Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 2/ Tính toán ngắn mạch 2.1/ Khái niệm chung Ngaộn mạch tượng pha chập chạm đất, hay nói cách khác tượng mạch điện bị nối tắt qua tổng trở suất nhỏ xem không Khi ngắn mạch tổng trở hệ thống bị giảm xuống tùy theo vị trí điểm ngắn mạch xa hay gần nguồn cung cấp mà tổng trở hệ thống giảm nhiều hay Khi ngắn mạch dòng điện điện áp thời gian độ thay đổi, dòng điện tăng lên nhiều so với lúc làm việc bình thường Còn điện áp mạng điện giảm xuống mức độ giảm nhiều hay tùy thuộc vào vị trí điểm ngắn mạch so với nguồn cung cấp Để lựa chọn tốt phần hệ thống cung cấp điện, phải dự đoán tình trạng ngắn mạch xảy tính toán số liệu tình trạng ngắn mạch : Dòng điện ngắn mạch công suất ngắn mạch, số liệu quan trọng để thiết kế hệ thống bảo vệ rơle, định phương thức vận hành hệ thống cung cấp điện Vì tính toán ngắn mạch phần thiếu thiết kế hệ thống cung cấp điện • Nguyên nhân gây ngắn mạch : - Do tác động học : đổ, gãy, giông bão - Do tác động bên : cách điện hỏng dùng nhiệt • Hậu : - Làm phát nóng phận có dòng ngắn mạch (IN) qua dây dẫn làm hư hỏng thiết bị - Có thể sinh lực điện động => phá hủy khí cụ dây dẫn - Làm điện gây nên thiệt hại kinh tế - Phá hủy tính đồng hệ thống vv… 2.2/ Ph−¬ng pháp tính toán dòng ngắn mạch ã Muùc ủớch : Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 118 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Tớnh doứng ngắn mạch để chọn thiết bị khí cụ bảo vệ cho hệ thống, tự động xác lập chế độ ổn định • Phương pháp xác định dòng ngắn mạch - Xác định vị trí điểm ngắn mạch - Xác lập sơ đồ thay tính toán mạng điện (trong hệ đơn vị có tên hệ đơn vị tương đối tùy chọn) - Biến đổi sơ đồ dạng đơn giản Trong bước áp dụng phương pháp biến đổi đẳng trị thông thường (ghép song song, nối tiếp, biến đổi – tam giác, – lưới…) - Tính điện kháng tổng hợp - Tính toán dòng ngắn mạch hệ đơn vị tương đối có tên 2.3/ TÝnh toán ngắn mạch cho trạm biến áp Tớnh ngaộn maùch mạng điện 1000V thường để hiệu chỉnh thiết bị bảo vệ tự động hóa nhằm loại trừ nhanh chọn lọc phần tử cố ngắn mạch khỏi hệ thống điện Để xác định dòng ngắn mạch mạng điện áp cao (U ≥ 1000V) Thành lập sơ đồ đẳng trị mạng điện áp cao thành phần điện trở có giá trị không đáng kể nên bỏ qua Vậy tổng trở ngắn mạch bao gồm thành phần điện kháng Các phần tử thay : X HT (Ω) = - Nếu chọn U cb =U tb U tb SN (4 - 6) : S = cb *HT (cb) S N - Máy biến áp : Điện kháng máy biến áp đơn vị có tên : U %.U ñm X BA = x , (Ω) 100.S đm - Khi tính hệ đơn vị tương đối : U %.U đm S cb X = x * BA (cb) 100.S ñm U cb X Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội (4 - 7) (4 - 8) (4 - 9) 119 §å án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 - Nguồn: Điện kháng hệ thống : Trong : Scb : Công suất đợc chọn, KVA Sủm : Công suất định mức MBA, KVA m : Điện áp định mức MBA, KV Uk% : Thành phần phản kháng điện áp ngắn mạch - Dây dẫn : Điện kháng dây dẫn đơn vị tương đối: Z * dd(cb) = (r0 + jx ).l S cb U cb (4-10) Trong : l : Chiều dài, Km r0, x0 : Điện trở cảm kháng đơn vị chiều dài, Ω/Km - Điện kháng kháng điện: Z * K ( cb ) = X K % U ñm I cb 100 U cb I đm (4-11) - Điện kháng thành phần khác : cuộn dòng Aptomat, cuộn sơ cấp máy biến dòng (BI), góp ta tra bảng cẩm nang - Điện kháng tổng hợp: (4-12) Z Σ = X B + X dd + X K + - Dòng điện ngắn mạch đơn vị tương đối : I N *( cb ) = E XΣ (4-13) Dòng điện ngắn mạch đơn vị có tên : I N ( A) = I N *( cb ) I cb (4-14) Trong E: Điện áp hệ thống hệ đơn vị tửụng ủoỏi 2.4/ Tính toán ngắn mạch máy biến áp Sơ đồ nối trạm Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 120 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 a) b) Hình - 4: Sơ đồ nối lới a) sơ đồ tính toán thay b) Thông sồ lới: MBA T1: 40 MVA; U = 115 ± 9x1,78/22 Kv; uk = 10,5% MBA T1: 16 MVA; U = 115 ± 9x1,78/22 Kv; uk = 10,5% D1: l = 25 Km; X0 = 0,4 (W/Km) D2: l = 20 Km; X0 = 0,4 (W/Km) Do công suất nguồn (Đông Anh Phố Nối) nên ta giả thiết nguồn có công suất vô lớn, điện kháng nguồn coi X nguồn 0, søc ®iƯn ®éng cđa ngn E *ngn ≈ Chän Scb = 100 MVA, Ucb = Utb ®ã: Ucb1 = Utb1 = 115 Kv Ucb2 = Utb2 = 23 Kv Suy ra, dòng điện bản: I cb1 = I cb2 = S cb 3U cb1 S cb 3.U cb2 = = 100 = 0,502 (KA) 3.115 10 = 2,5102 (KA) 23 - Điện kháng hệ thống: X nguồn - Điện kháng đờng dây D1: X1 = 0,4 25 100 = 0,0756 115 Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 121 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 - Điện kháng đờng dây D3: X2 = 0,4 20 100 = 0,0605 115 - Điện kháng máy biÕn ¸p T1: X T1 = 10,5 100 = 0,2625 100 40 - Điện kháng máy biến áp T2: 10,5 100 = 0,6563 100 16 X T2 = Sơ đồ tính toán thay nh hình - 4, b - Thực phép biến đổi sơ đồ ta có: X BA = X T1 X T2 0,2625.0,6563 = = 0,1875 X T1 + X T2 0,2625 + 0,6563 - Ghép song song nhánh có nguồn E1 E2 ta cã: E td = E X + E X = (do E1 = E2 = 1) X1 + X X td = X X = 0,0336 X1 + X - Điện kháng tổng hợp: X = X td + X BA = 0,0336 + 0,1875 = 0,2211 - Dßng điện ngắn mạch đơn vị tơng đối: I *N(cb) = E HT = = 4,5228 X Σ 0,2211 - Dòng điện ngắn mạch đơn vị có tên: I N(22Kv) = I *N(cb) I cb2 = 4,5228 2,5102 = 11,3532 (KA) I N(110 Kv) = 4,5228 0,5020 = 2,2704 (KA) 2.5/ Chọn biến dòng cho bảo vệ Giả sử trạm biến áp máy làm việc song song có công suất máy lần lợt là: 40 MVA 16 MVA, Uđm=110/22 Kv, tổ nối dây Y/Y0 nh hình vẽ: Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 122 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Hình - 5: Sơ đồ nối dây mạch thứ cấp máy biến dòng - Chọn máy biến dòng cao áp 110 Kv, mạch thứ cấp BI nối hình nên dòng điện cuộn dây dòng điện pha Do dòng tính toán để chọn máy biến dòng cao áp bằng: I sc = S ba 3.U dm = (40 + 16) 1000 110 = 294 (A) Chọn máy biến dòng loại 300/5A - Chọn máy biến dòng phía 22 Kv, mạch thứ cấp BI nối nên dòng điện tính toán để chọn BI sÏ lµ: I sc = S ba 3.U dm = (40 + 16) 1000 22 = 1469 (A) Chän máy biến dòng loại 1500/5 A 2.6/ Cài đặt cho trạm biến áp 110/22 Kv Sài Đồng Chức dòng dự phòng ngỡng thấp - Giá trị đặt dòng I> xác định từ điều kiện làm việc cực đại đối tợng bảo vệ, tc dòng trì cho phép cực đại mà đối tợng bảo vệ làm việc lâu dài I> = k hc I lvmax k tv (4-15) Trong ®ã: Khc – hƯ sè hiệu chỉnh thờng không 1,3 để giảm thiểu khả tải cho đối tợng bảo vệ Ktv hệ số trở chức bảo vệ dòng đạt tới 0,98 rơle số Ilv max thờng đợc xác định 1,05 - 1,2 dòng định mức đối tợng bảo vệ, ®ã Ilv max = 1,15 294 = 338 (A) Vậy: Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 123 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 I> = 1,2.338 = 414 (A) 0,98 BiÕn dßng chän cã dòng sơ cấp định mức 300 (A), giá trị đặt 1,38(I/In) địa 2112 - Thời gian tác động bảo vệ: Để rơle phải phối hợp với cầu chì hạ áp độ phân cấp thời gian phải chọn theo công thức (2 - 16) ®ã: Δt = 0,4.t cc + 0,15 = 0,4 0,01 + 0,15 = 0,154 (s) (ở thời gian tác động cầu chì lấy bắng tcc = 0,01 giây) Thời gian tác động rơle xảy ngắn mạch là: t td = t cc + Δt = 0,01 + 0,154 = 0,164 (s) Sư dơng ®−êng cong dèc chuÈn (SIT) IEC 255-3A theo c«ng thøc (3-30) ta xác định đợc thời gian đặt bảo vƯ lµ: t> = t td (m 0,02 − 1) 0,164.((2270/300) 0,02 − 1) = = 0,048 (s) 0,14 0,14 Ta chọn thời gian đặt t> 0,05 (s) đăt địa 2113 Chức dòng dự phòng ngỡng cao - Giá trị đặt ngỡng cao bảo vệ xác định công thức: I >> = k at I N ngoai max (4-16) kat - lµ hƯ số an toàn đợc đa vào để tính đến ảnh hởng sai số tính toán ngắn mạch, cấu tạo rơle, thành phần không chu kỳ dòng ngắn mạch biến dòng thờng lấy 1,15 rơle số 1,2 ữ1,3 rơle điện Từ ta có: I >> = 1,15.2270 = 2610 (A) , biến dòng có giá trị dòng định mức sơ cấp 300 (A), giá trị đặt chức dòng ngỡng cao I>> = 8,7 (I/In) địa 2103 - Thời gian đặt t>> bảo vệ dòng ngỡng cao th−êng b»ng Tuy nhiªn, mét sè tr−êng hợp để tránh rơle tác động nhầm chế độ nhiễu loạn thành phần khác với sóng hài 50 Hz vợt giá trị đó, đại lợng đặt vài chu kỳ tần số công nghiệp để rơle có thời gian lọc tín hiệu nhiễu loạn khỏi thành phần dòng đầu vào Thực tế, thời gian bảo vệ cắt nhanh t>> có giá trị khoảng 0,03 đến 0,05 (s) tùy rơle số, ta chọn t>> = 0,04 (s) đặt địa 2104 Vậy chơng trình cài đặt cho trạm biến áp nh sau: a/ Cài đặt cho chức bảo vệ so lệch 7801 PROT.OBJ = 2WIND - TRANSF (cài đặt cấu hình cho bảo vệ so lệch) Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 124 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 7899 FREQUENCY = IN 50 Hz (tÇn sè hƯ thèng b»ng 50 Hz) 1102 UN WIND1 = 110 Kv (điện áp định mức cuộn 1) 1103 PN WIND1 = 56 MVA (công suất định mức cuộn 1) 1104 IN CT WIND1 = 300 A (dòng sơ cấp định mức cđa biÕn dßng cn 1) 1105 CT1 STAR PT = TOWARDS TRANSF (hớng phần tử phát cố phÝa m¸y biÕn ¸p) 1122 UN WIND2 = 22 Kv (điện áp định mức cuộn 2) 1123 PN WIND2 = 56 MVA (công suất định mức cuộn 2) 1124 IN CT WIND2 = 1500 A (dòng sơ cấp định mức cđa biÕn dßng cn 2) 1125 CT2 STAR PT = TOWARDS TRANSF (hớng phần tử phát cố phÝa m¸y biÕn ¸p) 1601 DIFF PROT = ON (kÝch hoạt chức bảo vệ so lệch) 1603 I-DIFF> = 0.2 I/InTr (giá trị tác động bảo vệ so lệch quy đổi theo dòng định mức máy biến áp) 1604 I-DIFF> =7.2 I/InTr (giá trị tác động ngỡng cao bảo vệ so lệch quy đổi theo dòng định mức máy biến áp) 1606 SLOPE1 = 0.25 (độ rốc nhánh đặc tính cắt) 1607 BASE PT2 = 0.25 I/InTr (điểm bắt đầu nhánh thứ đặc tính cắt) 1608 SLOPE2 = 0.5 (độ rốc nhánh thứ đặc tính cắt) 1610 2nd HARMON = ON (chức khóa sóng hài bậc đợc bËt) 1611 2nd HARMON = 15% (khëi ®éng viƯc khãa thành phần hài bậc hai vợt 15% thành phần sóng bản) b/ Cài đặt cho chức bảo vệ chạm đất giới hạn 1901 RESTR-EF = ON (bảo vệ chạm đất giới hạn máy biến áp đợc bật) 1903 REF = 0,1 I/In (giá trị tác động bảo vệ chạm đất giới hạn quy đổi theo dòng định mức máy biến áp) 1904 CREF-ANGLE = 1300 (góc giới hạn gÃy ứng với hệ số ổn định k = 1) c /Cài đặt cho chức bảo vệ dòng dự phòng 2101 BACKUP O/C = ON (kích hoạt chức bảo vệ dòng dự phòng) 2103 I >> = 8,7 I/In (giá trị tác động bảo vệ dòng dự phòng) 2104 T-I>> = 0,04 s (thời gian đặt bảo vệ) 2111 CHARACT = DEFINITE-TIME (đặc tính thời gian thực tập) 2112 I> = 1,38 I/In (giá trị tác động ngỡng thấp bảo vệ dòng dự phòng) 2113 T-I> = 0,05 (thời gian đặt cho cấp I>) d/ Cài đặt cho bảo vệ tải theo nhiệt độ 2401 THERMAL OL = ON (bảo vệ tải theo nhiệt độ đợc bật) Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 125 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 2402 K-FACTOR = 1.1 (giá trị đặt bảo vệ tải, tính theo tỷ số dòng tải so với dòng định mức máy biến áp) 2403 T-CONSTANT = 100 (h»ng sè thêi gian cña bảo vệ tải) 2404 -WARN = 90% (độ tăng nhiƯt cho b¸o tÝn hiƯu nguy hiĨm tÝnh theo % nhiệt độ cắt) 2405 I-WARN = 1.00 I/In (cấp cảnh báo theo dòng tính theo dòng định mức MBA) e/ Cài đặt cho bảo vệ tải theo nhiệt độ 2401 THERMAL OL = ON (bảo vệ tải theo nhiệt độ đợc bật) 2402 K-FACTOR = 1.1 (giá trị đặt bảo vệ tải, tính theo tỷ số dòng tải so với dòng định mức máy biến áp) 2403 T-CONSTANT = 100 (hằng số thời gian bảo vệ tải) 2404 -WARN = 90% (độ tăng nhiệt cho báo tÝn hiƯu nguy hiĨm tÝnh theo % cđa nhiƯt ®é cắt) 2405 I-WARN = 1.00 I/In (cấp cảnh báo theo dòng tính theo dòng định mức MBA) f/ Cài đặt cho chức chạm vỏ 2701 TANK = ON (khởi động chức bảo vệ chạm vỏ) 2703 I-TANK = 0.5 I/In (giá trị tác động dòng chạm vỏ quy đổi theo dòng định mức MBA, sử dụng đầu vào dòng điện Ia) 2704 I> TANK = 500 mA (giá trị tác động cho đầu vào dòng Ib) 2.7/ C ác sơ đồ nối dây rơle 7UT512 7UT513 Hình - 6: Sơ đồ nối 7UT512 dùng cho máy biến áp cuộn dây Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 126 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Hình - 7: Sơ đồ nối 7UT513 dùng cho máy biến áp cuộn dây Hình - 8: Sơ đồ nối 7UT513 dùng cho máy biến áp cuộn dây Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 127 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Kết luận Trong giai đoạn nay, ngành kinh tế đà phát triển mạnh mẽ hàng loạt công ty, xí nghiệp khu dân cư hình thành Vì nhu cầu sử dụng điện ngày cao, đòi hỏi ngành công nghiệp lượng điện phải đáp ứng kịp thời theo phát triển Chính nguyên nhân làm cho hệ thống điện ngày trở nên phức tạp Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 128 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Sau moọt thụứi gian tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu cần thiết làm việc cách nghiêm túc hướng dẫn tận tình thầy Đỗ Văn Công Đến nay, em thực thành công đồ án tốt nghiệp Quyển đồ án tốt nghiệp trình bày thứ tự phần quan trọng việc nghiên cứu bảo vệ so lệch máy biến áp sử dụng rơle số 7UT51 V3 Với vốn kiến thức tiếp thu nhửừng naờm hoùc taùi trửụứng, vụựi sửù nỗ lửùc cuỷa thân Tuy nhiên hạn chế kinh nghiệm thực tế, tài liệu tham khảo, thời gian thực Nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót Kính mong thầy hướng dẫn quý thầy, cô hội đồng môn góp ý xây dựng “Đồ án tốt nghiệp” ngày caứng hoaứn thieọn hụn Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 129 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Tài liệu tham khảo 1/ Ts Nguyễn Hồng Thái Phần tử tự động hệ thống điện Nhà xuất Khoa học Kỹ Thuật, 2000 2/ Ts Nguyễn Hồng Thái - Ks Vũ Văn Tẩm Rơle số lý thuyết ứng dụng Nhà xuất Giáo dục, 2000 3/ Gs.Vs Trần Đình Long Bảo vệ hệ thống điện Nhà xuất Khoa học Kỹ Thuật, 2005 4/ Vũ Đức Thọ - Đỗ Xuân Thụ Cơ sở kỹ thuật điện tử số Nhà xuất Giáo dục, 1999 5/ Ts Phạm Văn Hòa Ngắn mạch hệ thống điện Nhà xuất Giáo dục, 2000 6/ Trơng Xuân Trờng Rơle bảo vệ so lệch số 7UT51 V3 SIEMENS Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 130 ... (giá trị tác động bảo vệ so lệch quy đổi theo dòng định mức máy biến áp) 1604 I-DIFF> =7.2 I/InTr (giá trị tác động ngỡng cao bảo vệ so lệch quy đổi theo dòng định mức máy biến áp) 1606 SLOPE1... bảo vệ chạm đất giới hạn 1901 RESTR-EF = ON (bảo vệ chạm đất giới hạn máy biến áp đợc bật) 1903 REF = 0,1 I/In (giá trị tác động bảo vệ chạm đất giới hạn quy đổi theo dòng định mức máy biến áp) ... đặt cho bảo vệ tải theo nhiệt độ 2401 THERMAL OL = ON (bảo vệ tải theo nhiệt độ đợc bật) 2402 K-FACTOR = 1.1 (giá trị đặt bảo vệ tải, tính theo tỷ số dòng tải so với dòng định mức máy biến áp) 2403