Sơ đồ bảo vệ trạm

Luận án tốt nghiệp GVHD:TS.QUYỀN HUY ÁNH
CHƯƠNG 4
SƠ ĐỒ BẢO VỆ TRẠM
3.1 YÊU CẦU CHUNG
Mục tiêu bảo vệ trong ngành năng lượng điện là đảm bảo an toàn cho người, bảo vệ chống
những mối nguy hiểm hoặc hư hại tài sản, nhà máy và các thiết bò.
Có thể sắp xếp các mục tiêu này như sau:
•Bảo vệ ngưới và vật chống nguy hiểm do qúa điện áp và điên giật cháy nổ và hơi độc v.v…
•Bảo vệ nhà máy thiết bò và các thành phần kháctrong hệ thống điện chống nguy hiểm do
ngắn mạch, sét đánh trực tiếp và sự không ổn đònh hệ thống ( mất đồng bộ)v.v…
•Bảo vệ người và nhà máy không bò nguy hiểm do vận hành sai hệ thống điện bằng cách sử
dụng các khoá liên động cơ hay điện. Tất cả các thiết bò đóng cắt(gồm cả bộ chỉnh đầu phân áp
máy biền áp)phải có các giới hạn vận hành rõ ràng, có nghóa là thứ tự thao tác của các thiết bò
đóng tắt khác nhau để đảm bảo an toàn khi đóng hay mơ ûphải được tuân thủn ghiêm ngặt. Các
khoá liên động và các mạch điện điều khiển tương tự thường dùng để đảm bảo các thao tác vận
hành theo thứ tự chính xác.
3.2 BẢO VỆ CHỐNG ĐIỆN GIẬT VÀ QUÁ ĐIỆN ÁP
3.2.1 Bảo vệ chống điện giật
Biện pháp bảo vệ chống điện giật nhằm loại trừ các mối nguy hiểm dẫn đến do :
+ Chạm trực tiếp vào dây mang điện
+ Chạm gián tiếp(chạmvào vỏ thiết bò bò hư cách điện)
+ Đi vào vùng có dòng chạy vào đất.
+ Tiếp xúc vào vỏ thiết bò đặt trong vùng có đường phân bố thế..
1-Bảo vệ chống điện giật do chạm trực tiếp
Biện pháp chủ yếu chống chạm điện trực tiếp là đặt tất cả phần dẫn điện trong vỏ bọc cách
điện hoặc ngoài tầm với tới(đặt sau rào chắn cách điện hoặc trên cao) hoặc dùng vật chắn.
Khi các thiết bò như máy biến áp,động cơ,các thiết bò điện dân dụng khác có phần vỏ bằng
kim loại,vỏ kim loại này sẽ được nối vào dây nối đất bảo vệ của mạng điện.Đối với thiết bò gia
dụng hạ áp,điều này được thực hiện bằng ổ cắm ba chấu
2. Bảo vệ chống điện giật do chạm gián tiếp
Người chạm vào vỏ thiết bò bò chạm(hỏng cách điện) là chạm điện gián tiếp. Lúc này sẽ

xuất hiện dòng đi qua người, song song với dòng rò đi trong dây nối đất vỏ các thiết bò.
Trong mạng hạ áp, các thiết bò cho thấy rằng nếu điện áp so với đất<=50V ở nơi khô ráo, hoặc
25V nơi ẩm ướt như phòng tắm sẽ không gây nguy hiểm.
Trong mạng cao và trung áp không thể giảm điện áp so với đất của các vỏ thiết bò khi có hiện
tượng chạm vỏ xuống thấp hơn 50V bằng cách thực hiện các điện cực nối đất,mà phải thực hiện
lưới đẳng thế.
3.2.2-Bảo vệ chống qúa điện áp
Qúa điện áp có thể xảy ra do hư hỏng cách điện phía trung thế làm xuất hiện điện áp thứ
cấp.
Ngoài ra còn có thề kể một số tình trạng sau:
-Sóng qúa điện áp khí quyển
Trạm Biến Áp
Luận án tốt nghiệp GVHD:TS.QUYỀN HUY ÁNH
-Chạm đất một pha trong mạngù trung tính không nối đất hoặc nối đất qua điện trở lớn.
-Cộng hưởng sắt từ.
-Đóng bộ tụ bù.
-Cắt ngắn mạch bằng máy cắt hay đứt cầu chì.
Qúa điện áp được phâm loại theo tính chất sau:
-Theo thời gian tồn tại: lâu dài, qúa độ, nhất thời(thoáng qua)
-Theo tần số: tần số hệ thống, tần số sóng hài, tần số cao, sóng một hướng(unidirectional).
1.Qúa điện áp khí quyển:
Bảo vệ chống dạng qúa điện áp này phải được thực hiện khi trạm được cấp nguồn trực tiếp
bằng đường dây trên không. Biện pháp thường sử dụng nhất là thiết bò chống sét (Lightning
Arrestor-LA) ,thực chất là các điện trở phi tuyến. Các LA được nối song song từ các dây pha xuống
đất(hệ thống nối đất của trạm) và đặt càng gần điểm vào trạm càng tốt.
Đối với các trạm biến áp khách hàng, bảo vệ này được thực hiện nhờ:
+ LA (đặt trên từng pha) và đôi khi các LA này được mắc nối tiếp với một thiết bò để tác động tự
động cắt máy cắt
+ Giảm điện trở nối đất của trạm xuống mức thấp nhất có thể để tránh hiện tượng chọc thủng cách
điện phía hạ do việc tăng điện thế của hệ thống nối đất khi có dòng điện xung sét đi vào đất.

Để tránh sét đánh trực tiếp, nên sử dụng điện cực phóng điện (loại Franklin) hoặc dây chống sét
nối vào hệ thống nối đất của trạm.
Chú ý rằng đối với cấp điện áp U<=35kv, sóng điện áp xuất hiện do sự đóng cắt các máy cắt ít
nguy hiểm hơn xung xét vì vậy các thiết bò bảo vệ sét cảm ứng có thể đảm bảo chống xung qúa
điện áp do đóng cắt.
2. Sự cố chạm đất trong mạng trung tính không nối đất hay nối đất qua điện trở lớn (mạng
IT)
Trong tình trạng làm việc bình thường, các pha đều có cùng điện thế so với đất và bằng
điện áp pha. Giá trò này phụ thuộc vào điện dung và điện trở cách điện của các dây pha so với đất.
Khi hệ thống không có sự cố, các thông số này là bằng nhau cho cả 3 pha và điểm trung tính của
thứ cấp máy biến áp sẽ có thể xấp xỉ bằng không so với đất.
Khi một pha bò chạm đất, điện áp giữûa các pha không đổi, điện áp các pha so với đất sẽ
thay đổi. Sự bảo toàn vectơ điện áp dây và dòng chạm đất có trò số nhỏ làm cho mạng IT được áp
dụng ở những nơi cần đảm bảo liên tục cung cấp điện ngay cả khi có chạm đất một điểm.
Chú ý: Khi có chạm đất một điểm trong mạng IT và điểm trung tính của máy biến áp cách ly:
-Thế của trung tính sẽ tăng lên bằng điện áp pha so với đất.
-Điện áp pha bò sự cố sẽ bằng không so với đất;
-Điện áp pha không bò sự cố tăng lên 3 lần so với điện áp pha so với đất.
Do các thiết bò như máy biến áp, cáp và các thiết bò khác phải có mức cách điện bằng 3 Upha so
với đất khi được sử dụng ở mạng IT.
Trạm Biến Áp
điện trở
cách điện
dung dẫn
của dây
1
2
3
N
dòng chạm đất tính bằng mili ampe

phụ thuộc vào kích thước của m ạng
Luận án tốt nghiệp GVHD:TS.QUYỀN HUY ÁNH
Hình 3.1 Sự cố chạm đất trong mạng IT
3. Cộng hưởng sắt từ
Đây là hiện tượng tự phát, nó xảy ra do tác động phức tạp giữa điện dung nội tại trong hệ
thống và cảm kháng phi tuyến của máy biến áp hay cuộn kháng phụ thuộc phi tuyến theo điện áp
khi mạch từ của các thiết bò này ở trạng thái bão hoà từ cao(do sự cố hay vận hành không bình
thường). Hiện tượng cộng hưởng có thể xảy ra ở nhiều tần số khác nhau, và có thể là cộng hưởng
nối tiếp hay song song.
Ngoài ra, cộng hưởng còn có thể xảy ra trên 1 hoặc 2 hay ở cả 3 pha của hệ thống.
Tất cả các máy biến áp của hệ thống đều bò ảnh hưởng, kể cả các máy biến áp đo lường(voltage
transformater VT). VT kiểu tụ đặc biệt dễ gây cộng hưởng ở sóng hài bậc phụ(1/3 tần số cơ bản).
VT kiểu điện từ( rất thường dùng ở trung thế) tránh được khả năng cộng hưởng trên do:
+ Lõi của các VT được thiết kế để làm việc ở ức độ có mật độ trừ thông thấp
+ Có các điện trở cản thứ cấp hoặc tam cấp của VT.
Trạm Biến Áp
<
90
(C+R)2
I
(C+R)2
I
(C+R)2
I
V
V
3
2
điện áp và dòng
lúc bình thường

tình trạng điện áp
và dòng chạy
khi có sự cố
chạm đất trên hệ
IT
~3 I(C+R)
3 I(C+R)2
√
3 I(C+R)1
√
V
2
V
2
V
3=0
V
NE
Luận án tốt nghiệp GVHD:TS.QUYỀN HUY ÁNH
Ngoài khả năng cung cấp tín hiệu đo lường sai do hiện tượng cộng hưởng, các VT còn có thể bò qúa
áp lâu dài.
Hình 3.2 Giản đồ vectơ trình bày sự dòch chuyển điểm trung tính do hiện tượng
cộng hưởng sắt từ ở tần số công nghiệp
Ngoài các điều lưu ý nói trên, tình trạng sau đây có thể xuất hiện. Điều này liên quan đến
kiểu mạng IT, trung tính cóø thể bò dòch ( so với đất) do đó đòên áp của các pha có thể tăng giá trò
vượt Upha (xem hình 3.2). Điều kiện bão hoà 2 trong 3 lõi sắt của VT loại 1 pha(xem hình 3.3), có
thể do qúa áp tạm thời như đã mô tả trong hình 3.1(như ngắn mạch thoáng qua do chim chóc, cành
cây,do gió thổiv.v…)
Sự qúa áp làm bão hoà hai lõi sắt của VT một pha do đó sẽ tạo ra điện cảm phi tuyến có
già trò thấp hơn giá trò bình thường.

Sự kết hợp song song giữa điện dung pha-đấtvà điện cảnm pha đất trong điều kiện làm việc
bình thường được xem như một điện dungK cì giá trò dung kháng nhỏ hơn giá trò cảm kháng. Khi
hai VT một pha bò bão hoà, sự kết hợp này sẽ biến trò số điện dung K thành điện cảm H trên hai
pha.
Trạm Biến Áp
N
2N
V
V
1N
V
1E
V
3E
V
3N
E
2E
V
N
1
3
2
(a1)
L
L L
C C
C
a. mạch khi bình thường
ở tần số hệ thống bình thường

3
1
N
2
K K
K
(a1)
K<C
source
b. các mạch với pha 1 và 2 của lõi VT bão hòa
H
H
(a1)
K
source
K<C
N
(b2)
X > X ở tần số cộng hưởng
H K
Hình 3.3 Mạch tương đương ở điều kiện cộng hưởng sắt từ
Luận án tốt nghiệp GVHD:TS.QUYỀN HUY ÁNH
Trên hình 3.3(a 1)ba điện kháng và ba dung kháng nối tiếp theo hình Y độc lập nhau nên không có
dòng chạy quẩn giữa chúng với nhau.
Trên hình 3.3(b2) có thể thấy rằng hai điện cảm và một điện dung liên kết thành một nhóm 3 pha
không cân bằng điểm chung là đất.Do đó với tải ba pha không cân bằng, mạng 3 pha nối Y sẽ có
trung tính thả nổi và trong trường hợp này trung tính sẽ bò lệch so với đất.
Lưu ý vectơ biểu diễn ở hình 3.2 là gần đúng, nhưng đủ hữu ích, mô tả cho hiện tượng thực tế vì
cùng biểu diễn các sóng hài dòng và áp. Tuy nhiên, trong điều kiện cộng hưởng ở tần số
50Hz(60Hz), các giá trò tần số công nghiệp chiếm ưu thế. Do vậy, đặc tính mạch chủ yếu tuân theo

các đại lượng tần số công nghiệp và cho sự biểu diễn xấp xỉ bằng vectơ.
3.3 BẢO VỆ ĐIỆN
Mạng điện và các thiết trong trạm phải được bảo vệ sao cho tình trạng qúa dòng và áp
phải được nhanh chóng loại ra khỏi hệ thống trước khi gây ra nguy hiểm và hư hỏng .Các thiết bò
sử dụng trong trạm biến áp có các đònh mức về khả năng chòu qúa dòng và qúa áp trong khoảng
thời gian rất ngắn , vì vậy các quy tắc bảo vệ là để đảm bảo các mức chòu đựng và không bò vượt
qúa.Tổng quát , điều này có nghóa là các tình trạng sự cố phải được xoá nhanh tới mức cò thể,trong
giới hạn cho phép, nhằm đạt độ tin cậy cao nhất.
Qúa dòng do qúa tải thường cho phép kéo dài lâu hơn qúa dòng do ngắn mạch và thiết bò
bảo vệ được thiết kế làm việc theo sự tăng tốc độ tăng của dòng (ví dụ đặc tuyến thời gian-
nghòch/dòng của rơle qúa dòng).
Ngoài bảo vệ qúa áp như đã trình bày trong mục trước, các bảo vệ về điện được cung cấp
để tránh các tình trạng sau:
-Qúa tải (có nghóa dòng tăng cao nhưng không phải do sự cố ngắn mạch);
-Sự cố máy biến áp;
-Ngắn mạch giữa các pha;
-Ngắn mạch chạm đất.
Thường được bảo vệ bằng:
-CB đầu ra máy biến áp;
-Các thiết bò kiễm tra lắp sẵn trong máy biến áp;
-Máy cắt hay cầu chì(có hoặc không kết hợp với LBS)phía sơ cấp của MBA.
Việc chọn các bảo vệ thích hợp phụ thuộc tính chất của trạm được bảo vệ và các thiết bò
bảo vệ phía trung áp phải phối hợp bảo vệ với phía hạ áp.
1. Bảo vệ qúa tải
Qúa tải thường là do nhu cầu ngẫu nhiên của một số các phụ tải nhỏ,do sự tăng nhu cầu phụ
tải của mạng ,do mở rộng xí nghiệp, công trình v..v..Sự tăng tải làm tăng nhiệt độ của các dây dẫn
và của máy biến áp.
Khi nhiệt độ vượt qúa giới hạn cho phép của thiết bò, nó sẽ làm tăng tốc độ già cỗi của cách
điện,giảm tuổi thọ của thiết bò .Thiết bò chống qúa tải thường được đặt ở phía sau máy biến áp đối
với trạm biến áp khách hàng,nhưng thường được đặt ở phía trước các trạm biến áp công cộng.

Đối với máy biến áp:Bảo vệ chống qúa tải được thực hiện bằng cách sử dụng rơle qúa tải
có trễ (hoặc là loại rơle nhiệt có thanh lưỡng kim hoặc thiết bò điện tử).Bảo vệ này sẽ tác động cắt
Trạm Biến Áp
Luận án tốt nghiệp GVHD:TS.QUYỀN HUY ÁNH
mạch phía đầu ra của máy biến áp.Thời gian trễ này nhằm bảo đảm không cắt nhầm máy biến áp
trong trường hợp qúa tải ngắn hạn.
Các hình thức bảo vệ khác:
+ Đối với loại máy biến áp kiểu treo,rơle nhiệt thường được sử dụng.Các rơle này cảm
nhận nhiệt độ cuộn dây MBA với mức chính xác đủ để đảm bảo an toàn cho cách điện;
+ Đối với máy biến áp khô sẽ sử dụng bộ cảm biến nhiệt độ được cài ở phần nóng nhất của
cách điện các cuộn dây để báo tín hiệu và tác động cắt máy biến áp.
+ Các máy biến áp làm mát bằng dầu có công suất lớn thường có các thermostat với hai chỉ
số đặt,một để báo tín hiệu và một để cắt máy biến áp.
2.Bảo vệ sự cố máy biến áp
Bảo vệ máy biến áp chống các dạng sự cố bên trong thùng dầu máy biến áp được thực hiện
đối với máy biến áp có thùng dầu phụ và thường sử dụng rơle cơ loại Buchholz. Các rơle này có
thể kiễm tra sự tích tụ chậm hơi do dầu máy biến áp bốc do hồ quang xuất hiện chỗ chạm các cuộn
dây do hư hỏng cách điện, hoặc do sự xâm nhập của không khí khi dầu bò rò.
Rơle hơi mức một thường cho tín hiệu báo động ,mức hai sẽ tác động cắt máy cắt phía sơ
cấp.
Khả năng kiễm tra đột biến về sự bốc hơi của dầu máy biến áp trong rơle Buchholz cho
phép cắt máy cắt nằm phía sơ cấp máy biến áp một cách tức thời nếu xung dầu xảy ra trong ống
nối thùng dầu phụ và chính.
Sự đột biến về xung do dòch chuyển dầu chỉ có thể xảy ra do sự tạo bọt khí gây ra bởi hồ
quang dòng ngắn mạch trong dầu.
Tất cả máy biến áp đều được lắp vài loại rơle bổ sung loại qúa áp suất nhằm giới hạn sự
tăng áp suất dầu tới mức lớn có thể gây phá hủy thùng máy biến áp.
Với loại máy biến áp công suất lớn
≥
10MVA hiện nay, hệ thống tản nhiệt,làm mát được

thiết kế kiểu đối lưu .Do đó sự dãn dầu sẽ không gây nên tăng áp suất, nhờ các cánh tản nhiệt(xem
hình 3.4).Trong trường hợp này rơle hơi kiểu Buchholz không áp dụng được,mà phải sử dụng thiết
bò bảo vệ “DGPT” gồm các chức năng:
-Kiểm tra lượng hơi bốc ra;
-Kiểm tra qúa áp suất;
-Kiểm tra quá nhiệt độ.
Hai điều kiện đầu sẽ tác động máy cắt phía sơ cấp biến áp còn điều kiện thứ b asẽ cắt máy
cắt phía thứ cấp.
Hình 3.4 Máy biến áp đầy dầu
Trạm Biến Áp