hợp
CÁC DẠNG SỰ CỐ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
1/. Ngắn mạch – Các dạng ngắn mạch
Ngắn mạch giữa Pha và pha: chiếm 15% các trường hợp
CÁC DẠNG SỰ CỐ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
1/. Ngắn mạch – Các dạng ngắn mạch
Ngắn mạch 3 Pha : chiếm 5% các trường hợp
CÁC DẠNG SỰ CỐ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
1/. Ngắn mạch – Nguyên nhân ngắn mạch

Phá hủy cách điện, do:

Hư hỏng trên bề mặt thiết bị (do nhiễm bẩn)

Quá nhiệt

Phóng điện trong các lỗ hổng li ti bên trong chất cách điện.

– Suy giảm cách điện bất thường

Do súc vật, cây cối hoặc do dụng cụ sót lại trên vật dẫn

điện do bất cẩn.

– Hư hỏng cách điện do các nguyên nhân ngoài :

Bị va chạm với xe cộ

– Quá điện áp dẫn đến đánh thủng cách điện:

Quá điện áp nội bộ hoặc quá điện áp khí quyển.
CÁC DẠNG SỰ CỐ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
2/. Các dạng sự cố khác

– Đối với động cơ:

Khởi động liên tiếp dẫn đến quá nhiệt và tạo đột biến cơ học trên
các khớp nối trục.

Thời gian khởi động kéo dài do Rô-to bị khóa, dẫn đến hậu quả
tương tự.

–  Đối với máy phát:

Mất kích thích do các sự cố trong mạch Rô-to (cắt nguồn hoặc
ngắn mạch) dẫn đến quá nhiệt Rô-to và Sta-to, mất đồng bộ với
lưới.

Các biến động về tần số do quá tải, hoặc do bộ điều tốc làm việc
sai.

Kết nối không đồng bộ: nối máy phát với lưới, hoặc 2 bộ phận lưới

với nhau khi không đúng điều kiện đồng bộ.
CÁC DẠNG SỰ CỐ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
2/. Các dạng sự cố khác

Quá điện áp khí quyển

do sét.

–  Quá điện áp nội bộ:

do xung điện áp quá độ khi đóng cắt thiết bị.

–  Quá tải thiết bị:

như cáp điện, máy biến áp, máy phát hoặc đông cơ.

–  Công suất hoặc năng lượng bị đảo chiều:

Khi mất một số nguồn cung cấp, một số máy phát nội bộ bị
phát ngược ra lưới.


CÁC DẠNG SỰ CỐ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
2/. Các dạng sự cố khác

–  Biến động điện áp :

Các bộ điều áp dưới tải của máy biến áp tác động sai,

Biến động quá áp, thấp áp trên lưới.


–  Sự xuất hiện thành phần thứ tự nghịch:

Máy phát điện không cân xứng,

Tải mất cân bằng,

Tải một pha quá lớn,

Tiếp xúc của các thiết bị đóng cắt bị hỏng

Dẫn đến quá nhiệt động cơ, máy phát và có thể làm mất
đồng bộ máy phát.
CÁC CHỨC NĂNG BẢO VỆ VÀ ỨNG DỤNG
1/. Khái niệm về rơ le bảo vệ

Các rơ le bảo vệ là

Các thiết bị luôn luôn so sánh các thông số điện của lưới
(thí dụ như dòng điện, điện áp, tần số và tổng trở) với
những giá trị đặt trước,

Tự động xuất ra các yêu cầu để tác động đến các thiết bị
đóng cắt khi các thông số cần kiểm tra vượt qua các giá trị
ngưỡng.

Xuất ra các tín hiệu cảnh báo.

Vai trò của các rơ le bảo vệ


Phát hiện các điều kiện làm việc không bình thường của
mạch điện thí dụ như ngắn mạch, dao động điện áp, sự cố
máy

Tạo ra các tín hiệu cắt mạch, khóa mạch để cô lập sự cố.
CÁC CHỨC NĂNG BẢO VỆ VÀ ỨNG DỤNG
2/. Các loại rơ le bảo vệ
Loại không có nguồn nuôi (tự hành)

Khi năng lượng cần cho hoạt động của nó được lấy trực tiếp
từ chính mạch tín hiệu

Cơ cấu tác động phải đủ nhạy, vì nguồn năng lượng lấy từ
tín hiệu có thể bị giới hạn.
CÁC CHỨC NĂNG BẢO VỆ VÀ ỨNG DỤNG
2/. Các loại rơ le bảo vệ
Loại có nguồn nuôi,

khi năng lượng để rơ le hoạt động được cung cấp từ một
nguồn phụ (xoay chiều hoặc một chiều).

Nguồn này độc lập với tín hiệu cần kiểm soát.
CÁC BẢO VỆ CHÍNH TRONG TRẠM BIẾN ĐIỆN
1/. Bảo vệ quá dòng (Mã ANSI = 50 hoặc 51)

Chức năng của loại bảo vệ này là để bảo vệ quá dòng 1
pha, 2 pha hay 3 pha.

Bảo vệ sẽ tác động khi có 1, 2 hoặc 3 pha có dòng điện
vượt lên quá trị số đặt trước.


Bảo vệ này có thể được đặt một thời gian trễ :

Rơ le chỉ tác động khi dòng điện cần kiểm soát vượt cao
hơn ngưỡng cài đặt sau một thời gian ít nhất bằng thời gian
trễ đã đặt trước.

Thời gian trễ này có thể là độc lập (xác định) hoặc thời gian
theo đặc tính ngược.
CÁC BẢO VỆ CHÍNH TRONG TRẠM BIẾN ĐIỆN
1/. Bảo vệ quá dòng (Mã ANSI = 50 hoặc 51)

Bảo vệ thời gian trễ độc
lập:

Iset : Ngưỡng dòng điện
đặt.

T : Thời gian tác động
trễ.

Dòng điện ngưỡng và
thời gian trễ thường
được người dùng đặt
trước.
CÁC BẢO VỆ CHÍNH TRONG TRẠM BIẾN ĐIỆN
1/. Bảo vệ quá dòng (Mã ANSI = 50 hoặc 51)

Bảo vệ thời gian ngược:


Thời gian trễ tùy
thuộc vào tỷ số giữa
dòng điện đo được
và dòng điện
ngưỡng.

Dòng điện càng lớn
thời gian trễ càng
ngắn.
CÁC BẢO VỆ CHÍNH TRONG TRẠM BIẾN ĐIỆN
1/. Bảo vệ quá dòng (Mã ANSI = 50 hoặc 51)

Các dạng bảo vệ thời
gian ngược:

thời gian ngược tiêu
chuẩn (standard
inverse),

thời gian ngược rất
dốc (very inverse)

thời gian ngược cực
dốc (extremely
inverse
CÁC BẢO VỆ CHÍNH TRONG TRẠM BIẾN ĐIỆN
2/. Bảo vệ chạm đất
(Mã ANSI = 50N hoặc 51N, 50G hoặc 51G)

Dùng để bảo vệ lưới điện chạm đất.


Tác động khi dòng điện dôi dư I
rsd
= I
1
+ I
2
+ I
3
tăng lên
vượt quá giá trị ngưỡng cài đặt.

Dòng điện dôi dư này biểu thị cho dòng chạm đất.

Có thời gian tác động tương tự với bảo vệ quá dòng pha
với đặc tuyến tương tự t = f (I
rsd
).

Được cài đặt sao cho nó đủ nhạy và có thể phát hiện
được dòng chạm đất có giá trị thấp.
CÁC BẢO VỆ CHÍNH TRONG TRẠM BIẾN ĐIỆN
2/. Bảo vệ chạm đất
(Mã ANSI = 50N hoặc 51N, 50G hoặc 51G)
Đo lường dòng dôi dư

Bằng một bộ biến dòng cân
bằng có lõi từ đủ cho 3 dây dẫn
của 3 pha đi xuyên qua.


Các vòng dây xuyên qua tạo
nên một từ thông φ
rsd
= φ
1
+ φ
2

+ φ
3
.

φ
1
, φ
2
và φ
3
tỷ lệ với dòng điện
pha I
1
, I
2
và I
3
,

Φ
rsd
tỷ lệ với dòng dôi dư cần

đo.

Mạch bẫy dòng điện để phát
hiện được các dòng điện chạm
đất trong nội bộ dây cáp điện.
CÁC BẢO VỆ CHÍNH TRONG TRẠM BIẾN ĐIỆN
2/. Bảo vệ chạm đất
(Mã ANSI = 50N hoặc 51N, 50G hoặc 51G)
Đo lường dòng dôi dư

Bằng 3 bộ biến dòng.

Các điểm trung tính của
chúng được nối lại với nhau,
từ đó tạo ra dòng tổng

I
rsd
= I
1
+ I
2
+ I
3
.

Thường được dùng trên
mạng trung áp và cao áp.
CÁC BẢO VỆ CHÍNH TRONG TRẠM BIẾN ĐIỆN
2/. Bảo vệ chạm đất

(Mã ANSI = 50N hoặc 51N, 50G hoặc 51G)
Cài đặt ngưỡng bảo vệ chạm đất tối thiểu:

Các bảo vệ chạm đất có khả năng rủi ro tác động nhầm
do mạch đo lường bị sai, đặc biệt là với dòng điện quá độ.

Để ngăn ngừa tác động sai, trị số cài đặt của bảo vệ phải
cao hơn các mức sau:

Xấp xỉ 12% dòng điện định mức của biến dòng nếu sử dụng
mạch 3 biến dòng.

1 A với thời gian trễ 0.1 giây nếu sử dụng biến dòng cân
bằng lõi từ xuyến.
CÁC BẢO VỆ CHÍNH TRONG TRẠM BIẾN ĐIỆN
2/. Bảo vệ chạm đất
(Mã ANSI = 50N hoặc 51N, 50G hoặc 51G)
Tạo chế độ không nhạy với họa tần bậc 3 và bậc bội 3.

Phải không nhay với họa tần vậc 3 và các họa tần bội của
3 (bậc 6, 9, ).

Các họa tần này có thể xuất phát từ lưới hoặc từ các bộ
biến dòng bị bão hòa trong trường hợp dòng khởi động
cao hoặc dòng quá độ, kể cả dòng điện không chu kỳ.

Trong thực tế, các dòng bậc 3 và bậc bội 3 sẽ được rơ-le
phát hiện và lầm là dòng dôi dư, vì chúng cùng pha.
CÁC BẢO VỆ CHÍNH TRONG TRẠM BIẾN ĐIỆN
2/. Bảo vệ chạm đất

(Mã ANSI = 50N hoặc 51N, 50G hoặc 51G)

i
1
(t)= I
max
sin tω

i
2
(t)= I
max
sin ( t +T/3)ω

i
3
(t)= I
max
sin ( t + 2T/3)ω


Góc lệch pha giữa các pha là 120º.

Tổng 3 dòng điện này bằng 0.


Các thành phần bậc 3 lệch nhau 3 x
120 º, nghĩa là đồng pha với nhau.

Tổng của chúng ≠ 0 và =3 lần dòng

bậc 3 của 1 pha.

Đối với họa tần bậc bội 3 tương tự.

Cần phải có chế độ không nhạy với
họa tần 3 và bội 3
CÁC BẢO VỆ CHÍNH TRONG TRẠM BIẾN ĐIỆN
3/. Bảo vệ quá dòng định hướng
(Mã ANSI = 67)

Gồm một bảo vệ quá dòng pha,
tương tự như rơ le 51, kết hợp với một
bộ phận phân biệt chiều dòng điện.

Được sử dụng trong những trạm có
thanh cái được cung cấp từ 2 nguồn.

Trong hình:

P
1
, P
4
: Bảo vệ quá dòng

P
2
, P
3
: Bảo vệ quá dòng định hướng.


I
sc1
: Dòng điện ngắn mạch cấp từ
nguồn 1

I
sc2
: Dòng điện ngắn mạch cấp từ
nguồn 2