Bài giảng Cung cấp điện 2 - Nguyễn Quang Thuấn

ông Hiền Hệ thống cung cấp điện, NXKHKT HN 20049/8/20213Chương 7. LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ, THIẾT BỊ TRONG HTCCĐ7.1. KHÁI QUÁT CHUNG1. Đặt vấn đề Trong quá trình làm việc, các phần tử, thiết bị có thể phải chịu 3 chế độ làm việc:Bình thường: Uđm, IđmQuá tải: > Uđm, IđmSự cố (NM): >> Iđm → Phải cắt phần tử, thiết bị bị sự cố ra khỏi nguồn càng nhanh càng tốt. Tuy nhiên phải có thời gian → PT, TB phải chịu đựng được trong thời gian tồn tại sự cố này. Bởi vậy các PT, TB đưa vào làm việc cần phải được lựa chọn thảo mãn đồng thời 3 điều kiện trên.2. Điều kiện chung lựa chọn các PT, TB:a. Điều kiện để PT, TB đảm bảo làm việc bt và qt: Đối với đd lv //: Ilvmax = 2Ibt= 2Icp (tức là tính khi 1 đd bị đứt); Đối với mạch MBA: Ilvmax = kqtmaxIbt=kqtmaxIđmBA(thg kqtmax= 1,4 ); Đối với mạch MPĐ: Ilvmax = kqtmaxIbt= 1,05Iđm 9/8/202142. Điều kiện chung lựa chọn các PT, TB:b. Điều kiện để PT, TB đảm bảo chịu đựng được ở chế độ sự cố: Dòng điện NM lớn → sinh ra lực điện và nhiệt lớn có thể phá hỏng và đốt cháy phẫn dẫn/cách điện của PT, TBĐ. Do đó cần kiểm tra theo 2 điều kiện: Điều kiện ổn định động: Iđ.đm ≥ ixk (2)Điều kiện ổn định nhiệt: (Với tqd = tN)Lưu ý:Đối với các PT, TB hạ áp (U ≤1000V) không cần kiểm tra ổn định độngĐối với PT, TB có Iđm ≥ 1000A, không cần kiểm tra ổn định nhiệtĐối với dây dẫn và thanh dẫn, điều kiện ổn định nhiệt kiểm tra theo tiết diện tối thiểu:9/8/202157.2. LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN CAO ÁP1. Lựa chọn MCĐTTCác đại lượng chọn và kiểm traCông thức chọn và kiểm tra1Điện áp định mức, UđmMC (kV)UđmMC  Uđm.m2Dòng điện định mức, IđmMC (A)IđmMC  Ilv.max3Dòng điện cắt định mức, IC.đm (kA)IC.đm  IN4Công suất cắt định mức, SC.đm (MVA)SC.đmMC  SN5Dòng điện ôđđ định mức, Iđ.đm (kA)Iđ.đm  ixk6Dòng điện ôđn định mức, Inh.đm (kA)9/8/202167.2. LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN CAO ÁPTTCác đại lượng chọn và kiểm traCông thức chọn và kiểm tra1Điện áp định mức, UđmMC (kV)UđmMC  Uđm.m2Dòng điện định mức, IđmMC (A)IđmMC  Ilv.max3Dòng điện ôđđ định mức, Iđ.đm (kA)Iđ.đm  ixk4Dòng điện ôđn định mức, Inh.đm (kA)5Dòng điện định mức của CC, IđmCC (A)IđmCC  Ilv.max6Dòng điện cắt định mức của CC, IC.đmCC (A)IC.đmCC  IN7Công suất cắt định mức của CC, SC.đmCC (A)SC.đmCC  SN2. Lựa chọn MC phụ tải9/8/20217TTCác đại lượng chọn và kiểm traCông thức chọn và kiểm tra1Điện áp định mức, UđmDCL (kV)UđmDCL  Uđm.m2Dòng điện định mức, IđmDCL (A)IđmDCL  Ilv.max3Dòng điện ôđđ định mức, Iđ.đm (kA)Iđ.đm  ixk4Dòng điện ôđn định mức, Inh.đm (kA)3. Lựa chọn DCL4. Lựa chọn CC cao ápTTCác đại lượng chọn và kiểm traCông thức chọn và kiểm tra1Điện áp định mức, UđmCC (kV)UđmCC  Uđm.m2Dòng điện định mức, IđmCC (A)IđmCC  Ilv.max3Dòng điện cắt định mức của CC, IC.đmCC (A)IC.đmCC  IN4Công suất cắt định mức của CC, SC.đmCC (A)SC.đmCC  SN9/8/202187.3. LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁPLựa chọn MBA điện lựcĐối với TBA có 1 máy: khcSđmB  Stt Đối với TBA có 2 máy: khckqtmaxSđmB  Stt Ví dụ: Hà nội nhiệt độ trung bình 240C; Mátcơva nhiệt độ trung bình 50C; Thì:- nhiệt độ môi trường sử dụng và nhiệt độ chế tạo (0C)Hệ số hiệu chỉnh giữa mt chế tạo và sử dụng (chỉ sử dụng khc nếu MBA ngoại nhập) Trong đó:SđmB - công suất đm của MBA, (nhà chế tạo cho);Stt - công suất tính toán (công suất lớn nhất của phụ tải).kqtmax - hệ số quá tải lớn nhất của MBA, kqtmax = 1,4 (quá tải không quá 5 ngày 5 đêm, mỗi ngày không quá 6 giờ). 9/8/202197.3. LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP2. Lựa chọn MBA đo lườnga. Máy biến dòng điện (BI) TTCác đại lượng chọn và kiểm traCông thức chọn và kiểm tra1Điện áp sơ cấp định mức, Uđm.BI (kV)Uđm.BI  Uđm.m2Dòng điện sơ cấp định mức, I1đm.BI (A)3Phụ tải cuộn dây thứ cấp, S2đm.BI, (VA)S2đm.BI  S2tt4Hệ số ổn định động, kđ 5Hệ số ổn định nhiệt, knh9/8/2021102. Lựa chọn MBA đo lườngb. Máy biến điện áp (BU) TTCác đại lượng chọn và kiểm traCông thức chọn và kiểm tra1Điện áp sơ cấp định mức, Uđm.BU (kV)Uđm.BU  Uđm.m2Phụ tải 1 pha thứ cấp, S2đm.BI, (VA)S2đm.pha  S2tt.pha3Sai số cho phép, N% - sai số tiêu chuẩn.9/8/2021117.4. LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁPmotor controlLưới điện hạ ápCách lyĐóng cắtBảo vệ ngắn mạchBảo vệ quá tảiĐiều khiển công suấtKhởi động mềmĐiều khiển với biến tầnCách lyĐóng cắtBảo vệ ngắn mạchĐiện-cơĐiện tử 9/8/202112motor starterSwitch(cầu dao)Cầu daotảiCông-tắctơRơ lenhiệtÁptômátkiểu từ điệnÁptômátkiểutừ nhiệtThiết bịtích hợpCách lyĐóng cắtNgắn mạchQuá tảiĐiều khiển9/8/2021137.4. LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁPCác khí cụ ở mạng điện hạ áp như áptômát, côngtắctơ, cầu dao, cầu chì,....được lựa chọn theo điều kiện điện áp và dòng điện, kiểu loại và hoàn cảnh làm việc không cần kiểm tra điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt do dòng ngắn mạch. Riêng chọn áptômát và cầu chì cần lưu ý: Đối với ATM: Phải kiểm tra khả năng cắt dòng điện ngắn mạch và chỉnh định để cắt dòng điện quá tải;Đối với CC: Phải phân biệt dùng cho mạng điện sinh hoạt, chiếu sáng hay dùng trong mạng công nghiệp mà chọn cho đúng. Sau đây, sẽ nêu cách chọn các thiết bị này.9/8/2021147.4. LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁPBI1. Chọn ATM:TTCác đại lượng chọn và kiểm traCông thức chọn và kiểm tra1Điện áp định mức, UđmATM (V)UđmATM  Uđm.m2Dòng điện định mức, IđmATM (A)IđmATM  Ilv.max3Dòng điện cắt định mức, IC.đm (kA)IC.đm  INQuá tải: chỉnh định9/8/2021157.4. LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP2. Chọn cầu chì:TTCác đại lượng chọn và kiểm traCông thức chọn và kiểm tra1Điện áp định mức, UđmCC (V)UđmCC  Uđm.m2Dòng điện định mức, IđmCC (A)IđmCC  Ilv.max= Itta. Đối với CC dùng cho mạng điện chiếu sáng:9/8/2021162. Chọn cầu chì:b. Đối với CC dùng cho mạng điện công nghiệp: TTC¸c ®¹i l­îng chän vµ kiÓm traC«ng thøc chän vµ kiÓm tra1Dßng ®iÖn ®Þnh møc, I®m.CC (A)I®m.CC  Itt = ktI®m.®C2Dßng ®iÖn ®Þnh møc, I®m.CC (A)I®m.CC  =Trong ®ã: kt - hÖ sè tải cña ®éng c¬, nÕu kh«ng biÕt lÊy kt = 1;I®m.®C- dßng ®iÖn ®Þnh møc cña ®éng c¬, I®m.®C = U®m- ®iÖn ¸p d©y ®Þnh møc, U®m = 380V;Cos®m - hÖ sè c«ng suÊt ®Þnh møc cña ®.c¬, th­êng Cos®m = 0,8; - hiÖu suÊt cña ®c¬, th­êng  = 0.8-0,95 (cã thÓ lÊy  = 1);Kmm - hÖ sè më m¸y ®.c¬ (nhµ chÕ t¹o cho), th­êng Kmm = 5; 6; 7; - hÖ sè phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn khëi ®éng cña ®.c¬, lÊy nh­ sau: Víi ®.c¬ më m¸y nhÑ (hoÆc kh«ng tải) nh­ m¸y b¬m, m¸y c¾t gät kim lo¹i  = 2,5; Víi ®éng c¬ më m¸y nÆng (cã tải) nh­ cÇn cÈu, cÇn trôc, m¸y n©ng  =1,6; Nếu BV cho 1 động cơ:9/8/202117b. Đối với CC dùng cho mạng điện công nghiệp: Nếu BV cho nhiều động cơ: TTC¸c ®¹i l­îng chän vµ kiÓm traC«ng thøc chän vµ kiÓm tra1Dßng ®iÖn ®Þnh møc, I®m.CC (A)I®m.CC  2Dßng ®iÖn ®Þnh møc, I®m.CC (A)I®m.CC  9/8/2021187.5. CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN VÀ CÁP 1. Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tếPP này chỉ dùng chọn tiết diện dd của các mạng điện cao áp. Loại dây dẫnJkt, A/mm2Tmax ≤ 3000hTmax = 3000-5000hTmax > 5000hA và ACCáp lõi đồngCáp lõi nhôm1,33,51,61,13,11,41,02,71,2Điều kiện chọn tiết diện:Kiểm tra:Tổn thất điện áp:Phát nóng: Isc ≤ Icp Ngoài ra, đối với cáp bắt buộc phải kiểm tra thêm điều kiện ổn định nhiệt: α - hệ số nhiệt độ, αcu = 6 và αAl = 11; tqđ = (0,5-1)s 9/8/2021192. Chọn tiết diện dd theo tổn thất điện áp cho phép PP này dùng để chọn tiết diện dd ở mạng điện hạ áp và mạng điện địa phương (U ≤ 35kV) chiều dài lớn.Xuất phát từ công thức tính tổn thất điện áp: Nhận thấy, r0 và x0 đều phụ thuộc vào tiết diện F, do đó ta có thể chọn tiết diện bằng cách chọn điện kháng x0 (vì x0 = 0,35÷0,45Ω/km - không thay đổi nhiều).Các bước chọn tiết điện dd theo phương pháp này làm như sau:B1. Chọn sơ bộ x0 Đối với dây hạ áp: Chọn x0 = 0,35Ω/kmĐối với dây TA áp: Chọn x0 = 0,38Ω/km (với 10÷22kV); x0 = 0,4Ω/km (với 35kV) B2. Từ x0 đã chọn, xác định được:9/8/2021202. Chọn tiết diện dd theo tổn thất điện áp cho phépB3. Từ ∆Ucp xác định được ∆UR: ∆UR = ∆Ucp - ∆UXB4. Xác định tiết diện dây dẫn cần chọn:Từ F tính được, tra bảng phụ lục để chọn dây dẫn có tiết diện gần nhấtB5. Kiểm tra dây dẫn đã chọn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép:Nếu điều kiện được thỏa mãn thì dây dẫn chọn đạt yêu cầu;Trường hợp không thảo mãn, chọn dây dẫn có tiết diện lớn hơn 1 cấp, rồi kiểm tra lại theo điều kiện trên. - điện dẫn suất, ví dụ: 9/8/202121 PP nµy dïng ®Ó chän tiÕt diÖn d©y dÉn l­íi h¹ ¸p c«ng nghiÖp vµ sinh ho¹t ®« thÞ. Tr×nh tù c¸c b­íc chän tiÕt diÖn theo ph­¬ng ph¸p nµy nh­ sau:- B­íc 1: X¸c ®Þnh dßng ®iÖn tÝnh to¸n mµ ®­êng d©y ph¶i t¶i Itt;- B­íc 2: Lùa chän lo¹i d©y, tiÕt diÖn d©y theo biÓu thøc: k1k2Icp  IttTrong ®ã: k1- hÖ sè hiÖu chØnh nhiÖt ®é, øng víi m«i tr­êng ®Æt d©y, c¸p;k2- hÖ sè hiÖu chØnh nhiÖt ®é, kÓ ®Õn sè l­îng d©y hoÆc c¸p ®i chung mét r·nh; k1 vµ k2 tra trong phô lôc.Icp- dßng ®iÖn l©u dµi cho phÐp øng víi tiÕt diÖn d©y hoÆc c¸p ®Þnh chän (tra b¶ng)3. Chän tiÕt diÖn d©y dÉn theo dßng ph¸t nãng cho phÐp9/8/2021223. Chän tiÕt diÖn d©y dÉn theo dßng ph¸t nãng cho phÐp- B­íc 3: KiÓm tra l¹i:* Theo ®iÒu kiÖn kÕt hîp víi thiÕt bÞ b¶o vÖ:+ NÕu b¶o vÖ b»ng cÇu ch×: (§èi víi m¹ch ®énh lùc  = 3; cßn m¹ch ¸nh s¸ng sinh ho¹t  = 0,3)+ NÕu b¶o vÖ b»ng ATM: Ikddt - dßng ®iÖn khëi ®éng ®iÖn tõ cña ATM (dßng chØnh ®Þnh c¾t ng¾n m¹ch)Ikdnh - dßng ®iÖn khëi ®éng nhiÖt cña ATM (dßng chØnh ®Þnh c¾t qu¸ t¶i cña r¬ le nhiÖt)9/8/202123* Theo ®iÒu kiÖn æn ®Þnh nhiÖt dßng ng¾n m¹ch:3. Chän tiÕt diÖn d©y dÉn theo dßng ph¸t nãng cho phÐpTrong ®ã: -hÖ sè phô thuéc vËt liÖu lµm dd, cu = 6; Al = 11 tq® = tN = (0,5-1)s * Theo ®iÒu kiÖn tæn thÊt ®iÖn ¸p: Umax  Ucp = 5%U®m 9/8/2021247.6. CHỌN TIẾT DIỆN THANH DẪN (THANH CÁI)TTCác đại lượng chọn và kiểm traCông thức chọn và kiểm tra1Dòng điện phát nóng lâu dài cho phép, Icp (A)k1k2Icp  Ilv.max2Khả năng ổn định động, cp (kG/cm2)cp  tt3Khả năng ổn định nhiệt, F (mm2)Trong đó: k1 – hệ số hiệu chỉnh, phụ thuộc vào việc đặt thanh dẫn. + Đặt đứng: k1 = 1; + Đặt nằm ngang: k1 = 0,95. k2 – Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường (tra trong sổ tay KTĐ khi nhiệt độ môi trường khác với nhiệt độ TC).  - hệ số phụ thuộc vật liệu làm thanh dẫn: Cu = 6; Al = 11. cp - ứng suất cho phép của vật liệu làm thanh dẫn (cp.Cu= 1400 kG/cm2; cp Al= 700 kG/cm2; cp Fe= 1600 kG/cm2).9/8/2021257.6. CHỌN TIẾT DIỆN THANH DẪN (THANH CÁI)tt - ứng suất tính toán (kG/cm2): suất hiện khi có lực điện động của dòng NM: aalABCHệ thanh dẫn 3 pha, M - mô men uốn tính toán, + Khi thanh dẫn có từ 3 nhịp trở lên: + Khi thanh dẫn có 2 nhịp: ixk- dòng điện ngắn mạch xung kích 3 pha, kA l - khoảng cách giữa các sứ trong một pha (chiều dài một nhịp thanh cái), cm; a - khoảng cách giữa các pha, cm; W - mô men chống uốn của TC, cm3 tính được dựa vào hình dáng thanh góp:9/8/202126W - mô men chống uốn của thanh dẫn, cm3 tính được dựa vào hình dáng thanh góp:bhbhHhDDd Thanh chữ nhậtThanh chữ nhật rỗngThanh trònThanh tròn rỗngĐặt đứngĐặt ngang9/8/2021277.7. CHỌN SỨ ĐỠ THANH DẪNTTCác đại lượng chọn và kiểm traCông thức chọn và kiểm tra1Điện áp định mức, Uđm.S (kV)Uđm.S  Uđm.m2Dòng điện định mức, Iđm.S (A)Iđm.S  Ilv.max3Lực cho phép tác động lên đầu sứ, Fcp (kG), Fcp  kFtt4Dòng ổn định nhiệt cho phép, Inh.đm (mm2)Inh.đm  I H’HThanh dẫn đặt trên sứFcp - Lực cho phép tác động lên đầu sứ, (kG):(Fcp = 0,6Fph, Fph-lực phá hỏng sứ, nhà chế tạo cho)k – hệ số hiệu chỉnh:H - chiều cao sứ;H’ - chiều cao từ chân sứ đến tâm tiết diện thanh dẫn 9/8/202128Chương 8. BẢO VỆ RƠLE VÀ TĐH HTCCĐ8.1. KHÁI NIỆM, MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA1. Khái niệm Rơle là phần tử chính trong hệ thống thiết bị bảo vệ. Thuật ngữ rơle được phiên âm từ tiếng nước ngoài: RELAIS-Pháp, RELAY-Anh, PEE-Nga ... với nghĩa ban đầu là phần tử làm nhiệm vụ tự động đóng cắt mạch điện. Ngày nay khái niệm rơle thường dùng để chỉ một tổ hợp thiết bị thực hiện một hoặc một nhóm chức năng bảo vệ và tự động hoá hệ thống điện gọi là BVRL2. Mục đích, ý nghĩaVề mặt kỹ thuật: BVRL là thiết bị bảo vệ có nhiệm vụ phát hiện và cách ly các phần tử bị sự cố hoặc hoạt động bất thường ra khỏi HT.Về mặt kinh tế: BVRL là thiết bị tự động hoá được dùng trong HTĐ với mục đích phòng ngừa, ngăn chặn các thiệt hại kinh tế có thể xảy ra cho chủ đầu tư khi xảy ra sự cố.9/8/2021298.2. CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI BVRL Để thực hiện được các chức năng và nhiệm vụ quan trọng kể trên, thiết bị bảo vệ rơle phải thoả mãn được các yêu cầu cơ bản: tin cậy, chọn lọc, tác động nhanh và kinh tế.1. Tin cậy (Reliability): Là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ rơle làm việc đúng, chắc chắn khi xảy ra sự cố trong phạm vi đã được xác định. 2. Chọn lọc (selectivity): là khả năng của bảo vệ rơle có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống. 3. Tác động nhanh: Bảo vệ rơle cần phải cách ly phần tử bị sự cố càng nhanh càng tốt. Tuy nhiên cần kết hợp với yêu cầu chọn lọc.4. Độ nhạy (sensitivity): Phản ánh khả năng phản ứng của bảo vệ với mọi mức độ sự cố. Độ nhạy được biểu thị bằng tỷ số đại lượng tác động tối thiểu với đại lượng đặt. Ví dụ: đối với BV quá dòng: Quy định cụ thể với các loại bảo vệ: - Bảo vệ chính: knh = 1,52 - Bảo vệ dự phòng: knh= 1,21,5.9/8/2021308.2. CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI BVRL5. Kinh tế: - Đối với mạng cao áp và siêu cao áp (U  110 kV): Chi phí để mua sắm và lắp đặt thiết bị bảo vệ thường chỉ chiếm một vài phần trăm giá trị công trình, mặt khác yêu cầu phải được bảo vệ rất chắc chắn, vì vậy giá cả thiết bị bảo vệ không phải là yếu tố quyết định trong lựa chọn chủng loại hoặc nhà phân phối thiết bị mà 4 yêu cầu kỹ thuật kể trên đóng vai trò quyết định. - Đối với mạng trung áp và hạ áp (U >Rơle quá dòng có thời gian (AC) 51I>9/8/202142* Ký hiệu các phần tử và chức năng bảo vệ theo ASNI Loại thiết và chức năngKý hiệu Bằng sốBằng chữRơle bảo vệ quá dòng chạm đất có thời gian 51GRơle bảo vệ quá dòng tổng 3 pha có thời gian (quá dòng thứ tự không) 51NI0>Máy cắt điện (AC) 52MCRơle hệ số công suất 55cosφ Rơle bảo vệ quá áp 59U>Rơle bảo vệ chống chạm đất 64Chức năng tự động đóng trở lại 79TĐLRơle tần số 81fRơle bảo vệ so lệch 87SL (ΔI)Rơle bảo vệ so lệch cắt nhanh50/87Chức năng tự động điều chỉnh điện áp 90Rơle cắt 949/8/2021438.5. SƠ ĐỒ NỐI BI VỚI RLBIIAIBICRIRIRIIAIBICBIRIRIIAIBICBIRI- Sơ đồ sao đủ:- Sơ đồ sao khuyết:- Sơ đồ hiệu 2 dòng pha:+ N(3):+ N(2) (A và C):+ N(2) (A và B):9/8/2021448.6. BẢO VỆ QUÁ DÒNG (overcurrent protection) 1. Nguyên lý tác động BVQD là bảo vệ tác động khi giá trị dòng điện chạy qua bảo vệ IBV vượt quá ngưỡng nào đó IKĐ: IBV ≥ IKĐ Như vậy để đảm bảo tính chọn lọc, dòng IKĐ của bảo vệ có thể thực hiện theo 2 cách (Xét ví dụ mạch hình tia như hình vẽ):~11’22’3’3ABCNIN BV đặt càng xa nguồn có thời gian tác động càng lớn → BVQD có thời gian BV đặt càng xa nguồn có IKĐ càng nhỏ → BVQD cắt nhanh9/8/2021458.6. BẢO VỆ QUÁ DÒNG tiếp)2. BVQD có thời gian I> (51)Là loại BVQD đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chỉnh định thời gian tác độnga. Dòng khởi động IKĐ (pick-up current):IKĐR được xác định như sau: IKĐ được chọn theo các điều kiện sau:Trong đó: - Kat: hệ số an toàn, tính đến khả năng tác động thiếu chính xác của BV. Thường lấy: Kat  1,1 đối với rơle tĩnh và rơle số Kat  1,2 đối với rơle điện cơ Km= 2-4: hệ số mở máy của các phụ tải ĐC có dòng điện chạy qua chỗ đặt BV : hệ số trở về (với ITV = Kat.Km.Ilvmax), KTV  1 với RL tĩnh và RL số KTV = 0,85  0,9 đối với RL điện cơ. - Ilvmax: dòng điện làm việc lớn nhất có thể chạy qua bảo vệ 9/8/2021462. BVQD có thời gian I> (51)→ Đồ thị đặc trưng chọn dòng khởi động của BV quá dòng có thời gian:IIKĐITVIlvmaxImmmaxIlvThời gian dòngngắn mạch đi qua bảo vệt0ImmINIlvt1t2t1-thời điểm ngắn mạcht2-thời điểm MC cắtb. Độ nhạy (sensitivity):Được đánh giá bởi knh: Quy định: - Bảo vệ chính: knh = 1,52 - Bảo vệ dự phòng: knh= 1,21,5.9/8/2021472. BVQD có thời gian I> (51)c. Đặc tính thời gian:0tIKĐIt = constĐặc tính độc lập Đặc tính phụ thuộc0tIKĐIt 9/8/202148c. Đặc tính thời gian của BV 51:Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng trong mạng điện hình tia (a), cho đặc tuyến độc lập (b) và đặc tuyến phụ thuộc (c)L (km)~BC2DAt1t2t3ttHT314tt4 = tpttL (km)t1t2t3tttt00ptt4 = tpta)b)c)Thường t = 0,25  0,6 sec 9/8/202149c. Đặc tính thời gian của BV 51: t = tMC (n-1) + st.t(n-1) + tqt + tdt tMC (n-1): thời gian tác động của MC ở BV trước đóLoại MCDầuKhông khíChân khôngSF6tMC, s0,08  0,120,1  0,20,06  0,080,04  0,05 st: tổng giá trị sai số về thời giancủa BV trước đó và bản thân BV đang xét; (RL điện từ st = 0,1s; RL số 0,03  0,05s) t(n-1): thời gian tác động của bảo vệ trước đó tqt: sai số do quán tính, thường tqt = 0,03  0,1s tdt: thời gian dự trữ, tdt = 0,06  0,2sVì vậy, trong chỉnh định RL thường lấy: t = 0,25  0,6 sec 9/8/202150d. Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng của BV51Ưu điểm: Chế tạo, lắp đạt và thực hiện BV đơn giản, giá thành rẻNhược: Thực hiện đảm bảo tính chọn lọc theo nguyên tắc chọn thời gian tăng dần từng cấp t (cấp chọn lọc về thời gian), càng phía gần nguồn tời gian tác động càng lớn do đó khó đảm bảo được tính tác động nhanh.Phạm vi áp dụng: Dùng làm BV chính trong các mạng điện có một nguồn cấp đến 35kV (mạng cung cấp). Đối với mạng điện áp cao hơn chỉ được dùng làm BV dự phòng. 9/8/2021513. BVQD cắt nhanh I>> (50) Là loại BVQD đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn dòng khởi động lớn hơn dòng ngắn mạch lớn nhất qua chỗ đặt bảo vệ khi hư hỏng ở ngoài phần tử được bảo vệ. a. Dòng khởi động IKĐ (pick-up current):IKĐ được xác định như sau: IKĐ = Kat.INng max ~ABNllI12IKĐLCN2LCN1INng maxVùng chết9/8/2021523. BVQD cắt nhanh I>> (50)b. Độ nhạy (sensitivity):c. Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của BV50Ưu điểm: Chế tạo, lắp đạt và thực hiện BV đơn giản, giá thành rẻ làm việc tức thời (hoặc trễ rất nhỏ cỡ 0,1s)Nhược: Không bảo vệ được toàn bộ đối tượng, khi NM ở cuối phần tử, BVCN không tác động. Hơn nữa vùng BVCN LCNcó thể thay đổi nhiều khi NM hệ thống thay đổiPhạm vi áp dụng: Dùng để BV các mạng điện có một nguồn cấp đến 35kV (mạng cung cấp). Không đảm bảo được tính chọn lọc trong lưới điện phức tạp, có nhiều nguồn cấp.9/8/202153Bài tập ví dụVí dụ 1: Tính toán BVQD có thời gian cho đường dây 22kV? Biết Ilvmax = 357A; Km = 1,6; Kat = 1,2; dòng NM cuối đường dây IN = 1,32kA ~21ABNINBài giải - Căn cứ vào dòng điện Ilvmax = 357A, ta chọn BI có I1 = 400A còn I2 = 5A- Giả thiết BI được đấu với RL theo hình sao khuyết, nên ksđ = 1.Dùng RL số, nên chọn Kv = 1 Do đó:Chọn RLQD 51 có dòng 9A. Vậy cần chỉnh định dòng KĐ của BV:- KT Độ nhạy:9/8/202154Ví dụ 2: Tính toán BVQD có thời gian cho mạng điện 10kV trong 2 TH: a. Dùng RL số với đặc tính thời gian độc lập; b. Dùng RL số với đặc tính thời gian phụ thuộc.~11’22’3N2I2N1N3N4I3I1I’2I’1Biết: - Hệ số: Km = 1,6; Kat = 1,2; thời gian tác động của BV1 t1 = 0,4s - Dòng làm việc và dòng ngắn mạch trên các đoạn đường dây:Dòng điện làm việc, ADòng điện NM, kAI1I’1I’2IN1IN2IN3IN483761670,7581,41,896,47- Giả thiết: tqt = tdt = tMC = 0,1s; st = 0,08sBài giảiXác định dòng điện chạy trên các đoạn dây:Dòng qua BV1: Ilv1 = I1 = 83A;Dòng qua BV2: Ilv2 = I1+I’1 = 83+76= 159ADòng qua BV3: Ilv3 = I3 = Ilv2+I’2= 159+167 = 326A9/8/202155Bài giải (tiếp)Căn cứ dòng làm việc chạy trên các đoạn dây, chọn các BI đấu sao khuyết: BI1: n1I = 100/1; BI2: n2I = 200/1; BI3: n3I = 400/1; ksđ = 11. Tính toán cho BV1:9/8/2021568.7 BẢO VỆ SO LỆCH 87 (Differential protection)1. Khái quát chung Để bảo vệ các phần tử quan trọng trong hệ thống điện, cần đảm bảo yêu cầu cắt nhanh. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh có thể đảm bảo được yêu cầu này, nhưng lại chỉ có thể bảo vệ được những vùng nhất định trong phạm vi được phân công bảo vệ do dòng điện NM có những giá trị khác nhau (Loại NM và vị trí NM). BVSL có thể khác phục được các điều kể trên: đảm bảo tác động trong vùng được phân công bảo vệ và không tác động khi có NM ngoài vùng. Theo nguyên lý làm việc, BVSL được chia thành 2 loại: BV so lệch dọc và so lệch ngang. Bảo vệ so lệch dọc chủ yếu dùng để bảo vệ các máy điện như: MBA; MPĐ và động cơ điện. Ngoài ra cũng được dùng để bảo vệ các đường dây có chiều dài ngắn và thanh cái. Bảo vệ so lệch ngang dùng bảo vệ các đường dây và các cuộn dây trong máy điện song song 9/8/2021572. Nguyên lý tác động a. Bảo vệ so lệch dọc Bảo vệ so lệch dọc là loại bảo vệ làm việc dựa trên nguyên tắc so sánh trực tiếp dòng điện (kể cả góc pha của dòng điện) ở hai đầu của phần tử được bảo vệ. Nếu sự so sánh này sai khác trị số định trước thì bảo vệ sẽ tác động cắt phần tử được phân công bảo vệ ra khỏi mạng điện. ~AB Vùng bảo vệN ~N’IT1IT287IBI1BI2MC1MC2IS1IS29/8/2021582. Nguyên lý tác động b. Bảo vệ so lệch ngang BVSL ngang dựa vào việc so sánh dòng điện của 2 hay nhiều nhánh song song. Nếu sự sai khác vượt quá một giá trị định trước BV sẽ tác động cắt phần tử bị sự cố ra khỏi mạng.∆IHTN1N29/8/2021593. Tính toán bảo vệ so lệch a. Dòng khởi động IKĐ: Để đảm bảo cho bảo vệ so lệch làm việc đúng khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ đã xác định, dòng khởi động của rơle cần phải chỉnh định trách khỏi trị số tính toán của dòng không cân bằng tính toán lớn nhất tương ứng với dòng ngắn mạch ngoài cực đại Ikcbttmax: IKĐ = ∆IKĐ = Kat.Ikcbttmax Trong đó: Ikcbttmax= fimax.Kđn.Kkck.INng max Với: fimax - sai số lớn nhất cho phép của BI, fimax= 10% Kđn - hệ số đồng nhất của các BI, thường Kđn= 0  1 Kđn = 0 khi các BI hoàn toàn giống nhau và dòng điện qua cuộn sơ cấp của chúng bằng nhau; Kđn = 1 khi các BI khác nhau nhiều nhất. Kkck- hệ số kể đến thành phần không chu kỳ của dòng điện ngắn mạch: Kkck = 1 đối với các BI có bão hoà từ nhanh; Kkck = 2 đối với các BI khác. INng max- thành phần chu kỳ của dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất. Chú ý: Riêng đối với MBA: Ngoài những yếu tố kể trên, Ikcb còn phụ thuộc vào sai số do điều chỉnh điện áp s∆U (thường s∆U = 10%) và sai số do sự chênh lệch9/8/2021603. Tính toán bảo vệ so lệch INmin- dòng NM nhỏ nhất khi có ngắn mạch trực tiếp trong vùng bảo vệ b. Độ nhạy yêu cầu:giữa dòng thứ cấp ở hai phía MBA s2i. Để giảm bớt sự chênh lệch về pha của hai dòng điện này, sơ đồ nối các BI phải chọn đối ngược với các tổ đấu dây của MBA. Ví dụ: MBA có tổ đấu dây Y-∆, thì sơ đồ nối các BI phải chọn là ∆-Y. Do vậy dòng KCB được xác định như sau: Ikcbttmax = (Kkck.Kđn.fimax + s∆U + s2i)INng maxTrong đó: s2i là sai số tương đối do sự chênh lệch các dòng điện thứ cấp của các BI. Xác định như sau:9/8/2021618.8. BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH (21)1. Nguyên lý tác động và phạm vi áp dụngBảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ tác động dựa vào việc đo tổng trở trong phạm vi bảo vệ, nếu thấy tổng trở đo được nhỏ hơn hoặc bằng với tổng trở định trước nó sẽ tác động cắt phần tử hư hỏng ra khỏi mạng điện. Vì thế bảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ dùng rơle tổng trở. ZS ≤ ZKĐ → BV sẽ tác độngBảo vệ khoảng cách thường được dùng để bảo vệ lưới điện phức tạp nhiều nguồn cấp với hình dạng bất kỳ. Đặc biệt dùng tốt cho các đường dây tải điện.9/8/2021622. Tính toán bảo vệ khoảng cácha. Đối với BVKC làm việc không thời gian: ZKĐ = K.ZD = (0,80,85).ZD K - hệ số kể đến ảnh hưởng của Rhq tại chỗ NM; sai số của BI, BU và các sai số ảnh hưởng khác, (lấy K= 0,80,85). ZD - tổng trở đường dây được bảo vệVí dụ: ~ 52AB 52 N’ 21NRhq ZAN = RAN + jXAN ZAN’ = (RAN + Rhq) + jXANBI BUZAB= RAB + jXAB9/8/2021632. Tính toán bảo vệ khoảng cáchb. Đối với BVKC làm việc có thời gian: BVKC dùng để bảo vệ đường dây tải điện thường có nhiều vùng tác động và do đó để đảm bảo độ tin cậy và tính chọn lọc BVKC cũng có nhiều cấp thời gian bảo vệ khác nhau. Đặc tính thời gian của bảo vệ khoảng cách thường có dạng độc lập (dạng bậc thang) và việc chọn thời gian làm việc cho các bảo vệ ngược với đặc tính thời gian của BV 51. Độ chênh lệch về thời gian làm việc giữa các vùng (cấp) bảo vệ liền kề nhau ∆t = 0,3 0,5s. Vậy: Với BV1 có ZKĐ1 và thời gian làm việc t1 Với BV2 có ZKĐ2 và thời gian làm việc t2 = t1 + ∆t Việc chọn các đại lượng này như sau9/8/2021642. Tính toán bảo vệ khoảng cáchVí dụ: Chọn ZKĐ và thời gian làm việc của 3 BV21 bảo vệ đường dây có sơ đồ như hình vẽ: ~AN1 BU 21BIBV1 21BIBV2 21BIBV3BCDN2ZIA=0,8ZABZIIA=0,8(ZAB+ZIB)ZIIIA=0,8[ZAB+0,8(ZBC+ZIC) ]tIAtIIAtIIIAtIBtIIBtIIIBtICtIICABCDZIB=0,8ZBCZIC=0,8ZCD9/8/2021653. Độ nhạy bảo vệ khoảng cách Với: ZD là tổng trở đường dây cần bảo vệ; ZIKĐ là tổng trở khởi động của BVKC. Quy định: knhyc ≥ 1,29/8/2021664. Bài tập ví dụ Tính toán BVKC cho đường dây 110kV: ~ABCN Biết: Tổng trở đơn vị: z0 = 0,37Ω/km;Dòng điện làm việc chạy trên đường dây: Ilv = 450A;Thời gian: tác động của BVA là 0,03s và ∆t = 0,5sCác hệ số: kat = 1,2; kmm = 1,65Bài giải:1. Chọn các BI và BU: Căn cứ vào dòng điện làm việc và điện áp của mạng, ta chọn được các BI và BU có tỷ số biến đổi như sau: nI = 600/5 = 120; nU = 110.103/100 = 11002. Xác định tổng trở của các đoạn dây: ZAB = z0L1 = 0,38.45 = 16,65Ω; ZBC = z0L2 = 0,38.86 = 31,82Ω; L1 = 45kmL2 = 86km9/8/2021674. Bài tập ví dụ (tiếp)3. Xác định tổng trở khởi động của các BV:BVA: - Vùng 1: ZIA = K.ZAB = 0,8.16,65 = 13,32Ω - Vùng 2: ZIIA= 0,8(ZAB+ZIB) = 0,8(ZAB+0,8ZBC) = 0,8(16,65+0,8.31,82) = 33,68 ΩBVB: ZIB = K.ZBC = 0,8.31,82 = 25,46Ω4. Thời gian tác động của các BV: tIA = 0,03s; tIIA = tIA + ∆t = 0,53s; tIB = 0,03s5. Kiểm tra độ nhạy của các BV:9/8/2021681. Sơ đồ BV đường dây và thanh cáia. BV đường dây:Thermal overload Protection against overheating due to overload currents in conductors under steady state conditions is provided by the thermal overload protection function (ANSI 49RMS), which estimates temperature buildup according to the current measurement.Phase-to-phase short circuits - Phase overcurrent protection (ANSI 51) may be used to clear the fault, the time delay being set to provide discrimination. A distant 2-phase fault creates a low level of overcurrent and an unbalance; a negative sequence / unbalance protection function (ANSI 46) is used to complete the basic protection function (fig. 1).9/8/202169a. BV đường dây: - To reduce fault clearance time, a percentage-based differential protection function (ANSI 87L) may be used. It is activated when the differential current is equal to more than a certain percentage of the through current. There is a relay at either end of the link and information is exchanged by the relays via a pilot (fig. 2).Phase-to-earth short circuitsTime-delayed overcurrent protection (ANSI 51N) may be used to clear faults with a high degree of accuracy (fig. 1).For long feeders though, with high capacitive current, the directional earth fault protection function (ANSI 67N) allows the current threshold to be set lower than the capacitive current in the cable as long as system earthing is via a resistive neutral.9/8/202170a. BV đường dây:9/8/202171b. BV thanh cái: Phase-to-phase and phase-to-earth faults- Overcurrent protectionThe use of time-based discrimination with the overcurrent (ANSI 51) and earth fault (ANSI 51N) protection functions may quickly result in excessive fault clearing time due to the number of levels of discrimination.In the example (fig.1), protection unit B trips in 0.4 s when there is a busbar fault at point 1; when a busbar fault occurs at point 2, protection unit A trips in 0.7s, since the discrimination interval is set to 0.3 s. The use of logic discrimination (fig. 2) with overcurrent protection provides a simple solution for busbar protection. A fault at point 3 is detected by protection unit B, which sends a blocking signal to protection unit A. Protection unit B trips after 0.4 s.However, a fault at point 4 is only detected by protection unit A, which trips after 0.1 s; with backup protection provided if necessary in 0.7 s.9/8/202172- Differential protectionDifferential protection (ANSI 87B) is based on the vector sum of the current entering and leaving the busbars for each phase. When the busbars are fault-free, the sum is equal to zero, but when there is a fault on the busbars, the sum is not zero and the busbar supply circuit breakers are tripped. This type of protection is sensitive, fast and selective.+ With percentage-based, low impedance differential protection, the difference is calculated directly in the relay. The threshold setting is proportional to the through current and CTs with different ratios may be used. However, the system becomes complicated when the number of inputs increases.+ With high impedance differential protection (fig. 3), the difference is calculated in the cables, and a stabilization resistor is installed in the differential circuit. The CTs are sized to account for saturation according to a rule given by the protection relay manufacturer. The threshold setting is approximately 0.5 CT In and it is necessary to use CTs with the same ratings.9/8/202173 Load shedding functionThe load shedding function is used when a shortage of available power in comparisonto the load demand causes an abnormal drop in voltage and frequency:certain consumer loads are disconnected according to a preset scenario,called a load shedding plan, in order to recover the required power balance.Different load shedding criteria may be chosen:+ undervoltage (ANSI 27),+ underfrequency (ANSI 81L),+ rate of change of frequency (ANSI 81R). Breaker failureThe breaker failure function (ANSI 50BF) provides backup when a faulty breaker fails to trip after it has been sent a trip order: the adjacent incoming circuit breakers are tripped. The example (fig. 1) shows that when a fault occurs at point 1 and the breaker that has been sent the trip order fails, the breaker failure protection function is faster than action by upstream protection time-based discrimination: 0.6 s instead of 0.7 s.9/8/202174Examples of applications9/8/202175Chương 9. BV QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN9.1. SÉT VÀ QUÁ TRÌNH PHÓNG ĐIỆN SÉT1. Sét: Là sự phóng điện tia lửa trong khí quyển giữa các đám mây tích điện trái dấu hoặc giữa các đám mây với đất. Khi bảo vệ chống sét cho người, các công trình và thiết bị trên mặt đất chúng ta cần quan tâm đến sự phóng điện giữa các đám mây và đất. 2. Sự hình thành sét: Sự hình thành sét gắn liền với sự hình thành các đám mây giông. Các đám mây giông tạo thành do các luồng khôngkhis nóng ẩm từ mặt đất bốc lên đi vào vùng nhiệt độ âm, hơi nước ngưng tụ thành các tinh thể băng. Các đám mây mang điện là do kết quả của các luồng không khí mãnh liệt tách rời nhau tạo ra các điện tích trái dấu và tập trung chúng trong các phần khác nhau của đám mây. Các kết quả quan trắc cho thấy, 80% phần dưới của mây có cực tính âm, còn ở phần trên của đám mây thường tích các điện tích dương.9/8/20