ĐỒ ÁN MÔN HỌC RƠ LE HOAN THANH

Đồ án môn học Rơle GVHD: Ths.Tạ Tuấn Hữu

LỜI NÓI ĐẦU

Điện năng là một dạng năng lượng phổ biến nhất hiện nay. Trong bất kì lĩnh vực nào

như sản xuất, sinh hoạt,an ninh... đều cần sử dụng điện năng. Việc đảm bảo sản xuất điện

năng để phục vụ cho nhu cầu sử dụng năng lượng là một vấn đề quan trọng hiện nay. Bên

cạnh việc sản xuất là việc truyền tải và vận hành hệ thống điện cũng đóng vai trò rất quan

trọng trong hệ thống điện. Do nhu cầu về điện năng ngày càng tăng, hệ thống điện ngày

càng được mở rộng, phụ tải tiêu thụ tăng thêm cũng đồng nghĩa với việc khả năng xảy ra

sự cố như chạm chập, ngắn mạch cũng tăng theo. Chính vì vậy cần phải tăng cường các

thiết bị bảo vệ cho hệ thống điện để có thể giảm thiểu, ngăn chặn các hậu quả của sự cố

có thể gây ra.

Đồ án môn học Bảo vệ rơle giúp cho sinh viên củng cố được các kiến thức cơ bản về

bảo vệ rơle. Từ đó sinh viên sẽ có đánh giá đúng đắn đối với từng loại bảo vệ.

Trong quá trình làm đồ án này, em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy

cô bộ môn, đặc biệt là của thầy giáo Th.s Tạ Tuấn Hữu. Dù đã rất cố gắng nhưng do kiến

thức của em còn hạn chế, kinh nghiệm tích lũy còn ít nên bản đồ án khó tránh khỏi những

sai sót. Em rất mong nhận được sự đánh giá, nhận xét, góp ý của các thầy cô để bản đồ án

cũng như kiến thức của bản thân em được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, đặc biệt là thầy giáo Th.s Tạ Tuấn Hữu đã

giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này.

Hà Nội tháng 11 năm 2010

Sinh viên thực hiện

Chu Văn Tuấn

Sinh viên thực hiện: Chu Văn Tuấn Lớp Đ2H2 Trang 1


ĐỒ ÁN MÔN HỌC RƠ LE

Họ tên sinh viên: Chu Văn TuấnLớp: Đ2H2Khoa: Hệ thống Điện

*********************

I. PHẦN LÝ THUYẾT

I.1 Nhiệm vụ và các yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơ le:+ Nhiệm vụ của bảo vệ rơ le:

Khi thiết kế hoặc vận hành bất kì 1 hệ thống điện nào cũng phải kể đến các khả năng phát sinh các hư hỏng và tình trạng làm việc không bình thường trong hệ thống điện ấy.

Ngắn mạch là loại sự cố có thể xảy ra và nguy hiểm nhất trong hệ thống điện. Hậu quả của ngắn mạch là:

- Làm giảm thấp điện áp ở phần lớn của hệ thống điện- Phá hủy các phần tử sự cố bằng tia lửa điện.

- Phá hủy các phần tủ có dòng điện ngắn mạch chạy qua do tác dụng của nhiệt và cơ.- Phá vỡ sự ổn định của hệ thống.Ngoài các loại hư hỏng, trong hệ thống điện còn có các tình trạng làm việc không

bình thường như là quá tải. Khi quá tải, dòng điện tăng cao làm nhiệt độ của các phần dẫn điện vượt quá giới hạn cho phép, làm cho cách điện của chúng bị già cỗi và đôi khi bị phá hỏng.

Để đảm bảo sự làm việc liên tục của các phần tử không hư hỏng trong hệ thống điện cần có các thiết bị phát ghi nhận sự phát sinh của hư hỏng với thời gian bé nhất, phát hiện ra các phần tử bị hư hỏng và cắt nó ra khỏi hệ thống điện. Thiết bị này được thực hiện nhờ các khí cụ tự động gọi là rơ le. Thiết bị bảo vệ thực hiện nhờ những rơ le gọi là thiết bị bảo vệ rơ le.

Như vậy, nhiệm vụ chính của thiết bị bảo vệ rơ le là tự động cắt phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống điện. Ngoài ra, còn ghi nhận và phát hiện những tình trạng làm việc không bình thường của các phần tử trong hệ thống điện. Tùy mức độ mà bảo vệ rơ le có thể tác động đi báo tín hiệu hoặc cắt máy cắt.+ Những yêu cầu cơ bản đối với bảo vệ rơ le là:1/ Tin cậy:

Là tính năng đảm bảo cho các thiết bị làm việc đúng, chắc chắn. Phân biệt 2 loại độ tin cậy.

- Độ tin cậy tác động là khả năng bảo vệ làm việc đúng khi có sự cố xảy ra trong phạm vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ.



- Độ tin cậy không tác động là khả năng của bảo vệ tránh làm việc nhầm ở chế độ vận hành bình thường hoặc khi có sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đã được qui định.

Để nâng cao độ tin cậy người ta sử dụng rơ le và hệ thống rơ le có kết cấu đơn giản, chắc chắn, đã được thử thách qua thực tế sử dụng và cũng cần tăng cường mức độ dự phòng trong hệ thống.2/ Tính chọn lọc:

Khả năng của bảo vệ chỉ cắt phần tử hư hỏng ra khỏi hệ thống điện gọi là tác động chọn lọc.Theo nguyên lí làm việc, các bảo vệ được phân ra:

- Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối là những bảo vệ chỉ làm việc khi sự cố xảy ra trong một phạm vi hoàn toàn xác định, không làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ ở các phần tử lân cận.

- Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối ngoài làm nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng được bảo vệ còn có thể thực hiện chức năng bảo vệ dự phòng cho các bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận.3/ Tác động nhanh:

Phần tử bị ngắn mạch càng được cắt nhanh, càng hạn chế được mức độ phá hoại các thiết bị, càng giảm được thời gian sụt áp ở các hộ dùng điện và càng có khả năng duy trì được ổn định sự làm việc của các máy phát điện và toàn bộ hệ thống điện.

Để giảm thời gian cắt ngắn mạch cần phải giảm thời gian tác động của thiết bị bảo vệ rơ le. Tuy nhiên trong một số trường hợp để thực hiện yêu cầu tác động nhanh thì không thể thỏa mãn yêu cầu chọn lọc. Hai yêu cầu này đôi khi mâu thuẫn nhau, vì vậy tùy điều kiện cụ thể cần xem xét kỹ càng hơn về 2 yêu cầu này. 4/ Độ nhạy:

Độ nhạy đặc trưng cho khả năng cảm nhận sự cố của rơ le hoặc hệ thống bảo vệ. Độ nhạy được đặc trưng bằng hằng số độ nhạy Kn là tỉ số của đại lượng vật lý đặt vào rơ le khi có sự cố và ngưỡng tác động của nó. Hệ số nhạy:

Yêu cầu: : đối với bảo vệ chính.

: đối với bảo vệ dự phòng.

Độ nhạy thực tế phụ thuộc vào nhiều yếu tố.

5/ Tính kinh tế:Đối với các trang thiết bị điện cao áp và siêu cao áp, chi phí để mua sắm, lắp đặt thiết

bị bảo vệ thường chỉ chiếm một vài phần trăm giá trị công trình. Vì vậy yêu cầu về kinh tế



không đề ra, mà bốn yêu cầu kĩ thuật trên đóng vài trò quyết định, vì nếu không thỏa mãn các yêu cầu này sẽ dẫn đến hậu quả tai hại cho hệ thống điện.

Đối với lưới điện trung áp và hạ áp, số lượng các phần tử cần được bảo vệ rất lớn, và yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ không cao bằng thiết bị bảo vệ ở các nhà máy điện hoặc lưới truyền tải cao áp. Vì vậy cần phải tính toán kinh tế kĩ thuật trong việc lựa chọn các thiết bị bảo vệ.

I.2 Các nguyên tắc bảo vệ đã học

a) Bảo vệ quá dòng điện: là loại bảo vệ tác động khi dòng điện đi qua phần tử được bảo vệ vượt quá một giá trị định trước. Theo nguyên tắc đảm bảo tính chọn lọc chia thành 2 loại:

- Bảo vệ dòng điện cực đại.- Bảo vệ dòng điện cắt nhanh.

- Bảo vệ dòng điện cực đại: Bảo vệ dòng điện cực đại là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc từng cấp, bảo vệ càng gần nguồn cung cấp thì thời gian tác động càng lớn.- Bảo vệ dòng điện cắt nhanh: là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn giá trị dòng điện khởi động của bảo vệ lớn hơn giá trị dòng điện ngắn mạch lớn nhất đi qua chỗ đặt bảo vệ khi có hư hỏng ỏ đầu phần tử tiếp theo.

b) Bảo vệ so lệch dòng điện:Bảo vệ so lệch dòng điện: là loại bảo vệ làm việc theo nguyên tắc so sánh trực tiếp

biên độ dòng điện ở hai đầu phần tử được bảo vệ. Nếu sự sai lệch vượt quá trị số cho trước thì bảo vệ sẽ tác động.

c) Bảo vệ khoảng cách:Bảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ dùng rơ le tổng trở có thời gian làm việc phụ thuộc

vào quan hệ giữa điện áp UR và dòng điện IR đưa vào rơ le và góc pha giữa chúng.

t = f

Thời gian này tự động tăng lên khi khoảng cách từ chỗ đặt bảo vệ đến chỗ xảy ra sự cố tăng lên. Bảo vệ đặt gần chỗ hư hỏng nhất có thời gian làm việc bé nhất. Vì vậy bảo vệ khoảng cách đảm bảo cắt chọn lọc trong mạng có cấu hình bất kì ( số nguồn cung cấp tùy ý, thời gian làm việc tương đối bé).d) Bảo vệ dòng điện có hướng:

- Là loại bảo vệ làm việc theo giá trị dòng điện tại chỗ nối rơ le và góc pha giữa dòng điện ấy với điện áp trên thanh góp có đặt BU cung cấp cho bảo vệ. Bảo vệ sẽ tác động khi dòng điện vào rơ le vượt quá giá trị chỉnh định trước và góc pha phù hợp với trường hợp ngắn mạch trên đường dây được bảo vệ.



Từ đó, thấy rằng bảo vệ dòng điện có hướng chính là bảo vệ dòng điện cực đại cộng thêm bộ phận làm việc theo góc lệch pha giữa dòng điện và áp vào rơ le.

e) Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất bé:- Thực chất là bảo vệ quá dòng sử dụng bộ lọc thứ tự không để lấy thành phần thứ tự

không của dòng 3 pha. Khi có ngắn mạch 1 pha chạm đất sẽ xuất hiện dòng thứ tự không (3I0) chạy vào rơ le. Nếu dòng này lớn hơn giá trị đặt của rơ le thì sẽ tác động cắt máy cắt.

- Cuộn sơ cấp của bảo vệ chính là các thanh dẫn của mạch điện cần bảo vệ, thứ cấp quấn trên mạch từ bọc lấy 3 pha.

f) Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất lớn:- Bảo vệ này lấy dòng điện làm việc vào rơ le là dòng tổng của 3 BI đặt ở 3 pha. Khi

có ngắn mạch 1 pha dòng vào rơ le bao gồm 3 lần thành phần dòng thứ tự không và thành phần dòng không cân bằng. Người ta chọn dòng khởi động của rơ le lớn hơn dòng không cân bằng tính toán nhân với 1 hệ số kat. Nên khi có ngắn mạch 1 pha chạm đất thì dòng vào rơ le lớn hơn dòng khởi động và bảo vệ tác động cắt máy cắt. Khi xảy ra các loại ngắn mạch khác thì thành phần 3 I0 không tồn tại và rơ le không tác động.

I.3 Nhiệm vụ, sơ đồ nguyên lý làm việc, thông số khởi động và vùng tác động của từng bảo vệ đặt cho đường dây:

a) Bảo vệ quá dòng có thời gian:- Nhiêm vụ: Dùng để bảo vệ cho các lưới hở có 1 nguồn cung cấp, chống ngắn mạch giữa các pha.- Sơ đồ nguyên lý làm việc: Chia làm 2 loại. Sơ đồ nguyên lý như sau:

Hình 1 Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ dòng cực đại


CC1MC

2BI

3 4 5RI RT TH

TÝn hiÖu1MC1

6RI


+ Bảo vệ quá dòng có đặc tính thời gian độc lập: thời gian làm việc của rơ le không phụ thuộc vào giá trị dòng ngắn mạch.- Đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc từng cấp. Bảo vệ gần nguồn có thời gian làm việc chậm nhất

Giá trị dòng điện khởi động của bảo vệ IKĐ trong trường hợp này được xác định bởi:

Trong đó:

Ilvmax: dòng điện làm việc lớn nhất.

kat: hệ số an toàn để đảm bảo cho bảo vệ không cắt nhầm khi có ngắn mạch ngoài do sai số khi tính dòng ngắn mạch.

kmm: hệ số mở máy, có thể lấy Kmm = (1.5 ÷ 2,5).

ktv: hệ số trở về của chức năng bảo vệ quá dòng, có thể lấy trong khoảng (0,85 ÷ 0,95).

Phối hợp các bảo vệ theo thời gian:

Nguyên tắc phối hợp này là nguyên tắc bậc thang, nghĩa là chọn thời gian làm việc của bảo vệ sao cho lớn hơn một khoảng thời gian an toàn Δt so với thời gian tác động lớn nhất của cấp bảo vệ liền kề trước nó (tính từ phía phụ tải về nguồn).

Trong đó:

tn : thời gian đặt của cấp bảo vệ thứ n đang xét.

t(n-1)max: thời gian tác động cực đại của các bảo vệ của cấp bảo vệ đứng trước nó.

Δt : bậc chọn lọc về thời gian.

+ Bảo vệ quá dòng với đặc tính thời gian phụ thuộc: thời gian tác động của bảo vệ phụ thuộc vào dòng điện qua bảo vệ khi bội số của dòng đó so với dòng Ikđ tương đối nhỏ và ít phụ thuộc hoặc không phụ thuộc khi bội số này lớn.

Bảo vệ quá dòng có đặc tuyến thời gian độc lập trong nhiều trường hợp khó thực hiện được khả năng phối hợp với các bảo vệ liền kề mà vẫn đảm bảo được tính tác động nhanh của bảo vệ. Một trong những phương pháp khắc phục là người ta sử dụng bảo vệ quá dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc. Hiện nay các phương thức tính toán chỉnh định rơle quá dòng số với đặc tính thời gian phụ thuộc do đa dạng về chủng loại và tiêu chuẩn



nên trên thực tế vẫn chưa được thống nhất về mặt lý thuyết điều này gây khó khăn cho việc thẩm kế và kiểm định các giá trị đặt.

Hình 2: Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng tronglưới điện hình tia cho trường hợp đặc tuyến phụ thuộc và đặc tính độc lập

Rơle quá dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc được sử dụng cho các đường dây có dòng sự cố biến thiên mạnh khi thay đổi vị trí ngắn mạch. Hiện nay người ta có xu hướng áp dụng chức năng bảo vệ quá dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc như một bảo vệ thông thường thay thế cho các rơle có đặc tuyến độc lập.

Từ hình vẽ ta thấy thời gian tác động khi xảy ra sự cố trên cùng 1 đoạn được bảo vệ thì sự cố xảy ra càng gần nguồn thì bảo vệ tác động càng nhanh. Đó chính là ưu điểm của bảo vệ quá dòng có đặc tính thời gian phụ thuộc so với đặc tính thời gian độc lập.+ Vùng tác động:

vùng tác động của rơ le bảo vệ quá dòng có thời gian là toàn bộ phần đường dây tính từ vị trí đặt bảo vệ về phía tải. Bảo vệ đặt gần nguồn có khả năng làm dự phòng cho bảo vệ đặt phía sau với thời gian cắt sự cố chậm hơn 1 cấp thời gian là Δt.


tt

t

3t

4t

2t

1t

6t


b) Bảo vệ quá dòng cắt nhanh:

Đối với bảo vệ quá dòng thông thường càng gần nguồn thời gian cắt ngắn mạch càng lớn, thực tế cho thấy ngắn mạch gần nguồn thường thì mức độ nguy hiểm cao hơn và cần loại trừ càng nhanh càng tốt. Để bảo vệ các đường dây trong trường hợp này người ta dùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50), bảo vệ cắt nhanh có khả năng làm việc chọn lọc trong lưới có cấu hình bất kì với một nguồn hay nhiều nguồn cung cấp. Ưu điểm của nó là có thể cách ly nhanh sự cố với công suất ngắn mạch lớn ở gần nguồn. Tuy nhiên vùng bảo vệ không bao trùm được hoàn toàn đường dây cần bảo vệ, đây chính là nhược điểm lớn nhất của loại bảo vệ này.

Để đảm bảo tính chọn lọc, giá trị đặt của bảo vệ quá dòng cắt nhanh phải được chọn sao cho lớn hơn dòng ngắn mạch cực đại (ở đây là dòng ngắn mạch 3 pha trực tiếp) đi qua chỗ đặt rơle khi có ngắn mạch ở ngoài vùng bảo vệ. Sau đây chúng ta sẽ đi tính toán giá trị đặt của bảo vệ cho mạng điện trong đồ án.

Đối với mạng điện hình tia một nguồn cung cấp giá trị dòng điện khởi động của bảo vệ đặt tại thanh góp A được xác định theo công thức:

Ikđ = kat.INngmax

Trong đó:

kat: hệ số an toàn, tính đến ảnh hưởng của các sai số do tính toán ngắn mạch, do cấu tạo của rơle, thành phần không chu kì trong dòng ngắn mạch và của các biến dòng. Với rơle điện cơ Kat = (1,2 ÷ 1,3), còn với rơle số kat = 1,15.

INng max: dòng ngắn mạch 3 pha trực tiếp lớn nhất qua bảo vệ khi ngắn ngoài vùng bảo vệ. Ở đây là dòng ngắn mạch 3 pha trực tiếp tại thanh góp B.

Ưu điểm:- Làm việc 0 giây đối với ngắn mạch gần thanh góp.

Nhược điểm:

- Chỉ bảo vệ được 1 phần đường dây 70 – 80%

Phạm vi bảo vệ không cố định phụ thuộc vào chế độ ngắn mạch và chế độ làm việc hệ thống. Chính vì vậy bảo vệ quá dòng cắt nhanh không thể là bảo vệ chính của 1 phần tử nào đó mà chỉ có thể kết hợp với bảo vệ khác.



Hình 3: Bảo vệ dòng điện cắt nhanh đường dây một nguồn cung cấp


INmax

INmin

Ikd

LCNmax

LCNmin INngoaimax


PHẦN II TÍNH TOÁN CỤ THỂ

Đề bàiA. SỐ LIỆU BAN ĐẦU

B1

HT

115 kV 24 kV

BI1

MC1 D1

BI2

MC2 D2

P1

P2tpt1

tpt2

B2

1. Hệ thống:

SNmax = 1500 MVA; SNmin = 0,7.SNmax = 1050MVA; X0HT = 0,8.X1HT

2. Máy biến áp B1 và B2:Sdd = 2*30 MVA ; U1/U2 = 115/24kV ; Uk% = 12,5%

3. Đường dây.D1: L1 = 15km; AC-100;

Z1 = 0,27 + j0,39 Ω/km; Z0 = 0,48 + j0,98 Ω/km

D2: L2 = 10km; AC-75;Z1 = 0,36 + j0,41 Ω/km; Z0 = 0,56 + j1,02 Ω/km

4. Phụ tải :P1 = 4 MW; cosφ1 = 0,9; tpt1 = 1sP2 = 3 MW; cosφ2 = 0,8; tpt2 = 0,75s

5. Đặc tính thời gian của rơle:



CHƯƠNG I

CHỌN BI VÀ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE

I. TÍNH TOÁN CHỌN CÁC BI PHỤC VỤ CHO BV1 VÀ BV2: Để chọn các BI cho các D1 và D2, ta chỉ chọn tỉ số biến đổi nBI của BI.

Dòng điện sơ cấp danh định của BI chọn theo quy chuẩn lấy theo giá trị lớn.

Dòng thứ cấp lấy bằng 1A.

Tỉ số biến đổi của BI được tính như sau:

Trong đó:

IT – dòng điện thứ cấp qua BI, IT = 5A.

IS – dòng điện sơ cấp qua BI.

IS được chọn theo điều kiện:

Với dòng điện làm việc lớn nhất qua BI.

Các BV1 và BV2 làm việc ở điện áp trung bình .

I.1 Chọn tỉ số biến đổi cho BI2:Dòng làm việc lớn nhất của BI2:

Dòng điện sơ cấp danh định của BI chọn theo dãy: 10-12.5-15-20-25-30-40-50-60(A) và các bội số 10-100-1000 của nó.

Nên ta chọn IS2 =150A.

Như vậy tỉ số biến đổi của BI2 là:



I.2. Chọn tỉ số biến đổi cho BI1:Dòng làm việc lớn nhất của BI1:

Dòng điện sơ cấp danh định của BI chọn theo dãy: 10-12.5-15-20-25-30-40-50-60(A) và các bội số 10-100-1000 của nó.

Nên ta chọn IS1 =300A.

Như vậy tỉ số biến đổi của BI2 là:

II. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE:Giả thiết quá trình tính toán ngắn mạch ta bỏ qua:

+ Bão hoà từ.

+ Dung dẫn ký sinh trên đường dây, điện trở của MBA và cả đường dây.

+ Ảnh hưởng của phụ tải…

II.1 Tính toán chính xác trong hệ đơn vị tương đối với:

Scb= SdđB= 30MVA; UcbI= Utb = 24kV khi đó ta có:

Dòng điện cơ bản trên các đoạn:

Xác định thông số của các phần tử trên sơ đồ:

Hệ thống:

EHT=Utb/UcbII=115/115=1

X0HT =0,8 . X1HT

Chế độ cực đại:



SNmax =1500MVA

X0HT =0,8 . 0,02=0,016

Chế độ cực tiểu:

SNmin =0,7. SNmax =0,7.1500=1050MVA

X0HT =0,8 . 0,029=0,023

Trạm biến áp:

Máy biến áp là phần tử đứng yên nên: X1B=X2B=XB;

X0B phụ thuộc vào sơ đồ đấu dây.

X1B=X2B=XB=0,125

Đường dây:

Đường dây là đường dây đơn nên ta có:

Với đường dây D1: L1 = 15 km, AC – 100

Với đường dây D2: L2 = 10 km, AC – 75



Phụ tải:

Trong tính toán ngắn mạch ta bỏ qua ảnh hưởng của phụ tải.

II.2 Tính toán ngắn mạch:

II.2.1. Sơ đồ thay thế:Chia mỗi đường dây thành 4 đoạn bằng nhau, ta có 9 điểm cần tính ngắn mạch.

+ Ngắn mạch tại các điểm trên đoạn đường dây D1 (từ N1 đến N5)

- Ngắn mạch tại N1 :

- Ngắn mạch từ N2 đến N5

Tổng quát:

Với ;


2 3 4 5 6 7 8 9XHT

XB

XB

1 41dX

E1 41dX

41dX

41dX

42dX

42dX

42dX

42dX


+ Ngắn mạch tại các điểm trên đoạn đường dây D2 (từ N6 đến N9)

- Ngắn mạch tại N6 :

- Ngắn mạch từ N7 đến N9

Với ;

- Sơ đồ thứ tự thuận:

- Sơ đồ thứ tự nghịch:


U1N

U2N

X2HT

XB

XB

Xdi

I2∑

U2N

i

E1X2Σ

i

XB

X1HT

XB

XdiE1

I1∑

U1N

i

E1X1Σ

i


- Sơ đồ thứ tự không:

II.2.2 Tính dòng ngắn mạch ở chế độ max:

Ở chế độ làm việc max ta có:

X1HT = 0,02; X0HT=0,016

Hai MBA làm việc song song: XB/2 = 0,0625

Các dạng ngắn mạch cần xét: N(3); N(1,1); N(1)

Để khảo sát sự cố ngắn mạch trên đường dây ta chia mỗi đoạn đường dây làm 4 đoạn bằng nhau, tức là ta sẽ có 9 điểm tính ngắn mạch được ký hiệu trong hình từ N1 ÷ N9 ta có:

;

;

Ta tiến hành tính toán các dạng ngắn mạch lần lượt cho 9 điểm N1 ÷ N9 .

Dòng điện ngắn mạch thứ tự thuận của mọi dạng ngắn mạch đều được tính theo công

thức:

với XΔ(n) là điện kháng phụ của loại ngắn mạch n.

Trị số dòng điện ngắn mạch tổng tại các pha được tính theo công thức IN(n) = m.I1N

(n)

Ta có bảng tóm tắt sau:

Dạng ngắn n XΔ(n) m(n)


XB

X0HT

XB

Xdi

I0∑

U0N

i

E1X0Σ

U0N

i


mạch

N(1) 1 X2∑ + X0∑ 3

N(2) 2 X2∑

N(1,1) 1,1 X2∑ // X0∑

N(3) 3 0 1

a. Xét điểm ngắn mạch N1:

Điện kháng thứ tự thuận là:

X1∑N1=X1HT+X1B/2=0,02+0,125/2=0,0825

Điện kháng thứ tự nghịch là:

X2∑N1=X1∑N1=0,0825

Điện kháng thứ tự không là:

X0∑N1=X0HT+ X0B/2=0,016+0,125/2=0,0785

Tính điện kháng phụ cho các dạng ngắn mạch:

Điện kháng phụ ngắn mạch một pha là:

XΔN1(1)=X0∑N1+X2∑N1=0,0825+0,0785=0,161

Điện kháng phụ ngắn mạch 2 pha chạm đất là:

Tính các dạng ngắn mạch:

Dòng điện ngắn mạch 3 pha là:

Dòng điện ngắn mạch 3 pha trong hệ đơn vị có tên:

Dòng điện thứ tự thuận khi ngắn mạch một pha là:

Dòng điện thứ tự không khi ngắn mạch một pha là:



Dòng điện thứ tự không khi ngắn mạch một pha trong hệ đơn vị có tên:

Dòng điện ngắn mạch một pha tổng hợp là:

Dòng điện ngắn mạch một pha trong hệ đơn vị có tên:

Dòng điện thứ tự thuận khi ngắn mạch 2 pha chạm đất là:

Dòng điện thứ tự không khi ngắn mạch 2 pha chạm đất là:

Dòng điện thứ tự không khi ngắn mạch 2 pha chạm đất trong hệ đơn vị có tên:

Dòng điện ngắn mạch 2 pha chạm đất tổng hợp là:

Dòng điện ngắn mạch 2 pha trong hệ đơn vị có tên:

Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch N2, N3, N4, N5, N6, N7, N8, N9 ta lập được bảng như sau:

Bảng 1: Tổng hợp tính toán các trị số dòng điện ngắn mạch trong chế độ max

tại các điểm ngắn mạch ứng với từng loại ngắn mạch.



Vị trí

Dòng NM1 2 3 4 5 6 7 8 9

8.752 4.555 3.079 2.325 1.868 1.639 1.460 1.316 1.198

8.895 3.687 2.325 1.698 1.337 1.164 1.031 0.925 0.838

2.965 1.229 0.775 0.566 0.446 0.388 0.344 0.308 0.279

8.826 4.238 2.825 2.122 1.700 1.489 1.326 1.194 1.087

3.015 1.032 0.623 0.446 0.347 0.301 0.265 0.238 0.215

8.895 4.555 3.079 2.325 1.868 1.639 1.460 1.316 1.198

3.015 1.229 0.775 0.566 0.446 0.388 0.344 0.308 0.279

9.045 3.687 2.325 1.698 1.338 1.164 1.032 0.924 0.837

II.2.3. Tính dòng ngắn mạch ở chế độ min:

Hoàn toàn tương tự ở chế độ max:

Ở chế độ làm việc min ta có:

* X1HT=0,029; X0HT=0,023

* Chỉ có một máy biến áp làm việc: XB=0,125

* Các dạng ngắn mạch cần xét: N(2), N(1,1) , N(1)

* Để khảo sát sự cố ngắn mạch trên đường dây ta chia mỗi đoạn đường dây làm 4 đoạn bằng nhau, tức là ta sẽ có 9 điểm tính ngắn mạch được ký hiệu trong hình từ N1÷N9

Ta tiến hành tính toán một cách tương tự như ở chế độ max. Kết quả thu được trong bảng dưới đây:

Bảng 2: Tổng hợp tính toán các trị số dòng điện ngắn mạch trong chế độ min

tại các điểm ngắn mạch ứng với từng loại ngắn mạch.



Vị trí

Dòng NMN1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9

5.094 3.146 2.276 1.783 1.465 1.301 1.169 1.062 0.973

4.720 2.968 2.191 1.741 1.445 1.290 1.165 1.062 0.976

1.604 0.793 0.527 0.395 0.315 0.277 0.246 0.222 0.202

4.750 2.708 1.893 1.456 1.182 1.045 0.936 0.848 0.775

1.583 0.903 0.631 0.485 0.394 0.348 0.312 0.283 0.258

4.720 2.708 1.893 1.456 1.182 1.045 0.936 0.848 0.775

1.583 0.793 0.527 0.395 0.315 0.277 0.246 0.222 0.202

3I0Nmin(kA) 4.749 2.379 1.581 1.185 0.945 0.831 0.738 0.666 0.606

II.3 Xây dựng quan hệ giữa dòng điện ngắn mạch với chiều dài đường dây:

Trong chế độ cực đại, ta có:

Bảng 3: Kết quả tính toán dòng ngắn mạch trong chế độ cực đại

Dòng ngắn mạch

N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9

8.895 4.555 3.079 2.325 1.868 1.639 1.460 1.316 1.198

3.015 1.229 0.775 0.566 0.446 0.388 0.344 0.308 0.279

9.045 3.687 2.325 1.698 1.338 1.164 1.032 0.924 0.837



Hình 1: Biến thiên dòng ngắn mạch theo độ dài đường dây

Trong chế độ cực tiểu:

Ta có bảng tổng hợp giá trị các dòng ngắn mạch sau

Bảng 4: Kết quả tính toán dòng ngắn mạch trong chế độ cực tiểu

Dòng ngắn mạch

N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9

4.720 2.708 1.893 1.456 1.182 1.045 0.936 0.848 0.775

1.583 0.793 0.527 0.395 0.315 0.277 0.246 0.222 0.202

4.749 2.379 1.581 1.185 0.945 0.831 0.738 0.666 0.606



Hình 2 Biến thiên dòng ngắn mạch trong chế độ cực tiểu theo độ dài đường dây



CHƯƠNG 3

TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CÀI ĐẶT

III.1 Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh:

+ Cắt nhanh theo dòng pha:

Trị số của dòng khởi động bảo vệ cắt nhanh được chọn theo công thức:

Ikđ = kat.INngmax

Trong đó:

- kat = 1,2: hệ số an toàn.

- INngmax: dòng ngắn mạch ngoài lớn nhất ứng với khi nguồn mang công suất cực đại, thường lấy bằng giá trị dòng ngắn mạch trên thanh cái cuối đường dây (dòng ngắn mạch 3 pha).

Ta chọn dòng khởi động cho bảo vệ cắt nhanh các đoạn đường dây L1 và L2.

+ Đoạn L1:

có INngoaimax = IN5 = 1,868 kA

Ikđ1 = 1,2.1,868 = 2,2416 kA

+ Đoạn L2:

có INngoaimax = IN9 = 1,198 kA

Ikđ2 = 1,2.1,198 = 1,4376 kA

+ Cắt nhanh thứ tự không:

Dòng làm việc của bảo vệ cắt nhanh thứ tự không cũng được chọn tương tự như trường hợp cắt nhanh theo dòng pha.

I0kđ = kat.3I0Nmax

Với bảo vệ trên đường dây D1, D2:I0kđ1 = kat.3I0N5max = 1,2.1,338 = 1,6056 kAI0kđ2 = kat.3I0N9max = 1,2.0,837 = 1,0044 kA

III.2) Bảo vệ quá dòng có thời gian:

Dòng khởi động của bảo vệ quá dòng có thời gian được chọn theo công thức sau:

(Lấy )



Trong đó:

- : Hệ số trở về.

- : Hệ số mở máy của các phụ tải động cơ có dòng điện chạy qua

chổđặt bảo vệ

- : Hệ số an toàn.

- : Dòng điện làm việc lớn nhất

Chọn dòng khởi động cho bảo vệ quá dòng có thời gian trên đoạn đường dây:

+ Đoạn L1:

Ilvmax1 = 276 A

Ikđ1 = 1,6.276 = 626,02 A=0,626kA

+ Đoạn L2:

Ilvmax2 = 126 A=0,126kA

Ikđ2 = 1,6.126= 201,6A=0,202kA

Chọn thời gian làm việc của bảo vệ:

Đặc tính thời gian của rơle: Với:

III.3.1 Chế độ cực đại:

Với đường dây D2: Ikđ = 0,202 kA

Xét điểm ngắn mạch N9: IN9 = 1,198 kA

= 0,75+0,3=1,05 s

Xét điểm ngắn mạch N8: I8 = 1,316 kA



Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch trên đường dây D2:

Giá trị thời gian khởi động của các rơ le cho từng điểm ngắn mạch

N5 N6 N7 N8 N9

1.868 1.639 1.460 1.316 1.198t2, s 0.425 0.554 0.701 0.867 1.05

Với đường dây L1:

Xét điểm ngắn mạch N5: IN5 = 1,868 kA; tpt1 = 1s; t2N5=0,425




N1 N2 N3 N4 N5

8.895 4.555 3.079 2.325 1.868

t1, s 0.051 0.197 0.442 0.800 1.3

Từ các số liệu tính toán ta vẽ được đặc tính thời gian của bảo vệ quá dòng có đặc tính thời gian phụ thuộc trong chế độ cực đại như sau:



Đặc tính thời gian trong chế độ cực đại

III.3.2 Chế độ cực tiểu:

Với đường dây D2: Ikđ = 0,202 kA

Dòng ngắn mạch

N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9

4.720 2.708 1.893 1.456 1.182 1.045 0.936 0.848 0.775

1.583 0.793 0.527 0.395 0.315 0.277 0.246 0.222 0.202


= 0,75+0,3=1,05 s



Xét điểm ngắn mạch N8: I8 = 0,848 kA



N5 N6 N7 N8 N9

1.182 1.045 0.936 0.848 0.775t2, s 0.433 0.559 0.703 0.866 1.050

Với đường dây L1:

Xét điểm ngắn mạch N5: IN5 = 1,182 kA; tpt1 = 1s; t2N5=0,433




N1 N2 N3 N4 N5

4.720 2.708 1.893 1.456 1.182

t1, s 0.060 0.190 0.413 0.762 1.300

Từ các số liệu tính toán ta vẽ được đặc tính thời gian của bảo vệ quá dòng có đặc tính thời gian phụ thuộc trong chế độ cực đại như sau



Đặc tính thời gian của bảo vệ rơ le trong chế độ cực tiểu

III.3.3 Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh:

Trị số dòng khởi động của bảo vệ cắt nhanh dòng thứ tự không được chọn theo biểu thức:

Ikđ = kat .I0ngmax

Trong đó:

- kat: hệ số an toàn, bằng 1,2.

I0ngmax – dòng điện ngắn mạch thứ tự không ngoài lớn nhất khi có sự cố chạm đất ngoài vùng bảo vệ.

Chọn dòng khởi động cho bảo vệ quá dòng thứ tự không trên đoạn đường dây L2 :

Dòng thứ tự không ngoài max là 3.I0N9max = 0.837kA

Ikđ(50N) = k0at.3I0N9max=1,2.0.837=1,0044 kA

Chọn dòng khởi động cho bảo vệ quá dòng thứ tự không trên đoạn đường dây L1:

Dòng thứ tự không ngoài max là 3I0N5max = 1,338 kA.



Vậy dòng khởi động là:

Ikđ(50N) = 1,2.1,338 = 1,6056 kA

III.3.4 Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian:

Dòng khởi động của bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian được tính theo công thức:

Ikđ(51N)=k0.IddBI

Trong đó:

Hệ số chỉnh định, bằng 0,3

IdđBI: Dòng điện danh định BI,

Với bảo vệ trên đoạn đường dây D1: I0kđ1 = 0,3.300 = 90 AVới bảo vệ trên đoạn đường dây D2: I0kđ2 = 0,3.150 = 45AIII.3.4.1 Đường đặc tính thời gian làm việc của bảo vệ thứ tự không:

Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian chọn theo đặc tính độc lập t02 = tpt2 + ∆t = 0,75 + 0,3 =1,05 s t01 = max(tpt1,t02) + ∆t = 1,05+ 0,3=1,35 s



CHƯƠNG IV

XÁC ĐỊNH VÙNG BẢO VỆ VÀ ĐỘ NHẠY CỦA BẢO VỆ

I.Phạm vi bảo vệ của bảo vệ quá dòng cắt nhanh

I.1 Phương pháp đồ thị - Chọn dòng điện khởi động cho bảo vệ quá dòng cắt nhanh trên đoạn đường dây D2 là: Ikđ2 = 1,4376 kA - Dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh trên đoạn đường dây D1 là: Ikđ1 =2,2416 kA



Nhìn vào biểu đồ trên ta thấy khoảng đường dây bảo vệ 1 có thể bào vệ được là nằm trong khoảng từ điểm ngắn mạch N1 đến sau điểm ngắn mạch N4 tức là khoảng 75% chiều dài đường dây D1. Chiều dài bảo vệ khoảng 7,5 km

Tương tự với bảo vệ 2 ta thấy bảo vệ được khoảng từ điểm ngắn mạch N5 đến sau điểm ngắn mạch N7 tức là khoảng 50% chiều dài đường dây D2 khoảng 5 km

I.2 Phương đại số Chế độ max

)Với bảo vệ 1:

Ikđ1(50)=IN(3)(lcn1

max)=

= =

Vùng bảo vệ của bảo vệ 1 là: lcn1max =11,796 km



IkđD1

IkđD2

IN(3)

IN(kA)


= =

Vùng bảo vệ của bảo vệ 1 là: lcn2max= 5,351 km

Xác định vùng bảo vệ cắt nhanh thứ tự không: Chế độ max


Ikđ1(50N)/3=IN(1)(l0cn1

max)=

=> =

Vùng bảo vệ của bảo vệ 1 là: l0cn1max =11,729km


Ikđ2(50N)/3=IN(1)(l0cn2

max)=

=

Vùng bảo vệ của bảo vệ 2 là: l0cn2max =6,096km

1. Độ nhạy bảo vệ quá dòng có thời gian

Độ nhạy được xác định theo công thức:



Điều kiện kN 1.5

a - Với đường dây 1Ta có

Nên bảo vệ 1 đạt yêu cầu.b - Với đường dây 2

Ta có

Nên bảo vệ 2 đạt yêu cầu.2. Độ nhạy bảo vệ quá dòng “thứ tự không” có thời gian

a - Với đường dây 1

Nên bảo vệ 1 đạt yêu cầu.

b - Với đường dây 2

Nên bảo vệ 2 đạt yêu cầu. Vậy các bảo vệ đều có độ nhạy thỏa mãn

Sơ đồ nguyên lý bảo vệ cho đường dây L1,L2



MỤC LỤC

I. PHẦN LÝ THUYẾT.....................................................................................................................1

I.1 Nhiệm vụ và các yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơ le..................................................................1

I.2 Các nguyên tắc bảo vệ đã học.................................................................................................3

a) Bảo vệ quá dòng điện...........................................................................................................3

b) Bảo vệ so lệch dòng điện.....................................................................................................3

c) Bảo vệ khoảng cách..............................................................................................................3

d) Bảo vệ dòng điện có hướng..................................................................................................4

e) Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất bé...............................................4

f) Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất lớn..............................................4

I.3 Nhiệm vụ, sơ đồ nguyên lý làm việc, thông số khởi động và vùng tác động của từng bảo vệ

đặt cho đường dây........................................................................................................................4

a) Bảo vệ quá dòng có thời gian...............................................................................................4

b) Bảo vệ quá dòng cắt nhanh..................................................................................................7

PHẦN II TÍNH TOÁN CỤ THỂ....................................................................................................10

CHƯƠNG I CHỌN BI VÀ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE..............11

I. TÍNH TOÁN CHỌN CÁC BI PHỤC VỤ CHO BV1 VÀ BV2..............................................11

I.1 Chọn tỉ số biến đổi cho BI2...............................................................................................11

I.2. Chọn tỉ số biến đổi cho BI1..............................................................................................12

II. TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH PHỤC VỤ BẢO VỆ RƠLE...................................................12

II.2 Tính toán ngắn mạch........................................................................................................14

II.2.1. Sơ đồ thay thế...........................................................................................................14

II.2.2 Tính dòng ngắn mạch ở chế độ max..........................................................................16

II.2.3. Tính dòng ngắn mạch ở chế độ min..........................................................................19

II.3 Xây dựng quan hệ giữa dòng điện ngắn mạch với chiều dài đường dây.........................20

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CÀI ĐẶT..............................................................23

III.1 Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh.........................................................................................23

III.2 Bảo vệ quá dòng có thời gian.............................................................................................23

III.3.1 Chế độ cực đại.............................................................................................................24

III.3.2 Chế độ cực tiểu............................................................................................................26

III.3.3 Bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh....................................................................28



III.3.4 Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian.................................................................29

CHƯƠNG IV XÁC ĐỊNH VÙNG BẢO VỆ VÀ ĐỘ NHẠY CỦA BẢO VỆ.............................31

I.Phạm vi bảo vệ của bảo vệ quá dòng cắt nhanh.................................................................................31

I.1 Phương pháp đồ thị...........................................................................................................31

I.2 Phương đại số....................................................................................................................32


ĐỒ ÁN MÔN HỌC RƠ LE HOAN THANH

Documents

Transcript of ĐỒ ÁN MÔN HỌC RƠ LE HOAN THANH