Giáo trình hình thành hệ thống điều chỉnh tổng quan về role điện áp thấp p4 doc

Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội
38
HM - hãm theo thành phần hài bậc 2 trong dòng điện từ hóa MBA.
Giả sử phía cuộn 1 của máy biến áp nối với nguồn cung cấp, phía cuộn
dây 2 và 3 nối với phụ tải. Khi bỏ qua dòng điện kích từ của máy biến áp, trong
chế độ làm việc bình thờng ta có:
I
1
= I
2
+ I
3
(2-5)
Dòng điện đi vào cuộn dây làm việc bằng:
I
lv
= I
T1
- (I
T2
+ I
T3
) (2-6)
Các dòng điện hãm:
I
h1
= I
T2
+ I
T3

(2-7)
I
h2
= I
T3
(2-8)
Các dòng điện hãm đợc cộng với nhau theo trị số tuyệt đối để tạo nên
hiệu ứng hãm theo quan hệ:

()
hT3T2T1h
KIIII ++= (2-9)
Trong đó: K
h
0.5 là hệ số hãm của bảo vệ so lệch.
Ngoài ra để ngăn ngừa tác động sai do ảnh hởng của dòng điện từ hóa khi
đóng máy biến áp không tải và khi cắt ngắn mạch ngoài, bảo vệ còn đợc hãm
bằng thành phần hài bậc 2 trong dòng điện từ hóa I
HM
.
Để đảm bảo tác động hãm khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ cần thực
hiện điều kiện:

lvh
II > (2-10)
2.1.2/ Sử dụng cầu chì.
Với những máy biến áp không có máy cắt điện, để bảo vệ cho máy biến áp
chỉ có thể đặt cầu chì. Bảng 2 - 2 nêu ra một số thông số của cầu chì dùng cho
máy biến áp ở điện áp 11Kv.
Bảng 2 - 2: Thông sồ cầu chì cho máy biến áp 11Kv

Công suất máy biến áp Cầu chì
S (KVA) I (A) Dòng điện định
mức
Thời gian cắt (s) ở
công suất 3xS
100
200
300
500
1000
5.25
10.5
15.8
26.2
52.5
16
25
36
50
90
3
3
10
20
30
.
Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội
39

Hình 2 - 8: Bảo vệ quá dòng điện cho
MBA có đặc tính thời gian 2 cấp.
Cấp cắt nhanh.
Dòng điện khởi động của bảo vệ:
I
kđ
= K
at
. I
ngoài max
(2-11)
Trong đó:
I
ngoài max
: Là dòng điện ngắn mạch
ngoài cực đại tính ở điểm N
1

2.1.3/ Sử dụng rơle quá dòng.
Đối với máy biến áp có máy cắt điện dùng bảo vệ quá dòng có đặc tính
thời gian hai cấp. Nó đợc dùng làm bảo vệ chính cho máy biến áp có công suất
bé và làm bảo vệ dự phòng cho máy biến áp có công suất trung bình và lớn để
chống ngắn mạch bên trong và bên ngoài cho máy biến áp. Với máy biến áp 2
cuộn dây dùng một bộ bảo vệ đặt ở phía nguồn cung cấp, còn với máy biến áp
nhiều cuộn dây thờng mỗi phía đặt một bộ. Nếu
máy biến áp nhiều cuộn dây nối với nguồn từ nhiều
phía thì cần đặt bộ phận định hớng công suất ở phía
nối với nguồn có thời gian tác động bé hơn.

K
at
:Hệ số an toàn lấy bằng 1.3-1.4.
Độ nhạy của bảo vệ đợc kiểm tra khi ngắn mạch 2 pha ở chế độ cực tiểu,
điểm ngắn mạch N
2
thỏa mãn điều kiện sau:
K
nh
=
kd
N
I
I
min
(2-12)
Thời gian tác động của bảo vệ: t
tđ
= 0.
Cấp có thời gian.
Dòng điện khởi động.
I
kđ
= K

at
.I
lv max
(2-13)
Trong đó:
K
at
: Hệ số an toàn lấy bằng 1.05 - 1.4, trị số nhỏ tơng ứng cho tín hiệu
quá tải, trị số lớn tơng ứng trong điều kiện hai máy làm việc song song, một
máy bị cắt ra.
I
lv max
: Là dòng điện cực đại đi qua máy biến áp. Trong điều kiện không
biết dòng điện cực đại có thể lấy bằng I
đmBA
(I
đmBA
: dòng định mức máy biến áp).
Thời gian tác động của bảo vệ:
.
Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội
40
Với rơle kỹ thuật số hiện nay có hai loại đặc tính thời gian độc lập và phụ
thuộc, nên có thể chọn một trong hai đặc tính thời gian phù hợp với điều kiện
thực tế.
t
bv
= t
max

+ t (2 - 14)
Dù chọn loại đặc tính thời gian nào, công thức tính toán cũng tơng tự
công thức 2 - 14. Tuy nhiên cách chọn t
max
ở mỗi loại đặc tính thời gian có khác
nhau.
Nếu chọn đặc tính thời gian độc lập, t
max
đợc lấy bằng thời gian lớn nhất
của bảo vệ trớc nó.
Nếu chọn đặc tính thời gian phụ thuộc, ta phải vẽ đờng đặc tính thời gian
phụ thuộc của bảo vệ trớc nó. Từ đó chọn thời gian lớn nhất của bảo vệ và tính
theo công thức 2 - 14.
t: Cấp chọn lọc thời gian lấy bằng 0.3 ữ 0.5s.
Trờng hợp riêng có thể tính độ phân cấp thời gian t đối với hai cầu chì liền
kề bởi công thức:
t = 0.6t
cc
+ 0.15 (2-15)
Trong đó t
cc
: Thời gian tác động của cầu chì tại điểm xét phân cấp.
Còn độ phân cấp thời gian giữa cầu chì với rơle:
t = 0.4t
cc
+ 0.15 (2-16)
Độ nhạy của bảo vệ đợc kiểm tra bởi dòng ngắn mạch cực tiểu tại điểm
N
1
.

K
nh
=
kd
N
I
I
min
(2-17)
2.1.4/ Bảo vệ khoảng cách
Đối với những máy biến áp có công suất lớn (>100 MVA), ngời ta sử
thờng dùng bảo vệ khoảng cách để làm bảo vệ dự phòng thay cho bảo vệ quá
dòng điện.
Trên hình 2 - 9, trình bày nguyên lý sử dụng bảo vệ khoảng cách để bảo vệ
cho máy biện áp (hoặc máy biến áp tự ngẫu) hai cuộn dây. Bảo vệ khoảng cách
đợc đặt cả 2 phía của máy biến áp với 3 vùng tác động phía trớc (hớng thuận)
và một vùng tác động phía sau (hớng nghịch).
Bảo vệ khoảng cách ở 2 phía của máy biến áp làm nhiệm vụ dự phòng cho
bảo vệ so lệch MBA và cho bảo vệ chính đặt ở thanh góp và các đờng dây lân
cận với máy biến áp.
Tổng trở khởi động và thời gian làm việc của các vùng đợc chọn nh sau:
.
Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội
41
Vùng thứ nhất:

()

ữ=
=
s 0.50.4t
X 0.7Z
1
Bk d
(2-18)
Trong đó: X
B
là điện kháng của máy biến áp.
Vùng thứ hai:






+=
=
tt
X 1.3Z
II
B
II
k
I
d

t
(2-19)
Vùng thứ 3 đợc phối hợp với vùng thứ 2 của các bảo vệ khoảng cách
RZD
1
và RZD
2
đặt ở các đờng dây D
1
và D
2
lân cận với máy biến áp.

Hình 2 - 9: Sơ đồ nguyên lý và đặc tính thời gian của bảo vệ khoảng cách
đặt ở MBA 2 cuộn dây hoặc MBA tự ngẫu

2.1.5/ Bảo vệ chống chạm đất
Sơ đồ bảo vệ chóng chạm đất đơn giản nhất đặt ở máy biến áp có trung
điểm nối đất trình bày trên hình 2-10,a. Sơ đồ dùng một máy biến dòng đặt trên
dây trung tính của máy biến áp và một rơle quá dòng với dòng điện khởi động:
I
kđ
= (0.2 ữ 0.4) I
đm
(2-20)
Trong đó: I
đm
là dòng định mức máy biến áp.
Thời gian làm việc chọn theo nguyên tắc bậc thang phối hợp với thời gian
của bảo vệ chống chạm đất đặt ở các phần tử lân cận.

.
Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội
42


Hình 2 - 10: Bảo vệ chống chạm đất (a) và chạm vỏ (b) máy biến áp

Bảo vệ quá dòng với trị số khởi động chọn theo (2-20) đảm bảo loại trừ
đợc tất cả các trờng hợp chạm đất xảy ra trong cuôn dây nối hình sao của máy
biến áp và vùng lân cận của lới điện nối với cuộn dây này.
Sơ đồ (hình 2 - 10,a) cũng có thể đợc sử dụng để bảo vệ chống chạm vỏ
(thùng) máy biến áp. Trong trờng hợp này thùng máy biến áp đợc cách điện
với đất và máy biến dòng đợc đặt trên dây nối giữa thùng với đất (hình 2 -
10,b). Bình thờng khi không có chạm vỏ (thùng) dòng điện đi qua biến dòng
bằng không nên có thể chỉnh định dòng khởi động của bảo vệ với trị số khá bé và
bảo vệ có độ nhạy cao.

Hình 2 - 11:Bảo vệ chống chạm đất có giới hạn dùng cho MBA 2 cuộn dây
(a) và MBA tự ngẫu (b)
Với các máy biến áp có công suất lớn, đế bảo vệ chống chạm đất trong
cuộn dây nối hình sao của máy biến áp, ngời ta dùng sơ đồ bảo vệ chống chạm
đất có giới hạn. Thực chất đây là loại bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự không có
miền bảo vệ đợc giới hạn giữa máy biến dòng đặt ở dây trung tính của máy biến
áp và tổ máy biến dòng nối theo bộ lọc dòng điện thứ tự không đặt ở phía đầu ra
của cuộn dây nối hình sao của máy biến áp (Hình 2 - 11,a). Rơle so lệch tổng trở
cao đợc mắc song song với điện trở R có trị số khá lớn.
.
Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội

43
Trong chế độ làm việc bình thờng và ngắn mạch chạm đất ngoài vùng
bảo vệ (điểm N
1
) ta có:

0I3II
Đ00
==
(2-21)
Trong đó: I
0
- dòng điện thứ tự không chạy trong cuộn dây MBA
I
Đ
- dòng điện chạy qua cuộn dây trung tính MBA.
Nếu bỏ qua sai số của máy biến dòng, ta có dòng điện thứ cấp chạy qua
điện trở R bằng 0 và điện áp đặt trên rơle so lệch cũng bằng 0.
Khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ (điểm N
2
) toàn bộ dòng chạm đất sẽ
chạy qua điện trở R tạo nên điện áp đặt trên rơle so lệch rất lớn, rơle sẽ tác động.
Để bảo vệ chống chạm đất cho cả cuộn dây nối tam giác của máy biến áp,
ngời ta có thể đặt thêm máy biến áp tạo trung điểm nối đất ở đầu ra cuộn tam
giác và một bộ bảo vệ thứ 2 tơng tự.
Nguyên lý so lệch dòng điện thứ tự không cũng có thể đợc sử dụng để
bảo vệ chống chạm đất cho các máy biến áp tự ngẫu (hình 2 - 11,b)
2. 2/ Bảo vệ quá tải.
Quá tải làm tăng nhiệt độ của máy biến áp. Nếu mức quá tải cao và kéo
dài, máy biến áp bị tăng nhiệt độ quá mức cho phép, tuổi thọ của máy biến áp bị

suy giảm nhanh chóng. Để bảo vệ chống quá tải ở các máy biến áp có công suất
bé có thể sử dụng loại bảo vệ chống quá dòng thông thờng tuy nhiên rơle quá
dòng không thể phản ánh đợc chế độ mang tải của máy biến áp trớc khi xảy ra
quá tải.
Vì vậy, với máy biến áp có công suất lớn ngời ta sử dụng nguyên lý hình
ảnh nhiệt để thực hiện bảo vệ chống quá tải. Bảo vệ này phản ánh mức độ tăng nhiệt
ở những điểm kiểm tra khác nhau trong máy biến áp và tùy theo mức tăng nhiệt độ
mà có nhiều cấp tác động khác nhau nh cảnh báo, khởi động các mức làm mát
bằng tốc độ tuần hoàn của không khí hoặc dầu , giảm tải máy biến áp vv
Nếu các cấp tác động này không mang lại hiệu quả và nhiệt độ của máy
biến áp vẫn vợt quá mức cho phép và kéo dài quá thời gian quy định thì máy
biến áp bị cắt ra khỏi hệ thống.
Các phơng pháp bảo vệ quá tải:
.
Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội
44
2.2.1/ Bảo vệ bằng rơle hơi.
Tất cả những h hỏng trong thùng dầu máy biến áp mà máy biến áp đó
đợc cách điện bằng dầu đều làm cho dầu bốc hơi và chuyển động. Các máy
biến áp dầu có công suất từ 500 KVA đến 5 MVA thờng đợc bảo vệ bằng rơle
khí có một cấp tác động hoặc 2 cấp tác động cho máy biến áp có công suất lớn
hơn 5MVA.
Rơle hơi đợc lắp trên đoạn ống liên thông từ thùng dầu đến bình dãn dầu
theo một đầu nhất định của đầu mũi tên trên rơle hơi phải chỉ về phía thùng giãn
nở dầu (cùng với chiều dòng chảy của dầu từ thùng chính qua rơle hơi đến thùng
giãn nở dầu khi có sự cố trong máy biến áp). Đoạn ống liên thông dầu có độ
nghiêng nhất định so với mặt phẳng ngang khoảng từ 1-10
0
. Đoạn ống liên

thông không đợc có góc, phần cong của ống có bán kính càng lớn càng tốt.

Hình 2 - 12: Vị trí lắp rơle hơi và rơle mức dầu của máy biến áp.

Rơle hơi hai phao tác động:
Một phao trên (phao 1) có hình cầu rỗng, nhẹ có thể tự nâng hạ theo mức
dầu, trong phao có chứa một tiếp điểm thủy ngân đợc nối ra hộp nối dây
tại mặt trên rơle. Khi có sự cố nhẹ hoặc quá tải, hơi sinh ra tập trung ở
phía trên, đẩy phao 1 về vị trí nằm ngang làm đóng tiếp điểm thủy ngân.
Tiếp điểm này đợc nối vào mạch điện báo hiệu sự cố của máy biến áp.
.
Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội
45
Một phao dới (phao 2) có cấu tạo tơng tự nh phao 1và đựơc liên kết với
một cánh chặn. Cánh chặn là một tấm kim loại mỏng đợc treo tại vị trí
phía lỗ mặt bích của rơle hơi phía nối vào thùng dầu chính máy biến áp.
Do đợc treo để bề mặt kim loại thẳng góc với hớng dòng chảy của dầu
nên cánh chặn tác động theo lu lợng dòng chảy của dầu. Cánh chặn có
thể điều chỉnh theo ba trị số lu lợng dầu là: 65, 100 và 150 cm/s (rơle
thờng đợc nhà chế tạo đặt sẵn trị số 100cm/s). Khi máy biến áp vận
hành bình thờng, dầu chuyển động do giãn nở theo nhiệt độ không đủ để
tác động cánh chặn. Khi có sự cố bên trong máy biến áp, luồng dầu và hơi
sinh ra phụt mạnh từ thùng dầu chính qua rơle hơi đến thùng giãn nở. Lu
lợng dầu lớn hơn trị số đã điều chỉnh sẵn sẽ đẩy cho cánh chặn quay, làm
cho phao 2 chìm xuống, đóng tiếp điểm thủy ngân , cắt máy cắt.

Hình 2 - 13: Nguyên lý cấu tạo rơle hơi.

Dựa vào thành phần và khối lợng hơi sinh ra ngời ta có thể xác định

đợc tính chất và mức độ sự cố. Do đó trên rơle hơi còn có thêm van để lấy hỗn
hợp khí sinh ra nhằm phục vụ cho việc phân tích sự cố.
2.2.2/ Sử dụng rơle nhiệt độ dầu.
Để bảo vệ quá tải ngời ta sử dụng rơle nhiệt độ dầu, nó bao gồm các tiếp
điểm thờng đóng, thờng mở, lắp bên trong một nhiệt kế có kim chỉ thị nhiệt.
Nhiệt kế gồm có cơ cấu chỉ thị quay để ghi số đo, một bộ phận cảm biến nhiệt,
một ống mao dẫn nối bộ phận cảm biến nhiệt với cơ cấu chỉ thị. Bên trong ống
.
Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội
46
mao dẫn là chất lỏng (dung dịch hữu cơ) đợc nén lại. Sự co dãn của chất lỏng
(trong ống mao) thay đổi theo nhiệt độ mà bộ phận cảm biến nhiệt nhận đợc, sẽ
tác động cơ cấu chỉ thị và các tiếp điểm. Các tiếp điểm sẽ thay đổi trạng thái
mở thành đóng, đóng thành mở khi nhiệt độ cao hơn trị số đặt trớc. Bộ
phận cảm biến nhiệt đợc lắp trong một lỗ trụ bọc kín, ở phía trên nắp máy biến
áp, bao quanh lỗ trụ là dầu, để đo nhiệt độ lớp dầu trên cùng của máy biến áp.
Thờng dùng nhiệt kế có 2 hoặc 4 vít điều chỉnh nhiệt độ để có thể đặt sẵn 2
hoặc 4 trị số tác động cho 2 hoặc 4 bộ tiếp điểm riêng rẽ lắp trong nhiệt kế. Khi
nhiệt độ cao hơn trị số đặt cấp 1, rơle sẽ đóng tiếp điểm cấp 1 để báo hiệu sự cố
nhiệt độ dầu cao của máy biến áp. Khi nhiệt độ tiếp tục cao hơn trị số đặt cấp
2, rơle sẽ đóng thêm tiếp điểm cấp 2 để tự động cắt máy cắt, đồng thời cũng có
mạch báo hiệu sự cố cắt do nhiệt độ dầu cao.
2.2.3/ Sử dụng rơle nhiệt độ cuộn dây.
Rơle nhiệt độ cuộn dây gồm 4 bộ tiếp điểm (mỗi bộ có một tiếp điểm
thờng mở , một tiếp điểm thờng đóng với cực chung) lắp bên trong một nhiệt
kế có kim chỉ thị. Nhiệt kế gồm có: cơ cấu chỉ thị quay để ghi số đo, một bộ
phận cảm biến nhiệt cơ cấu chỉ thị. Bên trong ống mao dẫn là chất lỏng đợc nén
lại. Sự co giãn của chất lỏng trong ống mao dẫn thay đổi theo nhiệt độ mà bộ
cảm biến nhận đợc, tác động cơ cấu chỉ thị và 4 bộ tiếp điểm. Tác động lên cơ

cấu thị và các tiếp điểm, còn có một điện trở nung. Cuộn dây thứ cấp của một
biến dòng điện đặt tai chân sứ máy biến áp đợc nối với điện trở nung. Nối song
song với điện trở nung là một biến trở để hiệu chỉnh. Tác dụng của điện nung
(tùy theo dòng điện qua cuộn dây máy biến áp) và tác dụng của bộ cảm biến
nhiệt lên cơ cấu đo lờng cùng các bộ tiếp điểm sẽ tơng ứng với nhiệt độ điểm
nóng: nhiệt độ của cuộn dây.
Có 4 vít điều chỉnh nhiệt độ để đặt trị số tác động cho 4 bộ tiếp điểm. Tùy
theo thiết kế, các tiếp điểm rơle nhiệt độ có thể đợc nối vào các mạch: báo hiệu
sự cố nhiệt độ cuộn dây cao mạch tự động mở máy cắt để cô lập máy biến áp,
mạch tự động khởi động và ngừng các quạt làm mát máy biến áp.
.
Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46
Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội
47
2.2.4/ Sử dụng rơle mức dầu.
Rơle mức dầu gồm hai bộ tiếp điểm lắp bên trong thiết bị chỉ thị mức dầu.
Đối với máy biến áp có bộ đổi nấc điện áp có tải, thùng dãn nở dầu đợc chia
làm hai ngăn.
Ngăn có thể tích lớn, đợc nối ống liên dầu thông qua rơle hơi đến thùng
chính máy biến áp (để có thể tích giãn nở dầu cho máy biến áp).
Ngăn có thể tích nhỏ, sẽ đợc nối ống liên dầu đến thùng chứa bộ đổi nấc
có tải.
Thùng chính máy biến áp và thùng bộ đổi nấc đợc thiết kế riêng rẽ,
không có liên thông dầu với nhau. Vì vậy, có hai thiết bị chỉ thị mức dầu máy
biến áp và thiết bị chỉ thị mức dầu bộ đổi nấc có tải.
Xem hình vẽ vị trí lắp rơle mức dầu tại máy biến áp sau:


Hình 2 - 14: Vị trí lắp rơle mức dầu tại máy biến áp

Cấu tạo của thiết bị chỉ thị mức dầu gồm hai phần: bộ phận điều khiển và
bộ chỉ thị. Bộ phận điều khiển có một phao (3), thanh quay (8), trục quay (9), có
lắp nam châm vĩnh cửu (4). Bộ điều khiển lắp trên vỏ máy (đầu thùng giãn nở)
có vòng đệm. Bộ phận chỉ thị gồm kim chỉ thị (6) lắp trên trục mang một nam
.