Giáo án Chuyên đề Thiết bị điện (Bản đẹp)

p.
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
NếuY = 1 x tác động.
 Y = 1 giảm X sao cho Y 
K nhả cao phụ tải
2. Đo 2 đại lượng vào
Ví dụ: đo công suất cần U, I
	Đo 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
+ Rơle dòng điện cực đại ( I > Iđ tác động lập tức, kiểu phần động chữ Z khác với rơle dòng điện cực tiểu kiểu mạch từ hút chập)
+ Rơle kiểu điện từ
+ Rơle nhiệt kiểu lưỡng kim có trễ theo quan hệ 
+ Rơle cảm ứng có trễ
+ Rơle điện tử: bảo vệ quá dòng trễ hoặc tức thời biến tín hiệu dòng thành tín hiệu điện áp rồi so sánh với Uchuẩn 
2. Bảo vệ so lệch dòng điện
Nguyên lý , đủ lớn.
Nếu sự cố bên ngoài thì so lệch không làm việc
Nếu sự cố bên trong ( ví dụ ngắn mạch vòng dây trong máy biến áp) so lệch tác động.
3. Bảo vệ hướng công suất
Máy điện đồng bộ làm việc ở các chế độ
- Động cơ
- Máy phát
- Máy bù đồng bộ
Bảo vệ hướng công suất tránh việc đang làm việc động cơ chuyển sang máy phát mà không mong muốn.
4. Bảo vệ quá, thiếu điện áp
- Đơn giản
5. Bảo vệ tần số
Máy phát đồng bộ :
+ Nhà máy thủy điện
+ Nhà máy nhiệt điện
 điều tốc
6. Các nguyên lý khác
- Nhiệt độ
+ Dạng thiết bị cảnh báo
+ Loại cảm biến tác động
- Tốc độ bốc hơi dầu trong máy biến áp: hệ thống rơle khí. ( Rơle có 2 phao, 2 cấp, nếu tốc độ bốc hơi nhiều thì rơle cảnh báo; nếu tốc độ bốc hơi lớn thì tác động tức thời. phao 1 nối với công tắc hành trình)
Máy biến áp phân phối công suất bé: không có hệ thống bảo vệ.
CHƯƠNG IV: BẢO VỆ CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN
§ 4.1 Máy phát điện đồng bộ
1. Các dạng hỏng hóc và không bình thường máy phát đồng bộ
Nội bộ:
+ Với stato ngắn mạch giữa các pha, 1 pha chạm đất, ngắn mạch vòng dây
+ Với roto chạm đất 1 điểm, chạm đất 2 điểm
Bên ngoài
+ Ngắn mạch giữa các pha
+ Tải mất đối xứng
+ Mất kích từ
+ Quá tải
+ Mất đồng bộ
2. Bảo vệ chống chạm đất trong cuộn dây stato
Máy phát đồng bộ stato đấu Y, điểm trung tính không nối đất trực tiếp mà đấu qua cuộn L ( Pertson ) hoặc R để giảm quá điện áp nếu bị phóng điện chập chờn. Có cuộn L hoặc R duy trì dòng điện nối đất.
Khi chạm đất xảy ra ở gần cực máy phát chạm đất điện dung.
Coi r chạm đất không đáng kể, rchạm đất = 0 
: số phần trăm vòng dây chạm đất
C: điện dung của cuộn dây với đất.
Dòng chạm đất
Nếu hỏng lõi thép, cắt máy phát.
	- Phát hiện dòng chạm đất
+ 1 điểm chạm đất
Bảo vệ so lệch
+ 2 điểm trong 1 pha chạm đất ( ngắn mạch vài vòng dây) dòng điện rất lớn. Điện áp ra không đối xứng
+ 2 cuộn song song, 1 cuộn chạm đất, 1 cuộn không chạm
Dùng so lệch để phát hiện.
Có nhiều sơ đồ bảo vệ chống chạm đất 1 pha.
Cách điện pha – đất bị hỏng chạm chập 1 pha. Thân cách điện bằng băng thủy tinh, cách điện bột mica, kết dính expoxy. ít bị phóng điện trong rãnh, bị phóng điện ở tiếp giáp phần uốn cong và đầu nối.
3. Bảo vệ chống chạm chập giữa các pha
Dùng TI bảo vệ quá dòng điện và bảo vệ so lệch.
4. Bảo vệ chạm chập vòng dây trong 1 pha
Dùng bảo vệ quá dòng điện
5. Mất đồng bộ
6. Quá tải 
Mất kích từ 
Bảo vệ quá điện áp: khi hệ thống điều chỉnh ổn định điện áp bị hỏng gây quá áp.
	Trong máy phát điện công suất lớn, ổ đỡ cần quan tâm đến chế độ nhiệt ở đó.
	Bảo vệ chống dòng điện thứ tự nghịch ở stato khi tải không đối xứng.
7.Bảo vệ chống công suất ngược
	Máy phát không phát ra điện mà tiêu thụ điện. Dùng áptomat công suất ngược.
	Sơ đồ bảo vệ máy phát đồng bộ công suất bé ( < 50 MVA )
1. So lệch có hãm
2. Quá tải stato
3. Công suất ngược
4. Mất kích từ
5. Bảo vệ thứ tự nghịch
6. Quá dòng có trễ
7. Chống chạm đất cuộn dây stato ( 95%)
8. Giảm tần số
9. Quá điện áp
10. Chạm đất roto
Sơ đồ bảo vệ máy phát điện công suất lớn
1. Chống chạm đất ( 95%)
2. Công suất ngược (1)
3. Mất kích từ
4. Tách khỏi hệ thống
5. Quá tải stato
6. Chống chạm đất roto
7. So lệch có hãm
8. Quá tải roto
9. Tần số thấp
10. Quá điện áp
11. Chống mất đồng bộ
12. Công suất ngược (2)
13. Quá dòng thứ tự nghịch 
14. Khoảng cách 
15. Chống chạm đất 100% cuộn dây stato
§ 4.2. Bảo vệ máy biến áp và biến áp tự ngẫu
1.Các dạng hư hỏng và các bảo vệ thường dùng
- Hỏng hóc bên trong
+ Chạm chập vòng dây trong 1 pha: dòng điện pha tăng
Số vòng chập càng nhiều, dòng tăng càng cao
Trong đó: : số vòng chập
	 E1: điện áp 1 vòng chập
Nếu thì dòng chập tăng, điện áp giảm
Bảo vệ so lệch hoặc RU, RI
+ Ngắn mạch giữa các cuộn dây: nếu ngắn mạch 1vòng thì dòng điện không tăng nhiều
+ Rò dầu: dầu dùng để cách điện sứ đầu vào, ra và cách điện cách vòng dây biến áp
+ Hỏng hóc bộ điều áp: Umax , Umin tác động
+ Chạm đất cuộn cao và hạ áp
- Hỏng hóc bên ngoài
+ Ngắn mạch pha
+ Quá tải
+ Quá bão hòa mạch từ
Dạng hư hỏng
Loại bảo vệ
Ngắn mạch 1 pha, nhiều pha, chạm đất
So lệch có hãm ( bảo vệ chính)
Khoảng cách ( dự phòng)
Quá dòng có thời gian ( chính và dự phòng)
Quá dòng thứ tự 0
Chạm chập các vòng dây
Bị rò dầu
Rơle khí ( rơle hơi)
Có 2 kiểu: tác động và cảnh báo
Quá tải
Hình ảnh nhiệt
Quá dòng có trễ
Các loại khí cụ điện bảo vệ quá tải
Quá bão hòa mạch từ
Thiết bị chống bão hòa
2. Các bảo vệ chống ngắn mạch
a. Bảo vệ so lệch có hãm: trong nội bộ máy biến áp
b. Quá dòng có trễ
- Do tải
- Đặt bảo vệ: máy biến áp cả vào, ra; máy biến áp bé đặt đầu ra
c. Bảo vệ khoảng cách với máy biến áp có công suất lớn 
S >100 MVA
d. Bảo vệ chống chạm đất
Máy biến áp có trung tính nối đất chỉ bảo vệ 95% vì nếu chạm đất cuối đường dây dòng chạm đất nhỏ.
e. Bảo vệ quá tải ( đối với máy có công suất lớn)
- Quá tải thì nhiệt độ tăng
- Quá tải cũng là quá dòng
Dùng hình ảnh nhiệt : nhiệt độ qua các điểm khác nhau nhờ cảm biến.
f. Dùng rơle hơi: dùng máy biến áp công suất trung bình và lớn
Cũng dựa vào nhiệt độ. Rơle khí có 2 cấp: cảnh báo và tác động. Có hai phao:
+ Nếu ngắn mạch vài vòng dây phao trên tác động đưa ra cảnh báo, đưa ra đèn báo, chuông.
+ Nếu mất dầu, áp lực hơi nhanh phao hai tác động đưa ra tín hiệu cắt ở sơ cấp 
g. Lựa chọn phương thức bảo vệ máy biến áp
Máy biến áp công suất bé:
Bên cao áp:
+ Bảo vệ có cầu chì tự rơi
+ Dao cách ly + cầu chì
+ Dao cắt phụ tải
Máy biến áp phân phối S 
Dùng dao cắt phụ tải đóng cắt dòng tải
Các sơ đồ bảo vệ
*) Bảo vệ máy biến áp 2 cuộn dây công suất bé ( < 100MVA)
 I>L
MC1
MC2
RK
1
2
3
4
MC1
MC2
RK
1
2
I>t
Cảnh báo
I>>
*) Bảo vệ máy biến áp 3 cuộn dây, công suất lớn 
1. So lệch có hãm
2. So lệch thứ tự 0
3, 4. Rơle khí
5. Khoảng cách
6. Quá dòng có t
7. Dự phòng
8, 9, 10. Quá tải cho các phía
11. Nhiệt độ dầu
*) Bảo vệ cho máy biến áp tự ngẫu công suất lớn
§4.3. Bảo vệ động cơ điện
1. Công suất lớn, điện áp cao
- Điện áp xoay chiều: đồng bộ, không đồng bộ, máy bơm, quạt gió
- Động cơ đều trung tính không nối đất: 
Sự cố trong: chạm chập vòng dây, chạm vỏ, ngắn mạch các pha
Sự cố ngoài: ngắn mạch lưới, mất pha, quá tải
Dạng sự cố
Loại bảo vệ
Ngắn mạch giữa các pha, đường dây cấp điện
Quá dòng hoặc so lệch có hãm
Chạm chập vòng dây
Quá dòng có hướng
Quá tải: Khi khởi động
Khi làm việc
Kiểm tra thời gia khởi động
Chống quá tải
Mất cân bằng pha
Dòng thứ tự nghịch
Tụt điện áp
Điện áp thấp
Động cơ đồng bộ: mất đồng bộ
Chống mất đồng bộ
2. Bảo vệ quá dòng điện
- Dùng rơle nhiệt bảo vệ quá tải
- Aptomat bảo vệ ngắn mạch
- Bị mất pha phải tác động nhanh dùng bộ lọc thứ tự 0 đơn giản theo dòng hoặc theo áp.
+ Bộ lọc thứ tự 0 theo dòng: dùng máy biến dòng ôm cả 3 dây, nhưng mỗi tải khác nhau chọn biến dòng khác nhau, đảm bảo độ tin cậy.
+ Bộ lọc thứ tự 0 theo áp: dùng trung tính giả.
Phần bài tập:
I. Cấu trúc máy biến áp
Sơ cấp có 11 nấc chuyển mạch tạo ra 23 cấp điện áp
II. Tổ nối dây máy biến áp 
III.Tải của máy biến áp ( lò hồ quang)
Bảo vệ chống sự cố máy biến áp lò 20000 MVA vì I2 dòng quá lớn không có ACB nào phù hợp
12 biến dòng ở V2, dòng để điều khiển I2 bằng nâng hạ điện cực 
	Sơ cấp: I1 = ( 150 – 300 )A 
Chọn biến dòng theo 300A, lúc đó máy làm việc với điện áp lớn nhất.
	Chống sét van: van oxit kim loại, không có khe hở. Có thêm bộ đếm: mỗi lần có sét bộ đếm tăng 1 lần.
	Tụ điện: điện áp 20 KV
Bảo vệ quá dòng: 
Quá dòng lớn: cắt nhanh
Quá dòng bé: có trễ
Rơle hơi: cảnh báo và tác động
Tín hiệu nhiệt độ: quá hình ảnh nhiệt: cảnh báo và cắt
Bảo vệ chạm đất 1 pha lấy từ tín hiệu dòng
+ Chọn máy cắt tổng VCB: 1600A, Uđm = 36 KV phải sử dụng máy cắt 1600 A vì một máy cắt dòng I1 = 330 A mà ở đây là 3 tổ máy biến áp làm việc song song.
Máy cắt này cắt khi quá dòng bé vì nó không có chức năng bảo vệ quá dòng mà chỉ có chức năng đóng cắt. Bảo vệ do các rơle 
+ Chọn TI: 400/5, Uđm = 35KV cấp chính xác 03. Dung lượng máy biến dòng S = 20VA.
+ Chọn TU 
Phần Y: cấp cho phần đo đếm điện năng, theo dõi công suất, 
Phần : cảnh báo mất pha của lưới
+ Tất cả KC1 – KC9 : cuộn dây dòng đienẹ của rơle dòng điện cực đại kiểu điện từ
KC1, KC2, KC3: cắt nhanh thì chỉnh rơle để I = ( 5 - 10) Iđm 
KC4, KC5, KC6 : cắt chậm phải thêm có trễ, chỉnh định rơle 
KC7, KC8, KC9: cảnh báo khi , chỉnh định rơle
IV. Động cơ
Ví dụ: động cơ không đồng bộ
Dây quấn: mở máy, khởi động: thay đổi Rroto 
Lồng sóc:khởi động , biến áp tự ngẫu, cuộn kháng, điện tử công suất.
Chọn phương pháp khởi động sao cho khi bắt đầu khởi động Mkđ > M0 ( của tải)
Các phương pháp theo dõi tốc độ để chuyển đổi nối 
+ n: rơle tốc độ, phát tốc ( khó gá lắp )
+ I: rơle dòng điện cực đại ( hạn chế ở chỗ tiếp điểm chập chờn do lực hút điện từ loại rơle này nhỏ) 
+ Dùng rơle thời gian ( dựa theo kinh nghiệm) loại này hạn chế ở chỗ không phản ứng được với sự cố lúc khởi động
Đổi nối hay dùng cho động cơ hạ áp, với động cơ cao áp hay dùng cuộn kháng hoặc biến áp tự ngẫu.
Điều khiển đổi nối 
Dùng biến áp tự ngẫu
Khởi động K1, K2 cùng đóng Uđc = 1/K.Ulưới
Làm việc K3 đóng, K1, K2 cắt Uđc = UL