Chuyên đề môn Thiết bị điện (Phần 1)

CHUYÊN ĐỀ THIẾT BỊ ĐIỆN Tài liệu tham khảo - Bảo vệ các hệ thống điện - Trần Đình Long - Máy điện - Khí cụ điện BÀI MỞ ĐẦU Vai trò của các thiết bị điện trong hệ thống điên, dây chuyền công nghệ, các lĩnh vực khác của cuộc sống  nâng cao độ tin cậy biện pháp quan trọng bảo vệ thiết bị điện  để hậu quả xấu ít nhất. Sự cố: có 2 loại - Sự cố khách quan - Sự cố chủ quan: do chế độ vận hành, do bản thân thiết bị Yêu cầu bảo vệ: - Độ tin cậy khi tác động: mức độ chắc chắn rằng hệ thống bảo vệ tác động đúng. - Độ tin cậy không tác động: mức độ chắc chắn rằng hệ thống bảo vệ không làm việc sai. - Tính chọn lọc: khả năng bảo vệ và phát hiện, loại từ xa ra khỏi hệ thống. - Tác động nhanh: nếu thời gian tác động 50 ms. - Tính kinh tế: rẻ, tốt. Phân loại: - Bảo vệ chính - Bảo vệ dự phòng: tác động nếu quá thời gian mà bảo vệ chính vẫn chưa tác động CC - + BU BI R L MC R C Hệ thống bảo vệ không dự phòng MC L BI BU +- BI R2 - + R1 C2 C1 CC1CC2 R1 R2 Hệ thống bảo vệ có dự phòng CHƯƠNG I: CÁC SỰ CỐ LÀM VIỆC KHÔNG BÌNH THƯỜNG CỦA CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN §1.1: Các dạng sự cố - Ngắn mạch, chạm đất, chạm vỏ - Phóng điện - Quá tải do thao tác nhầm, máy phát mất kích từ §1.2: Sự cố ngắn mạch - Ngắn mạch 3 pha, 2 pha, 1 pha Ngắn mạch 3 pha: xác suất ít 2% Ngắn mạch 2 pha: xác suất 5% Ngắn mạch 1 pha: xác suất 90% Máy cắt không cắt được: Ví dụ: máy cắt dầu do dầu bị bẩn Máy cắt SF6 do áp lực khí không đủ Máy cắt chân không do rò ra ngoài Máy biến áp truyền tải công suất lớn dùng rơle bảo vệ ( rơle hơi). Sự cố máy biến áp chập vài vòng dây trong cuộn sơ cấp máy biến áp làm việc không đối xứng  nhiệt độ ở vòng chập lớn  dầu bị đốt nóng máy nổ. BI, BU: sự cố 2% trong đó BU hay bị sự cố hơn vì BI không có cầu chì, chế độ thứ cấp là ngắn mạch. Máy phát ngắn mạch đầu cực: trước máy cắt bảo vệ so lệch v rI I I   Máy biến áp bị ngắn mạch trước máy, trong máy, sau máy. Tải tiêu thụ điện năng: ngắn mạch trước phụ tải. Dòng điện ngắn: n n U I Z  ( thành phần hình sin của inm ). 2 onstn nI t c , tn = 3s §1.3 Chạm đất lưới trung tính không nối đất hoặc nối đất qua cuộn dây dập hồ quang hoặc điện trở nối đất - Chỉ xảy ra ở lưới trung áp, đường dây có 3 dây không có dây chống sét, nối đất. - Dòng chạm đất bé bảo vệ theo dòng không tác động N B C A  CB N Dòng Ioc dòng từ dung tính nối đất chập chờn  phóng nạp điện của tải C ( C điện dung kí sinh )  hồ quang trong tụ điện điện áp đường dây tăng 10 lần nhưng thực tế 3 - 4 lần điện áp định mức  đánh thủng cách điện. Chạm đất gây ra mất pha đối với tải. Động cơ một pha hiệu suất thấp, osc  cao vì ngoài dòng từ hóa ra còn có dòng tạo từ trường thứ tự nghịc gây tổn hao có xu hướn hãm động cơ nóng động cơ không cần cắt nhanh  cần thiết bị cảnh báo là . §1.4 Các vòng dây trong thiết bị điện chạm nhau Máy điện xoay chiều Ví dụ 2 vòng dây chạm nhau, In lớn  dòng tổng trong cuộn dây tăng nhưng không nhiều  hỏng cục bộ. Hiện tượng: thấy có tiếng ồn do từ thông  giảm. Với máy biến áp Ur sẽ bị lệch nhau. Nếu số vòng chập lớn  I lớn  ngắn mạch. Các bối dây song song, một bối bị chập  tạo nên dòng Icb  giảm từ thông. Vòng dây chạm đất  tạo Inm Máy điện một chiều hoặc phần kích từ của máy phát đồng bộ. Các cuộn dây có thể: - Một điểm chạm đất - Hai điểm chạm đất  ngắn mạch cục bộ - Hai vòng dây cạnh nhau bị chập  không tạo dòng lớn nhưng vẫn tạo dòng Icb. §1.5 Quá tải Vì Iqt = kqt.Iđm nên khi quá tải trị hiệu dụng tăng. Để bảo vệ quá tải dùng rơle nhiệt đối với động cơ. §1.6 Các dạng sự cố khác Khi xảy ra sự cố thiếu kích từ hoặc mất kích từ ( Ikt bé 0 ) ở máy phát đồng bộ, ở động cơ một chiều thì bảo vệ cắt điện phần ứng. Quá bão hoà ở máy điện xoay chiều khi dòng kích từ quá lớn.Do điện áp đặt vào lớn. Nhiệt độ thiết bị điện cao do quá tải, chạm chập cục bộ, mất pha cảnh báo, tác động cắt điện. Phần cơ bị kẹt, ổ bi mòn do quá dòng, lệch từ. CHƯƠNG II: CÁC PHẦN TỬ CHÍNH TRONG HỆ THỐNG BẢO VỆ CÁC THIẾT BỊ ĐIÊN §2.1 Máy biến dòng điện Máy biến dòng điện biến dòng điện xoay chiều lớn I1, điện áp cao xuống dòng điện chuẩn I2 ( 5A, 1A ), điện áp an toàn. Chức năng: đo lường, điều khiển, bảo vệ. Nguyên lý: kiểu điện từ. Z2 I2 Trên nhãn máy biến dòng có các thông số: +) S ( VA) dung lượng định mức của máy biến dòng: 2,5; 5; 10; 20; 35 VA, Sđm liên quan đến Z2 vì I2 = 5A hoặc 1A. +) Uđm  điện áp định mức lưới. +) Cấp chính xác: 0,2; 0,5; 1,0; 3,0; 10 0,2: mẫu 0,5: KWh đo đếm điện năng 1,0 osc  , W, A, Var 3,0; 10: điều khiển, bảo vệ Cấp chính xác phụ thuộc vào Z2 +) Có thể đấu nối tiếp, song song hai máy biến dòng Z2 Z2 +) 3 pha dùng 2 biến dòng A2 A3 A1 A B C +) Tạo dòng thứ tự ngược §2.2.Máy biến điện áp - Là phần tử tỉ lệ biến U1 cao sang U2 giá trị chuẩn : 100V, 100 / 3 V dùng cho đo lường, bảo vệ, điều khiển. - Sai số: Blv tương đối lớn nên Uquá tải = (1,5 – 2 )Uđm - Cấp chính xác: 0,2; 0,5 (đo đếm điện năng ); 1; 3; 5; 10 - Các loại BU U2U1 - Tải của BU: Z2 càng giảm sai số tăng, công suất của BU lớn nhất cùng chỉ 200 VA nên dòng I1 của BU rất bé không cần đặt cầu chì ở sơ cấp  đặt cầu chì ở thứ cấp. §2.3. Các bộ lọc thành phần đối xứng Khi có sự cố ngoài thành phần sóng cơ bản còn các thành phần thứ tự 0, 2  nhận dạng sự cố để bảo vệ. 1. Bộ lọc dòng điện thứ tự nghịch LI2 Z BA C m n R1 R2 X Đúng thứ tự pha Unm , khi ngược thứ tự pha Unm = Umax IA IBIC UR1 UR2 Ux UxR2 Umn = 0 Umn = Umax Ux UR2 UR1 IC IB IA UxR2 Umn Dùng chống đảo pha động cơ 3 pha 2. Bộ lọc điện áp thứ tự nghịch LU2 Z m n UA UB UC C1 R1 C2 R2 A C B UBm UBn m n C A B n m UBn UmB UAB UmAUnC - Với bộ lọc điện áp đồng thời cho nhiều tải - Kiểm tra xem thứ tự pha có đúng không 3.Bộ lọc thứ tự 0 - Mất đối xứng lớn - Chống mất pha a) Lọc dòng điện Đảo pha Inm = 0 Mất pha Inm = Imax Z CA B BA C Z Dùng cho đường dây trên không b) Lọc điện áp - Giải pháp + Dùng BU tam giác hở + Dùng sơ đồ trung tính giả A B C N Z Z Z V 0 Khi đủ pha U0N  0, khi mất pha U0N= = Uf cảnh báo, bảo vệ. §2.4 Nguồn điện thao tác Nguồn xoay chiều: 220, 110, 48, 24 V Lấy điện xoay chiều trực tiếp từ lưới  trạm đóng cắt đơn. Máy cắt bằng tay hoặc động cơ đều tích năng cho lò xo đóng. Nguồn một chiều từ: - chỉnh lưu - từ acquy - từ tụ điện Trong hệ thống SCADA (điều khiển, bảo vệ lớn ) nguồn điện thao tác không được ngắt quãng acquy 220VDC  rơle bảo vệ DC 220V Acquy độc hại, phải bảo dưỡng, chế độ nạp phóng. Dùng tụ để tích năng § 2.5 Kênh truyền tín hiệu Trực tiếp bằng dây dẫn, gây sụt áp ( do tổng trở dây dẫn, tổng trở tải), ở khoảng cách gần Viba Đường dây bưu điện Cáp quang Ba đường truyền dưới dùng ở khoảng cách lớn §2.6 Rơle Lịch sử phát triển - Năm 1901 rơle cảm ứng dòng điện  bảo vệ quá tải, ngắn mạch - Năm 1908 rơle bảo vệ so lệch dòng điện - Năm 1910 rơle hướng công suất, quá dòng có hướng - Năm 1920 rơle bảo vệ có khoảng cách - Năm 1930 rơle bảo vệ truyền tín hiệu cao tần, viba - Năm 1960 dùng rơle tĩnh điện tử và bán dẫn - Năm 1970 đến nay rơle số và máy tính Rơle số là rơle vạn năng, tính cơ động, có thể lập trình chỉnh định, liên thông hệ điều khiển, bảo vệ. Rơle điện cơ số lượng lớn, dùng nhiều, dùng cho phụ tải công suất bé. Rơle nhiệt quá tải kiểu lưỡng kim B¶o vÖ R¬le §Æc tÝnh thùc cña r¬le sè I t Bảng danh mục các loại bảo vệ thường dùng trong bảo vệ rơle Ký hiệu Loại thiết bị Bằng số ( theo IEEE C37-2-1979) Bằng chữ 2 t Rơle thời gian đóng hoặc mở chậm 3 KT Rơle khoá liên động hoặc kiểm tra 4 C Công tắc tơ chính 21 Z< Rơle khoảng cách 25 S Rơle hòa hoặc kiểm tra đồng bộ 27 U< Rơle thiếu điện áp 30 Th Rơle tín hiệu 32 P  hoặc W  P  hoặc W  Rơle có hướng công suất thuận Rơle có hướng công suất ngược 37  Rơle thiếu dòng điện và thiếu công suất 40  Rơle sự cố điện từ trường 46 I2 Rơle dòng điện thứ tự nghịc hoặc cân bằng pha 49 0 Rơle nhiệt 50 I>> Rơle dòng điện cắt nhanh 51 I> Rơle quá dòng có thời gian 51N I0 > hoặc IE > Rơle quá dòng điện thứ tự không có thời gian 52 MC Máy cắt điện 52a MCa Tiếp điểm phụ thường mở của máy cắt điện 52b MCb Tiếp điểm phụ thường đóng của máy cắt điện 55 osc  Rơle osc  59 U> Rơle quá điện áp 60 U hoặc I Rơle cân bằng áp hoặc dòng 64 I0 Rơle bảo vệ chống chạm đất 67 I   Rơle quá dòng ( xoay chiều) có hướng 68 LĐ Rơle liên động 74 BĐ Rơle báo động ( cảnh báo) 76 I=> Rơle quá dòng một chiều 78  Rơle lệch pha hoặc bảo vệ mất đồng bộ 79 TĐL (AR) Rơle tự đóng lại 81 f Rơle tần số 85 P/T Rơle phát và nhận tín hiệu theo kênh truyền 86 K Rơle khoá 87 SL( I ) Rơle bảo vệ so lệch §2.7 Máy cắt điện Chấp hành thực hiện thao tác do - Rơle bảo vệ - Do người vận hành Các thông số của máy cắt: Uđm, Iđm, Icđm, Sđm, Scắt đm Scắt đm = ®m ®m3. . cU I MVA Inm 1 3s   độ bền nhiệt. 1,8. 2.xk nmI I  độ bền điện động tđóng, tcắt 0,1s thq = (1 - 3 ).0,02s Nguyên lý hồ quang; - Mắy cầu dầu: nhiều dầu, ít dầu, thời gian hồ quang lớn. - Mắy cắt không khí nén: năng lực cắt lớn - Maý cắt điện từ - Máy cắt tự sinh khí - Máy cắt khí SF6 - Máy cắt chân không: thq bé nhất, lưới trung áp, ít phải bảo trì. +Tiếp điểm nối nên điểm hồ quang ban đầu và tiếp xúc cuối cùng trùng nhau. +Mối quan hệ giữa điện áp phóng điện và khoảng cách 2 điện cực khi U > 250V bão hòa s (mm) 150 U(kV) + Dòng điện tải đi qua máy cắt phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường. Đặt máy cắt tùy vị trí. Nếu bảo vệ phụ tải cắt nhanh, nếu bảo vệ hệ thống phân cấp. Bảo vệ chính và bảo vệ dự phòng. CHƯƠNG III: CÁC NGUYÊN LÝ ĐO LƯỜNG, THEO DÕI, PHÁT HIỆN HƯ HỎNG TRONG BẢO VỆ. § 3.1 Các nguyên lý đo lường cho bảo vệ 1. Đo 1 đại lượng đầu vào Vào X, ra Y X Y 1 0 NếuY = 1  x tác động. Y = 1 giảm X sao cho Y 0 ® 1nhnh t X K X   K nhả cao  phụ tải 2. Đo 2 đại lượng vào 0 1Y X1 X2 Ví dụ: đo công suất cần U, I Đo osc  cần U, I Đo tổng trở cần U, I Có ngưỡng của X1, X2 Trị hiệu dụng của biên độ So sánh góc lệch pha §3.2 Các nguyên lý đo lường cho bảo vệ 1. Bảo vệ quá dòng điện Các loại phần tử bảo vệ