Giáo trình Phần điện trong nhà máy thủy điện (Trình độ Trung cấp)

Muốn giải quyết được vấn đề nêu trên cần có những hiểu biết toàn diện, sâu sắc không những về nhà máy điện và trạm biến áp mà cả về hệ thống năng lượng phần nào đáp ứng nhu cầu của bạn đọc, các cán bộ giảng dạy thuộc khoa điện – điện tử trường Cao đẳng Lao Cai biên soạn cuốn sách này dựa trên kết quả nghiên cứu, giảng dạy nhiều năm và các tài lệu mới xuất bản. Cấu trúc của giáo trình bao gồm 5 bài: Bài 1: Tính chọn các phần tử chính trong sơ đồ nối điện của nhà máy thủy điện. Bài 2: Vẽ sơ đồ nối điện chính và tự dùng của các nhà máy điện . Bài 3: Mạch thứ cấp trong nhà máy thủy điện Bài 4: Nguồn thao tác trong nhà máy thủy điện . Bài 5: Thiết bị phân phối điện. Trong quá trình biên soạn, nhóm tác giả đã tham khảo các tài liệu và giáo trình khác như ở phần cuối giáo trình đã thống kê. Lần đầu được biên soạn và ban hành, giáo trình chắc chắn sẽ còn khiếm khuyết; rất mong các thầy cô giáo và những cá nhân, tập thể của các trường đào tạo nghề và các cơ sở doanh nghiệp quan tâm đóng góp để giáo trình ngày càng hoàn thiện hơn, đáp ứng được mục tiêu đào tạo của môn học nói riêng và ngành vận hành thủy điện cũng như các chuyên ngành kỹ thuật nói chung. Lao Cai, tháng năm 2020 Nhóm biên soạn 1. Lại Văn Dũng 2. Chủ biên: Bùi Trung Kiên MỤC LỤC BÀI 1: TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ CHÍNH TRONG SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP ................................................ 6 1. Thanh dẫn, cáp điện lực và sứ ............................................................................... 6 1.1. Chức năng và phân loại.................................................................................. 6 1.2. Chọn thanh dẫn cứng ..................................................................................... 6 1.3. Chọn dây dẫn mềm ......................................................................................... 9 1.4. Chọn cáp điện lực ........................................................................................ 10 1.5. Chọn sứ đỡ và sứ xuyên ................................................................................ 11 2. Máy biến điện áp ................................................................................................ 11 2.1. Khái niệm, phân loại máy biến điện áp ......................................................... 11 2.2. Các tham số của máy biến điện áp................................................................ 15 2.3. Các điều kiện chọn máy biến điện áp ............................................................ 15 3. Máy biến dòng điện ............................................................................................ 16 3.1. Cấu tạo, phân loại máy biến dòng điện ....................................................... 16 3.2. Nguyên lý làm việc, các tham số của máy biến dòng điện ............................. 17 3.3. Cách tính chọn máy biến dòng...................................................................... 18 BÀI 2: VẼ SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH VÀ TỰ DÙNG CỦA CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP ................................................................................................. 25 1. Các sơ đồ thanh góp cơ bản ................................................................................ 25 1.1. Sơ đồ nối mỗi mạch với thanh góp qua máy cắt ............................................ 25 1.2. Sơ đồ nối mỗi mạch với hai thanh góp .......................................................... 31 1.3.Sơ đồ nối mỗi mạch với thanh góp qua nhiều máy cắt ................................... 36 1.4. Sơ đồ cầu...................................................................................................... 36 2. Sơ đồ nối điện chính của nhà máy nhiệt điện ngưng hơi ..................................... 39 3. Sơ đồ nối điện chính của nhà máy nhiệt điện rút hơi ........................................... 40 4. Sơ đồ nối điện chính của nhà máy thủy điện ....................................................... 41 5. Sơ đồ nối điện của trạm biến áp .......................................................................... 42 6. Chọn máy biến áp và kháng điện tự dùng. .......................................................... 43 6.1. Chọn máy biến áp ......................................................................................... 43 BÀI 3: LẮP ĐẶT MẠCH THỨ CẤP TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ................. 49 VÀ TRẠM BIẾN ÁP ................................................................................................. 49 1. Khái niệm chung, các phần tử của mạch thứ cấp và ký hiệu của chúng ............... 49 1.1. Khái niện chung ........................................................................................... 49 1.2. Các phần tử của mạch thứ cấp và ký hiệu của chúng .................................... 49 1.3. Khóa điều khiển............................................................................................ 51 2. Các yêu cầu đối với mạch điều khiển .................................................................. 52 1.1. Sơ đồ phải có tín hiệu vị trí........................................................................... 52 2.2. Sơ đồ ngoài việc đóng cắt bằng tay còn phải đóng cắt tự động .................... 54 2.3. Sơ đồ có khả năng kiểm tra thường xuyên mạch điều khiển .......................... 54 2.4. Các cuộn dây đóng cắt chỉ chịu được dòng với thời gian ngắn (một vài phần giây) .................................................................................................................... 55 2.5.Trong mạch điều khiển phải có khóa để tránh hiện tượng đóng cắt nhiều lần MC ...................................................................................................................... 55 2.6. Trong sơ đồ ngoài tín hiệu ánh sáng còn phải có tín hiệu âm thanh báo sự cố ........................................................................................................................ 57 2.7. Mạch điều khiển phải có khí cụ điện bảo vệ riêng như cầu chì hoặc áp tô mát ...................................................................................................................... 58 3. Tín hiệu .............................................................................................................. 58 3.1. Tín hiệu chỉ vị trí .......................................................................................... 58 3.2 Tín hiệu sự cố ................................................................................................ 59 3.3. Tín hiệu báo trước ........................................................................................ 63 3.4. Tín hiệu chỉ huy ............................................................................................ 63 4. Sơ đồ điều khiển và tín hiệu của máy cắt ............................................................ 64 4.1. Sơ đồ điều khiển và tín hiệu của máy cắt có kiểm tra mạch điều khiển bằng ánh sáng (hình 3.4.1) .......................................................................................... 64 4.2. Sơ đồ điều khiển và tín hiệu của máy cắt có kiểm tra mạch điều khiển bằng âm thanh (hình 3.4.2) .......................................................................................... 65 5. Kiểm tra cách điện .............................................................................................. 68 5.1. Kiểm tra cách điện mạng điện một chiều ...................................................... 69 5.2. Kiểm tra cách điện mạng điện xoay chiều..................................................... 70 BÀI 4: PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP ........ 73 1. Khái niệm chung ................................................................................................ 73 2. Nguồn thao tác một chiều ................................................................................... 73 2.1. Đặc điểm cấu tạo và đặc tính của ắc quy ...................................................... 73 2.2. Các sơ đồ làm việc của ắc quy ...................................................................... 75 3. Lựa chọn ắc quy ................................................................................................. 77 3.1. Phụ tải điện một chiều và dung lượng tính toán ............................................ 77 3.2. Chọn số lượng bình ắc quy ........................................................................... 78 3.3. Kiểm tra dòng điện phóng tính toán ngắn mạch ........................................... 79 3.4. Chọn máy nạp .............................................................................................. 79 3.5. Phân phối dòng thao tác một chiều............................................................... 80 4. Nguồn thao tác xoay chiều .................................................................................. 80 BÀI 5: THIẾT BỊ PHÂN PHỐI ĐIỆN ....................................................................... 81 1. Khái niệm ........................................................................................................... 81 2. Thiết bị phân phối trong nhà ............................................................................... 82 2.1. Thiết bị phân phối lắp ghép .......................................................................... 82 2.2. Thiết bị phân phối kiểu trọn bộ ..................................................................... 84 3. Thiết bị phân phối điện ngoài trời ....................................................................... 85 3.1. Thiết bị phân phối lắp ghép .......................................................................... 85 3.2. Thiết bị phân phối ngoài trời kiểu trọn bộ .................................................... 86 4. Một số cấu trúc của thiết bị phân phối điện trong nhà ......................................... 86 BÀI 1: TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ CHÍNH TRONG SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CHÍNH CỦA NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP 1. Thanh dẫn, cáp điện lực và sứ 1.1. Chức năng và phân loại Những thiết bị chính trong nhà máy thủy điện và trạm biến áp (máy phát, máy biến áp) cùng với các khí cụ điện (máy cát điện, dao cách ly, kháng điện ) được nối với nhau bằng thanh dẫn, thánh góp, cáp điện lực. Thanh dẫn, thanh góp có hai loại chính: thanh dẫn cứng và thanh dẫn mềm. Thanh dẫn cứng thường làm bằng đồng nhôm, còn thép chỉ dùng khi có dòng điện dưới 200 -:- 300A. Thanh dẫn cứng thường được dùng để nối từ đầu cực máy phát đến gian máy, dùng làm thanh góp điện áp máy phát, thanh góp 6 -:- 10KV ở các trạm biến áp doạn từ TBPP cấp điện áp máy phát đến máy biến áp tự dùng v.v.. Tùy theo dòng phải tải mà thanh dẫn cứng có cấu tạo khác nhau. Khi dòng nhỏ thì thường dùng thanh dẫn cứng hình chữ nhật. Khi dòng lớn thì dùng thanh dẫn ghép từ hai đến ba thanh dẫn hình chữ nhật đơn trên mỗi pha. Còn đối với dòng điện lớn hơn 3000A thì dùng thanh dẫn hình máng để giảm hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng gần, đồng thời làm tăng khả năng làm mát cho chúng. Khi dòng điện lớn hơn nữa thì thì dùng thanh dẫn hình ống. Thanh dẫn mềm thì dùng để làm thanh góp, thanh dẫn cho thiết bị ngoài trời điện áp 35 KV trở lên. Nó là dây vặn xoắn bằng đồng hay nhôm lõi thép. Khi dùng một sợi dây không đủ tải và dòng cần thiết phải dùng chum các dây dẫn mềm. Chùm dây bao gồm nhiều dây phân bố đều và kẹp chặt trên òng kim loại thường có dạng vòng tròn. Thanh dẫn và thanh góp của ba pha được bố trí nằm ngang, hoặc thẳng đứng hay ba pha trên các đỉnh tam giác. 1.2. Chọn thanh dẫn cứng Các điều kiện lựa chọn và kiểm tra thanh góp Đại lượng chọn và kiểm tra Điều kiện Dòng điện phát nóng lâu dài cho phép (A) ܭଵ.ܭଶ. ܫ௖௣ ≥ ܫ௖௕ Khả năng ổn định động (kg/cm2) ߪ௖௣ ≥ ߪ௧௧ Khả năng ổn định nhiệt (mm2) ܨ ≥ ߙ. ݈ஶ ඥݐ௤đ Trong đó: K1 = 1 đối với thanh góp đặt đứng K1 = 0.95 đối với thanh góp đặt ngang K2 là hệ số điều chỉnh nhiệt độ theo môi trường ߪ௖௣ : Ứng suất cho phép của vật liệu làm thanh góp Với thanh góp nhôm: ߪ௖௣ = 700 ݇݃/ܿ݉ଷ Với thanh góp đồng: ߪ௖௣ = 1400 ݇݃/ܿ݉ଷ ߪ௧௧ : Ứng suất tính toán, xuất hiện trong thanh góp do tác động của lực điện động ngắn mạch ߪ௧௧ = ெௐ (݇ܩ/ܿ݉ଶ) (1 – 1) M: Mô men uốn tính toán ܯ = ி೟೟.௟ ଵ଴ (݇ܩ݉) (1 - 2) Ftt: Lực tính toán do tác động của dòng ngắn mạch ܨ௧௧ = 1,76. 10ିଶ. ௟௔ ݅௫௞ (݇ܩ) (1 – 3) l: Khoảng cách giữa các sứ của một pha (cm) a: khoảng cách giữa các pha (cm) W: mô men chống uốn của các loại thanh dẫn (kG.m), công thức tính toán ở bảng sau: Ví dụ: Yêu cầu lựa chọn thanh góp đặt trong tủ phân phối hạ áp của trạm biến áp 315KVA – 10/0,4KV. Dòng điện lớn nhất qua thanh góp chính là dòng điện định mức của MBA ܫđ௠஻஺ = ܵđ௠஻஺ √3 ܷđ௠஻஺ = 315√3. 0,4 = 455.2 ܣ Chọn thanh góp đồng tiết diện hình chữ nhật M40 x 4 có Icp = 625 A Cần tính dòng ngắn mạch để kiểm tra ổn định động, ổn định nhiệt Hình 1.1.1. Sỏ đồ nguyên lý TBA và sơ đồ thay thế tín hiệu ngắn mạch hạ áp Tổng trở biến áp quy về hạ áp ܼ஻஺ = ∆ ேܷܲđ௠஻஺ଶܵđ௠஻஺ଶ . 10଺ + ݆.ܷே %.ܷđ௠஻஺ଶܵđ௠஻஺ . 10ସ = 4,85 0,4ଶ315ଶ . 10଺ + ܬ 4,5. 0,4ଶ315 . 10ସ = 7 + ݆20 ݉Ω ܼே = ܼ஻஺ + ܼ஼ + ஺்ܼ Tuy nhiên trị số của Zc và ZAT là quá nhỏ so với tổng trở biến áp nên có thể bỏ qua: ܼே ≈ ܼ஻஺ = 7 + ݆20 ݉Ω Dòng điện ngắn mạch ܫே = 400 √3√7ଶ + 20ଶ = 10,9 ݇ܣ Trị số dòng ngắn mạch xung kích ݅௫௞ = 1,8 √2ܫே = 27 ݇ܣ Dự định đặt ba thanh góp ba pha cách nhau 15 cm, mỗi thanh đặt trên hai sứ khung tủ cách nhau 70 cm ܨ௧௧ = 1,76. 10ିଶ. 7015 .27 = 2,22(݇ܩ) ܯ = 2,22.7010 = 15,54(݇ܩܿ݉) Mô men chống uốn của thanh 40 x 4 đặt đứng ܹ = 40. 4ଶ6 = 0,106 ܿ݉ଷ ߪ௧௧ = 15,540,106 = 146,6 (݇ܩ/ܿ݉ଶ) Với α = 6 và tqđ = tc = 0,5s, kết quả kiểm tra thanh góp ở bảng sau: Đại lượng chọn và kiểm tra Điều kiện Dòng điện phát nóng lâu dài cho phép (A) ܭଵ.ܭଶ. ܫ௖௣ = 1.1.625 > 455,2 Khả năng ổn định động (kg/cm2) ߪ௖௣ = 1400 > ߪ௧௧ = 146,6 Khả năng ổn định nhiệt (mm2) ܨ = 40ݔ4 = 160 ≥ ߙ. ݈ஶ ඥݐ௤đ = 6.109.ඥ0,5 = 46 Vậy chọn thanh cái đồng M40x4 là hoàn toàn thỏa mãn. 1.3. Chọn dây dẫn mềm Các điều kiện lựa chọn và kiểm tra thanh góp Đại lượng chọn và kiểm tra Điều kiện Tiết diện dây dẫn được chọn theo mật độ dòng điện kinh tế ܵ௞௧ = ܫ௕௧ܬ௞௧ Điều kiện phát nóng lâu dài ܫ௖௣௕௧ ≥ ܫ௖௕ Điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch ߠଶ ≤ ߠ௖௣௡௠ Điều kiện vầng quang ܷ௩௤ ≥ ܷđ௠ு் Trong đó: Jkt - Mật độ dòng kinh tế Tên Mật độ dòng kinh tế A/mm2 với thời gian sử dụng công suất cực đại, giờ 1.000 -:- 3.000 3.000 -:- 5.000 5.000 -:- 8.760 Thanh dẫn góp: Đồng Nhôm 2,5 1,3 2,1 1,1 1,8 1,0 Cáp điện lực cách điện bằng giấy tẩm dầu lõi: Nhôm Đồng 3,0 1,6 2,5 1,4 2,0 1,2 Icpbt - dòng điện cho phép ứng với tiết diện dây dẫn được chọn (nhà chế tạo cho trước). Icb – dòng điện phát nóng cưỡng bức ϴ2 – nhiệt độ cuối cùng khi ngắn mạch ϴcpnm - nhiệt độ cho phép khi ngắn mạch Uvq – điện áp tới hạn có thể phát sinh hồ quang ܷ௩௤ = 84.݉. ݎ. ln ܽݎ (ܭܸ) r – bán kính ngoài dây dẫn (cm) a – Khoảng cách giữa các trục dây dẫn (cm) m – hệ số xét đến độ xù xì của bề mặt dây dẫn. Đố với một sợi hoặc thanh dẫn để lâu trong không khí m = 0,93 -:- 0,98 và đối với dây nhiều sợi xoắn m = 0,83 -:- 0,87 1.4. Chọn cáp điện lực 1.4.1. Các phương pháp lựa chọn tiết diện cáp điện lực * Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng kinh tế: Phương pháp này dùng cho lưới điện có điện áp U ≥ 110KV, bởi vì trên lưới này không có thiết bị sử dụng điện trực tiếp đấu vào vấn đề điện áp không cấp bách, nếu chọn dây theo Jkt sẽ có lợi về kinh tế nghĩa là chi phí tính toán hằng năm sẽ thấp nhất. Lưới trung áp đô thị và xí nghiệp nói chung khoảng cách tải điện ngắn, thời gian sử dụng công suất lớn cũng được chọn theo phương pháp này. * Chọn tiết diện theo tổn thất điện áp cho phép ΔUcp: Lưới trung áp nông thôn, hạ áp nông thôn, đường dây tải điện đến các trạm bơm nông nghiệp, do khoảng cách tải điện xa, tổn thất điện áp lớn, chỉ tiêu chất lượng điện năng dễ bị vi phạm nên tiết diện dây dẫn thường được chọn theo phương pháp này. * Lựa chọn tiết diện theo phương pháp phát nóng cho phép Icp: Phương pháp này dùng cho tiết diện dây dẫn và cáp cho lưới hạ áp đô thị, hạ áp công nghiệp và chiếu sáng sinh hoạt. Lưới điện Jkt ΔUcp Icp Cao áp Mọi đối tượng Trung áp Đô thị, công nghiệp Nông thôn Hạ áp Nông thôn Đô thị, công nghiệp Tiết diện dù được chọ theo phương pháp nào cũng phải kiểm tra lại theo các tiêu chuẩn sau đây: ∆ܷ௕௧ ≤ ∆ܷ௕௧௖௣ ∆ ௦ܷ௖ ≤ ∆ ௦ܷ௖௖௣ ܫ௦௖ ≤ ܫ௖௣ Trong đó: ΔUbt: - tổn thất điện áp của đường dây trong trường hợp làm việc bình thường ΔUbtcp: - tổn thất điện áp cho phép khi đường dây làm việc bình thường. ΔUsc: - tổn thất điện áp của tuyến đường dây khi xảy ra sự cố nguy hiểm nhất. ΔUsccp: - tổn thất điện áp cho pháp khi xảy ra sự cố. Isc: - dòng điện lớn nhất chạy qua đường dây khi có sự cố. Icp: - dòng điện cho phép ứng với tiết diện dây dẫn được chọn (nhà chế tạo cho trước). Với lưới U ≤ 110 KV: ΔUbtcp = 10% Uđm ΔUsccp = 20% Uđm Với lưới U ≤ 35 KV: ΔUbtcp = 5% Uđm ΔUsccp = 10% Uđm Ngoài ra tiết diện dây dẫn còn được thỏa mãn về các điều kiện về độ bền cơ học và chống tổn thất vầng quang. 1.4.2. Các điều kiện lựa chọn cáp điện lực Đại lượng chọn và kiểm tra Điều kiện Điện áp định mức ܷđ௠஼ ≥ ܷđ௠ு் Tiết diện cáp chọn theo mật độ dòng kinh tế ܵ௞௧ = ܫ௕௧ܬ௞௧ Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng bình thường ܭଵ.ܭଶ. ܫ௖௣௕௧ ≥ ܫ௖௕ Kiểm tra cáp theo điều kiện phát nóng cưỡng bức 1,3.ܭଵ.ܭଶ. ܫ௖௣௕௧ ≥ ܫ௖௕ Điều kiện ổn định nhiệt khi ngắn mạch ߠଶ ≤ ߠ௖௣௡௠ 1.5. Chọn sứ đỡ và sứ xuyên - Loại sứ: Chọ theo vị trí đặt - Điện áp: ܷđ௠ௌ ≥ ܷđ௠ு் - Kểm tra điều kiện ổn định động: ܨ௧௧ᇱ ≤ 0,6.ܨ௣௛ Fph – lực phá hoại cho phép của sứ (tra trong sổ tay tra cứu) ܨ௧௧ᇱ - lực điện động đặt lên đầu sứ khi ngắn mạch bap ha: ܨ௧௧ ᇱ = ܨ௧௧ .ܪᇱܪ ܨ௧௧ – lực điện động tác động lên thanh dẫn khi ngắn mạch bap ha. ܪ – chiều cao của sứ ܪᇱ- chiều cao từ đáy sứ đến trọng tâm thết diện thanh dẫn. 2. Máy biến điện áp 2.1. Khái niệm, phân loại máy biến điện áp 2.1.1. Khái niệm Hệ thống điện thường có điện áp cao nên khi đo lường và bảo vệ gặp rất nhiều khó khăn.Nếu ta thiết kế ,chế tạo thiết bị đo lường và bảo vệ với điện áp cao thi sẽ rất tốn kém và nguy hiểm cho người sử dụng .Vì vậy ta cần giảm điện áp xuống để dùng các thiết bị đo lường và bảo vệ thông thường ở điện áp thấp ,tiêu chuẩn,an toàn .Thiết bị dùng để giảm điện áp cao xuống điện áp thấp ,tiêu chuẩn được gọi là máy biến điện áp Máy biến áp đo lường còn được gọi là máy biến điện áp được ký hiệu là BU hoặc BU, có chức năng biến đổi điện áp sơ cấp bất kỳ xuống 100V hoặc 100√3 V, cấp nguồn cho các mạch đo lường, điều khiển, tín hiệu, bảo vệ. 2.1.2. Phân loại: Máy biến điện áp được phân thành các loại sau : - Theo số pha: máy biến điện áp một pha và máy biến điện áp ba pha . - Theo số dây quấn: loại 2 dây quấn và loại 3 dây quấn. - Theo cấp chính xác : Được phân theo theo giá trị sai số cho phép - Theo phương thức làm mát : máy biến điện áp dầu, máy biến điện áp khô (không khí). - Loại thiết bị có : máy biến điện áp trong nhà, máy biến điện áp ngoài trời và máy biến điện áp cho các thiết bị phân phối hợp bộ . 2.1.3. Các kiểu máy biến điện áp - Máy biến điện áp khô được chế tạo với điện áp định mức ≤ 24KV, vật liệu các điện là epoxy - Máy biến điện áp dầu: Thường được chế tạo với điện áp 35kv trở lên. Sở dĩ đối với mạng điện có điện áp cao U> 35KV thường sử dụng kiểu dầu vì : Dầu vừa cách điện tốt ,vừa làm mát tốt ,hơn nữa dễ bảo quản khi xẩy ra sự cố về chạm chập dây .Tuy nhiên loại máy biến điện áp kiểu dầu có kết cấu hơi phức tạp vì chúng thường có bình dãn dầu và trong quá trình làm việc cũng dễ gây ra cháy nổ .Nhưng loại này phù hợp với cấp điện áp cao ,vì thế cho nên đối với U> 35kv thì để đảm bảo yêu cầu về mặt cách điện cũng như trong quá trình làm việc ,người ta thường chế tạo loại máy biến điện áp kiểu ngâm dầu . - Máy biến điện áp nối tầng:Với điện áp lớn hơn 35kv để giảm kích thước cách điện,người ta dùng kiểu biến áp nối tầng ,mỗi tầng chịu một điện áp nhất định. 2.1.4. Cấu tạo a) Biến điện áp khô Biến điện áp khô chỉ dùng cho TBPP trong nhà. Biến điện áp khô 1 pha dùng ở điện áp 6kV trở xuống, còn biến điện áp 3 pha dùng cho điện áp đến 500kV. b) Biến điện áp dầu Hình 1.2.1. Biến điện áp dầu một pha a) Điện áp dưới 35kV: 1 – thùng dầu kép; 2 – nắp; 3 –đầu sứ xuyên phía cao áp; 4 – mạch từ; 5 – cuộn dây sơ cấp; 6 – đầu ra thứ cấp; 7 – chốt để tháo nắp; 8 – dầu máy biến điện áp. b) Điện áp 35kV Biến điện áp dầu được chế tạo với điện áp 3kV trở lên, dùng cho cả TBPP trong nhà và ngoài trời (Hình 1.2.1) Biến điện áp dầu 3 pha 5 trụ được chế tạo với điện áp 3 -:- 20kV. Gồm mạch từ 5 trụ (trong đó 3 trụ có dây quấn, còn hai trụ bên không có dây quấn để cho từ thông thứ tự không chạy qua), còn hai cuộn dây thứ cấp nối hình sao và hình tam giác hở. Cuộn dây nối hình sao abc cung cấp cho các dụng cụ đo lường, rơ le và kiểm tra cách điện, cuộn dây a1-x1 nối rơ le điện áp để cho tín hiệu khi một điểm chạm đất trong lưới cao áp. Bình thường Ua1-x1 = Ua + Ub + Uc = 0 khi một điểm trong lưới cao áp chạm đất điện áp Ua1-x1 = 3U0, (U0 điện áp thứ tự không) do đó rơ le tác động báo tín hiệu chạm đất. Hình 1.2.2. Biến điện áp ba pha năm trụ a) Bề ngoài; b) Sơ đồ nối dây c) Biến điện áp kiểu phân cấp Được dùng đối với điện áp 110kV trở lên để giảm bớt kích thước và làm nhẹ cách điện của biến điện áp. Biến điện áp kiểu phân cấp bao gồm nhiều tầng lõi từ xếp chồng lên nhau, mà cuộn dây sơ cấp phân bố đều trên các lõi, còn cuộn dây thứ cấp chỉ ở trên lõi từ cuối cùng. Số tầng lõi từ phụ thuộc vào điện áp định mức 110kV có hai tầng, còn 220kV có số tầng nhiều hơn. Đối với điện áp 500kV trở lên người dùng bộ phận phân áp bằng tụ để lấy một phần điện áp cao rồi mới đưa vào biến điện áp (hình 1.2.3). Điện áp lấy trên C2 bằng khoảng 10 -:- 15kV, sau đó nhờ biến điện một pha hạ xuống thích hợp cho đo lường, rơ le và tự động hóa. Để điện áp thứ cấp U2 không thay đổi theo phụ tải cần đặt thêm điện kháng P và bộ chống nhiễu N. Hình 1.2.3. Bộ phận chia điện áp bằng tụ 2.1.5. Sơ đồ nối dây của biến điện áp a) Hai biến điện áp một pha nối theo sơ đồ V/V Hình 1.2.4. Sơ đồ hai biến điện áp một pha nối theo sơ đồ V/V Sơ đồ V/V chỉ cho phép đo điện áp dây (UAB, UBC) mà không đo được điện áp pha. Sơ đồ này được dùng cho lưới có dòng chạm đất nhỏ và khi phụ tải là oát kế và công tơ. b) Biến điện áp ba pha năm trụ (như đã trình bày ở trên) c) Biến điện áp ba pha, ba trụ nối Y/Y: dùng cho lưới có dòng chạm đất bé để cung cấp cho các dụng cụ đo lường điện áp dây không đòi hỏi độ chính xác cao. 2.2. Các tham số của máy biến điện áp - Tỷ số biến đổi định mức: ܭđ௠ = ௎ଵđ೘௎ଶđ೘ U1đm – điện áp định mức sơ cấp U2đm – điện áp định mức thứ cấp - Sai số điện áp: ∆ܷ = ௄đ೘.௎ଶି௎ଵ ௎ଵ .100 - Cấp chính xác: là sai số lớn nhất về trị số điện áp khi nó làm việc trong điều kiện: f = 50 HZ, U1 = 0,9 -:- 1,1Uđm, phụ tải thứ cấp thay đổi từ 0,25 đến định mức, cosφ =0,8. Cấp chính xác được chế tạo theo một trong các mức sau: 0,2; 0,5; 1,0; 3,0 và 6 BU với cấp chính xác 0,2 dùng cho mẫu, cấp 0,5 dùng cho đo đếm điện năng, cấp 1 dùng cho đồng hồ bảng,còn cấp 3 và cấp 6 dùng cho bảo vệ. - Phụ tải của biến điện áp và cách làm việc: Là công suất biểu kiến ở mạch thứ cấp với giả thiết điện áp ở thứ cấp là định mức. ܵ = ܷ2đ௠ଶ ܼ Với ܼ = √ݎଶ + ݔଶ là tổng trở ngoài của biến điện áp. 2.3. Các điều kiện chọn máy biến điện áp 2.3.1. Sơ đồ nối dây và kiểu biến điện áp Sơ đồ nối dây và kiểu biến điện áp phải phù hợp với nhiệm vụ của nó. Để cấp cho công tơ chỉ cần hai biến điện áp nối V/V. Nếu đồng thời dùng biến điện áp để kiểm tra cách điện của mạng ba pha trung tính cách điện 3 -:- 20kV dùng biến điện áp ba pha 5 trụ (Yo/Yo/Δ , sao 0, sao 0, tam giác hở), mạng 35 kV trở lên người ta dùng ba máy biến điện áp một pha nối Yo/Yo/Δ , sao 0, sao 0, tam giác hở. 2.3.2. Điều kiện về điện áp: Điện áp định mức của biến điện áp phải phù hợp với điện áp của mạng. 2.3.3.Cấp chính xác: Cấp chính xác chọn phải phù hợp với nhiệm vụ nhiệm vụ của biến điện áp 2.3.4. Công suất định mức: Tổng phụ tải nối vào biến điện áp S2 phải bé hơn hay bằng công suất định mức của biến điện áp với cấp chính xác đã chọn. ܵଶ ≤ ܵđ௠஻௎ Khi tính S2 chỉ có thể tính phụ tải các dụng cụ đo lường, không cần tính tổng trở dây dẫn vì ảnh hưởng của nó không đáng kể. 2.3.5. Chọn dây dẫn nối biến điện áp với dụng cụ đo lường Tiết diện dây dẫn được chọn sao cho điện áp trên nó không vượt quá 0,5% điện áp định mức thứ cấp khi có công tơ và 3% khi không có công tơ. Theo điều kiện sức bền cơ, thiết diện dây đồng tối thiểu là 1,5m2, đối với dây nhôm là 2,5mm2. 3. Máy biến dòng điện 3.1. Cấu tạo, phân loại máy biến dòng điện Biến dòng có hai loại chính: Biến dòng kiểu xuyên và biến dòng kiểu đế. 3.1.1. Biến dòng kiểu xuyên Gồm có cuộn dây sơ cấp là một thanh dẫn xuyên qua lõi từ, còn cuộn dây thứ cấp quấn trên lõi từ (hình 1.3.1.a). Tùy theo dòng định mức sơ cấp mà thanh dẫn xuyên có hình dạng khác nhau, trên hình 1.3.1.b nó có dạng thẳng, tiết diện to dùng cho dòng 600A trở lên, còn hình 1.3.1.c thì nó cong tiết diện nhỏ hơn nó dùng cho dòng điện nhỏ hơn 600A. Khi dòng định mức sơ cấp lớn (600 -:- 1800A) điện áp 20kV, cuộn dây sơ cấp là hình máng (hình 1.3.1.d). Số lượng lõi từ và cuộn dây thứ cấp phụ thuộc vào công dụng từng loại. Trong biến dòng kiểu xuyên các lõi và cuộn dây thứ cấp được bọc trong nhựa cách điện epoxy Hình 1.3.1. Máy biến dòng kiểu xuyên a) Sơ đồ nguyên lý; b) Biến dòng điện dòng sơ cấp từ 600A trở lên; c) Biến dòng điện dòng sơ cấp dưới 600A; d) Biến dòng điện dòng sơ cấp rất lớn: 1- lõi thép, 2 – cuộn dây thứ cấp, 3 – cuộn dây sơ cấp (thanh dẫn xuyên), 4 – đầu nối của cuộn sơ cấp, 5 – vỏ cách điện. 3.1.2. Biến dòng điện kiểu đế: Dùng cho TBPP ngoài trời Hình 1.3.2. Biến dòng điện kiểu đế a) Một cấp; b) Phân cấp Vỏ máy biến dòng bằng sứ, cách điện bên trong bằng giấy dầu (hình 1.3.2.a). Trong thùng sứ chứa đầy dầu, phía dưới thùng có các hộp đầu ra của cuộn dây thứ cấp (thường có một cuộn dây thứ cấp). Khi điện áp cao, thực hiện cách điện giữa các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp gặp khó khăn. Vì vật với điện áp cao 220kV và cao hơn người ta dùng biến dòng kiểu phân cấp (hình 1.3.2.b) mỗi cấp có lõi thép riêng. 3.2. Nguyên lý làm việc, các tham số của máy biến dòng điện 3.2.1. Nguyên lý làm việc Ở mạch điện xoay chiều, nguyên lý làm việc của biến dòng tương tự như máy biến áp( máy biến dòng là một thiết bị điện từ tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi trị số dòng điện xoay chiều nhưng vẫn giữ nguyên tần số). Với máy biến dòng cao thế khi ta cho dòng điện I1 đi qua cuộn dây sơ cấp thì phía thứ cấp cho ra dòng điện I2 khác với phía sơ cấp nhưng vẫn giữ nguyên tần số. Với máy biến dòng hạ thế khi ta cho dòng điện I1 xuyên qua lõi thép có quấn cuộn dây thứ cấp thì phía thứ cấp cho ra dòng điện I2 khác với phía sơ cấp nhưng vẫn giữ nguyên tần số. 3.2.2. Các chế độ làm việc của máy biến dòng: - Chế độ ngắn mạch của dòng sơ cấp, mạch thứ cấp có phụ tải Z2: Tỷ số giữa dòng ngắn mạch sơ cấp trên dòng định mức gọi là bội số dòng của máy biến dòng: ݊ = ܫ1 ܫ1đ௠ Khi n lớn, sai số máy biến dòng tăng và sai số này còn phụ thuộc vào dòng thứ cấp I2 hoặc tải Z2. Thường với mạch bảo vệ, bội số dòng điện của máy biến dòng phải đạt giá trị sao cho sai số của nó dưới 10%. -Chế độ hở mạch thứ cấp của máy biến dòng: Khi thứ cấp hở mạch, phía thứ cấp sẽ có điện áp cảm ứng với biên độ rất cao gây nguy hiểm cho người và các thiết bị thứ cấp(lõi thép bị bão hòa). Để chống hiện tượng bão hòa trong mạch từ, người ta còn chế tạo máy biến dòng có khe hở không khí, còn gọi là biến dòng tuyến tính. Máy biến dòng có tỷ số dòng điện tỷ lệ nghịch với số vòng dây cuốn. Do đó, có thể thay đổi tỷ số biến bằng cách thay đổi số vòng dây cuốn phía sơ cấp hoặc thứ cấp. 3.2.3. Các tham số của máy biến dòng điện Điện áp định mức: là trị số điện áp dây của lưới điện mà máy biến dòng làm việc. Điện áp này quyết định cách điện giữa phía sơ cấp và thứ cấp của máy biến dòng. Dòng điện định mức phía sơ cấp và thứ cấp là dòng điện làm việc dài hạn theo phát nóng, có dự trữ. Hệ số biến đổi là tỷ số giữa sơ cấp và thứ cấp định mức: ܭđ௠ = ܫଵđ௠ܫଶđ௠ - Hệ số biến đổi thường được chế tạo như sau: 10/5A; 15/5; 20/5; 25/5; 50/5A; 75/5; 100/5; 150/5; 200/5; 250/5; 300/5; 400/5; 500/5; 600/5; 700/5; 750/5; 800/5; 850/5; 900/5; 950/5 ; 1.000/1; 1.500/1,.. Phụ thuộc vào sai số, máy biến dòng điện có những cấp chính xác sau: - Cuộn đo lường: 0,2; 0,5; 1. - Cuộn bảo vệ: 5P10, 5P20, 10P10, (5P20: nếu dòng điện qua máy biến dòng tăng lên gấp 20 lần dòng điện định mức của nó thì sai số chỉ là 5%). -Tải định mức của biến dòng tổng trở tính bằng W, với cosj=0,8 mà biến dòng làm việc với cấp chính xác tương ứng. Công suất định mức của máy biến dòng: ܲ2đ௠ = ܫ2đ௠ଶ .ܼ2đ௠ Bội số dòng định mức giới hạn là tỷ số giữa dòng sơ cấp và dòng sơ cấp định mức mà sai số dòng điện đến 10%. 3.3. Cách tính chọn máy biến dòng 3.3.1. Sơ đồ nối dây và kiểu máy: Sơ đồ nối dây có thể là đủ cả ba pha, hai pha hay một pha, tùy thuộc vào nhiệm vụ của biến dòng. Kiểu biến dòng phụ thuộc vào vị trí đặt của chúng. 3.3.2. Điện áp định mức: ܷđ௠஻ூ ≥ ܷđ௠ு் 3.3.3. Dòng điện định mức sơ cấp: ܫđ௠஻ூ ≥ ܫ௖௕ 3.3.4. Cấp chính xác: Cấp chính xác của biến dòng điện chọn phải phù hợp với yêu cầu của các d...ố lớn * Trong cả hai sơ đồ cầu dao cách ly CL5 và CL6 được dùng khi kiểm tra hoặc sửa chữa bất kỳ 1 trong 3 máy cắt MC3, MC4, MC5. Ở chế độ làm việc bình thường hai dao cách ly này 1 đóng, 1 mở. Muốn sửa chữa MC3: + Đóng cầu dao cách ly đang mở + Cắt MC3 cần sửa chữa, mở các dao cách ly đi kèm với MC3. + Thực hiện các biện pháp an toàn để sửa chữa MC3. Lúc này MC4 sẽ bảo vệ cho cả hai đường dây D1 và D2, lúc này nếu ngắn mạch trên đường dây D1 hoặc D2 thì MC2 sẽ cắt làm mất điện toàn bộ. Hình 2.1.10. Sơ đồ cầu trong 2. Sơ đồ nối điện chính của nhà máy nhiệt điện ngưng hơi 3. Sơ đồ nối điện chính của nhà máy nhiệt điện rút hơi 4. Sơ đồ nối điện chính của nhà máy thủy điện 5. Sơ đồ nối điện của trạm biến áp 6. Chọn máy biến áp và kháng điện tự dùng. 6.1. Chọn máy biến áp Vốn đầu tư của máy biến áp chiếm một phần rất quan trọng trong tổng số vốn đầu tư của hệ thống điện, vì vậy chọn số lượng của máy biến áp và công suấ định mức của chúng là vô cùng quan trọng. Để chọn máy biến áp người ta đưa ra một số phương án cụ thể rồi tiến hành tính toán so sánh kinh tế - kỹ thuật để chọn phương án tối iu. 6.1.1. Chọn máy biến áp cho nhà máy điện. Đối với nhà máy điện khu vực, tát cả điện năng sản xuấ ra được truyền lên cao áp, vì vậy máy phát điện được nối theo sơ đồ khối với máy biến áp tăng áp ( hay máy biến áp tự ngẫu). Công suất máy biến áp được chọn theo điều kiện sau: ∑ܤđ௠ ≥ ∑ܧđ௠(2.1) Đối với các máy phát điện công suất nhỏ (thường ở nhà máy thủy điện) người ta dùng sơ đồ khối mở rộng nghĩa là ghép một số máy phát điện với một máy biến áp. Công suất của bộ (khối) không được vượt quá dự trữ quay của hệ thống ∑B ≥ ∑ܪđ௧(2.2) Ở đây, SHđt là công suất dự trữ quya của hệ thống điện. Nếu nhà máy có ba cấp điện áp cao trung, hạ liên lạc với nhau bằng máy biến áp ba dây quấn thì tổng công suất các khối của máy phát điện – máy biến áp hai cuộn dây nối vào điện áp trung phải nhỏ hơn phụ tải cực tiểu điện áp trung: ∑ܵ௄.் ≤ ST.min’( 2.3) ∑ܵ௄ .் : tổng công suất các khối máy phát điện – máy biến áp hai cuộn dây nối nên trung áp. Nếu không thỏa mãn điều kiện này thì khi phụ tải điện áp trung cực tiểu , hệ thống sẽ không huy động được hết khả năng công suất còn ại của các khối nối vào trung áp. Đối với các nhà máy có phụ tỉa địa phương được cung cấp bằng điện áp máy phát , người ta xây dựng đồ thị phụ tải ngày đêm trao đổi công suất giữa nhà máy và hệ thống trong chế độ làm việc bình thường cũng như khi sự cố. Máy biến áp chọn theo các trường hợp sau: * Nhà máy có một cấp điện áp cao: Nêu liên lạc giưa nhà máy và hệ thống bằng hai máy biến áp hai cuộn dây, công suất định mức của máy biến áp xác đinh như sau: SB ≥ ଵ ଶ Sthừa = ଵ ଶ [∑ܵிđ௠ – SUfmin+ S tđmax )] (2.4) Trong đó - Sthừa : Công suất thừa trên thanh góp điện áp máy phát - SUfmin : Phụ tải cực tiểu ở điện áp máy phát Khi hỏng một máy biến áp, máy còn lại với khả năng quá tải của nó ít nhất phải đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải phát vào hệ thống lúc bình thường trừ đi công suất dự trữ quay của hệ thống: k. SBđm ≥ SHmax – SHdt’ (2.5) với K: hệ số quá tải sự cố của máy biến áp. Liên lạc với hệ thống bằng một máy biến áp chỉ áp dụng trong trường hợp công suất phát từ nhà máy vào hệ thống ở chế độ làm việc bình thường không vượt quá dự trữ quay của hệ thống. * Nhà máy có hai cấp điện áp cao: Liên lạc giữa nhà máy với hai cấp điện áp cao được thực hiện bằng máy biến áp ba cuộn dây hay tự ngẫu. Công suất định mức của máy biến áp cũng chọn theo 1/2Sthừa như trên. Khi bên trung áp không có khối máy phát – máy biến áp thì điuè kiện kiểm tra lúc sự cố một máy biến áp liên lạc là: k. SBđm ≥ STmax’(2.6) Nếu bên phía trung áp có khối máy phát điện – máy biến áp thì kiểm tra theo điều kiện sau: k. SBđm ≥ STmax - ∑ S୏.୘ᇱ(2.7) Trường hợp hỏng một khối máy phát – máy biến áp lớn nhất bên trung áp thì đòi hỏi: 2k. SBđm ≥ STmax - [ ∑ S୏.୘ - SK.Tmax ] (2.8) Ở đây SK.Tmax là công suất của khối lớn nhất bên trung áp. Khi phụ tải bên trung áp bằng (40-50)% công suất định mức của máy biến áp ba cuộn dây thì nên chọn công suất cuộn trung áp bằng 100% SBđm vì xét đến khả năng phát triển phụ tải ở cấp điện áp này. Trường hợp ngược lại chọn công suất cuộn trung bình bằng 67% SBđm. Dùng máy biến áp ba cuộn dây chỉ có lợi khi phụ tải một cuộn dây bằng hoặc lớn hơn 15-20% tổng phụ tải hai cuộn dây kia. Nếu điều kiện này không thỏa mãn có thể đặt các máy biến áp hai cuộn dây thay thế. 6.1.2. Chọn máy biến áp cho trạm biến áp. Nếu trạm chỉ đặt một máy biến áp thì công suất định mức của nó chọn theo khả năng quá tải thường xuyên của máy biến áp. Nếu trạm đặt hai máy biến áp công suất định mức của chúng được chọn có xét đến khả năng quả tải khi sự cố một trong hai máy biến áp ( ở chế độ làm việc bình thường cả hai máy biến áp đều non tải.) 2.6.2. Chọn kháng điện tự dùng Kháng điện được chọn theo các yêu cầu sau đây: a. Điện áp: Điện áp định mức của kháng điện phải tương ứng với điện áp của mạng. b. Dòng điện: Dòng điện định mức của kháng điện phải được chọn theo điều kiện: Iđmk ≥ Icb (2.9) c. Điện kháng xk%. Trị số điện kháng xk% được chọn xuất phát từ điều kiện hạn chế dòng ngắn mạch để có thể dùng được các khí cụ đóng cắt hạng nhẹ và cáp có thiết diện nhỏ. Để chọn điện kháng của kháng điện thnah góp, người ta tự chọn xk% nào đó rồi tính dòng ngắn mạch . Với dòng ngắn mạch tính được thỏa mãn yêu cầu đề ra thì việc chọn xk% ban đầu đạt yêu cầu; nếu không thì phải chỉnh lại giá trị xk% và tiến hành tính toán lại. Đối với kháng điện đường dây, điện kháng được tiến hành chọn như dưới đây: Xét một hộ tiêu thu được cung cấp từ thanh góp qua điện kháng với giá trị xk% cần tìm, quay máy cắt MC -1 đã định với dòng ICđm1 rồi đến cáp điện lực thiết diện S1. Tại hộ tiêu thụ người ta dùng máy cắt MC -2 đã định với dòng ICđm2 , thiết diện của cáp nhỏ nhất là S2 . Điện kháng tổng của hệ thống tính đến điểm ngắn mạch N3được xác định theo sơ đồ thay thế của hệ thống. Nếu biết dòng ngắn mạch siêu quá độ ba pha thành phần chu kỳ tại N3 thì điện kháng tổng tính đến điểm ngắn mạch N3 có thể xác định như sau: x HT = ୍ౙౘ ୍ᇱొయ (2.10) Với - Icb : dòng điện cơ bản được chọn khi lập sơ đồ thya thể cho tính ngắn mạch - I’’N3 : giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch siêu quá độ thành phàn chu kỳ khi ngắn mạch ba pha tại N3. Các điện kháng x H, xC1, xC2 , được xác định với đơn vị tương đối với đại lượng cơ bản đã chọn ( Scbvà Ucb = Utb ): xC = x0.l. ୗౙౘ ୙౪ౘమ (2.11) trong đó Scb : công suất cơ bản đã chọn x0 : điện kháng đơn vị theo chiều dài (Ω/km) l: độ dài của cáp (km) Phải chọn xk % sao cho đảm bảo hạn chế dòng ngắn mạch nhỏ hơn hay bằng dòng cắt định mức của máy cắt đã chọn và đảm bảo ổn định nhiệt cho cáp cóthiết diện đã cho tức là: I’’N1 ≤ (ICđm1 và InhS1) (2.12) I’’N2 ≤ (ICđm2 và InhS2) (2.13) Trong đó InhS1 dòng ổn định nhiệt cho cáp được xác định theo công thức suy từ công thức : InhS1 = ௌ஼ ඥ௧೎ắ೟ (A) (2.14) Ở đây S: thiết diện cáp (mm2) C: hệ số; CCu = 141 A2/s ; CAl = 900 A2/s tcắt : thời gian cắt của máy cắt , bao gồm cả thời gian bảo vệ role. Hình 2.6.1: Sơ đồ giải thích cách chọn kháng cho đường dây a. Sơ đồ điện b. Sơ đồ thay thế Để cho máy cắt MC-2 làm việc và cà cáp S2 ổn định nhiệt , điện kháng tương đối cơ bản từ nguồn cung cấp đến điểm ngắn mạch N2 phải bằng: x∑ = ୍ౙౘ ୍ᇱᇱొమ (2.15) Ở đây I’’N2 là giá trị hiệu dụng dòng ngắn mạch siêu quá độ thnahf phần chu kỳ khi ngắn mạch ở đoạn đầu cáp S2. Đầu tiên để đảm bảo cho MC -2 cắt được dòng ngắn mạch và cáp S2 ổn định nhiệt , chọn I’’N2 từ điều kiện: I’N2 = min (ICđm2 và InhS2) (2.16) Thường để giảm bớt số kháng điện người ta dùng một kháng cho một số đường dây. Như vậy Iđmk trong (2.19) được chọn theo tổng dòng cưỡng bức của các đường dây được nối vào sau kháng điện. Mặt khác từ Hình 2.6.1b có: x∑ = xHT + xk + xC1(2.17) Vậy xk = x∑ - xHT - xC1 (2.18) Hay dạng % có: xk% = xk . ୍đౣౡ ୍ౙౘ౗ . 100 (2.19) Ở đây Icb = ୗౙౘ √ଷ .୙୲ୠ xk% không được quá 8% khi là kháng đơn và không quá 16% khi là kháng kép. Nếu điện kháng tính theo( 2.19) vượt quá quy định thì phải dùng một số kháng đơn hoặc dùng kháng kép thya cho kháng đơn. Ví dụ 1: Các hộ tiêu thụ được cấp điện từ ba phân đoạn của thanh góp điện áp máy phát qua ba kháng điện nhóm hình 2.6.2. Phụ tải gồm có 7 đường đơn x 1MVA x cáp nhôm 95mm2; 4 đường dây kép x 4MVA x cáp nhôm 2x185mm2, được phân cho các kháng điện như trên hình vẽ: Hình 2.6.2a: Sơ đồ phân bố các đường dây phụ tải trên các kháng điện. Các đường dây dùng máy cắt BMT 133 có Icdm = 20kA Giải: Kháng điện được chọn như sau: - Udmk = UdmHT = 10,5kV - Xác định dòng cưỡng bức qua kháng Icb Công suất qua kháng khi bình thường và các tình huống sự cố như sau: Công suất MVA Tình huống Kháng 1 Kháng 2 Kháng 3 Bình thường 7 9 7 Kháng 1 sự cố 0 13 7 Kháng 2 sự cố 11 0 11 Dòng cưỡng bức được chọn theo kháng có phụ tải lớn nhất: Icb = ଵଷ √ଷ .ଵ଴.ହ = 0.716 kA. Chọn kháng điện dơn dây đồng Pb -10-750 có Idmk = 750A. - Xác định xk%: Khi lập sơ đồ thay thế hình 2.6.2b cho tính ngắn mạch đã chọn Scb – 100MVA và ngắn mạch tại N3 có I’’ = 54,5kA. Vậy xHT = భబబ √య.భబ,ఱ ହସ.ହ = 0.101 xC = x0.l. ୗౙౘ౗ ௎೟್మ = 0,08 .2. ଵ଴଴ ଵ଴,ହమ = 0,145 InhS1 = ௌభ √௧భ .C = ଵ଼ହ √଴,଻ .90 = 18,899kA. InhS2 = ௌమ √௧మ .C = ଻଴ √଴,ହ .90 = 8,9kA. x ∑ = ூ೎್ೌ ூ೙೓೘೔೙ = ଵ଴଴ √ଷ.ଵ଴,ହ.଼,ଽ = 0,619 xk = x∑ - xHT - xC1 = 0,619 – 0,101 – 0,145 = 0,373 xk% = xk . ୍đౣౡ ୍ౙౘ౗ . 100 = 0,373. ଴,଻ହ ହ,ହ .100 = 5,08% Vậy chọn kháng đơn dây đồng PB – 10-750-8 có Idmk = 750A; xk% = 8% ; Hình 2.6.2b: sơ đồ tính chọn ngắn mạch Tính toán và kiểm tra lại với kháng đã chọn khi ngắn mạch tại N1. xk% = xk . ୍đౣౡ ୍ౙౘ౗ . 100 = 0,08. ହ,ହ ଴,଴଻ହ = 0,587 Dòng điện ngắn mạch tại N1 là : I’’N1 = ூ೎್ೌ ௑ಹ೅ା௑ೖ = ହ,ହ ଴,ଵ଴ଵା଴,ହ଼଻= 7,99kA. Thỏa mãn điều kiện: I’’N1 ≤ ICđm1 = 20kA I’’N1 ≤ Inhđm1 = 18,899kA. Dòng điện ngắn mạch tại N2 là: I’’N2 = ୍ౙౘ ଡ଼ౄ౐ାଡ଼ౡ୩ାଡ଼ిభ = ହ,ହ ଴,ଵ଴ଵା ଴,ହ଼଻ା଴,ଵସହ = 6,6 kA. Thỏa mãn điều kiện: I’’N2 ≤ ICđm2 = 20kA I’’N2 ≤ InhS2 = 8,9kA. Vậy kháng đã chọn đạt yêu cầu. CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1: Vẽ sơ đồ nối mỗi mạch với thanh góp qua máy cắt ? Câu 2: Vẽ sơ đồ nối mỗi mạch với thanh góp qua nhiều máy cắt ? Câu 3: Nêu cách chọn máy biến áp ? Câu 4: Nêu cách chọn kháng điện ? BÀI 3: LẮP ĐẶT MẠCH THỨ CẤP TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP 1. Khái niệm chung, các phần tử của mạch thứ cấp và ký hiệu của chúng 1.1. Khái niện chung Trong các nhà máy điện và trạm biến áp, bên cạnh sơ đồ nối điện chính (sơ đồ mạch sơ cấp) biểu thị các thiết bị sơ cấp và sự liên hệ giữa chúng là mạch sơ đồ thứ cấp biểu thị các thiết bị thứ cấp, sự liên hệ giữa chúng và sự liên hệ của các thiết bị thứ cấp với các thiết bị sơ cấp. Mạch thứ cấp trong nhà máy điện và trạm biến áp bao gồm các mạch đo lường, bảo vệ rơ le, tự động hóa, kiểm tra, tín hiệu, điều khiển, liên lạc Mỗi mạch thứ cấp cần đáp ứng 3 yêu cầu cơ bản sau: - Sơ đồ phải rõ ràng, cho phép nhanh chóng phát hiện sự làm việc không bình thường hoặc sai lầm của mạch và các thiết bị; - Đảm bảo sự làm việc đúng đắn của mạch thứ cấp của mỗi phần tử; có khả năng kiểm tra tình trạng của từng mạch thao tác và từng phần tử của thiết bị năng lượng hoặc từng mạch của thiết bị phân phối; - Không cho phép tác động sai lầm vì như vậy sẽ dẫn tới các hậu quả nghiêm trọng. Mạch điều khiển và tín hiệu là các trường hợp riêng của mạch thứ cấp. Có ba hình thức điều khiển: Trực tiếp, có khoảng cách và từ xa. 1.2. Các phần tử của mạch thứ cấp và ký hiệu của chúng 1.2.1. Các phần tử của mạch thứ cấp Theo công dụng của các phần tử của mạch thứ cấpngười ta chia thành các nhóm khí cụ như sau: - Khí cụ điều khiển dùng để truyền các tín hiệu đóng, cắt, chuyển đổi vị trí của các bộ tiếp điểm, thay đổi các chương trình làm việc ... - Các rơ le trong mạch điều khiển dùng để thực hiện các chương trình logic, kiểm tra mạch; - Các khóa điều khiển dùng để phát tín hiệu điều khiển và thay đổi chương trình làm việc của sơ đồ điều khiển; - Các cuộn dây đóng, cắt của máy cắt làm nhiệm vụ thực hiện động tác điều khiển cuối cùng; - Khí cụ tín hiệu như đèn, còi, chuông, bảng tín hiệu làm nhiệm vụ báo cho người trực nhật về vị trí, trạng thái của thiết bị làm việc; - Khí cụ kiểm tra như đồng hồ đo lường, cầu đo ... làm nhiệm vụ kiểm tra tình trạng thiết bị. 1.2.2. Ký hiệu của các phần tử trong mạch thứ cấp Để biểu diễn trên sơ đồ mạch thứ cấp, người ta mã hiệu hóa tất cả các khí cụ, các dụng cụ và các phần tử bằng ký hiệu đặc trưng. Có thể mã hiệu các phần tử bằng số hoặc bằng chữ cái theo đầu tên gọi của chúng hoặc các chữ cái đặc trưng cho loại và nhiệm vụ của chúng như: MC – máy cắt điện; CL – dao cách ly; KDK – khóa điều khiển; N – nút bấm; NT – nút thử; NK – nút khử; BI – máy biến dòng; BU – máy biến điện áp; Cd – cuộn dây đống của máy cắt; Cc – cuộn dây cắt của máy cắt. Cũng tương tự như vậy các ký hiệu rơ le cho trong bảng 3.1 Đối với các dụng cụ đo lường, người ta ký hiệu chúng bằng chữ cái của đơn vị đo như: A- ampemet; V – vôn mét Các cuộn dây của các dụng cụ được vẽ theo ký hiệu của chúng và bên cạnh ghi ký hiệu chữ cái của dụng cụ đó, như bảng 3.2 Bảng 3.2 Tên gọi Ký hiệu Cuộn dây của rơ le dòng điện Tiếp điểm thường mở của rơ le dòng điện Tiếp điểm thường đóng của rơ le dòng điện Tiếp điểm thường mở, mở có thời gian Tiếp điểm thường đóng, đóng có thời gian Tiếp điểm thường đóng, đóng mở có thời gian Nút ấn thường mở Nút ấn thường đóng Loại rơ le Ký hiệu Rơ le dòng điện RI Rơ le điện áp RU Rơ le tín hiệu RTH Rơ le tổng trở RZ Rơ le trung gian RG Rơ le thời gian RT Rơ le áp lực RP Bảng 3.1 1.3. Khóa điều khiển Trong các sơ đồ điều khiển và tín hiệu người ta dùng nhiều loại khí cụ khác nhau. Một trong khí cụ điện đó chính là khóa điều khiển (KĐK). - Khóa điều khiển dùng để phát tín hiệu điều khiển khi cần thiết. - Khóa điều khiển có rất nhiều loại khác nhau: K, KB, KCB. MO, MK, KY. Mỗi khóa điều khiển thường có nhiều bộ đầu thếp xúc (từ 6 -:- 8). Mỗi bộ có 4 đầu tiếp xúc cố định và một đầu tiếp xúc di động. Các đầu tiếp xúc di động được gắn trên trục của khóa ở những vị trí khác nhau. Ví dụ khóa điều khiển KCB có 6 bộ đầu tiếp xúc, các trạng thái đóng mở của chúng ứng với vị trí của trục tay cầm được biểu diễn ở bảng sau: Bảng 3.3 Ký hiệu: “x” biểu diễn đóng “ - ” biểu diễn mở Bảng 3.4 Việc biểu diễn vị trí đóng mở của các cặp đầu tiếp xúc ứng với vị trí của tay cầm KĐK chỉ thuận tiện đối với người vận hành sửa chữa, còn việc thể hiện trên sơ đồ rất khó khăn (bảng 3.3). Khi đó thuận tiện hơn cả là dùng các sơ đồ biểu thị trạng thái đóng mở của đầu tiếp xúc ứng với 6 vị trí của tay cầm (bảng 5.4). Các tiếp điểm đóng được biểu diễn bằng dấu “”. Trong sơ đồ điều khiển và tín hiệu người ta chỉ vẽ các cặp tiếp điểm cần dùng chứ không vẽ sơ đồ toàn bộ của khóa. 2. Các yêu cầu đối với mạch điều khiển 2.1. Sơ đồ phải có tín hiệu vị trí Vì các máy cắt nằm ở nhà phân phối điện, KĐK và người trực ở phòng điều khiển trung tâm. Nên trong sơ đồ điều khiển cần có tín hiệu vị trí đóng mở máy cắt khi làm việc bình thường cũng như sự cố. - Tín hiệu chỉ vị trí bình thường của MC được thực hiện theo nguyên tắc tương ứng, nghĩa là khi các khóa điều khiển và máy cắt có cùng vị trí. - Tín hiệu chỉ sự cố được thực thiện theo nguyên tắc không tương ứng giữa vị trí khóa điều khiển và máy cắt (KĐK ở vị trí đóng, MC ở vị trí ngược lại) Hình 3.2.1. Sơ đồ có tín hiệu vị trí * Tín hiệu chỉ vị trí tương ứng(Máy cắt và khóa điều khiển) - Khi MC đóng, KĐK đóng  Đèn đỏ sáng bình thường (hình 3.2.1.a) - Khi MC cắt, KĐK cắt  Đèn xanh sáng bình thường (hình 3.2.1.b) * Tín hiệu chỉ vị trí không tương ứng(Máy cắt và khóa điều khiển) - Khi MC cắt, KĐK đóng  Đèn xanh sáng nhấp nháy (hình 3.2.1.c) Hình 3.2.1.a: Tín hiệu vị trí tương ứng Hình 3.2.1.b: Tín hiệu vị trí tương ứng Hình 3.2.1.c: Tín hiệu vị trí không tương ứng - Khi MC đóng, KĐK cắt Đèn đỏ sáng nhấp nháy (hình 3.2.1.d) 2.2. Sơ đồ ngoài việc đóng cắt bằng tay còn phải đóng cắt tự động Dùng tiếp điểm bảo vệ của rơ le RTĐ hoặc RBV. Thực hiện bằng cách nối song song tiếp điểm của bảo vệ rơ le với tiếp điểm ở các mạch khóa. Khi MC ở trạng thái đóng thì MC2 ở trạng thái đóng, 12 không thông vì KĐK ở vị trí đóng tương ứng. Khi bẻ khóa KĐK về vị trí cắt 12 thì thông mạch do đó có dòng qua cuộn cắt  làm cắt MC. Trường hợp không bẻ khóa về vị trí cắt mà rơ le tự tác động đóng RBV để cắt MC. Ở đây công tắc tơ trung gian K làm nhiệm vụ khép mạch cuộn đóng của máy cắt khi mạch đóng có điện. Khải khép mạch cuộn đóng công tắc tơ vì thường dòng điện đóng của máy cắt rất lớn, không cho phép khép mạch cuộn đóng qua tiếp điểm của KĐK. 2.3. Sơ đồ có khả năng kiểm tra thường xuyên mạch điều khiển Để kiểm tra mạch điều khiển có thể chỉ dùng đèn tín hiệu hoặc vừa dùng đèn và tín hiệu âm thanh. Hình 3.2.3: Sơ đồ kiểm tra mạch đóng cắt bằng tín hiệu ánh sáng Hình 3.2.1.d: Tín hiệu vị trí không tương ứng Hình 3.2.2: Tín hiệu kết hợp cắt tự động Thông thường dòng điện làm việc của đèn được chọn bằng (10 -:- 15)% dòng điện làm việc của cuộn dây đóng và cắt. Điện trở phụ R được mắc nối tiếp trong mạch để tránh việc đóng cắt nhầm lẫn máy cắt khi bản than các đèn bị ngắn mạch. * Khi MC ở trạng thái cắt tương ứng – Đèn cắt sáng sẽ kiểm tra mạch cuộn đóng (K) như hình 3.2.3.a * Khi MC ở trạng thái đóng tương ứng (MC2 đóng), đèn đóng ĐĐ sáng sẽ kiểm tra được mạch cắt CC như hình 3.2.3.b 2.4. Các cuộn dây đóng cắt chỉ chịu được dòng với thời gian ngắn (một vài phần giây) Nếu dòng điện đóng hoặc cắt tồn tại lâu cuộn dây sẽ bị cháy, nên yêu cầu sau khi máy cắt MC đã hoàn thành nhiệm vụ thì phải đóng dòng điều khiển qua các cuộn dây. Việc này thực hiện bằng cách: - Trong mạch cắt lắp tiếp điểm phụ thường mở MC2. Khi máy cắt MC cắt xong tiếp điểm MC2 mở ra cắt dòng điện qua cuộn CC. - Ở mạch đóng đưa tiếp điểm thường đóng MC1. Khi đóng xong tiếp điểm MC1 mở ra cuộn K mất điện, mở tiếp điểm K cuộn đóng CĐ mất điện. 2.5.Trong mạch điều khiển phải có khóa để tránh hiện tượng đóng cắt nhiều lần MC Trong mạch bảo vệ người ta đưa thêm rơ le trung gian RG có 2 cặp tiếp điểm thường ở 1RG, 2RG và 1 cặp tiếp điểm thường đóng 3RG. Các tiếp điểm này được mắc như hình vẽ. Hình 3.2.3. a Hình 3.2.3. b Hình 3.2.4.Cuộn dây đóng cắt với thời gian ngắn Hình 3.2.5.Sơ đồ bộ khóa chống đóng cắt nhiều lần liên tục - Khi đóng máy cắt MC bằng KĐK mà trong mạch động lực cò ngắn mạch thì RBV đóng lại cấp điện cho RG sẽ làm mở 3RG và đóng 1RG, 2RG: + 1RG đóng sẽ làm cắt máy cắt MC + 3RG mở ra làm K không có điện dù MC1 đóng máy cắt không thực hiện đóng được. + 2RG đóng để tự dữ cho RG cho đến khi KĐK thay đổi vị trí (dời Đ1) - MC cắt  KĐK cắt  MC1 đóng, MC2 mở  Cuộn RG không có điện: 1RG và 2RG mở, 3RG đóng (Hình 3.2.5.a) - Đóng MC bằng KĐK  11 thông, Kcó điện, tiếp điểm K đóng  CĐ có điện đi đóng máy cắt (hình 3.2.5.b) - MC1 mở, MC2 đóng. Nếu mạch động lực ngắn mạch  RBV đóng, RG có điện  1RG và 2RG đóng, 3RG mở  1RG đóng, CC có điện đi cắt MC Hình 3.2.5.a Hình 3.2.5.b Hình 3.2.5.c 2.6. Trong sơ đồ ngoài tín hiệu ánh sáng còn phải có tín hiệu âm thanh báo sự cố Hình 3.2.6. Sơ đồ mạch tín hiệu âm thanh sự cố Trong sơ đồ người ta dùng hai cặp tiếp điểm 3 và 13 của KĐK để mắc nối tiếp nhau để tránh trường hợp tín hiệu âm thanh phát đi nhầm khi có sự không tương ứng giữa máy cắt và khóa điều khiển trong quá trình thao tác đóng Ở mỗi nhà máy hoặc TBA chỉ dùng một còi chung cho tất cả các máy cắt, mạch tín hiệu âm thanh sự cố của mỗi máy cắt đều được nối với còi thông qua thanh góp còi TGCO. Khi nghe còi kêu, nhìn vào tín hiệu đèn sự cố sẽ biết được mạch nào vừa được tự động cắt ra. - Bình thường nếu KĐK đóng và MC đóng (tương ứng) mạch 3 và 13 kín nhưng TG sự cố vẫn không có điện vì tiếp điểm MC1 mở ra còi không kêu (hình 3.2.6.a). Hình 3.2.6. a - Khi MC cắt tự động (không tương ứng) thì tiếp điểm MC1 đóng lại  TGCO có điện  còi kêu (Hình 3.2.6. b) . Hình 3.2.6. b 2.7. Mạch điều khiển phải có khí cụ điện bảo vệ riêng như cầu chì hoặc áp tô mát Hình 3.2.7. Sơ đồ mạch tín hiệu có bảo vệ bằng khí cụ điện 3. Tín hiệu Trong các nhà máy điện và TBA người ta thường phân biệt các loại tín hiệu chính sau đây: - Tín hiệu chỉ vị trí: chỉ vị trí của các thiết bị đóng mở như máy cắt điện, dao cách ly, áp tô mát và vị trí nấc làm việc của các đầu phân áp của các MBA có điều áp dưới tải; - Tín hiệu sự cố: báo hiệu cắt sự cố của các máy cắt, áp tô mát; - Tín hiệu báo trước: báo hiệu sự phát sinh các chế độ hoặc trạng thái làm việc không bình thường của các thiết bị; - Tín hiệu chỉ huy: dùng để truyền các mệnh lệnh chính và liên lạc giữa phòng điều khiển trung tâm với vị trí khác; - Ngoài các tín hiệu trên còn có các tín hiệu khác như: tín hiệu báo hiệu báo động của rơ le (dùng rơ le tín hiệu), tín hiệu chie sự tác động của bộ tự động 3.1. Tín hiệu chỉ vị trí Cho biết vị trí đóng cắt của MC, DCL, áp tô mát - Máy cắt: Dùng các đèn tín hiệu đỏ (đóng), xanh (cắt) và nhấp nháy (chỉ tín hiệu sự cố) - Dao cách ly: Dùng cái để chỉ vị trí. a) Đóng b) Cắt c) Đóng, cắt Hình 3.3.1. Sơ đồ chỉ tín hiệu vị trí a) Vị trí đóng trên 1 thanh góp; b)Vị trí cắt trên 1 thanh góp; c) Vị trí đóng - cắt trên 2 thanh góp; 3.2 Tín hiệu sự cố Trong nhà máy và TBA có hai loại tín hiệu sự cố: - Tín hiệu âm thanh (còi) dùng chung trong toàn nhà máy; - Tín hiệu ánh sáng sự cố (đèn nhấp nháy) dùng riêng cho từng mạch. Hai tín hiệu này thực hiện trên nguyên tắc không tương ứng giữa MC và KĐK, do đó nhân viên phải sử lý khử còi và ánh sáng. Khi nghe còi kêu người trực nhật phải tiến hành khử còi. Có thể khử còi riêng hoặc còi tập chung như sau: 3.2.1. Khử còi riêng Đối với các thiết bị có tí mạch (ít máy cắt) để khử tín hiệu âm thanh sự cố có thể tiến hành riêng cho từng mạch bằng cách quay tay cầm của khóa điều khiển về vị trí tương ứng của máy cắt (hình 3.2.6). Song khử còi như vậy, khi quay KĐK về vị trí tương ứng với máy cắt, cả tín hiệu âm thanh và ánh sáng sẽ mất đồng thời nên không thuận lợi khi vận hành các thiết bị lớn có nhiều mạch. Để khắc phục người ta đưa ra phương pháp khử còi tập trung. 3.2.2. Khử còi tập trung Khi nghe còi kêu, người trực nhật ấn vào nút khử còi tập trung làm cho còi tắt, do đó vẫn còn ánh sáng sự cố riêng, cho phép dễ dàng biết được mạch nào vẫn còn sự cố. Sơ đồ khử còi tập trung có thể thực hiện tác động lặp lại và không lặp lại. a) Sơ đồ khử còi tập trung không lặp lại. Khi nghe còi kêu ấn nút khử còi (NK), tín hiệu âm thanh sẽ mất, rơ le trung gian RG được tự dữ ở trạng thái có điện cho đến khi quay KĐK về vị trí cắt tương ứng với máy cắt. Nhược điểm của sơ đồ trong thời gian KĐK chưa quay được về vị trí cắt, nếu một máy cắt khác bị sự cố bộ phận tín hiệu âm thanh báo hiệu sự cố không có tín hiệu, người trực nhật không biết có sự cố thứ hai đó. Do đó sơ đồ này chỉ thích hợp trong nhà máy có ít mạch. - MC và KĐK đóng, các tiếp điểm MC1 mở, 3 cặp tiếp điểm 3 và 13 thông, RG không có điện, 1RG đóng, 2RG mở (không có sự cố - hình 3.3.2) Hình 3.3.2. Sơ đồ khử còi tập trung không lặp lại - Nếu có sự cố MC cắt, MC1 đóng (ví dụ MC1 đóng), 1RG đóng  Còi kêu ĐX sáng nhấp nháy ở vị trí MC (hình 3.2.2.a) - Nhấn nút khử còi NK  RG có điện 1RG mất điện, còi hết kêu, tín hiệu sáng nhấp nháy vẫn còn, 2RG đóng tự giữ cho cuộn dây RG (hình 3.2.2.b). - Nếu muốn khử tín hiệu ánh sáng ta phải xoay KĐK về vị trí cắt. b) Sơ đồ khử còi tập trung có tác động lặp lại Hình 3.3.2.a Hình 3.3.2.b Sơ đồ này được thực hiện bằng cách sử dụng rơ le tín hiệu xung đặc biệt RTX, nó bao gồm 1 biến áp BU, 1 rơ le phân cực RPC. Rơ le này có hai cuộn dây, 1 cuộn dây nối với thứ cấp máy biến điện áp, cuộn 2 nối trong mạch nút khử tín hiệu tập trung. Hình 3.3.3: Sơ đồ khử còi tập trung có tác động lặp lại Khi có sự cố MC mở cuộn sơ cấp của máy biến điện áp được nối với nguồn một chiều qua các tiếp điểm của mạch không tương ứng (KĐK và tiếp điểm phụ của MC). Do đó có dòng quá độ đi trong cuộn sơ cấp, nên cuộn thứ cấp của máy biến điện áp có điện, làm cho cuộn dây 1 của rơ le phân cực tác động đóng tiếp điểm của nó  RPC đóng, RG có điện làm cho còi kêu. Hình 3.3.3.a Để khử còi chỉ cần ấn vào nút NK, cuộn 2 có điện sữ mở RPC mạch sẽ trở về trạng thái bình thường (hình 3.3.3.b). Hình 3.3.3.b Để thử còi ta ấn vào nút NT để nối kín mạch cuộn dây sơ cấp của máy biến điện áp và tạo dòng điện quá độ đi qua nó giống như khi đóng tiếp điểm MC của máy cắt. * Đặc điểm của sơ đồ - Không cho phép khử còi bằng KĐK. - Dòng điện quá độ trong BU có thể nhỏ làm cho sự làm việc của rơ le phân cực có thể làm việc không chắc chắn (trong thực tế có thể dùng mạch khuyếch đại xung trước khi đưa vào RPC) 3.3. Tín hiệu báo trước Trong sơ đồ tín hiệu báo trước, tín hiệu âm thanh cũng dùng chung cho toàn nhà máy và thường dùng bằng chuông để phân biệt với tín hiệu sự cố (âm thanh). Tín hiệu ánh sáng thực hiện riêng cho từng chế độ, trạng thái làm việc không bình thường như: - Tín hiệu chỉ dự tác động của bảo vệ khí của máy biến áp; - Tín hiệu quá tải máy phát điện; - Tín hiệu chỉ sự tăng cao nhiệt độ dầu trong các ổ trục của máy phát, và MBA. Khi chế độ hoặc trạng thái làm việc không bình thường của thiết bị thì các đèn Đ1, Đ2 hoặc Đ3 sẽ sáng nhờ các tiếp điểm của rơ le RG1, RG2 hoặc RT. Lúc đó cuộn 1 của RPC có điện đóng tiếp điểm RPC làn RG có điện chuông báo tí hiệu sẽ kêu. Người trực nhật có thể khử chuông bằng nút khử NK. Chuông tín hiệu báo trước cũng được thử bằng nút thử NT. 3.4. Tín hiệu chỉ huy Tín hiệu chỉ huy được dùng để truyền các mệnh lệnh chính trong các nhà máy và để liên lạc giữa các phân xưởng với nhau. Trong sơ đồ tín hiệu người ta dùng nút ấn hoặc khóa để phát và khử tín hiệu. Còi báo hiệu và lệnh “chú ý” để báo cho bên nhận khi muốn truyền lệnh. Các đèn tín hiệu để chỉ các mệnh lệnh cụ thể trên bảng tín hiệu chỉ huy. Về nguyên tắc sơ đồ tín hiệu chỉ huy gồm hai phần: Nhận và phát tín hiệu. Để liên lạc và chỉ huy gữa hai phân xưởng người ta dùng 2 bảng tín hiệu chỉ huy, 1 bảng để noi nhận tín hiệu, 1 bảng ở nơi phát tín hiệu. Mỗi bảng đều có các mệnh lệnh nhận và mệnh lệnh phát cần thiết. Để người trực nhận được tín hiệu một cách rõ ràng các tín hiệu được duy trì trong một thời gian nhất định, người ta dùng các nút ấn tự giữ, đồng thời cũng là phần ứng của nam châm điện, mạch của cuộn dây nam châm được khép kín bởi bản thân nút ấn. Hình 3.3.4. Sơ đồ tín hiệu báo trước Hình 3.3.5. Sơ đồ tín hiệu chỉ huy Sơ đồ hình hình 3.3.5 gồm các tín hiệu chính như sau: - Từ phòng điều khiển trung tâm xuống gian máy: chú ý đã đóng máy phát, đã cắt máy phát, tăng vòng quay, giảm vòng quay, ngừng tuabin - Từ gian máy lên phòng điều khiển trung tâm: chú ý, chuẩn bị đóng máy phát, máy rung mạnh, máy nguy hiểm, áp lực dầu Để truyền mệnh lệnh “chú ý” từ phòng điều khiển trung tâm ta ấn vào nút N1, khi đó sẽ có tín hiệu âm thanh ở phân xưởng nhận (gian máy), cả phòng trung tâm và nơi nhận đều sáng lên chữ chúy ý và tồn tại cho đến khi nhân viên trực nhật tiến hành khử tín hiệu bằng cách nhấn vào nút NK2. Để truyền mệnh lệnh “chú ý” từ gian máy lên phòng điều khiển trung tâm thực hiện tương tự bằng cách nhấn vào nút N2, ở đây chỉ khác chỗ tín hiệu âm thanh được truyền đến thanh góp chung vì ở phòng điều khiển trung tâm chỉ đặt một tín hiệu âm thanh chung, nhân viên trực nhật ở phòng điều khiển trung tâm khử tín hiệu bằng cách nhấn vào nút khử NK1 4. Sơ đồ điều khiển và tín hiệu của máy cắt 4.1. Sơ đồ điều khiển và tín hiệu của máy cắt có kiểm tra mạch điều khiển bằng ánh sáng (hình 3.4.1) Điện trở phụ R được chọn sao cho khi các đèn tín hiệu sáng dòng qua các cuộn dây của công tắc tơ Kvà cuộn cắt CC không đủ tác động cắt máy cắt tác động nhầm. Hình 3.4.1. Sơ đồ điều khiển và tín hiệu của máy cắt có kiểm tra mạch điều khiển bằng ánh sáng Khi máy cắt ở vị trí cắt ta kiểm tra được mạch đóng và ngược lại lhi máy cắt ở vị trí đóng ta kiểm tra được mạch cắt. Khi đóng cắt bình thường, các tín hiệu được thực hiện theo nguyên tắc tương ứng: đèn có ánh sáng liên tục. Khi đóng cắt tự động, các tín hiệu được thực hiện theo nguyên tắc không tương ứng: đèn có ánh sáng nhấp nháy. - Đèn chỉ vị trí cắt của máy cắt ĐX sáng lên khi MC ở vị trí cắt, nhưng nếu mạch của cuộn dây công tắc tơ trung gian K bị đứt, đèn ĐX tắt  Mạch đóng bị hỏng. - Đèn chỉ vị trí đóng của máy cắt ĐĐ sáng lên khi MC ở vị trí đóng, nhưng nếu mạch của cuộn cắt CC bị đứt, đèn ĐĐ tắt  Mạch đóng bị hỏng. - Mệnh lệnh đóng và cắt được phát ra bằng cách nối tắt các đèn tín hiệu cùng các điện trở phụ R nhờ các tiếp điểm của KĐK (mạch 7 và mạch 8) hoặc mạch tự động RTĐ và RBV. Nhược điểm của sơ đồ này là không thu hút được sự chú ý của người trực nhật, nên khi các đèn khiểm tra tắt mà nhân viên trực nhật vẫn không thể hay biết. Do vậy sơ đồ ngày chỉ được dùng rộng rãi cho những thiết bị có số mạch điều khiển từ xa tương đối ít. 4.2. Sơ đồ điều khiển và tín hiệu của máy cắt có kiểm tra mạch điều khiển bằng âm thanh (hình 3.4.2) Để tiến hành kiểm tra mạch điều khiển người tat hay các đèn ĐX và ĐĐ mắc nối tiếp với các cuộn dây công tắc tơ K và cuộn cắt CC bằng các rơ le trung gian kiểm tra mạch đóng RGđ và kiểm tra mạch cắt RGC. H... tạo thành sơ đồ cầu (hình 3.5.4) 5.2. Kiểm tra cách điện mạng điện xoay chiều 5.2.1. Đối với các mạng điện áp đến 500V Hình 3.5.5. Sơ đồ kiểm tra cách điện mạng điện xoay chiều điện áp thấp a) Sơ đồ dùng 1 vôn kế b) Sơ đồ dùng 3 vôn kế V V R - NRT RG MC Cc RG + _ R + Hình 3.5.3: Sơ đồ dẫn đến tác động nhầm của máy cắt a b Hình 3.5.4: Sơ đồ cầu nguyên lý của thiết bị kiểm tra cách điện Để kiểm tra lưới điện này người ta dùng sơ đồ 3 vôn kế hoặc 1 vôn kế (hình 3.5.5). Khi dùng 1 vôn kế phải có bộ đổi nối có thể lầm lượt đo được tất cả ba pha. Trong điều kiện làm việc bình thường các vôn kế chỉ điện áp pha. Khi một pha chạm đất trực tiếp, vôn kế nối với pha đó chỉ 0, các vôn kế còn lại chỉ điện áp dây. Trường hợp một pha chạm đất qua một tổng trở nào đó, vôn kế nối với pha đó chỉ điện áp nhỏ hơn điện áp pha, vôn kế của hai pha còn lại chỉ điện áp lướn hơn điện áp pha nhưng nhỏ hơn điện áp dây. 5.2.2. Đối với các mạng điện áp lớn hơn 500V Các vôn kế kiểm tra cách điện được nối với lưới qua các máy biến điện áp ba pha năm trụ hoặc tổ 3 máy biến điện áp một pha nối Y0/Y0/Δ (hình 3.5.6). Như vậy các máy biến điện áp phải có hai cuộn thứ cấp, cuộn nối Y0 có điện áp 100√3, cuộn nối Δ hở có điện áp định mức 100/3V. - Khi làm việc bình thường các vôn kế để chỉ điện áp pha, điện áp đặt vào rơ le điện áp RU bằng 0. Khi có một pha chạm đất các vôn kế cũng chỉ giống như trường hợp mạng hạ áp đã xét ở trên. - Trường hợp không cần đo điện áp thứ tự không U0 có thể dùng 3 tổ máy biến điện áp một pha nối Y0/Y0 tức là chỉ cần một cuộn thứ cấp điện áp định mức 100√3. - Cần lưu ý để có điện áp thứ tự không U0 ở phía thứ cấp, cuộn sơ cấp của các máy biến điện áp được nối hình sao và cuộn trung tính của chúng nối đất trực tiếp gọi là nối đất làm việc của máy biến điện áp (nối đất các cuộn dây thứ cấp là nối đất an toàn) CÂU HỎI ÔN TẤP a A A A A B C X X X V V V a a a x x x o c b a a a a x1 x1 x1 Hình 3.5.6. Sơ đồ kiểm tra cách điện lưới điện xoay chiều cao áp a) Dùng BU ba pha năm trụ b) Dùng 3 BU một pha b Câu 1: Trình bày các phần tử của mạch thứ cấp và ký hiệu của chúng ? Câu 2: Nêu các yêu cầu đối với mạch điều khiển ? Câu 3: Trình bày sơ đồ tín hiệu chỉ vị trí ? Câu 4: Trình bày phương pháp khử còi tập chung không lặp lại ? Câu 5: Trình bày phương pháp khử còi tập chung có lặp lại ? Câu 6: Trình bày sơ đồ tín hiệu báo trước ? Câu 7: Trình bày sơ đồ tín hiệu chỉ huy ? Câu 8: Vẽ sơ đồ điều khiển và tín hiệu của máy cắt có kiểm tra mạch điều khiển bằng ánh sáng ? Câu 9: Vẽ sơ đồ điều khiển và tín hiệu của máy cắt có kiểm tra mạch điều khiển bằng âm thanh ? Câu 10: Trình bày phương pháp kiểm tra cách điện mạng điện 1 chiều bằng phương pháp dùng vôn kế ? Câu 11: Trình bày phương pháp kiểm tra cách điện mạng điện 1 chiều bằng phương pháp dùng sơ đồ cầu ? Câu 12: Trình bày phương pháp kiểm tra cách điện mạng điện xoay chiều hạ áp ? Câu 13: Trình bày phương pháp kiểm tra cách điện mạng điện xoay chiều lớn hơn 500V ? BÀI 4: PHẦN ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP 1. Khái niệm chung Điện một chiều trong nhà máy thủy điện và trạm biến áp là một dạng nguồn tự dùng cung cấp năng lượng cho nguồn điều khiển, tự động hóa, bảo vệ rơ le, nguồn thao tác đóng cắt, thắp sáng sự cố. Yêu cầu của nguồn một chiều là phải cung cấp đầy đủ, an toàn cho các phụ tải một chiều. + Phụ tải thường xuyên: tín hiệu, kiểm tra, khống chế bảo vệ rơ le. + Phụ tải sự cố: Chiếu sáng sự cố, động cơ điện một chiều. + Phụ tải sự cố ngắn hạn: Bơm dầu dự phòng. + Phụ tải ngắn hạn: Dòng đóng các máy cắt (MC), mạch chỉnh lưu (DCL) Nguồn một chiều trong nhà máy thủy điện và trạm biến áp thường sử dụng là ắc quy a xít, máy phát điện một chiều, chỉnh lưu. Trong đó nguồn ắc quy là được sử dụng phổ biến hơn cả. Ắc quy là nguồn thao tác tin cậy nhất vì sự làm việc của chúng không phụ thuộc vào các điều kiện bên ngoài và đảm bảo cho các thiết bị thứ cấp làm việc tốt ngay cả khi mất điện toàn bộ trong lưới điện chính của nhà máy hoặc của trạm. Một ưu điểm nữa không nhỏ của nguồn ắc quy là khả năng cho phép quá tải ngắn hạn khá lớn, điều này đặc biệt cần thiết khi đóng các máy cắt lớn có sự nhảy vọt về dòng điện. 2. Nguồn thao tác một chiều 2.1. Đặc điểm cấu tạo và đặc tính của ắc quy 2.1.1.Đặc điểm cấu tạo Về đặc điểm cấu tạo ắc quy a xít gồm ba bộ phận chính là bình điện phân, các điện cực và dung dịch điện phân Hình: 4.1. Cấu tạo bình ắc quy - Bình điện phân được làm bằng thủy tinh, nhựa hóa học hoặc gỗ đã được xử lí hóa học. - Các cực điện phân: Cực dương là các tấm ô xít chì (PbO2), cực âm là các tấm chì xốp (Pb) - Dung dịch điện phân là a xít Sunfuaric (H2SO4) 2.1.2.Đặc tính của ắcquy Sức điện động của ắc quy phụ thuộc vào tỷ trọng của dung dịch điện phân ܧ = 0,84 + ߛ (4 – 1) Trong đó: E: Sức điện động của ắc quy γ: Tỷ trọng dung dịch γ = 1,21 -:- 1,25 kg/cm3 (Nếu γ quá lớn sẽ làm tăng quá trình sunphat hóa các bản cực của ắc quy) Đặc tính phóng điện của ắc quy là đặc tính biến đổi điện áp trên các cực khi phóng điện: ܷ௉ = ܧ − ܫ௉.ܴఛ Trong đó: UP : điện áp phóng tại thời điểm τ E: sức điện động của ắc quy tại thời điểm phóng IP: dòng điện phóng Rτ: nội trở của ắc quy tại thời điểm phóng Dòng điện phóng càng lớn đặc tính phóng càng dốc và càng ít ổn định Dòng điện phóng ổn định thường ở chế đọ phóng 6 giờ hoặc 8 giờ Hình 4.2. Đặc tính phóng của ắc quy 2.2.3. Các tham số của ắc quy - Dung lượng là năng lượng mà ắc quy có thể cung cấp được khi phóng điện và được đo bằng A.h, nó phụ thuộc vào thời gian phóng và dòng điện phóng. ܳ = ܫ௉ . ߬ - Dung lượng định mức của ắc quy là dung lượng tương ứng với một chế độ phóng nhất định (chế độ định mức) thường là chế độ phóng 6 giờ. - Điện áp định mức là điện áp nhỏ nhất cho phép phóng điện trên các cực ắc quy trong giờ phóng đầu tiên ở chế độ phóng 6 giờ (UPđm = 2V). Đối với ắc quy a xít là 2V, ắc quy kiềm là 1,25V. - Dòng điện phóng IP: Với chế độ phóng khác nhau thì giá trị của IP cũng khác nhau. + Chế độ làm việc lâu dài (τ = 1h): IP không vượt quá 5IP(10h) + Chế độ làm việc ngắn hạn (τ = 5 giây): IP không vượt quá 12IP(10h) 2.2. Các sơ đồ làm việc của ắc quy Mỗi bình ắc quy có điện áp rất nhỏ, để sử dụng được người ta nối tiếp nhiều bình lại với nhau tạo thành tổ ắc quy, tùy theo điện áp cần thiết mà số lượng ắc quy được mắc vào nhiều hay ít. Trong các nhà máy thủy điện và trạm biến áp lớn người ta dùng các tổ ắc quy có điện áp 110 -:- 220V, ở các trạm biến áp nhỏ có thể dùng nguồn một chiều 24 -:- 48V. Thông thường tại các nhà máy thủy điện và trạm biến áp có công suất đến 50MW dùng một tổ ắc quy 220V, ở các nhà máy thủy điện và trạm biến áp lớn hơn người ta dùng hai tổ ắc quy 22V. Tùy theo từng nhà máy người ta có thể thực hiện các sơ đồ làm việc khác nhau của tổ ắc quy: Trong các nhà máy kiểu cũ người ta dùng sơ đồ phóng nạp, hiện nay người ta hay dùng sơ đồ phụ nạp thường xuyên. 2.2.1. Sơ đồ nối ắc quy theo chế độ phóng nạp Là chế độ mà bộ ắc quy làm việc ở chế độ phóng đến khi điện áp giảm tối thiểu thì sẽ chuyển sang chế độ nạp, lúc này thiết bị nạp sẽ vừa nạp cho ắc quy vừa cấp cho phụ tải. Hình 4.3. Sơ đồ nối ắc quy theo chế độ phóng nạp CD1 – Cầu dao chuyển mạch A – áp tô mát một chiều Fn – máy phát nạp T1, T2 – tay gạt chổi than phóng và nạp - Trong chế độ phóng điện cầu dao CD1 ở vị trí 1, áp tô mát A mở, cầu dao CD2 ở vị trí đóng, tay gạt phóng T1 ban đầu ở vị trí n0 sau đó tự chuyển dần về phía bên phải để duy trì điện áp không đổi trên thanh góp phụ tải. - Kết thúc quá trình phóng điện T1 ở vị trí cuối cùng. Điện áp đặt lên mỗi ắc quy ở cuối quá trình phóng từ 1,75 đến 1,8V. - Trong chế độ nạp điện áp máy phát nạp Fn được khởi động và điều chỉnh điện áp đầu cực lớn hơn trên thanh góp phụ tải 20%. - Cầu dao CD1 chuyển sang vị trí 2, tay gạt ở tận cùng phía bên phải có số bình lớn nhât, sau đó đóng áp tô mát A để phát điện vừa nạp điện và vừa cung cấp cho thanh góp phụ tải. Để duy trì điện áp trên thanh góp thanh gạt T1 tự động dịch chuyển dần sang phía bên phải và điện áp đầu cực máy phát được điều chỉnh tăng dần và khi kết thúc quá trình nạp, tay gạt T2 ở phía tận cùng với số lượng bình lớn nhất. Điện áp được đặt lên mỗi ắc quy ở cuối quá trình nạp từ 2,6 đến 2,7V. - Khi làm việc theo sơ đồ này, tổ ắc quy phải đảm nhận toàn bộ phụ tải một cách lâu dài. Máy phát nạp chỉ đóng vào làm việc trong thời kỳ nạp điện cho ắc quy sau khi chúng đã phóng điện đến mức giới hạn cho phép. - Công suất máy phát nạp phải đủ lớn để vừa nạp cho ắc quy vừa cấp cho phụ tải chính. - Nhược điểm chính của sơ đồ là sự phóng điện sâu thường xuyên của ắc quy làm hao mòn nhanh vật liệu tác dụng của các bản cực và vận hành phức tạp. 2.2.2. Sơ đồ nối ắc quy theo phương pháp phụ nạp thường xuyên Fn máy phát phụ nạp, Ff máy phát phụ nạp thường xuyên, A1 A2 áp tô mát một chiều, CLĐ hệ thống chỉnh lưu (có thể dùng thay Ff) Hình 4.4. Sơ đồ nối ắc quy theo phương pháp phụ nạp thường xuyên - Chế độ làm việc bình thường cầu dao CD1, CD3 ở vị trí 1, áp tô mát A3 đóng . - Máy phát Ff làm việc thường xuyên vừa cung cấp cho phụ tải trên thanh góp vừa phụ nạp thường xuyên cho bộ ắc quy chính. - Ở chế độ này ắc quy không làm việc với chế độ phóng và nó chỉ thực hiện chế độ phóng khi có phụ tải nhảy vọt trên thanh góp. - Máy phát nạp Fn và phụ nạp Ff có thể làm việc thay thế khi cắt Ff thì sẽ đóng Fn. - Trường hợp một máy phát nào đó hỏng thì sơ đồ sẽ làm việc theo chế độ phóng nạp. - Các tay gạt T1, T2 thay đổi vị trí để cắt bớt hay thêm bình ắc quy nhằm giữ điện áp trên thanh góp không đổi trong quá trình vận hành phù hợp với chế độ làm việc của nó. - Đặc điểm chính của sơ đồ này là tổ ắc quy luôn được nạp đầy do đó tính dự trữ cao, tính linh hoạt trong vận hành cao hơn và công tác vận hành cũng dễ dàng hơn. - Tuy nhiên trong điều kiện vận hành phải định kỳ phóng cho bộ ắc quy để đảm bảo chế độ làm việc cho chúng. - Nhược điểm chính của sơ đồ này là số ắc quy điều chỉnh không được phụ nạp thường xuyên. - Trong thực tế người ta thường dùng phổ biến hệ thống chỉnh lưu có điều khiển để cung cấp cho phụ tải, chế độ làm việc của nó làm việc thay cho Ff (máy phát phụ nạp thường xuyên). 3. Lựa chọn ắc quy 3.1. Phụ tải điện một chiều và dung lượng tính toán 3.1.1. Phụ tải điện một chiều Phụ tải thường xuyên (ITX): bao gòm các đèn tín hiệu, đèn kiểm tra trên bảng và một phần các khí cụ bảo vệ rơ le và tự động hóa. Phụ tải sự cố (ISC): là dòng sự cố kéo dài trong thời gian sự cố bao gồm các bóng đè báo sự cố và các động cơ điện một chiều dự phòng. Phụ tải sự cố ngắn hạn (I’SC): là dòng sự cố chỉ kéo dài trong một khoảng thời gian sự cố của một số hộ tiêu thụ (bơm dầu dự phòng thiết bị). Phụ tải ngắn hạn (IMC): là dòng điện cắt máy cắt. 3.1.2. Dung lượng phóng của ắc quy và dòng điện phóng tính toán Dung lượng tính toán được xác định theo tổng các dòng phụ tải của hệ thống điện một chiều trừ phụ tải ngắn hạn (IMC). ܳ = (ܫ்௑ + ܫௌ஼ + ܫௌ஼ᇱ ). ߬ௌ஼ Ở đây ߬ௌ஼ là thời gian sự cố phụ thuộc vào nhà máy thủy điện và trạm biến áp + Nhà máy thủy điện và trạm biến áp làm việc trong hệ thống thì ߬ௌ஼ = 1 giờ + Nhà máy thủy điện và trạm biến áp làm việc đọc lập thì ߬ௌ஼ = 2 giờ Dòng điện phóng tính toán được xac định theo chế độ ngắn hạn: ܫ௉.௡௚ắ௡ ௛ạ௡ = ܫ்௑ + ܫௌ஼ + ܫௌ஼ᇱ + ܫெ஼ IMC là dòng điện tổng để đóng tất cả các loại máy cắt ܫெ஼ = ∑ ܫđ௠cuộn đóng máy cắt 3.2. Chọn số lượng bình ắc quy 3.2.1. Chọn số lượng bình ắc quy chính Số lượng bình ắc quy chính được lựa chọn theo điện áp trên hệ thống thanh góp và điện áp nạp của loại ắc quy đang sử dụng: ݊௘ = ்ܷீܷ௡ Ne – Số lượng bình ắc quy UTG – Điện áp trên thanh góp chính của tổ bình ắc quy, UTG = 1,05 UTG đm (với UTGđm = 110, 220V) Un – Điện áp của ắc quy ở chế độ nạp Un = 2,15V. 3.2.2. Chọn số bình ắc quy phụ Được xác định bằng tối đa bình ắc quy ở điều kiện kiện điện áp phóng điện tối thiểu so với số bình ắc quy chính. ݊௉ = ்ܷீ ൬ 1ܷ௉௠௜௡ − 1ܷ௡൰ UPmin – Điện áp phóng tối thiểu của ắc quy chính UPmin = 1,75V 3.3. Kiểm tra dòng điện phóng tính toán ngắn mạch Dòng điện phóng tính toán ngắn mạch không được lớn hơn dòng điện phóng cho phép ở chế độ ngắn hạn ắc quy ܫ௉ ௡௚ắ௡ ௛ạ௡ ≤ ൣܫ௉ ௡௚ắ௡ ௛ạ௡ ൧CP Ở đây ൣܫ௉ ௡௚ắ௡ ௛ạ௡ ൧CP là dòng điện phóng ngắn hạn cho phép của bộ ắc quy được xác định theo chế độ làm việc ngắn hạn (τ ≥ 5 giây) ൣܫ௉ ௡௚ắ௡ ௛ạ௡ ൧CP = 2.5Ip (τ = 1 giờ) Do đó điều kiện kiểm tra trực tiếp là ൣܫ௉ ௡௚ắ௡ ௛ạ௡ ൧CP = 2.5Ip (τ = 1 giờ) 3.4. Chọn máy nạp Để nạp và phụ nạp cho bình ắc quy có thể dùng các tổ động cơ – máy phát điện một chiều, các chỉnh lưu bán dẫn. Đối với các tổ ắc quy làm việc theo chế độ nạp thường xuyên người ta đặt thêm một máy phụ nạp và một máy nạp định kỳ (máy nạp) Công thức của máy phat phụ nạp được tính theo công thức: ௙ܲ > ்ܷீ൫ܫ௙ + ܫ்௑൯ Với If - dòng điện phụ nạp cho ắc quy (A) Đối với ắc quy axit dòng phụ nạp If cần đáp ứng điều kiện: ܫ௙ ≥ ଴,଴ଷ ଷ଺ ܳđ௠ = 0,03 ܰ Trong đó: Qđm là dung lượng định mức của ắc quy N – số hiệu N của ắc quy khi tính đến sự giảm dung lượng sau một thời gian vận hành được tính bằng biểu thức: ܰ ≥ 1,1. ொ೅೅ ொಿసభ Ở đây: 1,1 - hệ số kể đến sự sụt giảm năng lượng của ắc quy QN = 1 - dung lượng của ắc quy CK – 1(khi phóng một giờ bằng 18,5A.h, hai giờ bằng 22A.h) Khi có kể đến các quá trình phóng điện ngắn hạn có thể trong chu kỳ nạp người ta có thể lấy: ܫ௙ = 0,15 ܰ Công suất của máy nạp chính có thể được xác định như sau: ேܲ ≥ ܷ௡ ௠௔௫൫ܫே + ܫ௣௧൯ Un max - điện áp lớn nhất của máy phát khi nạp cho ắc quy In - dòng điện nạp Ipt - dòng phụ tải trong thời gian nạp. Quá trình nạp ắc quy axit gồm hai giai đoạn, trong giai đoạn đầu τ1 (kể từ khi bắt đầu cho đến lúc có khí bốc lên) dòng điện nạp là In1, lớn hơn dòng điện In2 trong giai đoạn thứ hai τ2 (từ khi khí bốc lên đến giai đoạn nạp xong (chúng lien hệ với nhau theo biểu thức: I୬ଵ = Q୲୲୬ − 0,85I୬ଶ. τଶ0,85τଵ Qttn - dung lượng nạp tính toán Q୲୲୬ = η୕. Q୲୲ η୕ hiệu suất điện lượng của ắc quy, bằng khoảng 85 -:- 90% Vậy dòng điện định mức của máy phát nạp cần thỏa mãn điều kiện ܫ௡đ௠ ≥ ܫ௡ଵ + ܫ௣௧ Cuối cùng có thể nói thêm rằng trong các nhà máy thủy điện để nạp điện cho tổ ắc quy người ta có thể dùng các máy kích từ dự phòng 3.5. Phân phối dòng thao tác một chiều Trong các nhà máy thủy điện và trạm biến áp dòng thao tác một chiều được phân phối theo từng cụm thiết bị. Các bảng điện một chiều được đặt ở gần nhà chứa ắc quy, mối tổ ắc quy, mỗi máy nạp, phụ nạp đều có một tủ riêng. Trên các tủ có dụng cụ đo lường kiểm tra và điều khiển dòng một chiều, các thanh góp để nối các nguồn và cung cấp cho các phần tử của lưới điện một chiều. Vì lưới điện một chiều có rất nhiều nhánh và phức tạp, nên để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện người ta phân chúng thành các lưới nhỏ độc lập, có bảo vệ riêng bằng cầu chì hoặc áp tô mát. Việc phân chia thành các lưới nhỏ dựa trên nguyên tắc cùng chức năng làm việc: các khí cụ điều khiển, bảo vệ, tự động hóa, tín hiệu Phương pháp khác để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho các thiết bị thứ cấp là phân đoạn thanh góp tại các bảng điện một chiều, cung cấp cho mỗi phần tử của lưới từ hai phía, dùng hai cáp để cung cấp cho mỗi phần, tách riêng một tổ ắc quy để cung cấp cho các cuộn dây đóng của máy cắt và phân đoạn lưới cung cấp này đối với từng máy cắt của mỗi loại thiết bị phân phối điện cao áp. 4. Nguồn thao tác xoay chiều Nguồn thao tác một chiều có độ tin cậy cao, nhưng nhược điểm của nó là giá thành cao không chỉ do giá thành của ắc quy mà do cả lưới phân phối một chiều phân nhánh lớn và phức tạp. Để vận hành nguồn một chiều cần có công nhân vận hành tay nghề cao. Do đó dùng nguồn thao tác một chiều không có lợi đối với các trang bị nhỏ điện áp thấp. Trong trường hợp này ta có thể dùng nguồn thao tác xoay chiều. Nguồn cung cấp dòng thao tác xoay chiều là các máy biến áp tự dùng, các máy biến dòng điện và máy biến điện áp. Chúng có thể cung cấp trực tiếp cho thiết bị thứ cấp hoặc qua các khâu trung gian như chỉnh lưu, các bộ nguồn cung cấp, các thiết bị tích điện. Khác với dòng thao tác một chiều dòng thao tác xoay chiều được phân bố rải rác, nên khi sử dụng chúng không cần có lưới điện phân phối phức tạp và đắt tiền. Song việc cung cấp cho các thiết bị thứ cấp lại phụ thuộc vào lưới điện chính cần sử dụng các dụng cụ và khí cụ đặc biệt có hệ thống tiếp xúc lớn, trong nhiều trường hợp công suất nguông không đủ cung cấp cho các thiết bị thứ cấp làm việc (khi dùng các máy biến áp đo lường). Do vậy nguồn thao tác xoay chiều bị hạn chế, chúng chỉ được dùng ở các trang bị điện áp đến 110KV, đặc biệt trong các trạm không có máy cắt cao áp ở phía trước. CÂU HỎI ÔN TÂP Câu 1: Nêu khái niệm chung về phần điện trong nhà máy thủy điện và trạm biến áp ? Câu 2: Nêu đặc tính của ắc quy a xít ? Câu 3: Nêu các tham số cơ bản của ắc quy ? Câu 4: Vẽ và nêu nguyên lý hoạt động của sơ đồ nối ắc quy theo chế độ phóng nạp? Câu 5: Vẽ và nêu nguyên lý hoạt động của sơ đồ nối ắc quy theo phương pháp phụ nạp thường xuyên ? Câu 6: Nêu cách tính dung lượng phóng của ắc quy và dòng điện phóng tính toán? Câu 7: Nêu cách tính chọn máy nạp cho ắc quy ? BÀI 5: THIẾT BỊ PHÂN PHỐI ĐIỆN 1. Khái niệm Thiết bị phân phối điện (TBPP) là là một công trình dùng để thu nhận và phân phối điện năng. Nó gồm các khí cụ điện thao tác, dây dẫn và nột số thiết bị phụ. TBPP có thể phân loại như sau: * TBPP trong nhà (kín) Trong TBPP tất cả các khí cụ điện đều đặt trong nhà cà có thể chia làm hai loại: lắp ghép và trọn bộ. Khi xây dựng loại lắp ghép người ta đưa khí cụ điện đến nới thi công như nhà máy điện hay trạm biến áp rồi mới lắp ghép lại thành từng mạch của TBPP. Đối với loại trọn bộ thì các khí cụ điện của từng mạch (máy cắt, dao cách ly ) đã được lắp sẵn thành từng tủ, khi xây dựng chỉ cần lắp ghép từng tủ lại với nhau. * TBPP ngoài trời (hở) Trong TBPP này tất cả các khí cụ điện đều đặt ngoài trời, nó cũng có thể chia làm hai loại: lắp ghép và trọn bộ. Ưu điểm của TBPP trong nhà là các khí cụ điện được bảo vệ chống mưa nắng và các tác động khác của mối trường (bụi, hơi ẩm, nhất là các hơi ăn mòn như axit ) Nhưng vốn đầu tư xây dựng cao nên thường xây dựng với cấp điện áp ≤ 20KV. Ở các vùng ven biển hay gần các nhà máy hóa chất các TBPP ở cấp điện áp 35 hay 110KV cũng được xây dựng trong nhà. Các TBPP ngoài trời các khí cụ điện phải chịu mọi tác động của thời tiết và môi trường. Bù lại nó được xây dựng nhanh, giá thành rẻ. TBPP ngoài trời thường được xây dựng với cấp điện áp ≥ 35KV. Tuy nhiên đối với thiết bị không quan trọng như ở vùng nông thôn cũng có thể xây dựng TBPP ngoài trời với cấp điện áp 6 đến 15KV. 2. Thiết bị phân phối trong nhà 2.1. Thiết bị phân phối lắp ghép Trong TBPP lắp ghép, phần lớn các khí cụ điện được đặt trong buồng hở, giữa thanh dẫn và thanh góp các pha khác nhau thường có tấm ngăn. Khi xây dựng TBPP lắp ghép phần lớn các khí cụ điện được ghép lại với nhau tại nơi xây dựng. a) Quy trình xây dựng TBPP trong nhà kiểu lắp ghép * Buồng đặt thiết bị: Trong TBPP các nhà khí cụ của từng mạch được đặt trong các buồng kín, buồng hở hay buồng chống nổ. * Thanh góp và dao cách ly thanh góp - Đây là một trong những thiết bị quan trọng nhất của TBPP. Thanh góp được đặt ở phần trên cao của TBPP, bap ha đặt nằm ngang, nằm nghiêng, thẳng đứng hay trên 03 đỉnh của tam giác. Trong đó phương pháp đặt nằm ngang là được sử dụng rộng rãi nhất. - Dao cách ly thanh góp đặt dưới thanh góp, giữa thanh góp và dao cách ly thanh góp thường có tấm ngăn bằng vật liệu chịu hồ quang. Thường lưỡi dao cách ly đặt về phía hành lang điều khiển để dễ quan sát. * Đặt máy cắt điện - Phương pháp đặt máy cắt phụ thuộc chủ yếu và loại máy cắt và lượng dầu trong nó. Những máy cắt nhiều dầu thường đặt trong buồng chống nổ. - Những máy cắt đặt ở tầng hai thường có hố thu dầu bằng bê tông ở dưới chúng để dầu không bị vương vãi khi chảy từ máy cắt ra. - Máy cắt ít dầu được đặt trên tường hay trên các cấu kiện bằng thép được đặt trên sàn nhà. * Bộ truyền động của máy cắt Bộ truyền động thường đặt trên tường vững chắc ngăn cách với máy cắt để đảm bảo an toàn cho các nhân viên khi thao tác máy cắt và sửa chữa bộ truyền động của chúng. Bộ truyền động phải được đặt về phía hành lang điều khiển. * Bộ truyền động của dao cách ly Để đóng cắt dao cách ly thường dùng bộ truyền động bằng tay, chúng có thể đặt cùng tầng hay khác tầng với dao cách ly. - Đặt các bộ truyền động của dao cách ly ở các tầng khác nhau và điều khiển tại một tầng thì vận hành an toàn và thuận tiện cho người thao tác và ngay cả khi thao tác nhầm dao cách ly thì hồ quang phát sinh cung không gây nguy hiểm cho người. Tuy nhên đặt như vậy làm cho TBPP phức tạp và đắt tiền vì phải dùng các cơ cấu truyền động phức tạp. - Đặt các bộ truyền động của dao cách ly ở cùng một tầng với dao các ly thì bộ truyền động phải được đặt về phía bên trái của buồng để khi thao tác nhân viên thao tác không phải đứng đối diện với dao cách ly. * Đặt kháng điện Trong TBPP trong nhà thường dùng kháng điện bê tông. Chúng có thể đặt trong buồng kín hay hở và thường ở tầng thứ nhất. Kháng điện có thể đặt chồng, đặt kề hay đặt nằm ngang. Xung quang kháng điện có từ trường rất lớn nên nó không được đặt gần các cấu trúc bằng thép hoặc bê tông cốt thép. * Đặt biến dòng và biến điện áp - Trong TBPP trong nhà thường dùng biến dòng kiểu xuyên đặt cùng một buồng với máy cắt. Biến dòng kiểu xuyên thường lợi dụng để làm sứ xuyên qua tường hay vách ngăn. - Một số biến dòng kiểu đỡ 35KV có dầu nhưng vì thể tích dầu nhỏ nên có thể đặt chúng trong buồng máy cắt hay đặt trên cấu trúc bằng thép ở phía hành lang phục vụ. - Biến điện áp thường đặt trong buồng có lưới che. * Đặt cáp lực và cáp điều khiển Cáp điện lực từ trong TBPP chui ra ra ngoài bằng các ống gốm, nhựa, thép hay qua hào cáp. Khi số lượng cáp nhiều phải xây dựng hầm cáp có thông gió tự nhiên hay cưỡng bức. Cáp điều khiển cũng đặt trong hào cáp hay được treo bên cạnh tường. * Hành lang hay cửa ra vào Trong TBPP trong nhà có thể có ba loại hành lang: Hành lang điều khiển, hành lang phòng nổ, hành lang phục vụ. Ngoài ra để vận hành thuận tiện và an toàn cho người, TBPP cần có cửa ra vào. Trong TBPP có nhiều tầng các cửa phụ ở tầng hai trở lên phải mở ra ban công có thang gác. * Phần xây dựng Kết cấu phần xây dựng của tào nhà phụ thuộc vào kiểu máy cắt dùng cho TBPP. b) Thiết bị phân phối điện áp (3 – 6)KV TBPP (3-6) KV thường dùng sơ đồ một hệ thống thanh góp không có kháng điện, đây là những thiết bị công suất nhỏ được xây dựng trong nhà một tầng. Buồng được chia làm ba ngăn: ngăn trên để dao cách ly thanh góp, ngăn giữa để máy cắt, ngăn dưới để dao cách ly đường dây. Thanh góp được đặt ngoài buồng phía trên. Ngày nay người ta sản xuất sẵn các buồng tiêu chuẩn, khi xây dựng các TBPP chỉ cần ghép nối các buồng theo đùng sơ đồ đấu dây. TBPP hai hệ thống thanh góp có kháng điện có thể xây dựng trong nhà một tầng hay hai tầng: tầng trên đặt thanh góp và dao cách ly thanh góp, tầng dưới đặt máy cắt và dao cách ly đường dây, giữa hai thanh góp có tường ngăn cách. c) Thiết bị phân phối điện áp 35KV và 110KV TBPP trong nhà điện áp 35KV cũng thường có hai hệ thống thanh góp không phân đoạn và thường không có thanh góp đường vòng. TBPP 35KV có hai hệ thống thanh góp được xây dựng trong nhà hai tầng: thanh góp và dao cách ly được đặt ở tầng trên, máy cắt và dao cách ly đường dây được đặt ở tầng dưới. Trong TBPP thanh góp thường được đặt ở ba đỉnh của tam giác vuông. TBPP 110KV cũng thường có hai hệ thống thanh góp và khi xây dựng trong nhà cũng thường không có thanh góp đường vòng. Trong TBPP trong nhà 110KV thường dùng dao cách ly một cột đặt trên sàn của tầng hai. 2.2. Thiết bị phân phối kiểu trọn bộ Khác với TBPP lắp ghép trong TBPP kiểu trọn bộ toàn bộ các khí cụ điện sơ cấp và thứ cấp của từng mạch được lắp sẵn trong từng tủ gọi là tủ trọn bộ. Khi xây dựng TBPP chỉ cần lắp ghép các tủ với nhau theo sơ đồ nối điện, do đó xây dựng rất nhanh chóng. Tủ trọn bộ có vỏ bằng kim loại cho kín toàn bộ các khí cụ và thanh góp bên trong, do đó tránh được bụi và rất an toàn cho người vận hành. a) Bảng phân phối Bảng phân phối là một loại TBPP trọn bộ đơn giản nhất dùng cho điện áp ≤ 1000V. Có hai cách đặt cơ bản: Đặt cách tường (tự do), đặt sát tường. b) Thiết bị phân phối cỡ nhỏ - máy cắt di động Trong TBPP cỡ nhỏ máy cát được đặt trên bệ có bánh xe nhờ vậy khi sửa chữa có thể kéo máy cắt ra khỏi tủ. Trong TBPP kiểu trọn bộ người ta hay dùng dao các ly kiểu cắm. Khi kéo ra hoặc đẩy vào cùng với máy cắt các dao cách ly kiểu cắm được cắt ra hay đóng lại. c) Thiết bị phân phối trọn bộ lớn – máy cắt cố định TBPP loại này dùng cho nhà máy điện và trạm biến áp có điện áp U ≤ 35KV, thanh góp có dòng định mức 3000 -:- 5000A và cao hơn, còn máy cắt có công suất cắt đến 1000 -:- 2500MVA (chủ yếu là máy cắt không khí và cắt dầu). Kích thước và trọng lượng của các máy cắt loại này rất lớn nên không thể đặt trong các tủ có bánh xe di động. Trong tủ trọn bộ loại này người ta thường dùng các dao cách ly thông thường. 3. Thiết bị phân phối điện ngoài trời 3.1. Thiết bị phân phối lắp ghép Khi xây dựng TBPP ngoài trời kiểu lắp ghép người ta cũng ghép các khí cụ tại công trường. Đặc điểm của TBPP lắp ghép ngoài trời là không có tấm ngăn giữa các mạch với nhau cũng như giữa các phần mang điện của cùng một mạch. a) Một số quy trình xây dựng * Dây dẫn và sứ cách điện Trong TBPP lắp ghép ngoài trời các thanh góp và dây nối có thể là thanh dẫn cứng hay mềm. Dây mềm được treo trên các giá đỡ nhờ các chuỗi sứ treo, còn dây dẫn cứng thì được đặt trên các giá đỡ nhờ sứ đỡ. Để giảm độ võng của dây dẫn mềm, khoảng cách (nhịp) giữa hai sứ gần nhất không được quá 30 – 50m. Đối với thanh dẫn cứng chiều dài của nhịp quyết định bởi điều kiện ổn định động cà với điện áp ≤ 110KV chiều dài nhịp ≤ 8m. * Giá đỡ Giá đỡ của TBPP ngoài trời làm bằng gỗ, thép hay bê tông cốt thép, độ sâu của móng được xác định bởi điều kiện địa chất và bằng khoảng 1 - 3m. Móng của máy cát được xây nhô lên cách mặt đất ít nhất khoảng 10cm, có hai thanh thép chữ I gắn chặt trên trụ móng. Móng máy biến áp không nhô lên và có hai đường ray có thể đẩy máy biến áp đến nơi sửa chữa. Để cho dầu không bị tung tóe, phía dưới máy cắt dầu và máy biến áp phải có lớp đá răm dày ít nhất 25cm và rộng hơn đáy máy. * Máy cát ít dầu, máy cắt không khí và dao cách ly Các khí cụ này cungd với máy biến điện áp và những máy biến dòng được đặt trên giá đỡ riêng, Giá đỡ phải có độ cao đảm bảo an toàn cho người qua lại dưới dây dẫn và bảo đảm các khí cụ được nối với nhau một cách thuận tiện. Tay cầm của bộ dao truyền động cách ly được đặt ở độ cao khoảng 1,5m so với mặt đất. * Chống sét van, dây chống sét và cột chống sét Chống sét van được đặt trên giá như dao cách ly. Dây chống sét bảo vệ sét đánh vào đường dây được nối vào cột đầu của TBPP. Cột chống sét bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào TBPP, nó là những thanh thép tròn được đặt thẳng đứng trên các cột của TBPP. * Cáp điện lực và cáp khiểm tra Được đặt trong hầm hay hào có nắp đậy bằng vật liệu không cháy. * Bố trí các phần tử của TBPP ngoài trời Được bố trí thành từng mạch một. Bề rộng các mạch (bước) do điện áp quyết định. Bước của TBPP ngoài trời 35KV bằng 4 – 6m, 110KV bằng 8 - 9m, 220KV bằng 14 -15m, 500KV bằng 28m. * Chuyên chở thiết bị Để chuyên chở mát cắt, dao cách ly, biến điện áp và biến dòng, chống sét và biến áp nhỏ khi lắp ráp, thay thế, sửa chữa trong TBPP phải có đường ô tô. Để chuyên trở máy biến áp lực lớn phải có đường ray. * Hàng rào Trong TBPP ngoài trời người ta chỉ rào những thiết bị nào đặt thấp hơn mức quy định. Chiều cao của hang rào này không được thấp hơn 1,7m. Ngoài ra còn có hàng rào toàn bộ TBPP với chiều cao khoảng 2,5m. b) Thiết bị phân phối ngoài trời kiểu lắp ghép TBPP có thể được chia làm hai loại: thấp, cao. Trong TBPP thấp toàn bộ khí cụ được đặt trên một mặt phẳng nằm ngang trên các giá đỡ riêng tương đối thấp, thanh góp là dây mềm hay các ống cứng cũng được giữ trên các giá tương đối thấp. Trong TBPP cao các khí cụ được đặt trên một số mặt phẳng nằm ngang, dao cách ly thanh góp được đặt phía trên máy cắt và thanh góp được đặt phía trên dao các ly thanh góp. Do đó để đặt được khí cụ và thanh góp phải xây dựng các giá đỡ tương đối cao và phức tạp. 3.2. Thiết bị phân phối ngoài trời kiểu trọn bộ TBPP ngoài trời trọn bộ có thể dùng cho điện áp bất kỳ. Ưu điểm của nó so với thiết bị lắp ghép là rất chắc chắn, bảo vệ được cách điện khỏi bụi. So với TBPP ngoài trời lắp ghép thì thiết bị trọn bộ chiếm diện tích xây dựng ít hơn và xây dựng nhanh chóng hơn. 4. Một số cấu trúc của thiết bị phân phối điện trong nhà (Giáo viên giới thiệu trên bản vẽ A0) CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1: Nêu khái niệm thiết bị phân phối điện? Câu 2: Trình bày quy trình xây dựng TBPP trong nhà kiểu lắp ghép ? Câu 3: Trình bày thiết bị phân phối lắp ghép trong nhà ? Câu 4: Trình bày thiết bị phân phối điện áp (3 – 6)KV trong nhà ? Câu 5: Trình bày thiết bị phân phối điện áp (35 – 110)KV trong nhà ? Câu 6: Trình bày thiết bị phân phối kiểu trọn bộ trong nhà ? Câu 7: Trình bày quy trình xây dựng TBPP ngoài trời kiểu lắp ghép ?