Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Với rơle kỹ thuật số có hai loại đặc tính thời gian độc lập phụ thuộc, nên chọn hai đặc tính thời gian phù hợp với điều kiện thực tế (2 - 14) tbv = tmax + t Dù chọn loại đặc tính thời gian nào, công thức tính toán tơng tự công thức - 14 Tuy nhiên cách chọn tmax loại đặc tính thời gian có khác Nếu chọn đặc tính thời gian độc lập, tmax đợc lÊy b»ng thêi gian lín nhÊt cđa b¶o vƯ tr−íc Nếu chọn đặc tính thời gian phụ thuộc, ta phải vẽ đờng đặc tính thời gian phụ thuộc bảo vệ trớc Từ chọn thời gian lớn bảo vệ tính theo công thức - 14 t: CÊp chän läc thêi gian lÊy b»ng 0.3 ữ 0.5s Trờng hợp riêng tính độ phân cấp thời gian t hai cầu chì liỊn kỊ bëi c«ng thøc: t = 0.6tcc+ 0.15 (2-15) Trong tcc: Thời gian tác động cầu chì điểm xét phân cấp Còn độ phân cấp thời gian cầu chì với rơle: (2-16) t = 0.4tcc+ 0.15 Độ nhạy bảo vệ đợc kiểm tra dòng ngắn mạch cực tiểu điểm N1 Knh = I N I kd (2-17) 2.1.4/ B¶o vƯ kho¶ng cách Đối với máy biến áp có công suất lín (>100 MVA), ng−êi ta sư th−êng dïng b¶o vƯ khoảng cách để làm bảo vệ dự phòng thay cho bảo vệ dòng điện Trên hình - 9, trình bày nguyên lý sử dụng bảo vệ khoảng cách để bảo vệ cho máy biện áp (hoặc máy biến áp tự ngẫu) hai cuộn dây Bảo vệ khoảng cách đợc đặt phía máy biến áp với vùng tác động phía trớc (hớng thuận) vùng tác động phía sau (hớng nghịch) Bảo vệ khoảng cách phía máy biến áp làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ so lệch MBA cho bảo vệ đặt góp đờng dây lân cận với máy biến áp Tổng trở khởi động thời gian làm việc vùng đợc chọn nh sau: Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 40 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - §iÖn 46 Vïng thø nhÊt: Z t1 ⎫ ⎪ ⎬ = (0.4 ÷ 0.5 ) s ⎪ ⎭ kd = 0.7 X B (2-18) Trong đó: XB điện kháng cđa m¸y biÕn ¸p Vïng thø hai: II Z kd = 1.3 X B ⎫ ⎪ ⎬ II I t = t + Δt ⎪ ⎭ (2-19) Vïng thø đợc phối hợp với vùng thứ bảo vệ khoảng cách RZD1 RZD2 đặt đờng dây D1 D2 lân cận với máy biến áp Hình - 9: Sơ đồ nguyên lý đặc tính thời gian bảo vệ khoảng cách đặt MBA cuộn dây MBA tự ngẫu 2.1.5/ Bảo vệ chống chạm đất Sơ đồ bảo vệ chóng chạm đất đơn giản đặt máy biến áp có trung điểm nối đất trình bày hình 2-10,a Sơ đồ dùng máy biến dòng đặt dây trung tính máy biến áp rơle dòng với dòng điện khởi động: Ikđ = (0.2 ữ 0.4) Iđm (2-20) Trong đó: Iđm dòng định mức máy biến áp Thời gian làm việc chọn theo nguyên tắc bậc thang phối hợp với thời gian bảo vệ chống chạm đất đặt phần tử lân cận Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 41 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Hình - 10: Bảo vệ chống chạm đất (a) chạm vỏ (b) máy biến áp Bảo vệ dòng với trị số khởi động chọn theo (2-20) đảm bảo loại trừ đợc tất trờng hợp chạm đất xảy cuôn dây nối hình máy biến áp vùng lân cận lới điện nối với cuộn dây Sơ đồ (hình - 10,a) đợc sử dụng để bảo vệ chống chạm vỏ (thùng) máy biến áp Trong trờng hợp thùng máy biến áp đợc cách điện với đất máy biến dòng đợc đặt dây nối thùng với đất (hình 10,b) Bình thờng chạm vỏ (thùng) dòng điện qua biến dòng không nên chỉnh định dòng khởi động bảo vệ với trị số bé bảo vệ có độ nhạy cao Hình - 11:Bảo vệ chống chạm đất có giới hạn dùng cho MBA cuộn dây (a) MBA tự ngẫu (b) Với máy biến áp có công suất lớn, đế bảo vệ chống chạm đất cuộn dây nối hình máy biến áp, ngời ta dùng sơ đồ bảo vệ chống chạm đất có giới hạn Thực chất loại bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự miền bảo vệ đợc giới hạn máy biến dòng đặt dây trung tính máy biến áp tổ máy biến dòng nối theo lọc dòng điện thứ tự không đặt phía đầu cuộn dây nối hình máy biến áp (Hình - 11,a) Rơle so lệch tổng trở cao đợc mắc song song với điện trở R có trị số lớn Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 42 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Trong chế độ làm việc bình thờng ngắn mạch chạm đất vùng bảo vệ (điểm N1) ta có: I = 3I − I § = (2-21) Trong đó: I0 - dòng điện thứ tự không chạy cuộn dây MBA IĐ - dòng điện chạy qua cuộn d©y trung tÝnh MBA NÕu bá qua sai sè cđa máy biến dòng, ta có dòng điện thứ cấp chạy qua điện trở R điện áp đặt rơle so lệch Khi ngắn mạch vùng bảo vệ (điểm N2) toàn dòng chạm đất chạy qua điện trở R tạo nên điện áp đặt rơle so lệch lớn, rơle tác động Để bảo vệ chống chạm đất cho cuộn dây nối tam giác máy biến áp, ngời ta đặt thêm máy biến áp tạo trung điểm nối đất đầu cuộn tam giác bảo vệ thứ tơng tự Nguyên lý so lệch dòng điện thứ tự không đợc sử dụng để bảo vệ chống chạm đất cho máy biến áp tự ngẫu (hình - 11,b) 2/ Bảo vệ tải Quá tải làm tăng nhiệt độ máy biến áp Nếu mức tải cao kéo dài, máy biến áp bị tăng nhiệt ®é qu¸ møc cho phÐp, ti thä cđa m¸y biÕn áp bị suy giảm nhanh chóng Để bảo vệ chống tải máy biến áp có công suất bé sử dụng loại bảo vệ chống dòng thông thờng nhiên rơle dòng phản ánh đợc chế độ mang tải máy biến áp trớc xảy tải Vì vậy, với máy biến áp có công suất lớn ngời ta sử dụng nguyên lý hình ảnh nhiệt để thực bảo vệ chống tải Bảo vệ phản ánh mức độ tăng nhiệt điểm kiểm tra khác máy biến áp tùy theo mức tăng nhiệt độ mà có nhiều cấp tác động khác nh cảnh báo, khởi động mức làm mát tốc độ tuần hoàn không khí dầu , giảm tải máy biến áp vv Nếu cấp tác động không mang lại hiệu nhiệt độ máy biến áp vợt mức cho phép kéo dài thời gian quy định máy biến áp bị cắt khỏi hệ thống Các phơng pháp bảo vệ tải: Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 43 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 2.2.1/ Bảo vệ rơle Tất h hỏng thùng dầu máy biến áp mà máy biến áp đợc cách điện dầu làm cho dầu bốc chuyển động Các máy biến áp dầu có công suất từ 500 KVA đến MVA thờng đợc bảo vệ rơle khí có cấp tác động cấp tác động cho máy biến áp có công suất lớn 5MVA Rơle đợc lắp đoạn ống liên thông từ thùng dầu đến bình dÃn dầu theo đầu định đầu mũi tên rơle phải phía thùng giÃn nở dầu (cùng với chiều dòng chảy dầu từ thùng qua rơle đến thùng giÃn nở dầu có cố máy biến áp) Đoạn ống liên thông dầu có độ nghiêng định so với mặt phẳng ngang khoảng từ 1-100 Đoạn ống liên thông không đợc có góc, phần cong ống có bán kính lớn tốt Hình - 12: Vị trí lắp rơle rơle mức dầu máy biến áp Rơle hai phao tác động: ã Một phao (phao 1) có hình cầu rỗng, nhẹ tự nâng hạ theo mức dầu, phao có chứa tiếp điểm thủy ngân đợc nối hộp nối dây mặt rơle Khi có cố nhẹ tải, sinh tập trung phía trên, đẩy phao vị trí nằm ngang làm đóng tiếp điểm thủy ngân Tiếp điểm đợc nối vào mạch điện báo hiệu cố máy biến áp Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 44 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 ã Một phao dới (phao 2) có cấu tạo tơng tự nh phao 1và đựơc liên kết với cánh chặn Cánh chặn kim loại mỏng đợc treo vị trí phía lỗ mặt bích rơle phía nối vào thùng dầu máy biến áp Do đợc treo để bề mặt kim loại thẳng góc với hớng dòng chảy dầu nên cánh chặn tác động theo lu lợng dòng chảy dầu Cánh chặn điều chỉnh theo ba trị số lu lợng dầu là: 65, 100 150 cm/s (rơle thờng đợc nhà chế tạo đặt sẵn trị số 100cm/s) Khi máy biến áp vận hành bình thờng, dầu chuyển động giÃn nở theo nhiệt độ không đủ để tác động cánh chặn Khi có cố bên máy biến áp, luồng dầu sinh mạnh từ thùng dầu qua rơle đến thùng giÃn nở Lu lợng dầu lớn trị số đà điều chỉnh sẵn đẩy cho cánh chặn quay, làm cho phao chìm xuống, đóng tiếp điểm thủy ngân , cắt máy cắt Hình - 13: Nguyên lý cấu tạo rơle Dựa vào thành phần khối lợng sinh ngời ta xác định đợc tính chất mức độ cố Do rơle có thêm van để lấy hỗn hợp khí sinh nhằm phục vụ cho việc phân tích cố 2.2.2/ Sử dụng rơle nhiệt độ dầu Để bảo vệ tải ngời ta sử dụng rơle nhiệt độ dầu, bao gồm tiếp điểm thờng đóng, thờng mở, lắp bên nhiệt kÕ cã kim chØ thÞ nhiƯt NhiƯt kÕ gåm cã cấu thị quay để ghi số đo, bé phËn c¶m biÕn nhiƯt, mét èng mao dÉn nèi phận cảm biến nhiệt với cấu thị Bên ống Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 45 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 mao dẫn chất lỏng (dung dịch hữu cơ) đợc nén lại Sự co dÃn chất lỏng (trong ống mao) thay đổi theo nhiệt độ mà phận cảm biến nhiệt nhận đợc, tác động cấu thị tiếp điểm Các tiếp điểm thay đổi trạng thái mở thành đóng, đóng thành mở nhiệt độ cao trị số đặt trớc Bộ phận cảm biến nhiệt đợc lắp lỗ trụ bọc kín, phía nắp máy biến áp, bao quanh lỗ trụ dầu, để đo nhiệt độ lớp dầu máy biến áp Thờng dùng nhiệt kế có vít điều chỉnh nhiệt độ để đặt sẵn trị số tác động cho tiếp điểm riêng rẽ lắp nhiệt kế Khi nhiệt độ cao trị số đặt cấp 1, rơle đóng tiếp điểm cấp để báo hiệu cố nhiệt độ dầu cao máy biến áp Khi nhiệt độ tiếp tục cao trị số đặt cấp 2, rơle đóng thêm tiếp điểm cấp để tự động cắt máy cắt, đồng thời có mạch báo hiệu cố cắt nhiệt độ dầu cao 2.2.3/ Sử dụng rơle nhiệt độ cuộn dây Rơle nhiệt độ cuộn dây gồm tiếp điểm (mỗi có tiếp điểm th−êng më , mét tiÕp ®iĨm th−êng ®ãng víi cùc chung) lắp bên nhiệt kế có kim thị Nhiệt kế gồm có: cấu thị quay ®Ĩ ghi sè ®o, mét bé phËn c¶m biÕn nhiƯt cấu thị Bên ống mao dẫn chất lỏng đợc nén lại Sự co giÃn chất láng èng mao dÉn thay ®ỉi theo nhiƯt ®é mà cảm biến nhận đợc, tác động cấu thị tiếp điểm Tác động lên cấu thị tiếp điểm, có ®iƯn trë nung Cn d©y thø cÊp cđa mét biÕn dòng điện đặt tai chân sứ máy biến áp đợc nèi víi ®iƯn trë nung Nèi song song víi ®iƯn trở nung biến trở để hiệu chỉnh Tác dụng điện nung (tùy theo dòng điện qua cuộn dây máy biến áp) tác dụng cảm biến nhiệt lên cấu đo lờng tiếp điểm tơng ứng với nhiệt độ điểm nóng: nhiệt độ cuộn dây Có vít điều chỉnh nhiệt độ để đặt trị số tác động cho tiếp điểm Tùy theo thiết kế, tiếp điểm rơle nhiệt độ đợc nối vào mạch: báo hiệu cố nhiệt độ cuộn dây cao mạch tự động mở máy cắt để cô lập máy biến áp, mạch tự động khởi động ngừng quạt làm mát máy biến áp Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 46 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 2.2.4/ Sử dụng rơle mức dầu Rơle mức dầu gồm hai tiếp điểm lắp bên thiết bị thị mức dầu Đối với máy biến áp có đổi nấc điện áp có tải, thùng dÃn nở dầu đợc chia làm hai ngăn Ngăn tích lớn, đợc nối ống liên dầu thông qua rơle đến thùng máy biến áp (để tích giÃn nở dầu cho máy biến áp) Ngăn tích nhỏ, đợc nối ống liên dầu ®Õn thïng chøa bé ®ỉi nÊc cã t¶i Thïng chÝnh máy biến áp thùng đổi nấc đợc thiết kế riêng rẽ, liên thông dầu với Vì vậy, có hai thiết bị thị mức dầu máy biến áp thiết bị thị mức dầu đổi nấc có tải Xem hình vẽ vị trí lắp rơle mức dầu máy biến áp sau: Hình - 14: Vị trí lắp rơle mức dầu máy biến áp Cấu tạo thiết bị thị mức dầu gồm hai phần: phận điều khiển thị Bộ phận điều khiển có phao (3), quay (8), trơc quay (9), cã l¾p nam châm vĩnh cửu (4) Bộ điều khiển lắp vỏ máy (đầu thùng giÃn nở) có vòng đệm Bộ phận thị gồm kim thị (6) lắp trục mang nam Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 47 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 châm vĩnh cửu (5) Bộ phận thị đợc làm nhôm để tránh ảnh hởng từ trờng nam châm Hình - 15: Cấu tạo thiết bị thị mức dầu Hiện tiêu chuẩn thống để lựa chọn phơng thức bảo vệ cho máy bến áp Sau nêu mét sè vÝ dơ th−êng gỈp thùc tÕ Trên hình 2-13 trình bày sơ đồ phơng thức bảo vệ bảo vệ máy biến áp cuộn dây công suất bé (đến vài chục MVA), để chống ngắn mạch pha cố thùng dầu ngời ta dụng bảo vệ so lệch có hÃm (1) rơle khí (2) làm bảo vệ Bảo vệ dòng điện có thời gian (3) đợc sử dụng làm bảo vệ dự phòng Để chống tải nhiệt độ dầu tăng cao ngời ta sử dụng bảo vệ dòng (4) bảo vệ phản ứng theo nhiệt độ (5) Hình - 16: Phơng thức bảo vệ MBA cuộn dây công suất bé (đến vài chục MVA) Đối với máy biến áp cuộn dây công suất lớn ngời ta sử dụng bảo vệ so lệch có hÃm (1), bảo vệ so lệch dòng thứ tự không (2), rơle khí (3) (4), làm bảo vệ chính, bảo vệ khoảng cách (5), (6) bảo vệ dòng có thời gian (7) làm bảo vệ dự phòng Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 48 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Hình - 17: Phơng thức bảo vệ MBA cuộn dây công suất lớn Để bảo vệ chống tải dùng bảo vệ dự phòng (8), (9), (10), đặt riêng cho phía bảo vệ phản ứng theo nhiệt độ dầu (11) Hình - 18: Phơng thức bảo vệ MBA tự ngẫu Trên hình - 18 trình bày phơng thức bảo vệ cho máy biến áp tự ngẫu có công suất lớn Các loại bảo vệ chức loại tơng tự nh hình 217 máy biến áp cuôn dây Riêng bảo vệ so lệch thờng ngời ta sử dụng loại rơle so lệch tổng trở cao Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 49 Đồ án tốt nghiệp Trần Văn Quỳnh - Điện 46 Chơng Nguyên lý hoạt động rơle so lệch số 7ut51* 1/ Các thông số kỹ thuật ã Mạch đo lờng: - Dòng điện định mức đầu vào rơle: 1A 5A - Tần số định mức: 50 ữ 60 Hz 162/3 Hz - Công suất tiêu thụ: Iđm = 1A - công suất tiêu thụ khoảng 0.1 VA/ pha Iđm = 5A - công suất tiêu thụ khoảng 0.4 VA/ pha Sử dụng để phát dòng chạm vỏ độ nhạy cao với dòng điện I = 1A công suất tiêu thụ khoảng 0.2 VA - Khả tải dòng: 100Iđm khoảng t 1s Tĩnh (giá trị hiệu dụng) 10Iđm khoảng t 10s Động (dòng xung kÝch) 250I®m thêi gian t=0.5 chu kú - Khả tải chức phát dòng ch¹m vá 300A thêi gian t ≤ 1s 100A thêi gian t ≤ 1s 15A thêi gian liên tục ã Điện áp nguồn nuôi chiều: Nguồn nuôi chiều đợc cấp qua chuyển đổi DC/DC Điện áp định mức Sai lệch cho phép 24/48 V 60/110/125 V 220/250 V 19 ÷ 56 V 19 ữ 56 V 19 ữ 56 V ã Công suất tiêu thụ: Chế độ tĩnh Chế độ động 7UT512 Khoảng 10 W Kho¶ng 14 W 7UT513 Kho¶ng 13 W Kho¶ng 22 W ã Thời gian khắc phục cố có cố ngắn mạch nguồn nuôi: t 50 ms ë U®m ≥ 110 V (mét chiỊu) Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 7UT512 7UT513 50 Đồ án tốt nghiệp ã Các tiếp điểm đóng cắt: - Số rơle cắt - Số tiếp điểm/rơle (thờng mở) - Công suất: Đóng Cắt - Điện áp đóng cắt - Dòng cho phép qua tiếp điểm Trần Văn Quỳnh - Điện 46 1000 W/VA 30 W/VA 250 V 5A liªn tơc 30 A thêi gian t = 0.5s ã Các tiếp điểm tín hiệu: - Số rơle tín hiệu/cảnh báo - Số tiếp điểm/rơle thờng đóng thờng mở - Công suất đóng mở - Điện áp đóng mở - Dòng điện cho phép ã Đầu vào nhị phân: - Số đầu vào nhị phân - Điện áp làm việc 7UT512 (4 có thÓ chän) 7UT513 11 (10 cã thÓ chän) 20 W/VA 250V 1A 7UT512 7UT513 24 ÷ 250 V (một chiều) - Dòng điện tiêu thụ xấp xỉ 2.5 A, không phụ thuộc vào điện áp làm việc ã Các giao tiếp nối tiếp: - Giao tiếp vận hành + Giắc nối không cách ly Giắc 25 chân cho kết nối với máy tính cá nhân mặt trớc + Tốc độ truyền tin - Giao với trung tâm + Giắc nối + Tốc độ truyền tin Khoa Cơ §iƯn – Tr−êng §HNNI-Hµ Néi 9600 Band min: 1200 Band max: 19200 Band cách ly Giắc 25 chân cho kết nối với máy tính cá nhân mặt trớc 9600 Band 51 Đồ án tốt nghiệp + Kết nối trực tiếp + Cáp nối quang - Chiều dài sóng quang - Hệ số suy giảm cho phép - Khoảng cách truyền tin Trần Văn Quỳnh - Điện 46 min: 1200 Band max: 19200 Band Lắp đặt ngang modun kết nối cực Lắp đặt bề mặt hàng kẹp đầu ra, cặp lõi đơn bọc kim loại L1YCY_CY2 x x 0.25 mm2 Giắc tích hợp F-SMA Lắp đặt bằng: phía sau vỏ Lắp đặt bề mặt: phía đáy vỏ 820 mm dB 1.5 Km 2/ Cấu tạo nguyên lý hoạt động rơle 7UT51* Rơle số lệch số 7UT51 đợc trang bị vi xử lý mạch 16 bit Nó trợ giúp cho trình xử lý số hoàn toàn cho tất chức từ việc số liệu thu nhận thông số đo đợc đa tín hiệu cắt cho MC Hình - Là cấu trúc phần cứng rơle số lệch 7UT51 cho MBA cuộn dây đây: ME khối tiếp nhận giá trị đầu vào Nó chuyển tín hiệu dòng điện từ BI sang dòng phù hợp với thiết bị xử lý Bên cạnh việc cách ly điện biến dòng đầu vào, lọc đợc đặt để điều khiển Các Khoa Cơ Điện Trờng ĐHNNI-Hà Nội 52 ... máy biến áp, ngời ta dùng sơ đồ bảo vệ chống chạm đất có giới hạn Thực chất loại bảo vệ so lệch dòng điện thứ tự miền bảo vệ đợc giới hạn máy biến dòng đặt dây trung tính máy biến áp tổ máy biến. .. 2/ Bảo vệ tải Quá tải làm tăng nhiệt độ máy biến áp Nếu mức tải cao kéo dài, máy biến áp bị tăng nhiệt độ mức cho phép, tuổi thọ máy biến áp bị suy giảm nhanh chóng Để bảo vệ chống tải máy biến. .. phơng thức bảo vệ cho máy biến áp tự ngẫu có công suất lớn Các loại bảo vệ chức loại tơng tự nh hình 217 máy biến áp cuôn dây Riêng bảo vệ so lệch thờng ngời ta sử dụng loại rơle so lệch tổng