Đồ án Tính toán bảo vệ quá dòng cắt nhanh, quá dòng có thời gian và quá dòng thứ tự không cho đường dây cung cấp hình tia d1, d2

LêI NãI §ÇU 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 ta cần thiết kế những thiết bị có khả năng giảm thiểu, ngăn chặn các hậu quả của sự cố có thể gây ra. Một trong những thiết bị phổ biến để thực hiện chức năng đó là rơle. Qua bộ môn bảo vệ rơle chúng ta có thể xây dựng cho mình những kiến thức để có thể bảo vệ được hệ thống điện trước các hậu quả do sự cố trong hệ thống gây ra và đảm bảo cho hệ thống làm việc an toàn, phát triển liên tục bền vững.. 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 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 Tạ Tuấn Hữu đã giúp đỡ em hoàn thành bản đồ án này. Hà Nội ,8 tháng 10 năm 2009 Sinh viên thực hiện Đinh Quang Hưng TÍNH TOÁN BẢO VỆ QUÁ DÒNG CẮT NHANH, QUÁ DÒNG CÓ THỜI GIAN VÀ QUÁ DÒNG THỨ TỰ KHÔNG CHO ĐƯỜNG DÂY CUNG CẤP HÌNH TIA D1, D2. Sơ đồ như hình vẽ tpt2 tpt1 Các thông số. + Hệ thống điện: SNmax = 2000 MVA SNmin = 0,7.2000 = 1400 MVA X0HT = 0,9 X1HT  + Máy biến áp B1, B2: Sdđ = 2*30 MVA Cấp điện áp: U1/ U2 = 115/24 kV UK % = 12,5% + Đường dây: D1: L1 = 15km ; AC-100 D2: L2 = 15km ; AC-100 AC-100: Z1 = 0,27 + j 0,39 W/km ; Z0 = 0,48 + j 0,98 W/km + Phụ tải: P1 = 4 MW; cosj1 = 0,85; tpt1 = 0,75s P2 = 3 MW; cosj2 = 0,85; tpt2 = 0,5s + Đặc tính thời gian của rơle: (s) CHƯƠNG I: NHIỆM VỤ VÀ CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA BẢO VỆ RƠLE I – KHÁI NIỆM VÀ NHIỆM VỤ RƠLE - Rơle là một trong những thiết bị có thể bảo vệ được máy phát, máy biến áp, đường dây, thanh góp...và toàn bộ hệ thống điện làm việc an toàn, phát triển liên tục, bền vững. - Nó là một thiết bị có nhiệm vụ phát hiện và loại trừ càng nhanh càng tốt phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống điện để hạn chế đến mức thấp nhất có thể của các hậu quả do sự cố gây ra. Các nguyên nhân gây sự cố hư hỏng có thể do các hiện tượng thiên nhiên như giông bão, dộng đất, lũ lụt...do các thiết bị hao mòn, già cỗi gây chạm chập, đôi khi do công nhân vận hành thao tác sai. - Tuy nhiên trong hệ thống có nhiều loại máy móc thiết bị khác nhau, tính chất làm việc và yêu cầu bảo vệ khác nhau nên không thể chỉ dùng rơle để bảo vệ. Ngày nay khái niệm rơle có thể hiểu là một tổ hợp các thiết bị thực hiện một hoặc một nhóm chức năng bảo vệ và tự động hóa hệ thống điện, thỏa mãn các nhu cầu kỹ thuật đề ra đối với nhiệm vụ bảo vệ cho từng phần tử cụ thể cũng như cho toàn hệ thống điện. II – CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN CỦA BẢO VỆ RƠLE 1. Tính cắt nhanh. Khi có sự cố xảy ra thì yêu cầu rơle phải phát hiện và xử lý cắt cách ly phần tử bị sự cố càng nhanh càng tốt. tcsc = tbv + tmc (ms) Thời gian cắt sự cố bằng tổng thời gian tác động bảo vệ và thời gian làm việc máy cắt. 2. Tính chọn lọc. Khả năng cắt đúng phần tử bị sự cố hư hỏng. Theo nguyên lý làm việc các bảo vệ phân ra 2 loại là bảo vệ chọn lọc tương đối và tuyệt đối. + Chọn lọc tuyệt đối: Là những bảo vệ chỉ làm việc khi có sự cố xảy ra trong một phạm vi xác định, không làm việc dự phòng cho các bảo vệ ở các phần tử lân cận. + Chọn lọc tương đối: Là bảo vệ ngoài chức năng bảo vệ cho phần tử chính đặt bảo vệ còn có thể thực hiện nhiệm vụ bảo vệ dự phòng cho các bảo vệ ở các phần tử lân cận. 3. Độ nhạy - Đặc trưng cho khả năng cảm nhận sự cố. - Hệ số độ nhạy: Bảo vệ chính Kn ³ 2 Bảo vệ dự phòng Kn ³ 1,5 4. Độ tin cậy - Là tính năng bảo đảm cho thiết bị làm việc đúng và chắc chắn. - Độ tin cậy tác động và độ tin cậy không tác động + Độ tin cậy tác động là mức độ đảm bảo rơle hay hệ thống rơle có tác động khi có sự cố, và chỉ được tác động trong khu vực đặt bảo vệ đã định trước. + Độ tin cậy không tác động là mức độ đảm bảo rơle hay hệ thống rơle không làm việc sai, tức là tránh tác động nhầm khi đang làm việc bình thường hoặc có sự cố xảy ra ở ngoài phạm vi muốn bảo vệ. 5. Tính kinh tế. Các thiết bị bảo vệ được lắp đặt trong hệ thống điện không phải để làm việc thường xuyên trong chế độ vận hành bình thường, luôn luôn sẵn sàng chờ đón những bất thường và sự cố có thể xảy ra và có những tác động chuẩn xác. Đối với các trang thiết bị điện áp cao 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 về kĩ thuật trên đóng vai trò quyết định, vì nếu không thỏa mãn được các yêu 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 nhà máy điện hoặc lưới chuyển tải cao áp. Vì vậy cần phải cân nhắc tính kinh tế trong lựa chọn thiết bị bảo vệ sao cho có thể đảm bảo được các yêu cầu kĩ thuật mà chi phí thấp nhất. III - PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC BẢO VỆ SỬ DỤNG 1 - Nguyên tắc tác động của các bảo vệ được sử dụng. Nguyên tắc tác động của các bảo vệ được sử dụng: Thời gian làm việc của bảo vệ có đặc tính thời gian độc lập không phụ thuộc vào trị số dòng ngắn mạch hay vị trí ngắn mạch, còn đối với bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc thì thời gian tác động tỉ lệ nghịch với dòng điện chạy qua bảo vệ, dòng ngắn mạch càng lớn thì thời gian tác động càng bé. Khi làm việc bình thường hoặc khi có ngắn mạch ngoài khi đó và bảo vệ không tác động. Khi có ngắn mạch bên trong thì dòng điện qua bảo vệ vượt quá 1 giá trị định trước (Ikd, Iđặt) thì bảo vệ sẽ tác động cắt máy cắt. 2 - Nhiệm vụ, sơ đồ, nguyên lý làm việc, thông số khởi động và vùng tác động của từng bảo vệ đặt cho đường dây. Đường dây cần bảo vệ là đường dây 24kV,là đường dây trung áp,để bảo vệ ta dùng các loại bảo vệ: Quá dòng điện cắt nhanh hoặc quá thời gian Quá dòng điện có hướng So lệch dùng cấp thứ cấp chuyên dùng Khoảng cách. Trong nhiệm vụ thiết kế bảo vệ của đồ án ta xét bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh và quá dòng điện có thời gian. a. Bảo vệ quá dòng có thời gian. * Quá dòng cắt nhanh với đặc tính thời gian độc lập. Ưu điểm của dạng bảo vệ này là cách tính toán và cài đặt của bảo vệ khá đơn giản và dễ áp dụng. Thời gian đặt của các bảo vệ phải được phối hợp với nhau sao cho có thể cắt ngắn mạch một cách nhanh nhất mà vẫn đảm bảo được tính chọn lọc của các bảo vệ. Giá trị dòng điện khởi động của bảo vệ Ikd trong trường hợp này được xác định bởi: Trong đó: 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 (kể đến đường cong sai số 10% của BI và 20% do tổng trở nguồn bị biến động). 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). Sở dĩ phải sử dụng hệ số Ktv ở đây xuất phát từ yêu cầu đảm bảo sự làm việc ổn định của bảo vệ khi có các nhiễu loạn ngắn (hiện tượng tự mở máy của các động cơ sau khi TĐL đóng thành công) trong hệ thống mà bảo vệ không được tác động. - Giá trị dòng khởi động của bảo vệ cần phải thoả mãn điều kiện: Với: Ilv max: dòng điện cực đại qua đối tượng được bảo vệ, thường xác định trong chế độ cực đại của hệ thống, thông thường: I = (1,05 ÷ 1,2).I lvmax đm. Trong trường hợp không thoả mãn điều kiện thì phải sử dụng bảo vệ quá dòng có kiểm tra áp. IN min: dòng ngắn mạch nhỏ nhất khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ. + Phối hợp các bảo vệ theo thời gian: Đây là phương pháp phổ biến nhất thường được đề cập trong các tài liệu bảo vệ rơle hiện hành. Nguyên tắc phối hợp này là nguyên tắc bậc thang, nghĩa là chọn thời gian 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). tn = t (n-1)max + Dt 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 (thứ n). Δt: bậc chọn lọc về thời gian. * Bảo vệ quá dòng với đặc tính thời gian phụ thuộc. 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 Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng trong lưới 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. Trong trường hợp này nếu sử dụng đặc tuyến độc lập thì nhiều khi không đam bảo các điều kiện kỹ thuật: thời gian cắt sự cố, ổn định của hệ thống... 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. Dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng có thời gian được tính theo công thức: Ikđ51 = k.Ilvmax Trong đó: k – hệ số chỉnh định ( k=1,6 ) b - Bảo vệ quá dòng cắt nhanh. Chúng ta nhận thấy rằng 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: Ikd =kat .INngoai max 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. INngoài 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 không 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. INmax INmin Ikd LCNmax LCNmin INngoaimax Bảo vệ dòng điện cắt nhanh đường dây một nguồn cung cấp CHƯƠNG II: CHỌN BI VÀ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH I – LỰA CHỌN MÁY BIẾN DÒNG BI1, BI2 1. Chọn tỷ số biến dòng của BI1, BI2 dùng cho bảo vệ đường dây. - Tỷ số biến đổi của các máy biến dòng được chọn theo công thức : Chọn Itdd = 5 A - Dòng Isdd được chọn theo công thức Isdd = Ilvmax = kqt.Ipt Trong đó kqt = 1,4 a. Chọn tỷ số biến của BI2 - Tính dòng điện phụ tải Ilvmax2 = 1,4.90,21= 126,3 A - Như vậy ta chọn Isdd2 = 150 A Vậy tỷ số biến của BI2 là nBI2 = 30 b. Chọn tỷ số biến của BI1 Ta có Vậy Ilvmax1 = 1,4.228,86 = 320,40 A Ta chọn Isdd1 = 400 A Tỷ số biến của BI1 là : nBI1 = 80 II – TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH 1. Tính toán cơ bản các thông số ban đầu Chọn Scb = 100 MVA Ucb = Utb từng cấp. - Hệ thống + Tính trong chế độ phụ tải cực đại SN = SNmax = 2000 MVA Hai máy biến áp làm việc song song X2HT = X1HT = 0,05 X0HT = 0,9 X1HT = 0,9.0,05 = 0,45 + Tính trong chế độ phụ tải min SNmin = 1400 MVA Một máy biến áp làm việc X2HT = X1HT = 0,0714 X0HT = 0,9 X1HT = 0,9.0,0714 = 0,064 - Máy biến áp B1 và B2 - Đường dâyD1: Đường dây D2 2. Chọn vị trí các điểm tính ngắn mạch Ta chia mỗi đoạn đường dây thành 4 đoạn bằng nhau .Ta cần tính dòng ngắn mạch tại 9 điểm như hình vẽ sau: XB1 XB2 XD2' XD2' XD2' XHt XD2' XD1' XD1' XD1' XD1' E Có XD1' = XD2' = X0D1' = X0D1' = 3. Chế độ phụ tải cực đại với 2 máy biến áp làm việc song song Sơ đồ thay thế và thông số của các phần tử được cho trên sơ đồ sau đây Sơ đồ thay thế chế độ phụ tải max. Trong chế độ cực đại các thông số được chọn như đã trình bày ở phần trên Các dạng ngắn mạch cần tính + Ngắn mạch 3 pha đối xứng N (3) + Ngắn mạch 1 pha N (1) * Xét chế độ ngắn mạch không đối xứng: Để tính toán chế độ ngắn mạch không đối xứng ta sử dụng phương pháp các thành phần đối xứng.Điện áp và dòng điện được chia thành 3 thành phần:thành phần thứ tự thuận,thành phần thứ tự nghịch và thành phần thứ tự không. Dòng điện ngắn mạch thứ tự thuận của mọi dạng ngắn mạch đều có tính theo công thức : Trong đó là điện kháng phụ của loại ngắn mạch n Trị số dòng điện ngắn mạch tổng hợp tại các pha có thể tính theo công thức: - Ta có bảng tóm tắt sau: Dạng ngắn mạch n X∆(n) m(n) N(1) 1 X2∑ + X0∑ 3 N(2) 2 X2∑ N(3) 3 0 1 a. Tính ngắn mạch tại điểm N1 * Ngắn mạch 3 pha đối xứng N(3) X1S = XHT + - Trong hệ đơn vị tương đối - Trong hệ đơn vị có tên (kA) * Ngắn mạch 1 pha N(1) X2S(1)= XHT + X0S(1) = X0HT + X∆(1) = X2S(1) + X0S(1) = 0,259 + 0,254 = 0,513 - Dòng điện ngắn mạch tổng hợp - Tính trong hệ đơn vị có tên - Ta có thành phần dòng điện thứ tự không: - Trong hệ đơn vị có tên: b. Xét ngắn mạch tại điểm N5 * Ngắn mạch 3 pha đối xứng N(3) X1S = XHT + Dòng ngắn mạch trong hệ đơn vị tương đối Trong hệ đơn vị có tên * Ngắn mạch 1 pha N(1) X2S(1)= XHT + X0S(1) = X0HT + X∆(1) = X2S(1) + X0S(1) = 1,326 + 2,914 = 4,24 - Dòng điện ngắn mạch tổng hợp - Tính trong hệ đơn vị có tên - Ta có thành phần dòng điện thứ tự không: - Trong hệ đơn vị có tên: c. Ngắn mạch tại điểm N9 * Ngắn mạch 3 pha đối xứng N(3) X1S = XHT + - Trong hệ đơn vị tương đối - Trong hệ đơn vị có tên (kA) * Ngắn mạch 1 pha N(1) X2S(1)= XHT + X0S(1) = X0HT + X∆(1) = X2S(1) + X0S(1) = 2,395 + 5,574 = 7,969 - Dòng điện ngắn mạch tổng hợp - Tính trong hệ đơn vị có tên - Ta có thành phần dòng điện thứ tự không: - Trong hệ đơn vị có tên: Các điểm ngắn mạch khác tính tương tự như các điểm ngắn mạch trên. * Chú ý khi tính các điểm ngắn mạch Với ngắn mạch tại N2, N3, N4 , N6, N7, N8 thì có điện kháng thứ tự thuận và nghịch trên đường dây là X1i = X2i = 0,05 + (0,417/2) + (i-1).0,267. Còn thứ tự không thì có điện kháng là X0i = 0,045 + ( 0,417/2) + (i-1).0,665 Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch còn lại ta có bảng kết quả sau: Bảng tổng hợp kết quả tính toán ngắn mạch tại các điểm chế độ phụ tải max. N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 X1∑ 0.259 0.526 0.793 1.060 1.326 1.594 1.861 2.128 2.395 X2∑ 0.259 0.526 0.793 1.060 1.326 1.594 1.861 2.128 2.395 X0∑ 0.254 0.919 1.584 2.249 2.914 3.579 4.244 4.909 5.574 3.861 1.901 1.261 0.943 0.754 0.627 0.537 0.470 0.418 ,kA 9.288 4.573 3.034 2.269 1.814 1.509 1.293 1.130 1.004 XD(1) 0.513 1.445 2.377 3.309 4.240 5.173 6.105 7.037 7.969 1.295 0.507 0.315 0.229 0.180 0.148 0.126 0.109 0.096 3.886 1.522 0.946 0.687 0.539 0.443 0.377 0.327 0.289 ,kA 9.348 3.662 2.277 1.652 1.297 1.066 0.906 0.787 0.696 1.295 0.507 0.315 0.229 0.180 0.148 0.126 0.109 0.096 ,kA 3.116 1.221 0.759 0.551 0.432 0.355 0.302 0.262 0.232 Bảng dòng ngắn mạch cực đại tại từng điểm ngắn mạch chế độ phụ tải cực đại N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 INmax(kA) 9.348 4.573 3.034 2.269 1.814 1.509 1.293 1.130 1.004 I0Nmax(kA) 3.116 1.221 0.759 0.551 0.432 0.355 0.302 0.262 0.232 3.I0Nmax(kA) 9.348 3.662 2.277 1.652 1.297 1.066 0.906 0.787 0.696 Từ bảng số liệu trên ta có biều đồ quan hệ dòng ngắn mạch với chiều dài đường dây là I ,kA INi max 3I0Ni max I0Ni max 4. Chế độ phụ tải cực tiểu với 1 máy biến áp làm việc Sơ đồ thay thế: Để tính toán dòng điện ngắn mạch bé nhất tại các điểm ngắn mạch ,ta chọn các thông số của hệ thống như sau: + Tính trong chế độ phụ tải min SNmin = 1400 MVA Một máy biến áp làm việc X2HT = X1HT = 0,0714 X0HT = 0,9 X1HT = 0,9.0,0714 = 0,064 a. Tính ngắn mạch tại điểm N1 * Ngắn mạch 1 pha X2S(1) = XHT + XB = 0,0714 + 0,417 = 0,488 X0S(1) = X0HT + XB = 0,064 + 0,417 = 0,481 X∆(1) = X2S(1) + X0S(1) = 0,488 + 0,481 = 0,969 - Dòng điện ngắn mạch tổng hợp - Tính trong hệ đơn vị có tên - Ta có thành phần dòng điện thứ tự không: - Trong hệ đơn vị có tên: * Ngắn mạch 2 pha XD(2) = X2S = 0,4884 - Dòng điện ngắn mạch trong hệ đơn vị có tên là: kA b. Xét ngắn mạch tại điểm N5 * Ngắn mạch 1 pha X2S(1) = XHT + XB + XD1= 0,0714 + 0,417 + 1,068 = 1,556 X0S(1) = X0HT + XB = 0,064 + 0,417 + 2,66 = 3,141 X∆(1) = X2S(1) + X0S(1) = 1,5564 + 3,141 = 4,697 - Dòng điện ngắn mạch tổng hợp - Tính trong hệ đơn vị có tên - Ta có thành phần dòng điện thứ tự không: - Trong hệ đơn vị có tên: * Ngắn mạch 2 pha XD(2) = X2S = 1,5564 - Dòng điện ngắn mạch trong hệ đơn vị có tên là: kA c. Ngắn mạch tại điểm N9 * Ngắn mạch 1 pha X2S(1) = XHT + XB + XD1= 0,0714 + 0,417 + 1,068 + 1,068 = 2,624 X0S(1) = X0HT + XB = 0,064 + 0,417 + 2,66 + 2,66 = 5,801 X∆(1) = X2S(1) + X0S(1) = 2,624 + 5,801= 8,425 - Dòng điện ngắn mạch tổng hợp - Tính trong hệ đơn vị có tên - Ta có thành phần dòng điện thứ tự không: - Trong hệ đơn vị có tên: * Ngắn mạch 2 pha XD(2) = X2S = 2,624 - Dòng điện ngắn mạch trong hệ đơn vị có tên là: kA Các điểm ngắn mạch khác tính tương tự như các điểm ngắn mạch trên. * Chú ý khi tính các điểm ngắn mạch Với ngắn mạch tại N2, N3, N4 , N6, N7, N8 thì có điện kháng thứ tự thuận và nghịch trên đường dây là X1i = X2i = 0,0714 + 0,417 + (i-1).0,267. Còn thứ tự không thì có điện kháng là X0i = 0,064 + 0,417 (i-1).0,665 Tính toán tương tự cho các điểm ngắn mạch còn lại ta có bảng kết quả sau: Bảng tổng hợp kết quả tính toán ngắn mạch tại các điểm chế độ phụ tải min. N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 X1∑ 0.488 0.755 1.022 1.289 1.556 1.823 2.090 2.357 2.624 X2∑ 0.488 0.755 1.022 1.289 1.556 1.823 2.090 2.357 2.624 X0∑ 0.481 1.146 1.811 2.476 3.141 3.806 4.471 5.136 5.801 XD(1) 0.969 1.901 2.833 3.765 4.697 5.629 6.561 7.493 8.425 0.686 0.376 0.259 0.198 0.160 0.134 0.116 0.102 0.090 2.058 1.129 0.778 0.593 0.480 0.403 0.347 0.305 0.271 4.951 2.716 1.872 1.428 1.154 0.968 0.834 0.733 0.653 0.686 0.376 0.259 0.198 0.160 0.134 0.116 0.102 0.090 1.650 0.905 0.623 0.476 0.385 0.322 0.279 0.245 0.217 XD(2) 0.488 0.755 1.022 1.289 1.556 1.823 2.090 2.357 2.624 1.024 0.662 0.489 0.388 0.321 0.274 0.239 0.212 0.191 1.773 1.146 0.847 0.672 0.556 0.475 0.414 0.367 0.330 ,kA 4.266 2.758 2.038 1.616 1.339 1.143 0.997 0.884 0.794 Bảng dòng ngắn mạch cực đại tại từng điểm ngắn mạch chế độ phụ tải cực tiểu N1 N2 N3 N4 N5 N6 N7 N8 N9 INmin(kA) 4.951 2.758 2.038 1.616 1.339 1.143 0.997 0.884 0.794 I0Nmin(kA) 1.650 0.905 0.623 0.476 0.385 0.322 0.279 0.245 0.217 3.I0Nmin(kA) 4.950 2.716 1.872 1.428 1.154 0.968 0.834 0.733 0.653 Từ bảng số liệu trên ta có biều đồ quan hệ dòng ngắn mạch với chiều dài đường dây I ,kA INi min 3I0Ni min I0Ni min CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THÔNG SỐ KHỞI ĐỘNG XÁC ĐỊNH PHẠM VI BẢO VỆ VÀ ĐỘ NHẠY I – TÍNH TOÁN THÔNG SỐ KHỞI ĐỘNG BẢO VỆ 1 - Bảo vệ quá dòng cắt nhanh - Trị số dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh được chọn theo công thức Ikđ = Kat . INngmax Trong đó : Kat :Hệ số an toàn .Thường chọn Kat = 1,2 INngmax : dòng ngắn mạch ngoài cực đại là dòng ngắn mạch lớn nhất thường lấy bằng giá trị dòng ngắn mạch trên thanh cái cuối đường dây. - Chọn dòng điện khởi động cho bảo vệ quá dòng cắt nhanh trên đoạn đường dây D2 là: Ikđ2 = kat . IN9max = 1,2 . 1,004 = 1,205 kA - Dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh trên đoạn đường dây D1 là: Ikđ1 = kat . IN5max = 1,2 . 1,814 = 2,177 kA 2 - Bảo vệ quá dòng “thứ tự không” cắt nhanh - Trị số dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng thứ tự không cắt nhanh được chọn tương tự như trên I0kđ = kat . 3I0Nmax - Với bảo vệ trên đường dây D2 I0kđ2 = kat . 3I0N9max = 1,2 . 0,696 = 0,835 kA - Với bảo vệ trên đường dây D1 I0kđ1 = kat . 3I0N5max= 1,2 . 1,297 = 1,556 kA 3 - Bảo vệ quá dòng có thời gian a - Chọn dòng khởi động cho bảo vệ Chọn dòng khởi động cho bảo vệ có thời gian theo công thức sau Ikđ = k.Ipt. Với : k = 1,6 là hệ số chỉnh định Ipt là dòng làm việc của phụ tải. - Dòng khởi động cho đường dây 2 là : IkdD2 = k.Ipt2 = 1,6 . 0,1263 = 0,202 kA - Dòng khởi động cho đường dây 1 là : IkdD1 = k.Ipt1 = 1,6 . 0,3204 = 0,513 kA b - Chọn thời gian cho bảo vệ - Phương trình đặc tính thời gian của bảo vệ có dạng: (s) Trong đó * Chế độ phụ tải max cho bảo vệ 2 + Tại điểm ngắn mạch N9 ta có Ta có = = 4,970 Với = tpt2 + Dt ( với Dt = 0,3 s ) nên = 0,5 + 0,3 = 0,8 s Suy ra TP = = = 0,235 s + Tại điểm ngắn mạch N8 tính tương tự ta có = = 5,594 = = 0,696 s Tương tự ta tính cho các điểm ngắn mạch N5, N6, N7 ta có bảng tổng kết sau Điểm Ni N5 N6 N7 N8 N9 INmax(kA) 1.814 1.509 1.293 1.130 1.004 IkdD2 0.202 0.202 0.202 0.202 0.202 8.980 7.470 6.401 5.594 4.970 max 0.398 0.490 0.587 0.691 0.8 * Chế độ phụ tải min cho bảo vệ 2 + Tại điểm ngắn mạch N9 ta có Ta có = = 3,931 = = 1,082 s + Tại điểm ngắn mạch N8 tính tương tự ta có = = 4,376 = = 0,940 s Tương tự ta tính cho các điểm ngắn mạch N5, N6, N7 ta có bảng tổng kết sau Điểm Ni N5 N6 N7 N8 N9 INmin(kA) 1.339 1.143 0.997 0.884 0.794 IkdD2 0.202 0.202 0.202 0.202 0.202 6.629 5.658 4.936 4.376 3.931 min 0.564 0.681 0.806 0.940 1.083 * Chế độ phụ tải max cho bảo vệ 1 + Tại điểm ngắn mạch N5 ta có Ta có = = 3,536 Với = tpt1 + Dt ( với Dt = 0,3 s ) nên = 0,75 + 0,3 = 1,05 s Suy ra TP = = = 0,197 s + Tại điểm ngắn mạch N4 tính tương tự ta có = = 4,423 = = 0,777s Tương tự ta tính cho các điểm ngắn mạch N1, N2, N3 ta có bảng tổng kết sau Điểm Ni N1 N2 N3 N4 N5 INmax(kA) 9.348 4.573 3.034 2.269 1.814 IkdD1 0.513 0.513 0.513 0.513 0.513 18.222 8.914 5.914 4.423 3.536 max 0.154 0.336 0.541 0.777 1.05 * Chế độ phụ tải min cho bảo vệ 1 + Tại điểm ngắn mạch N5 ta có Ta có = = 2,610 = = 1,652 s + Tại điểm ngắn mạch N4 tính tương tự ta có = = 3,150 = = 1,237 Tương tự ta tính cho các điểm ngắn mạch N1, N2, N3 ta có bảng tổng kết sau Điểm Ni N1 N2 N3 N4 N5 INmin(kA) 4.951 2.758 2.038 1.616 1.339 IkdD1 0.513 0.513 0.513 0.513 0.513 9.651 5.376 3.973 3.150 2.610 min 0.307 0.608 0.895 1.237 1.652 Ta có biểu đồ thời gian bảo vệ theo chiều dài đường dây t ,s t max t min Biểu đồ thời gian phụ thuộc chiều dài đường dây bảo vệ 4 - Bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian a- Tính trị số dòng điện khởi động Dòng điện khởi động được chọn theo công thức I0kđ1= k .IddBI Trong đó : IddBI : là dòng danh định của BI k =0,2 - Với bảo vệ trên đoạn đường dây D1: I0kđ1 = 0,2.400 = 80 A I0kđ2 = 0,2.150 = 30 A b- Thời gian làm việc Thời gian làm việc của bảo vệ quá dòng thứ tự không có thời gian chọn theo đặc tính độc lập t02 = tpt2 + ∆t = 0,5 + 0,3 =0,8 s t01 = max(tpt1,t02) + ∆t = 0,8+ 0,3=1,1 s II – XÁC ĐỊNH PHẠM VI BẢO VỆ VÀ ĐỘ NHẠY Phạm vi bảo vệ của bảo vệ quá dòng cắt nhanh - Chọn dòng điện khởi động cho bảo vệ quá dòng cắt nhanh trên đoạn đường dây D2 là: Ikđ2 = kat . IN9max = 1,2 . 1,004 = 1,205 kA - Dòng điện khởi động của bảo vệ quá dòng cắt nhanh trên đoạn đường dây D1 là: Ikđ1 = kat . IN5max = 1,2 . 1,814 = 2,177 kA I, kA IN(3) IkdD1 IkdD2 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 trên 75% chiều dài đường dây D1. Chiều dài bảo vệ khoảng 12km 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 trên 50% chiều dài đường dây D2 khoảng 8km Độ nhạy bảo vệ quá dòng có thời gian a - Với đường dây 1 Ta có = = 2,61 > 1,5 Nên bảo vệ 1 đạt yêu cầu. b - Với đường dây 2 Ta có = = 3,93 > 1,5 Nên bảo vệ 2 đạt yêu cầu. Độ nhạy bảo vệ quá dòng “thứ tự không” có thời gian + Đối với đường dây 1. => Bảo vệ đảm bảo yêu cầu độ nhạy + Đối với đường dây 2. => Bảo vệ đảm bảo yêu cầu độ nhạy