Bài giảng Bảo vệ Rơle và tự động hóa trong hệ thống điện - Chương 4: Các khí cụ điện đo lường

Bài giảngBẢO VỆ RƠLE VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Chương 4: CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN ĐO LƯỜNGCHƯƠNG 4: CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN ĐO LƯỜNG4.1 Máy biến dòng điện 4.1.1 Đánh dấu cực tính 4.1.2 Điều kiện làm việc của biến dòng điện 4.1.3 Cấp chính xác của biến dòng điện 4.1.4 Công suất của biến dòng 4.1.5 Sơ đồ đấu dây biến dòng vào Rơle4.2 Máy biến điện áp 4.2.1 Đánh dấu cực tính 4.2.2 Điều kiện làm việc của biến điện áp 4.2.3 Cấp chính xác của biến điện áp 4.2.4 Sơ đồ đấu dây biến điện áp vào Rơle24.1 MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN4.1 Máy biến dòng điện 4.1.1 Định nghĩa 4.1.2 Đánh dấu cực tính 4.1.3 Điều kiện làm việc của biến dòng điện 4.1.4 Cấp chính xác của biến dòng điện 4.1.5 Công suất của biến dòng 4.1.6 Sơ đồ đấu dây biến dòng vào Rơle34.1.1 ĐỊNH NGHĨA Máy biến dòng điện là khí cụ điện có nhiệm vụ biến đổi dòng điện sơ cấp I1 trong mạch điện có điện áp cao về dòng điện thứ cấp I2 tương ứng với thiết bị đo lường thông qua tỷ số nBI Dòng điện I2 thường là 1A, 5A, đôi khi lên đến 10A. Biến dòng điện có thông số định mức: Uđm , Iđm , Zđm Ngoài ra còn có thông số khác như sai số, cấp chính xác, phụ tải thứ cấp Ký hiệu: BI, CT44.1.2 ĐÁNH DẤU CỰC TÍNHĐánh dấu 2 mối dây sơ cấp I và IIĐánh dấu 2 mối dây thứ cấp 1 và 2Nếu đấu nối I≡ 1 và II≡ 2 thì dòng điện qua tải là không đổi Thực hành: Nối mạch điện như hình vẽ và để ý cực tính của bình điện và điện kế G. Khi nhấn nút công tắc điện kế G chỉ theo chiều thuận thì đánh dấu như hình vẽ. 54.1.3 ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA BIẾN DÒNG ĐIỆNBiến dòng điện bảo đảm làm việc cũng nặng nề hơn biến dòng điện đo lường, nghĩa là khi quá tải biến dòng điện vẫn hiển thị đúng trị số.Chọn biến dòng điện căn cứ vào dòng điện sơ cấp cực đạiTổng trở phụ tải thứ cấp phải Zpt ≤ Zcp tổng trở cho cho phép Phụ tải của biến dòng điện chỉ được mắc nối tiếp64.1.3 ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA BIẾN DÒNG ĐIỆNKhông được để cho thứ cấp biến dòng điện hở mạch vì khi đó ta có I0 = I1 rất lớn làm từ thông bị bảo hòa bằng đầu gay sức điện động cảm ứng xung làm hư hỏng cách điện. Cuộn thứ cấp phải nối đất. (lý do an toàn)Lưu ý: Khi có tải làm việc, biến dòng không được hở mạch thứ cấp, nếu cần tháo gở thì phải nối tắt 2 mối thứ cấp. Nếu Zpt tăng cao thì cũng làm cho điện áp thứ cấp tăng Zpt .74.1.4 CẤP CHÍNH XÁC CỦA BIẾN DÒNG ĐIỆN Định nghĩa: Cấp chính xác của biến dòng điện được gọi theo sai số lớn nhất về trị số ΔI%max khi nó làm việc trong các điều kiện sau:Tần số định mức f = 50HzDòng điện sơ cấp I1 = (1 đến 1.2) I1đm Phụ tải thứ cấp Zpt = (0.25 đến 1 ) Z2đm 84.1.4 CẤP CHÍNH XÁC CỦA BIẾN DÒNG ĐIỆNCấp chính xác: Do cấu tạo lõi thép ( ), dòng điện sơ cấp I1 dây quấn và, phụ tải thứ cấp ( ) làm cho I1 ≠ I2' Sai số gồm: trị số ΔI và góc pha δIDựa vào đồ thị vectơ có thể xác định biểu thức tính các thành phần sai số:9ABCO4.1.4 CẤP CHÍNH XÁC CỦA BIẾN DÒNG ĐIỆNĐể giảm sai số thì lõi thép phải tốt thì ( ) sẽ nhỏ dẫn đến sai số nhỏ Khi I1 có giá trị lớn thì sai số sẽ nhỏ nhưng lại gay phát nóng. Phụ tải có tính chất trở thì ( ) nhỏ dẫn đến sai số nhỏTuy nhiên, đối với biến dòng điện có cấu tạo đã cho thì ( ) cố định, sai số biến dòng điện phụ thuộc vào ( ) và(I1 ) mà thôi.104.1.4 CẤP CHÍNH XÁC CỦA BIẾN DÒNG ĐIỆNCăn cứ vào sai số mà người ta chia làm các cấp chính xác: 0.2, 0.5, 1, 3, 10. Cấp chính xác 0.2 dùng các dụng cụ đo lường mẫu Cấp chính xác 0.5 dùng công tơ điện Cấp chính xác 1 dùng đo lường các dụng cụ lắp bảng Cấp chính xác 3, 10 dùng các bộ truyền động cho CB Đối với hệ thống bảo vệ rơle thì tùy độ chính xác mà chọn.114.1.5 CÔNG SUẤT THỨ CẤP CỦA BIẾN DÒNGCông suất thứ cấp định mức của biến dòng S2 đm là công suất max của phụ tải mà nó gay sai số trong giới hạn cho phép.Công suất thứ cấp định mức: (vì Z2 rất bé so với Zpt )hay124.1.6 SƠ ĐỒ NỐI DÂY BIẾN DÒNGDòng qua rơle IR và dòng trên dây pha Ip có thể bằng nhau và có thể khác nhau phụ thuộc vào sơ đồ nối dây.hệ số sơ đồ: Sơ đồ sao đủSơ đồ sao thiếuSơ đồ biến dòng nối tam giác nhưng rơle đấu saoSơ đồ rơle nối vào hiệu số dòng điện trên 2 phaSơ đồ bộ lọc dòng thứ tự không134.1.5.a SƠ ĐỒ SAO ĐỦKhi bình thường hay N(3) thìkhi N(2) thì In =0, vì tổng dòng NM 2 pha = 0. Dòng NM chỉ chạy qua 2 rơle của 2 pha bị sự cố. Khi N(1) , chỉ có 1 rơle của pha sự cố có dòng NM đi qua.Sơ đồ dao đủ bảo vệ mọi dạng NMHệ số sơ đồ Ksd = 1 Lưu ý: chọn 3 biến dòng điện giống nhau để tránh tình trạng mất cân bằng. thực tế luôn tồn tại dòng không cân bằng khoảng 0.01 đến 0.02 A144.1.5.b SƠ ĐỒ SAO THIẾUKhi bình thường hay N(3) thìkhi N(2) thì In =0, nếu 2 pha có biến dòng thì có dòng NM qua 2 rơle còn dòng In =0; nếu 2 pha trong đó chỉ có 1 pha có biến dòng thì dòng NM đó qua 1 rơle dây pha sự cố và dây chung Khi N(1) , nếu tại pha không có biến dòng thì không bảo vệ đượcSơ đồ dao thiếu bảo vệ NM nhiều pha, không bảo vệ ngắn mạch 1 phaHệ số sơ đồ Ksd = 1 154.1.5.c SƠ ĐỒ BIẾN DÒNG NỐI TAM GIÁC CÒN RƠLE ĐẤU SAOKhi bình thường hay N(3) thìvì vậy ta có dòng vào rơ le sẽ lớn hơn dòng pha lần và lệch góc 30 độ. Hệ số sơ đồ tùy thuộc vào dạng NM. Nếu là N thì 164.1.5.d SƠ ĐỒ NỐI VÀO HIỆU SỐ DÒNG PHAKhi bình thường hay N(3) thìKhi N(2) nếu 2 pha có biến dòng thì IA = - IC, IR = 2IaKhi N(1) , nếu tại pha không có biến dòng thì không bảo vệ đượcChỉ bảo vệ ngắn mạch nhiều pha, không bảo vệ ngắn mạch 1 phaHệ số sơ đồ174.1.5.e SƠ ĐỒ LỌC DÒNG THỨ TỰ KHÔNGKhi bình thường hay N(3) thìtuy nhiện thực tế tồn tại dòng không cân bằng nên sẽ khác 0Khi bất đối xứng:Dòng qua rơle la IR = 3I0 . Vậy chỉ bảo vệ NM một pha chậm đất và 2 pha chạm đất.184.2 MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP4.2 Máy biến điện áp 4.2.1 Định nghĩa 4.2.2 Đánh dấu cực tính (như phần biến dòng) 4.2.3 Điều kiện làm việc của biến điện áp 4.2.4 Cấp chính xác của biến điện áp 4.2.5 Sơ đồ đấu dây biến điện áp vào Rơle194.2.1 ĐỊNH NGHĨA Máy biến điện áp là khí cụ điện có nhiệm vụ biến đổi điện áp sơ cấp U1 về điện áp thứ cấp U2 tương ứng với thiết bị đo lường thông qua tỷ số nU Điện áp U thường là 100V (máy biến điện áp 3 pha), V (đối với máy biến điện áp 1 pha) Biến điện áp có thông số định mức: Uđm , Iđm , Sđm Ngoài ra còn có thông số khác như sai số, cấp chính xác, phụ tải thứ cấp. Ký hiệu: BU, VT204.2.2 ĐÁNH DẤU CỰC TÍNHTương như máy biến dòng điện214.2.3 ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA BIẾN ĐIỆN ÁPCó thể dùng mỗi một biến áp đo lường cho từng bảo vệ. Tuy nhiên, do kinh tế nên thường dùng một biến áp đo lường cho nhiều bảo vệ. Chọn biến điện áp theo dụng cụ điện có yêu cầu cấp chính xác cao nhấtTổng phụ tải thứ cấp VA Spt ≤ Sđm tương ứng với cấp chính xácKhông được để cho thứ cấp biến dòng điện ngắn mạch.Phụ tải của biến điện áp chỉ được mắc song songCuộn thứ cấp phải nối đất. (lý do an toàn)224.1.4 CẤP CHÍNH XÁC CỦA BIẾN ĐIỆN ÁPĐịnh nghĩa: Cấp chính xác của biến điện áp được gọi theo sai số lớn nhất về trị số ΔU%max khi nó làm việc trong các điều kiện sau:Tần số định mức f = 50HzĐiện áp sơ cấp U1 = (0.9 đến 1.1) Uđm Phụ tải thứ cấp Spt = (0.25 đến 1 )S2đm Hệ số sông suất phụ tải cosφ = 0.8234.1.4 CẤP CHÍNH XÁC CỦA BIẾN ĐIỆN ÁP24 Ta thấy 2 tam giác gay sai số biến điện áp: ΔAEF: do dòng từ hóa I0 gay ra ΔBCF: do dòng tải I’2 gay raLúc không tải I’2 =0 thì vẫn có sai số do I0 gay ra. ABCEF4.1.4 CẤP CHÍNH XÁC CỦA BIẾN ĐIỆN ÁPCấp chính xác: Do cấu tạo lõi thép ( ), dòng điện tải ( ) nghĩa là phụ thuộc vào công suât và số lượng dụng cụ đo mắc vào thứ cấp, cấu tạo biến điện áp ( ) làm cho U1 ≠ U2' = U2.KUSai số gồm: trị số ΔU và góc pha δUDựa vào đồ thị vectơ có thể xác định biểu thức tính các thành phần sai số:254.1.4 CẤP CHÍNH XÁC CỦA BIẾN ĐIỆN ÁPĐể giảm sai số thì lõi thép phải tốt thì ( ) sẽ nhỏ dẫn đến sai số nhỏ Phụ tải ( ) của biến điện áp không được vượt quá giá trị cho phép, ngoài tra còn phụ thuộc vào hệ số công suất của phụ tải thứ cấpPhụ thuộc vào cấu tạo của biến điện áp ( ) nên để giảm sai số người ta chọn mật độ dòng điện trong các cuộn dây và từ cảm trong mạch có giá trị nhỏ hơn so với MBA lực nhằm giảm điện trở các cuộn dây và điện áp ngắn mạch của biến điện áp, thường thì điện áp ngắn mạch biến điện áp khoảng 0.4 đến 1 %.264.1.4 CẤP CHÍNH XÁC CỦA BIẾN ĐIỆN ÁPCăn cứ vào sai số mà người ta chia làm các cấp chính xác: 0.2, 0.5, 1, 3, 10. Cấp chính xác 0.2 dùng các dụng cụ đo lường mẫu Cấp chính xác 0.5 dùng công tơ điện Cấp chính xác 1dùng đo lường các dụng cụ lắp bảng Cấp chính xác 3, 10 dùng các bộ truyền động cho CB Đối với hệ thống bảo vệ rơle thì tùy độ chính xác mà chọn.274.2.4 SƠ ĐỒ NỐI DÂY BIẾN ĐIỆN ÁPSơ đồ nối saoSơ đồ nối tam giác thiếuSơ đồ bộ lọc áp thứ tự không284.2.4.a SƠ ĐỒ NỐI SAOTrong sơ đồ nối sao để có điện áp pha so với đất ta phải nối trung tính xuống đất. Thứ cấp nối sao phải có dây N. Nếu dây trung tính bị đứt thì sẽ không có điện áp pha so với đất, mà chỉ có điện áp pha so với điểm trung tính của hệ thống. Với sơ đồ này ta có thể lấy áp pha hay áp dây tùy ý.Có thể dùng 3 máy biến điện áp đo lường rời hay dùng máy biến điện áp 3 pha 5 trụ (Vì nếu dùng máy biến điện áp 3 trụ thì không có đường đi cho từ thông thứ tự không, làm cho dòng từ hóa lớn khi chạm đất sẽ gay phát nóng.294.2.4.b SƠ ĐỒ TAM GIÁC THIẾUTrong sơ đồ nối tam giác thiếu có thể lấy áp dây và áp pha so với trung điểm của áp áp dây, dùng nhiều trong mạng trung thế. 304.2.4.c SƠ ĐỒ BỘ LỌC THỨ TỰ KHÔNGSơ cấp nối sao có trung tính nối đất, thứ cấp nối tam giác hở và rơle nối vào 2 mối dây hở này (để lấy áp thứ tự không).Khi vận hành bình thường hay ngắn mạch nhiều pha thì UR = 0. Tuy nhiện thực tế thì tồn tại dòng không cân bằng.Khi có ngắn mạch chạm đất thì UR ≠ 0.Ta có thể dùng đấu sao sao tam giác hở để có thể lấy được điện áp tùy thích: pha hay dây314.2.4.c SƠ ĐỒ BỘ LỌC THỨ TỰ KHÔNGCó thể dùng máy biến áp đo lường 2 cuộn thứ cấp đấu sao sao tam giác hở, như thế này ta có cả điện áp: pha, dây và thứ tự không.Đối với MBA hay MF ta có thể láy điện áp thứ tự không từ trung tính nhờ biến điện áp đo lường32