Bảo vệ hệ thống điện: Nguyên lý, thành phần và ứng dụng

• Tác giả: R. Aggarwal B Eng, PhD, C Eng, MIEE, SMIEEE
• Người hướng dẫn: The Electricity Training Association
• Trường học: The Institution of Electrical Engineers
• Chuyên ngành: Electrical Engineering
• Đề tài: Bảo vệ hệ thống điện: Nguyên lý và ứng dụng
• Loại tài liệu: publication
• Năm xuất bản: 1969
• Địa điểm: London

• Foreword
• Chapter authors
• Editorial panel
• Protection symbols used in circuit diagrams
• 1. Role of protection
• 1.2. Role of protection in a power station
• 1.2. System and substation layout
• 1.3. Current transformer location
• 1.1. Neutral-earthing methods
• 1.2. Special cases of resistance earthing
• 1.1. Faults and other abnormalities
• 1.2. Nature and causes of faults
• 1.5. Basic terms used in protection
• 1.6. Necessity for back-up protection
• 1.3. Transmission systems
• 1.8. Bibliography
• 2. Protection principles and components
• 2.1. Fundamental principles
• 2.1. Methods of discrimination
• 2.2. Derivation of relaying quantities
• 2.3. Combined overcurrent and earth fault relays
• 2.4. Derivation of a representative single-phase quantity from a three-phase system
• 2.2. Components of protection
• 2.2.3. Voltage transforming devices
• 2.8. Tripping and other auxiliary supplies
• 2.9. Fuses, small wiring, terminals and test links
• 2.2.10. Pilot circuits
• 2.3. Consideration of the protection problem
• 2.4. Bibliography
• 3. Fault calculations
• 3.1. Purpose of fault calculation
• 3.2. Types of fault
• 3.3. Factors affecting fault severity
• 3.4. Methods of fault calculation
• 3.2. Basic principles of network analysis
• 3.1. Fundamental network laws
• 3.2. Mesh-current analysis
• 3.3. Nodal-voltage analysis
• 3.2.4. Application of mesh-current and nodal-voltage analysis
• 3.2.5. Network theorems and reduction formulas
• 3.3. Calculations of balanced fault conditions
• 3.3.1. Single-phase representation
• 3.2. Use of a common voltage base
• 3.3. Representation of nominal-ratio transformer circuits
• 3.4. Representation of off-nominal-ratio transformer circuits
• 3.5. Transformer phase-shifts
• 3.6. Representation of synchronous machines
• 3.3.7. Use of per-unit and per-cent values
• 3.3.8. Fault-calculation procedure
• 3.4. Calculation of unbalanced fault conditions
• 3.2. Phase-sequence networks and impedances
• 3.3. Phase-sequence equivalent circuits
• 3A.4. Analysis of short-circuit conditions
• 3.5. Effect of fault impedance
• 3.6. Analysis of open-circuit conditions
• 3.7. Transformer phase-shifts
• 3.8. Fauit-calculation procedure
• 3.5. Calculation of simuRaneons fault conditions
• 3.2. Cross-country earth-fauR
• 3.3. Sequence network interconnections
• 3.6. Practical network analysis
• 3.2. Digital-computer analysis
• 3.2. Generator-winding faults
• 3.3. Transformer-winding faults
• 3.1. Representation of off-nominal-ratio transformers
• 3.2. Effects of overhead-fine asymmetry
• 3.9. Bibliography
• 4. Protective transformers
• 4.2. Steady-state theory of current transformers
• 4.1. Equivalent circuit, vector diagram, errors
• 4.2. Influence of the core, magnetic materials, and magnetisation curves
• 4.3. Single-turn primary current transformers
• 4.5. Balancing windings and eddy-current shielding
• 4.6. Open-circuit secondary voltage
• 4.7. Secondary currents, borders and connecting lead resistance
• 4.3. Current transformers for protection
• 4.1. Saturation of the core and ratio on overcurrents.2 Trip-coil operation
• 4,3.3. Overcurrent-relay operation
• 4,3.4. Earth-fault relays with inverse-time characteristics
• 4.5. Relay settings and primary operating currents
• 4.6. Current transformers for balanced differential protective schemes
• 4.7. Simple transient-state theory
• 4.4. Construction of current transformers
• 4.2. Forms of cores
• 4.3. Windings and insulation
• 4.4. High-voltage current transformers
• 4.S. Testing of current transformers
• 4.2. Turns ratio tests
• 4.4. Current transformers for balanced differential protective schemes
• 4.6. Voltage-transformer theory
• 4.1. Electromagnetic-type voltage transformers
• 4.2. Capacitor-type voltage transformers
• 4.3. Burdens and lead resistances
• 4.7. Voltage transformers for protection
• 4.1. Electromagnetic type, categories, residual voltages
• 4.2. Capacitor type
• 4,8. Construction of voltage transformers
• 4.4. Capacitor divider voltage sensor
• 4,8.5. Voltage transformers for SF6 metalclad switchgear
• 4.9. Fusing and protection of voltage transformers
• 4,10. Testing of voltage transformers
• 4,10.4. Polarity
• 4,11. Bibliography
• 5. Fuses
• 5.1. Definition of a fuse
• 5.2. Definition of a fuselink
• 5.3. Categories of fuse
• 5.1. Powder-filled cartridge fuse
• 5.1. High-voltage powder-filled fuses
• 5.3. Semi-enclosed fuse
• 5.5. Other fuse developments
• 5.3. Mechanism of fuse operation
• 5.1. Operation on small overcurrents
• 5.2. Operation on large overcurrents
• 5.3,3. Operation on intermediate overcurrents
• 5.4. Operation on pulsed loading
• 5.4. Peak arc voltage
• 5.5. Time/current characteristic and factors affecting it
• 5.1. Definitions related to the operation of fuses at the small overcurrent region of the time/current characteristic and the assignment of current rating
• 5.1. Discrimination between fuselinks
• 5. fuses and circuit- breaking devices
• 5.7. Testing of fuses
• 5.1. Fuse testing on a
• 5.2. Other parameters tested
• 6. Principal types of relays
• 6.1. Attracted-armature relays
• 6.2. Moving-coil relays
• 6.5. Motor-operated relays
• 6.6. Gas- and oil-operated relays (Buchholz relays)
• 6.1. Operating-voltage limits
• 6.2. Discharge of wiring capacitance
• 6.4. Time-lag relays
• 6.6. Trip-circuit supervision
• 6.4. General design considerations
• 6.3. Relay setting adjustment
• 6.. Basic circuits employed
• 6.3. Transient overvoltages and interference
• 6.1. Sources of transients
• 6.3. Protection against transients
• 6.4. Power supplies for static relays
• 6.5. Output and indicating circuits
• 6.8. Application and characteristics
• 6.1. Instantaneous current- and voltage-operated relays
• 6.2. Double-quantity measurement
• 6.3. Presentation of characteristics
• 6.4. Complex input comparators
• 6.6. Rectifier bridge comparators
• 6.7. Phase-comparison bridge
• 6.1. Negative-sequence protection
• 6.9. Testing of relays and protection schemes
• 6.1. Test at manufacturing works
• 6.2. Testing at sire
• 6.10. Future trends in relay des/gn
• 6.11. Bibliography
• 7. Protection signalling
• 7.2. Commun/cation media
• 7.1. Power-line carrier
• 7.3. Design principles of coupling equipment
• 7.5. Protection and earthing of coupling equipment
• 7.7. Application to feed circuits
• 7.8. Application to circuits containing cable sections
• 7.1. Underground pilot cables
• 7,2.3. Rented pilot circuits
• 7.2. Types of rented pilot circuit
• 7.3. pilot-circuit characteristics
• 7.2. Microwave radio links
• 7.3. Fundamental signilllng problem
• 7.1. Effects of noise
• 7.2. Characteristics of electrical noise
• 7.3. Equipment design principles
• 7.4. Performance requirements of signalling facilities and equipment
• 7.2. Equipment operating time classification
• 7.2. Reliability of operation
• 7.3. Security against maloperation
• 7.6. Other performance requirements
• 7.5. Methods of signalling
• 7.. intertripping over private pilots
• 7.3. Voice-frequency signalling equipment
• 7.. protection signalling equipment
• 7.4. Power-line-carrier signalling equipment
• 7.1. Keyed carrier equipment
• 7.2. Carrier frequency-shift equipment
• 7.3. Single-sideband power-line-carrier communication equipment
• 7.6. Bibliography
• Index

I. Tổng quan về bảo vệ hệ thống điện Nguyên lý và ứng dụng

Bảo vệ hệ thống điện là một lĩnh vực quan trọng trong ngành điện, đảm bảo an toàn cho các thiết bị và người sử dụng. Nguyên lý bảo vệ hệ thống điện bao gồm việc phát hiện và ngăn chặn các sự cố như ngắn mạch, quá tải. Ứng dụng của các hệ thống bảo vệ này không chỉ giúp bảo vệ thiết bị mà còn đảm bảo sự ổn định của lưới điện.

1.1. Nguyên lý cơ bản của bảo vệ hệ thống điện

Nguyên lý bảo vệ hệ thống điện dựa trên việc sử dụng các thiết bị như relay và circuit breaker để phát hiện sự cố. Các thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên lý so sánh dòng điện và điện áp, từ đó đưa ra quyết định ngắt mạch khi có sự cố xảy ra.

1.2. Các thành phần chính trong hệ thống bảo vệ điện

Hệ thống bảo vệ điện bao gồm nhiều thành phần như relay bảo vệ, circuit breaker, và các thiết bị đo lường. Mỗi thành phần có vai trò riêng trong việc phát hiện và xử lý sự cố, đảm bảo an toàn cho hệ thống.

II. Vấn đề và thách thức trong bảo vệ hệ thống điện hiện nay

Mặc dù công nghệ bảo vệ hệ thống điện đã phát triển, nhưng vẫn còn nhiều thách thức cần giải quyết. Các sự cố không lường trước có thể gây ra thiệt hại lớn cho hệ thống điện. Việc nâng cấp và bảo trì các thiết bị bảo vệ cũng là một vấn đề quan trọng.

2.1. Các sự cố thường gặp trong hệ thống điện

Các sự cố như ngắn mạch, quá tải và mất điện đột ngột là những vấn đề phổ biến. Những sự cố này không chỉ ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống mà còn có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho thiết bị.

2.2. Thách thức trong việc nâng cấp công nghệ bảo vệ

Việc nâng cấp công nghệ bảo vệ đòi hỏi chi phí cao và thời gian thực hiện lâu. Ngoài ra, việc đào tạo nhân lực để sử dụng công nghệ mới cũng là một thách thức lớn.

III. Phương pháp bảo vệ hệ thống điện hiệu quả nhất hiện nay

Để bảo vệ hệ thống điện hiệu quả, cần áp dụng các phương pháp hiện đại như sử dụng relay số và công nghệ tự động hóa. Những phương pháp này giúp phát hiện sự cố nhanh chóng và chính xác hơn.

3.1. Sử dụng relay số trong bảo vệ hệ thống điện

Relay số có khả năng xử lý thông tin nhanh chóng và chính xác, giúp phát hiện sự cố ngay lập tức. Điều này giúp giảm thiểu thiệt hại cho hệ thống điện.

3.2. Công nghệ tự động hóa trong bảo vệ điện

Công nghệ tự động hóa giúp tối ưu hóa quy trình bảo vệ, giảm thiểu sự can thiệp của con người. Hệ thống có thể tự động điều chỉnh và khôi phục sau sự cố.

IV. Ứng dụng thực tiễn của bảo vệ hệ thống điện trong ngành công nghiệp

Bảo vệ hệ thống điện không chỉ quan trọng trong lưới điện mà còn có ứng dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp. Các nhà máy sản xuất, khu công nghiệp đều cần hệ thống bảo vệ để đảm bảo an toàn cho thiết bị và con người.

4.1. Ứng dụng trong nhà máy sản xuất

Trong các nhà máy sản xuất, hệ thống bảo vệ giúp ngăn chặn sự cố và đảm bảo hoạt động liên tục. Việc sử dụng các thiết bị bảo vệ hiện đại giúp giảm thiểu rủi ro.

4.2. Ứng dụng trong khu công nghiệp

Khu công nghiệp thường có nhiều thiết bị điện lớn, do đó cần hệ thống bảo vệ mạnh mẽ. Các giải pháp bảo vệ giúp bảo vệ tài sản và đảm bảo an toàn cho người lao động.

V. Kết luận và tương lai của bảo vệ hệ thống điện

Bảo vệ hệ thống điện là một lĩnh vực không ngừng phát triển. Với sự tiến bộ của công nghệ, các giải pháp bảo vệ ngày càng hiệu quả hơn. Tương lai của bảo vệ hệ thống điện hứa hẹn sẽ có nhiều cải tiến đáng kể.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ bảo vệ

Công nghệ bảo vệ sẽ tiếp tục phát triển với sự xuất hiện của các thiết bị thông minh và tự động hóa. Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu quả bảo vệ hệ thống điện.

5.2. Tầm quan trọng của đào tạo nhân lực

Đào tạo nhân lực là yếu tố quan trọng để đảm bảo việc áp dụng công nghệ mới. Nhân lực có trình độ sẽ giúp tối ưu hóa quy trình bảo vệ và nâng cao hiệu quả công việc.