Đang tải... (xem toàn văn)
Chức năng cơ bàn của một thiết bị bảo vệ là bảo vệ mạch điện và thiết bị trong điều kiện hoạt động bất bình thường . Vì vậy, cần phải biết giới hạn bảo vệ của thiết bị để có thể xác định những giá trị đặt cần thiết. Dòng tải lớn nhất và dòng ngắn mạch sẽ xác định giới hạn trên lớn nhất của độ nhạy dòng điện mà thiết bị bảo vệ phải làm việc. Các giá trị biên làm việc của thiết bị bảo vệ được xác định theo:•Điều kiện tác động.•Mức bảo vệ tối thiểu.•Mức chịu dựng của thiết bị.
1 PHỐI HỢP BẢO VỆ RƠLE TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 2 NỘI DUNG I. GIỚI THIỆU 3 1. Tính phối hợp 3 2. Tốc độ 3 3. Độ tin cậy 4 II. PHƯƠNG HƯỚNG PHÂN TÍCH 4 III. CÁC TIÊU CHUẨN ĐƯỢC THỪA NHẬN 5 1. Điều kiện tác động 5 2. Động cơ không đồng bộ 5 a. Quá tải cho phép của động cơ 5 b. Dòng khởi động của động cơ không đồng bộ 6 c. Yêu cầu bảo vệ tối thiểu 6 d. Khả năng chịu đựng của động cơ 6 3. Máy biến áp 7 a. Quá tải cho phép của MBA 7 b. Dòng xung kích của MBA 7 c. Khả năng chịu đựng của MBA 9 4. Cáp 10 IV. PHÂN TÍCH SỰ PHỐI HỢP BẢO VỆ VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH 11 1. Máy tính cá nhân 11 2. Hiển thị đồ họa 11 3. Sơ đồ đơn tuyến 11 4. Các file dữ liệu của dự án 11 5. Thư viện các thiết bị 12 6. Nhập dữ liệu tương tác 12 V. DỮ LIỆU CẦN CHO PHÂN TÍCH PHỐI HỢP BẢO VỆ 13 1. Dữ liệu cho MBA 13 2. Dữ liệu động cơ 14 3. Dữ liệu cáp 14 4. Dữ liệu CB 15 5. Dữ liệu relay 16 6. Ví dụ 1 19 VI. KẾT LUẬN 22 MÃ SỐ CHỨC NĂNG THIẾT BỊ BẢO VỆ THEO TIÊU CHUẨN ANSI 25 BÀI TẬP ÁP DỤNG 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO 30 3 I. GIỚI THIỆU Trong hệ thống điện, thiết bị bảo vệ được dùng để bảo vệ hệ thống trong trường hợp có sự cố. Chức năng của thiết bị bảo vệ là phát hiện các sự cố và cô lập các sự cố đó bằng cách cho làm việc các thiết bị đóng cắt phù hợp. Việc nghiên cứu phối hợp bảo vệ là cần thiết để có thể chọn lựa chính xác thiết bị bảo vệ và xác định những thông số đặt cần thiết để đạt được những mục tiêu đề ra. Trong phương pháp truyền thống trước đây, sự phối hợp thời gian – dòng điện được thực hiện, tính toán bằng tay. Hiện nay, việc máy tính trong môi trường làm việc rất phổ biến, cùng với các phần mềm thực hiện chức năng phối hợp bảo vệ, cho phép thực hiện dễ dàng sự phối hợp bảo vệ này trên máy tính. Tính chọn lọc, tính phối hợp, tốc độ và độ tin cậy là những điểm quan trọng của thiết bị bảo vệ: Tính chọn lọc - Đối với hệ thống bảo vệ, tính chọn lọc được mô tả bởi mối quan hệ làm việc giữa các relay và các thiết bị bảo vệ khác là khi có sự cố xảy ra, số lượng các thiết bị được cô lập khỏi hệ thống đang vận hành sẽ là tối thiểu. Tính chọn lọc là một đặc điểm cần có của bất kỳ sơ đồ bảo vệ nào. Tuy vậy, khó có thể có được sự hoàn hảo giữa yêu cầu của hệ thống và sự chọn lọc của thiết bị bảo vệ. Thường chỉ có thể đạt được một dung hòa giữa các yếu tố vận hành và bảo vệ chọn lọc. 1. Tính phối hợp Khái niệm này được dùng để mô tả sự dung hòa, dựa trên sự đánh giá về mặt kỹ thuật, giữa hai mục tiêu có bản chất mâu thuẫn: mục tiêu bảo vệ hệ thống tối đa và mục tiêu cần được cấp điện tối đa. Do đó, định mức của thiết bị bảo vệ và giá trị đặt trong thực tế cần cân đối giữa các yếu tố này. 2. Tốc độ Tốc độ là khả năng của relay tác động trong một thời gian yêu cầu và là yếu tố quan trọng trong việc giải trừ sự cố vì có tác động trực tiếp đến các hư hỏng thiết bị do dòng ngắn mạch. Tiêu chí hàng đầu của bảo vệ relay là tác động cắt mạch bị sự cố càng nhanh càng tốt. 4 3. Độ tin cậy Độ tin cậy là yếu tố quan trọng trong bảo vệ relay, là khả năng làm việc chính xác khi có sự cố xảy ra trong hệ thống. Bảo vệ relay phải thực sự tin cậy và không được phép tác động sai khi có sự cố trong hệ thống điện. Sau đây là các phương hướng chung khi lắp đặt các thiết bị bảo vệ : • Vùng bảo vệ sơ cấp hay vùng bảo vệ một sẽ cô lập mạch bị sự cố càng nhanh càng tốt. • Trường hợp bảo vệ sơ cấp không làm việc, bảo vệ dự trữ (back-up) sẽ cô lập sự cố. Chức năng bảo vệ dự trữ được thực hiện với thiết bị bảo vệ đặt ở phía trước (upstream) thiết bị bảo vệ sơ cấp. Do đó, cần phải có sự phối hợp dòng điện giữa thiết bị bảo vệ sơ cấp và bảo vệ dự trữ. • Các giá trị đặt cho thiết bị bảo vệ được chọn riêng biệt, phù hợp với các thông số của lưới điện. Chọn lựa các giá trị này theo dòng điện trong hệ thống, các biên hạn cho phép, cũng như các tiêu chuẩn. II. PHƯƠNG HƯỚNG PHÂN TÍCH Phương pháp thuận tiện nhất để xác định các định mức thích hợp và các giá trị đặt cho thiết bị bảo vệ (LVCB, cầu chì, relay) là vẽ đồ thị đường cong thời gian – dòng điện. Các đường cong này được vẽ trên hệ trục toạ độ logarith tiêu chuẩn, minh họa đặc tính thời gian-dòng điện của mỗi thiết bị bảo vệ cũng như các chuẩn bảo vệ cần đạt. Các đường cong thời gian-dòng điện thường được vẽ sát tới giá trị dòng điện sự cố lớn nhất của hệ thống đang xét. Đối với hệ thống điện thực tế, do sự thay đổi của sơ đồ lưới, dòng sự cố lớn nhất thường có khuynh hướng tăng lên. Vì vậy, cần cập nhật, duyệt lại thường xuyên các kết quả phân tích. Trong trường hợp các thiết bị bảo vệ liên quan đều là relay quá dòng, không nhất thiết phải vẽ các đặc tính thời gian – dòng điện. Thay vào đó, có thể xác định sự chọn lọc bằng cách so sánh 3 giá trị nguy hiểm nhất của dòng sự cố và thời gian hoạt động của relay liên quan. Đôi khi, các giá trị đặt của relay được xác định trên cơ sở tính toán giải tích. Lưu ý là khó dự đoán thời gian tác động của các relay quá dòng, nếu như giá trị dòng điện chỉ hơi lớn hơn dòng khởi động định mức. Vì lý do này, đặc tính thời gian-dòng điện của relay điện cơ hiếm khi được cho ở 1.5 lần giá trị dòng khởi 5 động, và đây cũng là giá trị độ nhạy lớn nhất khi tính toán bằng giải tích. Đối với các relay vi xử lý, có thể cài đặt bất kỳ một giá trị dòng khởi động nào, vấn đề chỉ tùy relay cụ thể và trường hợp cụ thể. III. CÁC TIÊU CHUẨN ĐƯỢC THỪA NHẬN Chức năng cơ bàn của một thiết bị bảo vệ là bảo vệ mạch điện và thiết bị trong điều kiện hoạt động bất bình thường . Vì vậy, cần phải biết giới hạn bảo vệ của thiết bị để có thể xác định những giá trị đặt cần thiết. Dòng tải lớn nhất và dòng ngắn mạch sẽ xác định giới hạn trên lớn nhất của độ nhạy dòng điện mà thiết bị bảo vệ phải làm việc. Các giá trị biên làm việc của thiết bị bảo vệ được xác định theo: • Điều kiện tác động. • Mức bảo vệ tối thiểu. • Mức chịu dựng của thiết bị. 1. Điều kiện tác động Thiết bị bảo vệ sẽ không làm việc đối với dòng bình thường như dòng định mức, dòng quá tải cho phép và dòng khởi động. Những số liệu này được cho trên nhãn thiết bị, hay theo tiêu chuẩn công nghiệp được áp dụng. Các số liệu cho những thiết bị điện thông thường được cho sau đây: 2. Động cơ không đồng bộ Dòng định mức của động cơ có thể được xác định từ phương trình sau đây: (ct1) a. Quá tải cho phép của động cơ Thông số này là hàm số theo hệ số làm việc của động cơ (motor service factor) và nhiệt độ. Với hệ số làm việc là 1.1, hệ số quá tải sẽ là 1.1 pu. ( ) ))()((3 )746.0( )( kVrPowerFactoEfficiency hp fullloadI = 6 b. Dòng khởi động của động cơ không đồng bộ Dòng khởi động của động cơ không đồng bộ sẽ là dòng khi không cho rotor quay ( locked rotor current) . Thông thường, dòng khởi động bằng khoảng 6 lần dòng định mức. Đối với động cơ không đồng bộ rotor dây quấn, dòng khởi động bằng khoảng 4 lần dòng định mức. c. Yêu cầu bảo vệ tối thiểu Đối với các động cơ làm việc ở điện áp 600V trở xuống , NEC [3] yêu cầu bảo vệ quá tải và quá dòng. Bảo vệ quá tải cần thiết cho động cơ được cho như sau : Động cơ có hệ số làm việc không nhỏ hơn 1.15 = 125 % Động cơ có độ tăng nhiệt độ không quá 40 độ C = 125 % Các động cơ khác = 115 % Đôi khi, cần có các giá trị bảo vệ khác cho động cơ nhiều cấp tốc độ và những động cơ đặc biệt khác. Thiết bị bảo vệ quá dòng pha sẽ cắt động cơ theo các giá trị sau đây : CB bảo vệ theo đặc tính bảo vệ ngược= 250 % CB bảo vệ cắt nhanh = 700 % Cầu chì tác động nhanh = 500 % Cầu chì 2 phần tử có trễ = 175 % Nếu bảo vệ quá tải và bảo vệ ngắn mạch là riêng rẽ thì bảo vệ ngắn mạch có thể đặt đến 1300 % d. Khả năng chịu đựng của động cơ Đây là thời gian cho phép đóng điện vào động cơ khi dừng (stall time) mà động cơ chưa bị hư hỏng. Thời gian này tính bằng giây. 7 3. Máy biến áp Dòng định mức của MBA được tính theo phương trình : I (định mức) = )(3 kV kVA (ct 2) a. Quá tải cho phép của MBA Khả năng quá tải của MBA phụ thuộc vào kiểu làm mát, các cấp làm mát như sau : AA - Tự làm mát, đối lưu kiểu khô. AFA - Làm mát bằng quạt kiểu khô. OA - Tự làm mát , đối lưu dầu. SA - Tự làm mát, đối lưu silicon. VA - Tự làm mát , đối lưu hơi. CFA - Làm mát bằng quạt, đối lưu dầu. VFA - Làm mát bằng quạt, đối lưu hơi. CFOA - Làm mát bằng quạt và bơm dầu , đối lưu dầu. Khả năng quá tải của MBA là tích số dòng định mức với hệ số làm mát và hệ số tăng nhiệt độ. b. Dòng xung kích của MBA MBA khi được đóng điện sẽ có dòng xung kích đáng kể. Đối với MBA bảo vệ sơ cấp dùng day chảy, cầu chì được chọn sao cho không làm việc khi có dòng xung kích. Bảng 1 liệt kê giá trị dòng xung kích cho phép của MBA và thời gian xảy ra theo tiêu chuẩn ANSI C57.12. 8 Điều 240-100 của NEC 1999 [3] qui định: để bảo vệ quá dòng cho phát tuyến có điện áp định mức trên 600 V, “ trong bất luận trường hợp nào, dòng định mức liên tục của cầu chì được quá 3 lần, hay giá trị dòng cắt lâu dài của CB gấp 6 lần, so với khả năng tải dòng của dây dẫn”. Nội dung của qui định gồm bảng các định mức tải dòng được xuất bản bởi Hiệp hội Kỹ thuật Cáp Lực cách điện (IPCEA). Điều 450-3 của NEC 1999 cung cấp chi tiết các yêu cầu cụ thể cho việc bảo vệ MBA. Các yêu cầu về định mức thiết bị bảo vệ hay giá trị đặt theo bội số của dòng định mức được cho trong bảng 2. Đường cong theo ANSI, là các đường cong thời gian - dòng điện biễu diễn khả năng chịu đựng ứng suất cơ học và nhiệt của MBA phân phối mà không bị hư hỏng theo tiêu chuẩn ANSI C57.12, 1973 [4]. Tiêu chuẩn ANSI C57.109 [5] định nghĩa khả năng thông dòng ngắn mạch và giới hạn thời gian cho 4 chủng lọai MBA ( xem bảng 3) 9 Ghi chú : (1) - Chọn giá trị nhỏ hơn. Zt - Tổng trở của MBA tính theo đvtđ trên cơ sở định mức MBA tự làm mát. Zs - Tổng trở hệ thống tính theo đvtđ trên cơ sở MBA. X - Bình phương dòng điện cơ sở theo đvtđ đã chọn. # - Các điểm này xác định đường cong I 2 t trong vùng thời gian ngắn, tính từ 70 % đến 100 % của dòng ngắn mạch lớn nhất đối với lọai II, và 50 % đến 100 % đối với lọai III và IV. c. Khả năng chịu đựng của MBA Để biểu thị cho khả năng chịu phá hủy của MBA, cần có giá trị của dòng điện ứng với các loại sự cố ngắn mạch khác nhau. Trong mạch MBA, dòng điện qua cuộn dây phụ thuộc vào kiểu đấu nối khác nhau được cho trên hình 4 10 4. Cáp Dòng định mức được xác định bởi kích thước phần dẫn điện của cáp và hệ số giảm tải qui định bởi các tiêu chuẩn công nghiệp. Khả năng quá tải của cáp phụ thuộc vào phương tiện lắp đặt và hệ số tải. Giá trị đặt quá dòng cho phép theo điều 240- 3, 1999 của NEC [3]. [...]...IV PHÂN TÍCH SỰ PHỐI HỢP BẢO VỆ VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA MÁY TÍNH Hịên nay có nhiều chương trình giúp phân tích việc phối hợp bảo vệ trong hệ thống điện Những chương trình này thường gồm phân tích ngắn mạch và các đặc tính thời gian – dòng điện của thiết bị Mục đích chính của phần mềm phối hợp bảo vệ là tạo ra sơ đồ đơn tuyến, tính toán các giá trị đặt relay và hiển thị các đường cong phối hợp thời... có các loại CB như bảo vệ dùng bán dẫn (static trip), bảo vệ chạm đất, MCCB và CB công suất Các đặc tính kỹ thuật trên nhãn của CB được dùng cho nghiên cứu bảo vệ Dữ liệu mẫu cho trên bảng 8 15 Sử dụng các dữ liệu này cho tính toán bảo vệ relay Có thể dùng relay loại bảo vệ quá dòng , bảo vệ chống chạm đất hoặc cả hai Đặc tính mẫu của phối hợp bảo vệ thời gian – dòng điện của bảo vệ quá dòng của CB... là sai điện áp định mức, dòng định mức • Có thể in đồ thị theo tỉ lệ logarith hay bình thường 12 V DỮ LIỆU CẦN CHO PHÂN TÍCH PHỐI HỢP BẢO VỆ Sơ đồ đơn tuyến của một hệ thống điện dùng để nghiên cứu phối hợp bảo vệ cần cũng như phải được xác định rõ ràng các mục sau : • Sơ đồ mạch điện (incoming circuit) • Điện áp MBA cùng với công suất biểu kiến, tổ đấu dây (delta/wye v.v ), nối đất và bảo vệ nối đất... cứu phối hợp bảo vệ liên quan đến việc chuẩn bị một sơ đồ đơn tuyến của hệ thống, xác định các đặc tính bảo vệ của các thiết bị bảo vệ khác nhau, tính toán ngắn mạch và giá trị đặt relay Mặc dù những tính toán này là đơn giản , sự nghiên cứu phối hợp bảo vệ tổng thể lại liên quan đến nhiều tính toán , nhiều sơ đồ đơn tuyến, và chuẩn bị nhiều đường cong TCC xếp chồng lên nhau cho nhiều thiết bị bảo vệ. .. trí của relay trước khi thực hiện nghiên cứu phối hợp Dữ liệu cầu chì - Cầu chì là thiết bị bảo vệ quá dòng với định mức dòng liên tục và khả năng cắt Có nhiều loại cầu chì khác nhau dùng trong hệ thống điện ở hạ áp lẫn trung áp Có 2 kiểu cầu chì dùng trong bảo vệ hệ thống điện, loại hạn dòng và loại tự rơi Cầu chì hạn dòng có khả năng chảy và ngắt dòng điện sự cố nhanh hơn 0.01 s Cầu chì kiểu tự rơi... điện về 0 trước khi ngắt khỏi sự cố Cầu chì được dùng để bảo vệ MBA, động cơ, và các tải khác trong mạch điện Đường cong phối hợp thời gian – dòng điện mẫu của cầu chì cho trong hình 18 6 Ví dụ 1 Xét hệ thống cung cấp điện hình tia từ một nguồn 13.8 kV MBQA (TX E) có các thông số 3000 kVA, 13.8 kV/4.16 kV, delta/wye- nối đất trung tính Cầu chì cao áp (F4) có định mức 4.16 kV, frame 250 A MBA phân phối. .. kết quả này cho phối hợp bảo vệ Một vài chương trình lại cần dữ liệu và các biến đổi tương ứng để có được dữ liệu phù hợp cho nghiên cứu bảo vệ như dưới đây 1 Dữ liệu cho MBA Nhãn của MBT có những dữ liệu cần thiết cho phân tích phối hợp bảo vệ Khi không có dữ liệu đầy đủ, có thể dùng dữ liệu của thư viện theo công suất định mức của thiết bị Một ví dụ về dữ liệu của MBA được trình bày trong bảng 5 Dữ... dòng điện Phần mềm có thể mô hình các thiết bị bảo vệ khác nhau, các đường cong phá hủy của thiết bị điện và lưu trữ dữ liệu cho việc sử dụng trong tương lai Khi sử dụng phần mềm, có thể gọi từ thư viện các đặc tính bảo vệ và dùng cho việc phối hợp bảo vệ 1 Máy tính cá nhân Dùng riêng hay được nối mạng với bộ nhớ đủ dùng, với màn hình đồ họa và máy in laser chất lượng tốt Bằng cách thực hiện các phân tích. .. dòng siêu quá độ , dòng quá độ trong tính toán ngắn mạch cho việc nghiên cứu phối hợp bảo vệ 3 Dữ liệu cáp Có nhiều loại cáp sử dụng trong hệ thống điện Dữ liệu của nhà sản xuất gần giống với dữ liệu trình bày dưới đây trong bảng 7; Sử dụng dữ liệu này, ta có thể tính được được tổng trở cho mỗi phân đoạn cáp theo đvtđ Đường cong phá hỏng cáp cũng cần thiết cho việc phân tích TCC 14 4 Dữ liệu CB Đối với... thiết bị bảo vệ Do đó, việc phân tích với sự hỗ trợ của máy tính cùng các gói phần mềm đồ họa và cơ sở dữ liệu hỗ trợ là một công cụ rất có giá trị cho nghiên cứu này Trong chương này đã phân tích phương hướng nghiên cứu phối hợp bảo vệ relay, việc thu thập dữ liệu và trình bày kết quả Qua đó, thấy rằng phương pháp thiết kế dùng máy tính (CAD) dùng để nghiên cứu phối hợp bảo vệ có thể được thực hiện một . nghịch 17 biến (inverse) như trong hình 3. Các đặc tính theo ANSI C37.90 gồm nghịch biến vừa phải (moderately inverse), nghịch biến bình thường (normal inverse), nghịch biến rất dốc (very inverse), nghịch. biến cực dốc (extremely inverse). Các ứng dụng và tính toán giá trị đặt relay cho nhiều kiểu relay khác nhau được cho trong tài liệu [6]. Dữ liệu relay thông thường bao gồm các mục sau : • Mạch. chương trình sẽ được xử lý và xuất ra kết quả. Kết quả xuất từ chương trình bao gồm : • Sơ đồ đơn tuyến của hệ thống, bao gồm thông số thiết đặt relay, như hình 6. • Các giá trị đặt cho các thiết