CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BẢO VỆ TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1.1 Lưới điện phân phối 1.1 Khái niệm lưới phân phối Lưới phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian (hoặc Trạm khu vực hoặc thanh cái nhà máy điện) cho các phụ tải. Lưới điện phân phối gồm 2 phần: + Lưới phân phối trung áp có các cấp điện áp 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22kV, 35 kV phân phối điện cho các trạm phân phối trung áp / hạ áp và các phụ tải trung áp. + Lưới hạ áp cấp điện cho các phụ tải hạ áp 380/220 V. Lưới phân phối thường có chiều dài tương đối ngắn (chiều dài < 60 km) từ thanh cái thứ cấp của trạm biến áp khu vực đến các hộ tiêu thụ công nghiệp, nông nghiệp, thành phố,.
Các trạm biến áp hạ áp 22 - 35/0,4 kV thường có công suất tương đối nhỏ (hàng trăm đến hàng ngàn kVA) và chúng thường được dùng để cung cấp điện cho vùng dân cư hoặc làm trạm biến áp phân xưởng. Xét trên quy mô hệ thống điện toàn quốc, mạng lưới điện phân phối có tỉ trọng khá lớn. Về dung lượng, số lượng máy biến áp phân phối gấp 2.5 3 lần máy biến áp truyền tải, và chiều dài tổng cộng của lưới phân phối gấp 3 4 lần chiều dài của đường dây truyền tải. Thêm vào đó là các thiết bị như máy cắt, dao cách ly, chống sét, thiết bị bảo vệ và đo đếm cũng rất nhiều.2 Đặc điểm của lưới phân phối Đặc điểm chính của hệ thống lưới phân phối là cung cấp điện trực tiếp đến người sử dụng.
Trong công cuộc phát triển đất nước hiện nay, việc cung cấp điện năng là một trong những ngành quan tâm hàng đầu của Chính Phủ nói chung và của Thành Phố nói riêng. Vì vậy để đảm bảo chất lượng điện năng thì việc nghiên cứu, thiết kế hệ thống lưới điện phân phối là hết sức quan trọng. Hệ thống phân phối điện năng được xây dựng và lắp đặt phải đảm bảo nhận điện năng từ một hay nhiều nguồn cung cấp và phân phối đến các hộ tiêu thụ. Đảm bảo cung cấp điện tiêu thụ ít gây ra mất điện nhất.
Bằng các biện pháp cụ thể như có thể có nhiều nguồn cung cấp, có đường dây dự phòng, có nguồn thay thế như máy phát … Lưới điện phân phối vận hành dễ dàng linh hoạt và phù hợp với việc phát triển lưới điện trong tương lai. Đảm bảo chất lượng điện năng cao nhất về ổn định tần số và ổn định điện áp. Độ biến thiên điện áp cho phép là ± 5% Uđm. đảm bảo chi phí duy tu, bảo dưỡng là nhỏ nhất.
3|P age PHỐI HỢP CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG Hình 1.1 Lưới điện phân phối 22kV Hệ thống điện bao gồm các thiết bị điện được kết nối với nhau theo một nguyên tắc chặt chẽ tạo nên một cơ cấu đồng bộ, hoàn chỉnh. Mỗi thiết bị điện cần được lựa chọn đúng để thực hiện tốt chức năng trong sơ đồ cấp điện và góp phần làm cho hệ thống cung cấp điện vận hành đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật, kinh tế và an toàn. Thiết bị điện được đề cập ở đây là loại thiết bị làm nhiệm vụ: đóng cắt, điều khiển, điều chỉnh, bảo vệ, chuyển đổi, khống chế và kiểm tra mọi sự hoạt động của hệ thống lưới điện và các loại máy điện. Ngoài ra, thiết bị điện còn được sử dụng để kiểm tra, điều chỉnh và biến đổi đo lường nhiều quá trình không điện khác.
Thiết bị điện bảo vệ: làm nhiệm vụ bảo vệ các động cơ, máy phát điện, lưới điện khi có quá tải, ngắn mạch, sụt áp,… ( như rơle, cầu chì,…).2 Các thiết bị bảo vệ chính trong lưới điện phân phối 1.1 Những yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ trong hệ thống điện a. Tin cậy Là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng, chắc chắn. Chọn lọc Là khả năng của bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống. Cấu hình của hệ thống điện càng phức tạp việc đảm bảo tính chọn lọc của bảo vệ càng khó khăn.
Tác động nhanh 4|P age PHỐI HỢP CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG Hiển nhiên bảo vệ phát hiện và cách ly phần tử bị sự cố càng nhanh càng tốt. Tuy nhiên khi kết hợp với yêu cầu chọn lọc để thỏa mãn yêu cầu tác động nhanh cần phải sử dụng những loại bảo vệ phức tạp và đắt tiền. Độ nhạy Đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của rơle hoặc hệ thống bảo vệ, nó được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy, tức tỉ số giữa trị số của đại lượng vật lý đặt vào rơle khi có sự cố với ngưỡng tác động của nó. Sự sai khác giữa trị số của đại lượng vật lý đặt vào rơle và ngưỡng khởi động của nó càng lớn, rơle càng dễ cảm nhận sự xuất hiện của sự cố, hay như thường nói rơle tác động càng nhạy.
Tính kinh tế Các thiết bị bảo vệ được thiết kế và lắp đặt trong hệ thống điện, khác với các máy móc và thiết bị khác, không phải để làm việc thường xuyên trong chế độ vận hành bình thường. Nhiệm vụ chủ yếu của chúng là phải luôn luôn sẵn sàng chờ đón những bất thường và sự cố có thể xảy ra bất kỳ lúc nào và có những tác động chuẩn xác. Đối với các trang thiết bị điện cao áp và siêu cao áp, chi phí để mua sắm và lắp đặt thiết bị bảo vệ thường chỉ chiếm một vài phần trăm giá trị của công trình, vì vậy thông thường giá cả thiết bị bảo vệ không phải là yếu tố quyết định trong lựa chọn chủng loại hoặc nhà cấp hàng cho thiết bị bảo vệ. Ở đây bốn yêu cầu kỹ thuật đã nêu trên đây đóng vai trò quyết định, vì nếu không thoả mãn được các yêu cầu này sẽ dẫn đến hậu quả rất tai hại cho hệ thống điện.2 Cầu chì (FCO) FCO (Fuse-Cut-Out) là một loại cầu dao kèm cầu chì dùng để bảo vệ các thiết bị trên lưới trung thế khi quá tải và khi ngắn mạch.
Khi có quá tải hay ngắn mạch xảy ra, dây chì chảy ra và đứt, đầu trên của cầu chì tự động nhả chốt hãm làm cho ống cầu chì rơi xuống tạo ra khoảng cách ly giống như mở cầu dao, giúp dễ dàng kiểm tra sự đóng cắt của đường dây và tạo tâm lý an toàn cho người vận hành. Thành phần cơ bản của dây chảy là một phần tử chảy được chế tạo từ nhiều loại vật liệu khác nhau và có kích cỡ khác nhau nhằm tạo ra các đặc tính thời gian - dòng điện khác nhau. Một dây chịu lực nối song song với dây chảy để chịu lực kéo của dây chảy. Dây chảy sử dụng một đầu dạng nút và một đầu rời được thiết kế để có thể lắp lẫn về cơ khí ở các cầu chì tự rơi hay các thiết bị khác có sử dụng dây chảy.
Quanh phần tử chảy là một ống phụ trợ sinh khí để dập tắt các dòng sự cố nhỏ. Một số loại dây chảy đặc biệt sử dụng hai phần tử chảy để giảm dòng điện chảy nhỏ nhất thời gian dài và không làm giảm các dòng điện chảy nhỏ nhất thời gian ngắn, các loại này có sự ứng dụng đặc biệt trong các bảo vệ quá dòng. Mỗi loại dây chảy được chế tạo theo một tiêu chuẩn nhất định, theo đặc tính dây chảy ta có các loại dây chảy thông thường sau đây: 5|P age PHỐI HỢP CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG a. Dây chảy định mức “N”: Dây chảy này cho phép tải liên tục 100% dòng điện định mức của nó và sẽ chảy ở ít nhất 230% dòng định mức trong khoảng thời gian 5 phút.
Dây chảy loại “K” và “T” tương ứng là các loại dây chảy nhanh và chậm. Dây chảy “K” có tỉ số tốc độ là 6-8 và loại “T” là 10-13. Tỉ số tốc độ của dây chảy là tỉ số của dòng điện làm cho dây chảy đứt ở 0,1 giây và 300 giây hoặc 600 giây (300 giây ứng với dây chảy có dòng định mức đến 100 A và 600 giây ứng với dây chảy có dòng định mức lớn hơn 100A). Dây chảy Edison được phân loại theo bảng dưới đây.
Cầu chì được phân loại theo cấu tạo và nguyên lý hoạt động hay cách thức dập hồ quang. Các loại cầu chì thường dùng bao gồm: - Cầu chì tự rơi. - Cầu chì chân không. - Cầu chì giới hạn dòng.2 Cầu chì tự rơi 35kV-22kV 1.3 Máy cắt tự động đóng lại Automatic Circuit Reclosers (Gọi tắt là Reclosers) Recloser là loại máy cắt trung thế có chức năng tự đóng lại.
Khi đường dây bị sự cố (sự cố lần 1), recloser sẽ tác động cắt lần 1 mở các tiếp điểm. Sau một khoảng thời gian do người vận hành cài đặt, recloser sẽ tự đóng lại (đóng lại lần 1). Nếu sự cố là sự cố thoáng qua, và sự cố tự bản thân nó đã giải trừ (ví dụ con rắn bò lên đường dây, khi bị phóng điện tạo sự cố, con rắn rơi xuống đất nên sự cố tự giải trừ), khi đó, hệ thống vận hành bình thường. Nếu sự cố là vĩnh cữu (ví dụ do bị đứt dây), recloser sẽ tác động cắt lần 2, số lần tự đóng lại của recloser do người vận hành cài đặt.
6|P age PHỐI HỢP CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG Máy cắt tự động đóng lại (Recloser) điều khiển điện tử là một thiết bị bảo vệ quá dòng rất tin cậy, dùng cho lưới điện phân phối điện áp lên đến 38kV. Do kết cấu gọn nhẹ, các thiết bị này dễ dàng lắp đặt lên trụ hay trong các trạm. Các loại máy cắt tự động đóng lặp lại trong nhóm này qua thực tế làm việc cho thấy có độ tin cậy và tuổi thọ cao. Nhờ bộ phận điều khiển tự động đóng lại, các máy tự động đóng lại này cho phép có được sự phối hợp rất tốt và có khả năng ứng dụng vào các thiết bị rơ le bảo vệ khác của hệ thống khó có thể.
Các loại máy cắt tự động đóng lặp lại trên đường dây 472-E11 lưới điện phân phối 22kV Đà nẵng: Recloser của hãng NOJA-OSM27 và tủ điều khiển RC10-ES. Recloser của hãng NU-LEC và tủ điều khiển ADVC 2-A45-27. Các recloser này có dãy thông số định mức rộng đáp ứng được các nhu cầu khác nhau của hệ thống điện. Ngoài ra các phụ kiện điều khiển cho phép đáp ứng chương trình bảo vệ đặt tính linh động tối đa khi vận hành hệ thống.