PhÇn V

ThiÕt kÕ hÖ thèng
®o l-êng vµ b¶o vÖ
Đặt vấn đề

Máy biến áp là một phần tử quan trọng trong l-ới điện. Nếu máy
biến áp bị sự cố thì sẽ dẫn đến ngừng cung cấp điện cho toàn bộ hoặc một
phần hộ tiêu thụ làm ảnh h-ởng tới sản xuất, có thể nguy hiểm cho ng-ời
và thiết bị. Mặt khác giá thành máy biến áp so với các thiết bị khác trong
hệ thống cung cấp điện cao hơn rất nhiều, chi phí sửa chữa lớn và thời
gian sửa chữa lâu. Do vậy máy biến áp cần đ-ợc bảo vệ. Tuy nhiên còn
phụ thuộc vào công suất của máy biến áp mà thiết kế bảo vệ cho thích
hợp.
Thiết kế bảo vệ cho MBA 1000 - 35/0,4 cần trang bị các loại bảo vệ
sau :
+ Bảo vệ cắt nhanh
+ Bảo vệ dòng cực đại
+ Bảo vệ rơle hơi

Thiết kế hệ thống bảo vệ cho máy biến áp 1000 KVA - 35/0,4

I. Chọn sơ đồ bảo vệ
Mạng điện 35 KV là mạng điện có trung tính cách điện với đất,


2. Chọn máy biến dòng cho bảo vệ
Điều kiện chọn :
U
đmBI
U
đm mang

I
đmBI
I
lvmax

I
lvmax
=
k
qt
S
dmBA
U
dm
.
.3
=
141000
3 35
, .
.
= 23,09 (A)

4()
20 (Va)
16
/0,5
3. Chọn rơle dòng điện
Xác định dòng khởi động của rơle :
I
kđR
=
I
kdbv
n
BI
k
sd
.

I
kđbv
= k
kđ
.I
nmmax
: dòng khởi động của bảo vệ
I
nmmax
: dòng ngắn mạch cực đại ở đầu ra MBA quy đổi về phía sơ

I
kdbv
n
BI
k
sd
.
=
267 3
600
5
,
.1 = 2,3 (A)
Tra bảng 7 - 31 (Trang 345 - TKCCĐ) chọn đ-ợc rơle có thông số kỹ
thuật ghi trong bảng 28.
Bảng 28 Tham số đầu vào

Tham số đầu ra

Kiểu
Công
suất
tiêu thụ
Giới hạn dòng
(A)

k

1020
1,56
0,80,85
0,030,1
1Đ+1M
2
220
60

4. Chọn rơle trung gian cho bảo vệ cắt nhanh
Rơle trung gian của bảo vệ cắt nhanh đ-ợc dùng cho cả bảo vệ
dòng cực đại, bảo vệ thứ tự không và cả bảo vệ rơle hơi.
U
đmP

= U
đm nguồn thao tác

Ngoài ra phải có ít nhất 2 tiếp điểm th-ờng mở, một tiếp điểm có
khả năng đóng cắt dòng định mức của cuộn cắt.
Tra bảng 7 - 33 (Trang 350 - TKCCĐ) chọn đ-ợc rơle trung gian có số
liệu kỹ thuật ghi trong bảng 29.
Bảng 29

Kiểu rơle
Tham số đầu vào



0,01
2Đ+2M
2

5. Chọn rơle tín hiệu cho bảo vệ cắt nhanh
Dòng điện định mức của rơle trung gian là :
I
đmP

=
P
P
U
dm


5
220
= 0,023 (A)
Lấy I
đmPY

= I
đmP

= 0,023 (A)
Tra bảng 1 - 6 (Trang 273 - CCĐT3) chọn rơle có các thông số kỹ thuật
ghi trong bảng 30.
Bảng 30

U
dmP
P
P


2
220
2
5

= 9680 ()
- Dòng điện chạy qua P và PY là :
I =
U
dmnguonthaotac
R
R
R
PY



220
9680 320
= 0,022 (A)
- Sụt áp trên P :
U
P


=
3
2
.I
N1
(3)
=
3
2
.4,19 = 3,63 (KA)
Do đó: k
nh
=
3 6310
3
276 3
, .
,
= 13 > 3
Vậy bảo vệ cắt nhanh đảm bảo độ nhậy khi cắt ngắn mạch.

III. Thiết kế bảo vệ cực đại
1. Sơ đồ bảo vệ
TC-35 Kv
CD (+)
PY2 P
MC CC (+)

I
kđbv
=
k
dt
k
kd
I
lv
k
tv
. .
max

k
dt
= 1,15 : là hệ số dự trữ tính tới sai số dòng trở về của rơle
k
kđ
= 1,5 : hệ số kể tới sự tăng dòng điện do các động cơ tự khởi
động.
k
tv
= 0,85 : hệ số trở về của rơle
I
kđbv
=


t
tđ
(s)
Số tiếp
điểm
Dòng
(A)
áp
(V)
Công
suất
(W)

(VA)
I
đm

I
kđ

PT-40/0,6
0,2
1,63,2

= t
ATM

t
maxBA
= t
ATM
+ t = 0,18 + 0,5 = 0,68 (s)
Mặt khác :
t
maxBA
= t
PT2
+ t
PB
+ t
P


Vậy: t
PB
= t
maxBA
- (t
PT2
+ t
P

) = 0,68 - (0,05 + 0,1) = 0,53 (s)



5. Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ dòng cực đại
Điều kiện kiểm tra là :
k
nh
=
I
N
I
kdR
min
1,5
I
Nmin
: Dòng điện ngắn mạch nhỏ nhất chạy qua rơle
- Với sơ đồ 2BI + 2R :
I
Nmin
=
1
3
2
1
1 1
.
( )
. .I
N
n
BA

= 0,4
Sơ đồ 2BI + 2R không đủ độ nhậy, ta sử dụng rơle thứ 3 mắc vào tổng
dòng 2 rơle. Khi đó độ nhậy tăng gấp 2 :
k
nh
= 2. 0,4 = 0,8 < 1,5.
Ta thấy, Sơ đồ 2BI + 3R cũng không đủ độ nhậy.
Bảo vệ dòng cực đại ch-a đủ độ nhậy, ta phải khắc phục bằng cách
dùng thêm bảo vệ thứ tự không.
IV. Thiết kế bảo vệ thứ tự không
1. Chọn biến dòng thứ tự không
Dòng không cân bằng trong MBA ở chế độ quá tải đ-ợc xác định
nh- sau :
I
kcb
= 0,5.I
lvmax
= 0,5.
141000
3 0 4
, .
. ,
= 1010,36 (A)
Điều kiện chọn BI là :


m(kg)
VA

THIII - 0,66
0,66
1500
50
50
1,6
40
5,5
2. Chọn rơle dòng điện bảo vệ thứ tự không
I
kđR
=
k
dt
I
kdbv
n
BI
.
=

Công
suất tiêu
thụ
Giới hạn dòng (A)

k
tv

t
tđ
(s)
Số tiếp
điểm
Dòng
(A)
áp
(V)
Công
suất
(W) I
đm

I
kđ


=
30
220
= 0,14 (A)
Căn cứ vào điều kiện chọn rơle tín hiệu I
đmPY
= I
đm

B
.
Tra bảng 1 - 6 (Trang 273 - TKCCĐ) chọn rơle có các số liệu kỹ thuật
ghi trong bảng 35.
Bảng 35

Kiểu rơle
I
đm
(A)
Dòng cho phép ngắn hạn (A)
R
cuộn dây
()
PY - 21/0,15
0,15
0,45
8

4. Kiểm tra độ nhậy, điều kiện khởi động của rơle thời gian

U
dmNTT
P
B
P
PY



220
1613 8
= 0,135 (A)
- Sụt áp trên cuộn dây rơle thời gian :
U

B
= I.R

B
= 0,135.1613 = 218,91 (V)
Vậy U

B
= 218,91 (V) > U
kđ
= 154 (V)
Rơle thời gian thoả mãn điều kiện khởi động.


V. Thiết kế và bảo vệ rơle hơi

Sơ đồ bảo vệ nh- hình vẽ :
TC-35 Kv

CD

MC CC K (-)
(-) Tín hiệu P

(+)
P (-)
BA

ATM

TC-0,4KV Sơ đồ bảo vệ bao gồm : rơle hơi PT, rơle tín hiệu PY và rơle P
PY3
- Rơle PT dùng để bảo vệ sự cố ngay bên trong máy biến áp, khi
ngắn mạch giữa các vòng dây, giữa các pha và quá tải, dầu giảm d-ới
mức cho phép, lõi thép phát nóng do cách điện giữa các lá thép bị h-
hỏng. Rơle hơi là thiết bị chế tạo hợp bộ với MBA.
- Rơle tín hiệu đ-ợc chọn cùng loại với rơle tín hiệu của bảo vệ cắt

CSV với dòng điện xung
có độ dài đầu sóng 10 s với biên
độ

Khối
l-ợng
(kg)
>
<
lần đầu
trong
1000
(A)
3000
(A)
5000
(A)
10000
(A)
210 s
KV, không lớn hơn

cd
+ r
dd
+ r
tx
(*)
r
cd
= r
cd bvcn
+ r
cd bvcd
=
S
cn
I
dmBI
S
cd
I
dmBI2
2
2
2
0 8
5
2
0 5
5
2

min
= .
l
tt
r
dd

= 0,018 (mm
2
/m) : Điện trở suất của dây đồng nối BI với rơle.
L = 10 (m)
l
tt
=
3
.l =
3
.10 = 17,31 (m)
Vậy :
S
min
= 0,018.
17 32
0 648
,
,
= 0,48 (mm
2
)
Để đảm bảo yêu cầu độ bền về cơ học thì chọn dây đồng có tiết

N
t
gtN
I
dmBI
t
odn




.
.
.
.
. ,
.
1
1 1
1
4190 1 35
600 1
= 9,4
k
ođđtt
=
i
xk
I
dmBI

Điều kiện kiểm tra :
Z
2đm
Z
2tt

Z
2tt
= r
cdPTo
+ r
dd
+ r
tx

+ Lấy r
tx
= 0,1 ()
+ r
cdPTo
=
P
PTo
I
dmBI2
2
0 5

k
ođnBI
k
ođntt

k
ođđBI
k
ođđtt

k
ođntt
=
1.1500
85,0.19340
odn
t.
dmBI1
I
2gtN
t.
2N
I
odn
t.
dmBI1
I
gt
t.I


k
ođđBI
= 50 > k
ođđtt
= 19,6
Vậy biến dòng đã chọn thoả mãn điều kiện kiểm tra.

3. Thiết kế hệ thống đo l-ờng
Đặt vấn đề
Việc bố trí các thiết bị đo l-ờng trong hệ thống cung cấp điện
nhằm mục đích theo dõi, kiểm tra sự làm việc của các nhà máy. Từ đó
định ra ph-ơng thức vận hành hợp lý, phân bố phụ tải và tính điện năng.
Sơ đồ đo l-ờng sẽ đặt ở phía hạ áp vì thiết kế nh- vậy sẽ không
phải sử dụng MBA đo l-ờng. Việc mua sắm các thiết bị hạ áp sẽ rẻ hơn
các thiết bị đo l-ờng cao áp, thuận tiện cho việc thay thế và sửa chữa thiết
bị.
Hệ thống đo l-ờng phía hạ áp đ-ợc đặt ở buồng phân phối của
trạm biến áp gồm các thiết bị sau :
* 3 đồng hồ Ampemét dùng để đo dòng điện 3 pha
* 1 đồng hồ Vônmét có khoá chuyển để đo điện áp giữa các pha
* 1 Varmét để đo công suất phản kháng
* 1 Watmét để đo công suất tác dụng
* 1 Công tơ tác dụng để đo năng l-ợng tác dụng
* 1 Công tơ phản kháng để đo năng l-ợng phản kháng
Sơ đồ nguyên lý nh- hình vẽ :
II. Chọn các thiết bị đo l-ờng
1. Chọn máy biến dòng

ođn

(1s)
k
ođđ

Phụ tải thứ cấp
với cấp chính
xác 1

k
gioi han

khi tải
định mức
Khối
l-ợng
(kg)
VA THIII-0,66
0,66
3000

số liệu kỹ thuật ghi trong bảng 38.

5. Chọn công tơ tác dụng và công tơ phản kháng
Công tơ tác dụng và công tơ phản kháng dùng để đo năng l-ợng
và xác định cos
tb
, làm căn cứ để tính tiền điện cho các hộ tiêu thụ. Chọn
t-ơng tự nh- Watmét và Varmét.
Tra bảng 7 - 12 (Trang 342 - TKCCĐ) chọn công tơ tác dụng và
công tơ phản kháng có thông số kỹ thuật ghi trong bảng 38.
Bảng 38
Dụng cụ
Kiểu
Cấp
chính
xác
Giới hạn đo

Công
suất tiêu
thụ (VA)
Số
l-ợng
(chiếc)
Trực tiếp
Gián tiếp



nt:0,5
1
Varmet sắt
điện động

335/1
1,5
1(Kvar)
800(Mvar) //: 0,5
1

U (V)
I(A)
U(v)
I(A) Công tơ
tác dụng
CA
3

1

S
2đmBI
S
2tt
= I
2đmBI
2
.Z
2tt

Z
2tt
= r
dd
+ r
tx
+ r
cd
= 0,43 + 0,1 + 0,1 = 0,63 ()
Lấy r
tx
= 0,1 ()
S
2tt
= 5
2
.0,68 = 15,75 (VA)

S
2đmBI


3. Kiểm tra ổn định nhiệt
Điều kiện kiểm tra :
k
ođnBI
= 50
I
N
t
gtN
I
dmBI
t
odn


2 2
1
19340 0 85
3000 1
.
.
. ,
.
= 6
Vậy biến dòng đã chọn thoả mãn điều kiện kiểm tra.