Đồ án Thiết kế bảo vệ trạm biến áp

. Vì vậy các phần tử trong hệ thống ccđ phải được tính toán lựa chọn không những làm việc tốt trong điều kiện làm việc bình thường mà còn phải chịu được trạng thái sự cố trong phạm vi cho phép . Để lựa chọn được các phần tử trong hệ thống cung cấp điện ,chúng ta phải dự đoán được các tình trạng ngắn mạch sẩy ra và tính toán được các số liệu ngắn mạch như: Dòng ngắn mạch, công suất ngắn mạch , lực điện động, nhiệt…Các số liệu này làm căn cứ quan trọng để tính toán ,thiết kế bảo vệ role, định phương thức vận hành…Vì vậy tính toán ngắn mạch là phần không thể thiếu được trong thiết kế cung cấp điện. b.Nguyên nhân: Do hư hỏng cách điện: Do thời gian làm bụi bám bẩn sứ hay thủy tinh,do vậy độ bền cách điện của sứ giảm xuống .Kết hợp với các yếu tố thiên nhiên. Tất cả các yếu tố này làm thay đổi cấu trúc bên trong của sứ tạo khe nứt nhỏ làm giảm độ bền dẫn điện,sứ bị mất cách điện hoàn toàn, tạo ra một ngắn mạch một pha nào đó với đất. Thiết bị phân phối : không đảm bảo về kỹ thuật. c.Ứng dụng: Tính toán ngắn mạch để lựa chọn trang thiết bị khi thiết kế , đảm bảo dưới tác động xấu do ngắn mạch gây ra . Tính toán ngắn mạch để phục vụ cho tính toán , hiệu chỉnh các thiết bị bảo vệ và tự động hóa trong hệ thống điện nhằm loại trừ nhanh các phần tử sự cố ra khỏi hệ thống điện . Tính toán ngắn mạch để lựa chọn sơ đồ thích hợp làm giảm dòng ngắn mạch . TÍnh toán nối đất , bảo vệ ngắn mạch … Tính toán cụ thể: Trong thực tế, ta thấy xác xuất xảy ra ngắn mạch 1 pha là nhiều nhất (chiếm 65%) nhưng chỉ có tính chất thoáng qua. Ngắn mạch 3 pha là ít nhất ( 5%) nhưng nó quyết định quyết định tình trạng làm việc của hệ thống điện. Mặt khác, khi tính toán máy cắt và khí cụ điện ta cấn kiểm tra ổn định lực điện động của chúng xuất phát từ dạng ngắn mạch 3 pha. Lựa chọn điểm ngắn mạch tính toán : Điểm ngắn mạch tính toán là điểm mà khi xảy ra sự cố ngắn mạch tại đó có dòng điện đi qua khí cụ điện là lớn nhất và có số điểm tính toán là ít nhất mà vẫn có thể kiểm tra được các thiết bị điện. Ta có sơ đồ thay thế tính toán ngắn mạch : Chọn điện áp cơ bản Ucb = 36,5kV , đối với máy biến áp 6,3 MVA tra bảng được điện áp ngắn mạch là Un = 10,5 % Xác định điện trở các phần tử . Đối với dây AC- 95 ta tra bảng được ro = 0,33 và xo = 0,371 . Có Điện trở đường dây : Điện trở máy biến áp : Điện trở ngắn mạch đến điểm N1 tương tự ta có Dòng điện ngắn mạch tại điểm N1 ứng với cấp điện áp cơ bản là : (kA) Dòng điện ngắn mạch thực tế xảy ra tại điểm ngắn mạch là (kA) Tính toán tương tự với các điểm khác ta được bảng sau : Điểm tải N1 N2 N3 N4 Dòng ngắn mạch(KA) 3,72 0,92 0,511 0,5 Xác định hệ số xung kich của các điểm tải , hệ số xung kick phụ thuộc vào tỷ lệ ,trước tiên ta xét với điểm N1 : và tỷ lệ KXK1 = 1,33 ( tài liệu 5) Giá trị dòng điện xung kích (kA) Giá trị hiệu dụng dòng điện xung kick (kA) Công xuất ngắn mạch tại điểm N1 (MVA) Tính toán tương tự với các điểm ngắn mạch khác ta được bảng sau : N1 N2 N3 N4 Dòng ngắn mạch (KA) 3,72 0,92 0,511 0,5 Hệ số xung kick KXK 1,33 1,93 1,32 1,31 Dòng xung kick ixk (KA) 7 2,51 0,954 0,93 Trị hiệu dụng dòng xung kick IXK (KA) 4,11 1,52 0,56 0,55 Công xuất ngắn mạch Sn (KVA) 708,76 55,77 30,98 30,31 CHƯƠNG III: CHỌN KHÍ CỤ MÁY BIẾN ÁP VÀ TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠ LE 3.1 khái quát chung Trong quá trình làm việc, các thiết bị điện chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố tác động từ bên trong lẫn bên ngoài thiết bị. Các yếu tố bên trong gồm chế độ điện áp, chế độ nhiệt, sự dao động điện từ…Các yếu tố bên ngoài gồm các điều kiện khí tượng thuỷ văn, địa lý, tự nhiên.. Độ tin cậy của hệ thống điện phụ thuộc vào trạng thái của các thiết bị và phần tử riêng biệt.Vì vậy các thiết bị được lựa chọn và kiểm tra ở các chế độ khác nhau để chúng có thể làm việc chắc chắn và tin cậy dưới sự tác động khác nhau của nhiều yếu tố .Thông thường các thiết bị được lựa chọn theo chế độ làm việc bình thường và kiểm tra theo chế độ sự cố. Cùng với các yêu cầu về kỹ thuật các thiết bị phải đảm bảo yêu cầu về kinh tế . Khí cụ dung cho trạm biến áp bao gồm máy cắt, dao cắt ly, sứ cách điện , thanh cái , máy biến điện áp, máy biến dòng để cung cấp nguồn cho ác thiết bị khác như công tơ, Ampemet ..v.v. 3.2 C¸c ®iÒu kiÖn chung ®Ó lùa chän và kiÓm tra khÝ cô ®iÖn 3.2.1 Chọn theo điều kiện làm việc lâu dài a. Chọn theo điện áp định mức Khi thiết kế còn phải dự trữ độ bền cách điện nên cho phép chúnglàm việc lâu dài với điện áp cao hơn điện áp định mức từ 10÷15% và được gọi là điều kiện làm việc cực đại của khí cụ điện. Do vậy khi chọn khí cụ điện cần thỏa mãn điều kiện sau: Trong đó điện áp định mức khí cụ điện độ tăng điện áp cho phép của khí cụ điện Điện áp định mức của mạng nơi đặt khi cụ Độ lệch điện áp có thể của mạng b. Chọn theo dòng định mức Thỏa mãn điều kiện : Iđmkcd ≥ Ilvmax Trong đó Iđmkcd là dòng điệ định mức trong KCĐ do nhà chếtạo cho sẵn , Iđmkcd là dòng điện qua khi cụ điện trong thời gian dài ứng với nhiệt độ môi trường xung quang là định mức Ilvmax là dòng điện làm việc cực đại của mạng điện Các khí cụ điện ở nhiệt độ môi trường xung quang khác định mức thì ta phải tiến hành hiệu chỉnh , hệ số hiệu chỉnh là : Khc = với là nhiệth độ cho phép ứng với phần tử riêng lẻ của KCĐ là nhiệt độ môi trường xung quanh 3.2.2 Kiểm tra ổn định lực điên động Khi kiểm tra các thiết bị của mạng điện về phương diện ổn định lực điện động ta phải chọn dòng ngắn mạch lớn nhất Điều kiện kiểm tra lực điện động Imax > Ixk hay imax > ixk Trong đó : imax , Imax là trị số biên độ và trị số hiệu dụng của dòng điện cực đại cho phép đặc trưng cho ổn định điện động của khí cụ điện ixk , Ixk là giá trị biên độ và trị số hiệu dụng của dòng điện ngắn mạch xung kich 3.2.3 Kiểm tra ổn định nhiệt Khí cụ điện ổn định nhiệt nếu thỏa mãn các điều kiện sau : I2đmnh.Tđmnh ≥ BN hay I2đmnh.Tđmnh ≥ I2∞ . tqd Trong đó BN là xung lượng nhiệt của dòng điện ngắn mạch [ A2.S ].Nó đặc trưng cho nhiệt lượng tỏa ra trong dây dẫn , khí cụ điện trong thời gian tác động của dòng ngắn mạch BN = BNCK + BNKCK BNCK là xung lượng nhiệt thành phần chu kỳ BNKCK là xung lượng nhiệt thành phần không chu kỳ nếu thời gian tồn tại ngắn mạch tN > 0,1 gy có thể bỏ qua BNKCK 3.3 Chọn khí cụ 3.3.1 Chọn khí cụ cho phía 110 kV a. Chọn máy biến áp và dao cách ly Để lựa chọn máy cắt chúng ta dựa vào các thông số như Uđm mạng , Ilvmax chế độ ổn định nhiệt , ổn định động và công suất ngắn mạch hoặc dòng cắt . Trong đó thời gian bảo vệ hệ thông tbv = 1,2 gy thời gian cắt của máy cắt tMC = 0,2 gy nên tgt = tbv + tMC = 1,2 +0,2 = 1,4 gy Điện áp định mức : Uđm MCĐ > Uđm mạng Với Uđm mạng = 110 KV Dòng điện định mức : Iđm MCĐ > Ilv max (A) Trong đó : Ilv max là dòng làm việc cực đại Kđt là hệ số đồng thời , Kđt = 0,8 Dòng ổn định lực điện động : imax > ixk với ixk = 7 (KA) Dòng ổn định nhiệt trong thời gian tôđn : Công thức trên tương đương với Trong đó BN = BNCK + BNKCK nếu thời gian tồn tại ngắn mạch tN > 0,1 gy có thể bỏ qua BNKCK mà ( với ) Công suất cắt định mức Sđm cắt > SN hoặc dòng cắt Icắt > IN Đối với phía trung áp 35KV do có hai lộ đi song song với nhau , ta có thể dung hai máy cắt trên mỗi lộ để khi lộ này gặp sự cố thì lộ kia vẫn hoạt đông bịnh thường . Việc lựa chọn máy cắt trên hai lộ dây đó ta làm tương tự như lựa chọn máy cắt bên phía 110 KV với Uđm mạng = 35KV và Ilv max , Ixk là dòng làm việc cực đại và dòng xung kick tương ứng với mỗi lộ. Việc lựa chọn dao cach ly ta cũng chọn tương tự như máy cắt với bôn thông số là Uđm mạng , Ilvmax , chế độ ổn định nhiệt , và chế độ ổn định động Từ các tiêu chuẩn trên ta tra bảng chọn được máy cắt BBY-110-40/2000 của Nga ( Tài liệu 2) và dao cách ly 3DP2 của hãng Siemes . Các tham số tính toán được thể hiện trong bảng sau: Chỉ tiêu đánh giá Thông số tính toán Máy cắt BBY-110-40/2000 Dao cách ly 3DP2Siemes Điện áp,KV 110 110 123 Dòng làm việc,A 26,45 2000 1250 Ổn định nhiệt KA2.s 19,37 402.3=4800 202.1 Ổn định động,KA 7 102 60 Dòng cắt,KA 3,72 Icắt=40 b. Chọn thanh cái Dự định chọn thanh cái bằng nhôm ứng với nhiệt độ môi trường là 250Cthì nhiệt độ đốt nóng cho phép là 700C , nhiệt độ trung bình của năm là 280 , ta xác định được hệ số hiệu chỉnh Khc ===0,966 Dòng điện làm việc trên thanh cái là: (A) Với Tmax =5000÷6000 (h)suy ra Jkt = 1,1(A/mm2) ( tra bảng 8-6 sách Cung Cấp Điện ) Tiết diện thanh cái FC = ==24,89 ( mm2 ) Chọn thanh cái Nhôm có kích thước 25×3=75 mm2 .Chiều dài mỗi nhịp (khoảng cách giữa các sứ của một pha ) là l = 2 (m) khoảng cách giữa các pha a=1,5( m) Kiểm tra theo điều kiện ổn định nhiệt , yêu cầu tiết diện S của thanh cái phải lớn hơn hay bằng tiết diện ổn định nhiệt Sôđn mm2 với dòng điện ngắn mạch ổn định KA tgt thời gian giả thiết α hệ số (tài liệu 1) Vậy điều kiện ổn định nhiệt thỏa mãn S > Sôđn Kiểm tra điều kiện ổn định động. với (áp dụng với thanh cái có 3 nhịp ) = 23 Kg.Cm Lựa chọn cách đặt thanh cái như hình vẽ dưới đây : Ứng với cách thức đặt thanh cái như hình vẽ ta có công thức tính momen chong uốn như sau : (cm3) Ứng suất δn= ==73,48 (KG/cm2) < δcp=800 KG/cm2 δcp là ưng suất cho phép , đối với nhôm δcp = 800 KG/Cm2 Vậy điều kiện ổn định động đảm bảo . Ta được bảng kết quả sau : Chỉ tiêu kiểm tra Biểu thức tính Thanh cái 110 kV Điện áp,KV U 110 Dòng làm việc,A IlvM 27,38 Tiết diện,mm2 F 25x3 Bố trí thanh cái,cm l,a l=200,a=150 Ổn định nhiệt KA2.cm 48,41 Momen uốn,KG.cm M= 23 Momen chống uốn KG/cm2 W=0,167.b2 .h 0,313 c. Chọn sứ cách điện Hình 2.1 Sứ cách điện Đối với ph ía 110KV ta chọn sứ OHC-110-300 có U=110KV ( TL 2); lực phá huỷ Fph=300KG Lực cho phép trên đầu sứ là Fcp=0,6. Fph =0,6.2000=180 KG Lực tính toán Ftt = 1,76 . 10-2 . . = 1,76 . 10-2 . 7 . = 1,15 KG < FCP = 180KG Hệ số hiệu chỉnh K= = =1,04 với H là chiều cao của sứ được xac định như hình 2.1 H’ là chiều cao từ nền đặt sứ đến trọng tâm tiết diện thanh dẫn theo trên bề dày của thanh cái là 3 cm , nên H’ =H +1,5 Lực tính toán hiệu chỉnh Ftt’ = K. Ftt = 1,04 . 1,15 = 1,196 KG <Fcp=180KG Vậy sứ đạt yêu cầu cơ học d. Chọn máy biến dòng Máy biến dòng là một thiết bị có nhiệm vụ biến đổi dòng điện từ trị số lớn xuống trị số nhỏ để cung cấp cho các thiết bị đo lường , bảo vệ Rơle và tự động hóa.Khi cần chọn máy biến dòng ta căn cứ vào vị trí đặt , điện áp định mức của mạng điện , dòng làm việc lớn nhất , cấp chính xác ..v.v. Việc lựa chọn đánh giá máy biến dòng dựa trên các chỉ tiêu được ghi trong bảng sau: Chỉ tiêu kiểm tra Thông số tính toán Máy biến dòng TΦH-110M Điện áp,KV 110 110 Dòng làm việc,A 26,45 750 Ổn định nhiệt KA2.s 19,37 602.1=3600 Ổn định động,KA 7 75 Cấp chính xác 0,5 Phụ tải S2 , VA 20 Phụ tải của máy biến dòng (tài liệu 2) Thiết bị đo đếm Công suất tiêu thụ trên các pha , VA A B C Ampemet điện từ 1,75 1,75 1,75 Watmet tác dụng 3 pha 2 phần tử 1,25 .. .. Watmet phản kháng .. 1,75 .. Công tơ tác dụng 3 pha 2 phần tử 1,25 .. 1,25 Công tơ phản kháng 0,275 0,55 0,275 Tổng 4,525 4,05 4,525 3.3.2 Chọn khí cụ cho phía 35 kV a. Chọn máy cắt và dao cách ly cho ®­êng d©y Vì phía bên thứ cấp ta phải cung cấp cho hai lộ cho nên ta sẽ chọn hai máy cắt để khi một lộ gặp sự cố thì lộ còn lại vẫn hoạt động bình thường , đảm bảo việc cung cấp điện , việc tinh toán các thông số để chọn lựa máy cắt ta tính toán tương tự như trên với Uđm = 35 kV Chỉ tiêu đánh giá Máy cắt lộ 1 Máy cắt lộ 2 Thông số tính toán BBY-35-40/3200 Thông số tính toán BBY-35-40/3200 Điện áp,KV 35 35 35 35 Dòng làm việc,A 51,976 3200 54,8 3200 Ổn định nhiệt,KA2.s 0,367 402.3=4800 0,35 402.3=4800 Ổn định động,KA 0,954 100 0,93 100 Dòng cắt,KA 0,511 Icắt=40 0,5 Icắt=40 Tương tự ta chọn được dao cách ly: Chỉ tiêu đánh giá Dao cách ly lộ 1 Dao cách ly lộ 2 Thông số tính toán SGCP36/800 Thông số tính toán SGCP36/800 Điện áp,KV 35 36 35 36 Dòng làm việc,A 51,976 800 54,8 800 Ổn định nhiệt,KA2.s 0,367 202.1 0,35 202.1 Ổn định động,KA 0,954 31,5 0,93 31,5 b. Chọn thanh cái Chỉ tiêu kiểm tra Biểu thức tính Thanh cái 35 kV Điện áp,KV U 35 Dòng làm việc,A IlvM 110,53 Tiết diện,mm2 F 30x4 Bố trí thanh cái,cm l,a l=150,a=100 Ổn định nhiệt KA2.cm 11,97 Momen uốn,KG.cm M= 2,49 Momen chống uốn KG/cm2 W=0,167.b2 .h 0,6 c. Chọn sứ cách điện Đối với phía 35KV ta chọn loại OHC-35-300 có U=35KV; lực phá huỷ Fph=300KG Lực cho phép trên đầu sứ là Fcp=0,6. Fph =0,6.300=180 KG Lực tính toán Ftt = 1,76 . 10-2 . . KG Hệ số điều chỉnh K= = =1,05 Lực tính toán hiệu chỉnh Ftt’ = K. Ftt = 1,05 . 0,166 = 0,174 KG <Fcp=180KG Vậy sứ đạt yêu cầu cơ học d. chọn máy biến dòng Ta chọn máy biên dòng 4MA76 (TL2 ) Chỉ tiêu kiểm tra Thông số tính toán Máy biến dòng 4MA76 Điện áp,KV 35 36 Dòng làm việc,A 106,776 200 Ổn định nhiệt KA2.s 0,922.1,4=1,185 802.1=6400 Ổn định động,KA 1,93 120 Cấp chính xác 1 Phụ tải S2 , VA 20 3.4.Tính toán bảo vệ rơ le cho trạm biến áp. 3.4.1 Nhiệm vụ và các yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơ le a) Nhiệm vụ Khi thiết kế và vận hành bất kỳ 1 mạng điện nào, cần phải tính đến khả năng phát sinh sự cố và những tình trạng làm việc không bình thường. Ngắn mạch là 1 sự cố nguy hiểm nhất trong hệ thống điện, hậu quả của ngắn mạch là: Tụt thấp điện áp ở 1 phần hê thống điện Phá hủy phần tử bị sự cố bằng tia lửa điện. Phá hủy các phần tử có dòng ngắn mạch chạy qua do tác động nhiệt và cơ. Phá hủy ổn định của hệ thống Làm việc quá tải của hệ thống .Dòng quá tải làm tăng nhiệt độ các phần dẫn điện quá giới hạn ,sẽ làm già cỗi cách điện hoặc phá hủy cách điện. Để ngăn ngừa phát sinh của sự cố và sự phát triển của chúng,chúng ta có thể thực hiện các biện pháp cắt nhanh phần tử bị hư hỏng ra khỏi mạng điện,loại trừ tình trạng làm việc không bình thường có khả năng gây ra sự cố. Để làm việc cho sự làm việc liên tục của hệ thống điện,cần phải có thiết bị ghi nhận sự phát sinh của hư hỏng với thời gian ngắn nhất,phát hiện ra những phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống điện. Thiết bị này được thực hiện nhờ những khí cụ tự động có tên là Rơ le, thiết bị bảo vệ được nhờ những Rơ le ,gọi là thiết bị bảo vệ rơ le(BVRL) Nhiệm vụ chính của bảo vệ rơ le là tự động cắt các phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống điện.Ngoài ra, thiết bị bảo vệ rơ le còn ghi nhận và phát hiện sự cố không bình thường của hệ thống điện,tùy theo mức độ mà bảo vệ rơ le có tác động đi báo tín hiệu hoặc đi cắt máy cắt. b). Các yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơ le. Tính tác động chọn lọc. Chọn lọc tương đối Chọn lọc tuyệt đối Tác động nhanh. Độ nhạy. Tính đảm bảo. 3.4.2 Bảo vệ rơ le cho trạm biến áp. a) Những sự cố xảy ra đối với máy biến áp. Sự cố ở cuộn dây ở các pha bên trong máy biến áp và trên các đầu ra của máy biến áp. Các vòng ngắn mạch một pha, một pha với đất ở trong cuộn dây và các đường dẫn ra ngoài,dẫn đến làm tăng dòng điện trong cuộn dây gây nên ngắn mạch,xuất hiện dòng điện quá tải cuộn dây hoặc giảm mực dầu. b) Các hình thức bảo vệ máy biến áp. Để bảo vệ máy biến áp khi gặp sự cố và đánh tín hiệu về sự làm nhiễu chế độ hoạt động bình thường,thì người ta có thể sử dụng các loại bảo vệ sau đây: Bảo vệ so lệch.(BVSL) Bảo vệ dòng cực đại.(BVDCĐ) Bảo vệ cắt nhanh,(BVCN) Bảo vệ bằng rơ le khí Bảo vệ bằng cầu chì. Đối với bảo vệ trạm biến áp thì ta còn có bảo vệ cho thanh cái. Để nâng cao chất lượng bảo vệ đối với sự cố ở đường dây ra và bên trong máy biến áp khi công suất của máy biến áp từ 6300KVA và cao hơn,thì theo qui định, người ta dùng bảo vệ so lệch(BVSL). Ngoài ra BVSL còn được dùng ở các máy biến áp có công suất từ 1000KVA và cao hơn nếu bảo vệ cắt nhanh không đảm bảo độ nhạy cần thiết khi ngắn mạch ở đường dây ra của trạm hạ áp ( Knhạy <2) , còn bảo vệ dòng điện cực đại có thời gian duy trì lớn hơn 1s.Nếu không dự kiến sử dụng bảo vệ so lệch thì máy biến áp phải có BVCN đặt ở ,phía nguồn cung cấp. Sơ đồ BVCN có thể được sử dụng với tính chất của bảo vệ dự trữ ở máy biến áp công suất 6300KVA và cao hơn. 3 .4.3. Áp dụng Bảo vệ cho trạm biến áp bằng 2 phương pháp chính.Bảo vệ so lệch và bảo vệ cắt nhanh. Bảo vệ so lệch cho máy biến áp. Bảo vệ só lệch tác động khi xuất hiện sự so lệch giữa những giá trị của dòng điện từ 2 đầu của vùng được bảo vệ. Ở chế độ làm việc bình thường ,dòng điện ở 2 đầu của vùng được bảo vệ là bằng nhau,tức là: Ia1 =Ib1 Do đó Ia1 – Ib1 = 0. Nếu xuất hiện sự cố ở bên ngoài vùng bảo vệ , chẳng hạn như điểm k. Dòng điện ở 2 đầu vùng được bảo vệ sẽ vẫn bằng nhau,tức là: Ia2 = Ib2 Do đó Ia2 – Ib2 =0. Nếu xuất hiện sự cố trong vùng được bảo vệ ( tại điểm k’ ),các dòng điện Ia3 và Ib3 ở 2 đầu của vùng được bảo vệ không còn bằng nhau nữa,do vậy: Ia3 Ib3 Do đó Ia3 - Ib3 0 Rõ ràng, nguyên tắc so lệch cho phép ta phân biệt sự cố trong vùng được bảo vệ với sự cố xuất hiện bên ngoài vùng này. Do vậy bảo vệ so lệch được chọn lọc. Ở chế độ làm việc bình thường ,sự so lệch dòng điện ở 2 đầu của vùng được bảo vệ là bằng không,dòng khởi động của bảo vệ không thỏa mãn quan hệ Dựa vào các thông số trong bài, ta lần lượt tính toán các thông số. Dòng điện định mức ở 2 phía của máy biến áp: Phía cao áp. Iđm1 Phía trung áp Iđm2. Chọn máy biến dòng cho cuộn sơ cấp và thứ cấp. Cuộn sơ cấp TBM – 10 có dòng điện đặt là I1 = 100A Cuộn thứ cấp TBM – 10 có dòng điện đặt là I2 =200A Máy biến dòng từ. Tỷ số biến dòng tương ứng ở 2 phía sẽ là: n1=. Chọn sơ đồ nối dây biến dòng: ta thấy sơ đồ nối dây của máy biến áp là ,nên ta chọn sơ đồ nối các máy biến dòng phía sơ cấp nối theo hình còn phía thứ cấp nối ,như vậy hệ số sơ đồ phía sơ cấp sẽ là Ksd1 = và phía thứ cấp sẽ là Ksd2 =1. Vậy giá trị dòng điện thứ cấp ở 2 phía của máy biến áp ở chế độ định mức là: I Sai số do sự chênh lệch dòng phía thứ cấp: S2 =. Xác định dòng điện không cân bằng. Ta có công thức: Ikcbmax =(Ka.kcl.si + s + s2) .IkMaxng Trong đó: + ka hệ số tính đến ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ của thành phần ngắn mạch có giá trị bằng 1 đối với máy biến dòng có bão hòa từ và bằng 2 đối với các loại máy biến dòng khác; + kcl hệ số tính đến đặc tính cùng loại của các máy biến dòng,bằng 0,5 đối với các máy biến dòng hoàn toàn giống nhau và bằng 1 đối với các máy biến dòng khác nhau; + si – sai số của các máy biến dòng,thường có giá trị 0,1 ( sai số 10%) Ikcbmax =(1.1.0,1+0,1+0,0928).0,92 = 0,269(kA) = 269(A) Dòng điện khởi động của bảo vệ: IkđB =ktc.Ikcbmax =1,25.269=336,72(A) Với ktc là hệ số tin cậy. Dòng điện khởi động của rơ le. IkđR = =29,16(A) Chọn loại rơ le EOCRSS 30 với dòng đặt là: IđR = 30A. Dòng khởi động thực tế của bảo vệ so lệch: Ibvsl = Dòng ngắn mạch nhỏ nhất trong vùng bảo vệ là dòng ngắn mạch 2 pha trước thanh cái phía thứ cấp,trên thực tế,giá trị này cũng bằng giá trị dòng ngắn mạch 2 pha ngoài vùng bảo vệ : Do vậy độ nhạy của bảo vệ sẽ là: Vậy bảo vệ đảm bảo độ nhạy cần thiết. Với số vòng dây của cuộn cân bằng là Chọn vòng dây san bằng dòng điện thứ cấp: (vòng) Như vậy,để nâng cao độ nhạy của bảo vệ, cần mắc thêm 2 vòng dây cho cuộn dây san bằng dòng điện thứ cấp. Sơ đồ bảo vệ rơ le cho trạm biến áp b) Tính toán bảo vệ cắt nhanh. Bảo vệ cắt nhanh là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn dòng khởi động lớn hơn dòng ngắn mạch lớn nhất qua chỗ đặt bảo vệ khi hỏng ở ngoài phần tử được bảo vệ. Bảo vệ cắt nhanh thường làm việc không thời gian hoặc có thời gian rất ngắn để nâng cao độ nhạy và mở rộng vùng bảo vệ. Ta có dòng điện ngắn mạch tại điểm N2 I = 0,92(KA) Dòng điện định mức phía sơ cấp máy biến áp Iđm1 =33,066(A) Chọn máy biến dòng có IBI = 100A. Hệ số nBi = = 20 Dòng điện ngắn mạch qui về điện áp 110(V) I Dòng đột biến từ hóa máy biến áp Iđb = Kđb.IBA = 4.33,066=132,264(A) Với kđb là hệ số đột biến từ hóa có giá trị trong khoảng 3 – 5 ,tùy thuộc vào loại máy biến áp. Ở đây ta chọn = 4 Ta thấy Iđb < .Vậy dòng khởi động bảo vệ cắt nhanh được tính theo công thức Icn = ktc. = 1,25.292,72=365,9(A) Với ktc hệ số tin cậy,thường chọn bằng 1,25. Mặt khác, ta có ksd1 = Dòng khởi động rơ le: I chọn loại rơ le với dòng đặt IđR =32 A Dòng khởi động thực tế của bảo vệ cắt nhanh là: Ikđcn = Độ nhạy của bảo vệ Knh =>2 Đảm bảo độ nhạy cần thiết. Dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất mà bảo vệ cắt tác động tin cậy với độ nhạy k’nh = 2 là: Ik = 2.346,4 = 692,8 (A). CHƯƠNG IV: TÍNH TOÁN BẢO VỆ QUÁ ÁP CHO TRẠM BIẾN ÁP VÀ CÁC BIỆN PHÁP AN TOÀN 4.1 Bảo vệ quá áp cho trạm biến áp Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện . Đối với trạm biến áp 110/35 kV thì các thiết bị điện của trạm được đặt ngoài trời nên khi có sét đánh trực tiếp vào trạm sẽ xảy ra những hậu quả nặng nề không chỉ làm hỏng các thiết bị trong trạm mà còn gây nên hậu quả cho nhiều nghành khác do bị ngừng cung cấp điện . Do vậy trạm biến áp thường có yêu cầu bảo vệ khá cao Hiện nay để bảo vệ chông sét đánh trực tiết cho trạm biến áp người ta dùng hệ thống cột thu lôi , dây thu lôi . Tác dụng của hệ thông này là tập trung điện tích để định hướng cho các phống điện sét tập trung vào đó , tạo ra khu vực an toàn bên dưới hệ thống này . Đối với trạm 110/35 kV để bảo vệ chông sét sóng quá điện áp truyền từ đường dây vào trạm biến áp cần bảo vệ 1 Km phía thứ cấp và 2 Km phía sơ cấp bằng chống sét van và các biện pháp bảo vệ đoạn dây gần trạm . Ngày nay đối với dây truyền tải điện năng 110kV và 35kV thường lắp đặt dây chống sét trên toàn tuyến dây do đó ta chỉ cần tính bảo vệ sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp. 4.1 Bảo vệ sét đánh trực tiếp vào trạm Đối với trạm 110/35 kV ta tính toán bảo vệ với phần diện tích của trạm là 50 x 80 m , chiều cao cần bảo vệ là hx = 11m ,( th«ng sè cho tr­íc), để bảo vệ tốt nhất cho trạm biến áp ta đặt 6 cột thu lôi tại 6 điểm như trên hình vẽ : Đường kính đường tròn đi qua chân các cột thu lôi đựoc xác định ( m ) Đối với trường hợp có từ 3 cột trở nên chiều cao hiệu dụng của cột thu lôi được xác định : D ≤ 8 . ( h – hx ) với h là chiều cao của cột thu lôi ha là chiều cao hiệu dụng của cột thu lôi hx là chiều cao của trạm biến áp Việc xác định chiều cao h được thể hiện như hình vẽ dưới : Từ trên ta xác định được D ≤ 8 . ha ha ≥ 8 ( m ) Chọn ha = 8 m Chiều cao thực tế của cột thu lôi là : h = hx + ha = 11 + 8 = 19 (m) Bán kính bảo vệ của cột ( m ) Chiều cao ho ( với ho là chiều cao thấp nhất giữa hai cột thu lôi ) : ( m ) (m) Xác định giá trị b ( với bx là khoảng hẹp nhất giữa hai cột thu lôi ) : ( m ) ( m ) Các kết quả tính toán được thể hiện trong bảng sau : Chiều cao được tính Bề rộng biên Số cột ho1 ho2 bo1 bo1 8 8,11 13,29 11,85 3,6 1,57 6 Ta có sơ đồ bảo vệ quá áp của các cột thu lôi đối với trạm biến áp : 4.2. Tính toán nối đất . 4.2.1.Nối đất. Hệ thống cung cấp điện làm nhiệm vụ truyền tải và phân phối điện năng đến các hộ dùng điện.Do vậy nên đặc điểm quan trọng của nó phân bố trên diện tích rộng và thường xuyên có người làm việc với các thiết bị điện. Cách điện của các thiết bị điện bị chọc thủng,người vận hành không tuân theo quy tắc an toàn…là những nguyên nhân chính dẫn đến tai nạn điện giật. Sét đánh trực tiếp hoặc gián tiếp vào các thiết bị điện không những làm hư hỏng các thiết bị điện mà còn gây nguy hiểm cho người vận hành .Do vậy nên trong hệ thống cung cấp điện nhất thiết phải có biện pháp an toàn chống điện giật và chống sét .Một trong những biện pháp an toàn , có hiệu quả và tương đối đơn giản là nối đất cho các thiết bị điện và đặt thiết bị chống sét. Trang bị nối đất bao gồm các điện cực nối đất và dây dẫn nối đất,các điện cực nối đất bao gồm các điện cực thẳng đứng đóng sâu vào đất và các điện cực nằm ngang chôn ở độ sâu nhất định.Các dây dẫn dùng để nối liền các bộ phận nối đất với các điện cực nối đất. Đối với các thiết bị có điện áp dưới 1000V ,việc dùng hệ thống nối đất được xác định bởi chế độ làm việc trung tính. Đối với trung tính cách điện nối đất thì bảo vệ nối đất là bảo vệ chính. Đối với lưới trung tính nối đất thì người ta hay sử dụng bảo vệ tiếp trung tính là bảo vệ tiếp trung tính là bảo vệ chính. Đối với các thiết bị có điện áp trên 1000V ,bảo vệ nối đất phải dùng trong mọi trường hợp không phụ thuộc vào chế độ làm việc của trung tính. Hệ thống nối đất cho chống sét và hệ thống nối đất cho các thiết bị nhằm đảm bảo an toàn cho người vận hành hoàn toàn riêng rẽ nhau.Hai hệ thống này có điểm ngoài cùng cách nhau ít nhất từ 6m trở lên. 4.2.2. Tính toán nối đất Có hai cách thực hiện nối đất: nối đất tự nhiên và nối đất nhân tạo. - Nối đất tự nhiên : là sử dụng các đường ống nước hay các ống kim loại khác đặt trong đất ( trừ các ống dẫn nhiên liệu hoặc khí dễ cháy nổ), các kết cấu của các công trình nhà cửa có nối đất ,các vỏ bọc kim loại của cấp đặt trong lòng đất. Khi xây d