Tài liệu môn Bảo vệ rơle và tự động hóa - Chương 4: Biến dòng điện và biến điện áp

SINH VIÊN:............................................ 3/14/2014 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 1 Company LOGOGV : ĐẶNG TUẤN KHANH Đại học quốc gia Tp.HCM Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM 1BV rơ le và tự động hóa 4.1 Máy biến dòng điện Chương 4: Biến dòng điện và biến điện áp 2BV rơ le và tự động hóa 4.2 Máy biến điện áp Chương 4: Biến dòng điện và biến điện áp 3BV rơ le và tự động hóa 4.1.1 Định nghĩa 4.1.2 Đánh dấu cực tính 4.1.3 Điều kiện làm việc của biến dòng điện 4.1.4 Cấp chính xác của biến dòng điện 4.1.5 Công suất của biến dòng 4.1.6 Sơ đồ đấu dây biến dòng 4.1: Máy biến dòng điện 4BV rơ le và tự động hóa SINH VIÊN:............................................ 3/14/2014 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 2 o Máy biến dòng điện là khí cụ điện có nhiệm vụ biến đổi dòng điện sơ cấp I1 trong mạch điện có điện áp cao về dòng điện thứ cấp I2 tương ứng với thiết bị đo lường thông qua tỷ số nBI o Dòng điện I2 thường là 1A, 5A o Biến dòng điện có thông số định mức: Uđm , Iđm , Zđm o Ngoài ra còn có thông số khác như sai số, cấp chính xác, phụ tải thứ cấp o Ký hiệu: BI, CT, TI 4.1.1. Định nghĩa 5BV rơ le và tự động hóa o Đánh dấu 2 mối dây sơ cấp I và II o Đánh dấu 2 mối dây thứ cấp 1 và 2 o Nếu đấu nối I ≡ 1 và II ≡ 2 thì dòng điện qua tải là không đổi o Thực hành: Nối mạch điện như hình vẽ và để ý cực tính của bình điện và điện kế G. Khi nhấn nút công tắc điện kế G chỉ theo chiều thuận thì đánh dấu như hình vẽ. 4.1.2. Đánh dấu cực tính 6BV rơ le và tự động hóa  Biến dòng điện bảo vệ làm việc cũng nặng nề hơn biến dòng điện đo lường, nghĩa là khi quá tải biến dòng điện vẫn hiển thị đúng trị số.  Chọn biến dòng điện căn cứ vào dòng điện sơ cấp cực đại và dòng NM  Tổng trở phụ tải thứ cấp phải Zpt ≤ Zđm tổng trở cho cho phép  Phụ tải của biến dòng điện chỉ được mắc nối tiếp 4.1.3. Điều kiện làm việc 7BV rơ le và tự động hóa  Không được để cho thứ cấp biến dòng điện hở mạch vì khi đó ta có I0 = I1 rất lớn làm từ thông bị bảo hòa bằng đầu gay sức điện động cảm ứng xung làm hư hỏng cách điện.  Cuộn thứ cấp phải nối đất. (lý do an toàn)  Lưu ý: Khi có tải làm việc, biến dòng không được hở mạch thứ cấp, nếu cần tháo gở thì phải nối tắt 2 mối thứ cấp. Nếu Zpt tăng cao thì cũng làm cho điện áp thứ cấp tăng Zpt . de dt    4.1.3. Điều kiện làm việc 8BV rơ le và tự động hóa SINH VIÊN:............................................ 3/14/2014 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 3  Không được để cho thứ cấp biến dòng điện hở mạch vì khi đó ta có I0 = I1 rất lớn làm từ thông bị bảo hòa bằng đầu gay sức điện động cảm ứng xung làm hư hỏng cách điện. de dt    4.1.3. Điều kiện làm việc 9BV rơ le và tự động hóa 1I  1R 1jX ' 2R ' 2jX 0R 'R 'jX 0jX1U  ' 2E  ' 2U  ' 2I  1I  o Định nghĩa: Cấp chính xác của biến dòng điện được gọi theo sai số lớn nhất về trị số ΔI%max khi nó làm việc trong các điều kiện sau:  Tần số định mức f = 50Hz  Dòng điện sơ cấp I1 = (1 đến 1.2) I1đm  Phụ tải thứ cấp Zpt = (0.25 đến 1 ) Z2đm 4.1.4. Cấp chính xác 10BV rơ le và tự động hóa o Cấp chính xác: Do cấu tạo lõi thép ( ), dòng điện sơ cấp I1 dây quấn và, phụ tải thứ cấp ( ) làm cho I1 ≠ I2' o Sai số gồm: trị số ΔI và góc pha δI o Dựa vào đồ thị vectơ có thể xác định biểu thức tính các thành phần sai số: 1I ' 2I I    0IA BC O ' 01 2 1 1 sin( ) II I OA OC BCI I OA OA I          0 1 sin( ) sin( )I I IAB OA I        0; I 1I  1R 1jX ' 2R ' 2jX 0R 'R 'jX 0jX1U  ' 2E  ' 2U  ' 2I  1I  4.1.4. Cấp chính xác 11BV rơ le và tự động hóa o Để giảm sai số thì lõi thép phải tốt thì ( ) sẽ nhỏ dẫn đến sai số nhỏ o Khi I1 có giá trị lớn thì sai số sẽ nhỏ nhưng lại gay phát nóng. o Phụ tải có tính chất trở thì ( ) nhỏ dẫn đến sai số nhỏ o Tuy nhiên, đối với biến dòng điện có cấu tạo đã cho thì ( ) cố định, sai số biến dòng điện phụ thuộc vào ( ) và(I1 ) mà thôi. 0; I  0; I  4.1.4. Cấp chính xác 12BV rơ le và tự động hóa SINH VIÊN:............................................ 3/14/2014 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 4 o Căn cứ vào sai số mà người ta chia làm các cấp chính xác: 0.2, 0.5, 1, 3, 10.  Cấp chính xác 0.2 dùng các dụng cụ đo lường mẫu  Cấp chính xác 0.5 dùng công tơ điện  Cấp chính xác 1 dùng đo lường các dụng cụ lắp bảng  Cấp chính xác 3, 10 dùng các bộ truyền động cho CB  Đối với hệ thống bảo vệ rơle thì tùy độ chính xác mà chọn. 5P20 4.1.4. Cấp chính xác 13BV rơ le và tự động hóa o Công suất thứ cấp định mức của biến dòng S2 đm là công suất max của phụ tải mà nó gay sai số trong giới hạn cho phép. o Công suất thứ cấp định mức: (vì Z2 rất bé so với Zpt ) hay 2 2 2 2 2 2 2( )dm dm dmS I U I I Z I Z   2 2 2 2 2 2 2 2( )dm dmS I U I E I Z I E    4.1.5. Công suất máy biến dòng 14BV rơ le và tự động hóa Bảng đường cong từ hoá 4.1.5. Công suất máy biến dòng 15BV rơ le và tự động hóa o Dòng qua rơle IR và dòng trên dây pha Ip có thể bằng nhau và có thể khác nhau phụ thuộc vào sơ đồ nối dây. o hệ số sơ đồ: a. Sơ đồ sao đủ b. Sơ đồ sao thiếu c. Sơ đồ biến dòng nối tam giác nhưng rơle đấu sao d. Sơ đồ rơle nối vào hiệu số dòng điện trên 2 pha e. Sơ đồ bộ lọc dòng thứ tự không R sd p IK I  4.1.6. Sơ đồ nối dây máy biến dòng 16BV rơ le và tự động hóa SINH VIÊN:............................................ 3/14/2014 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 5 o Khi bình thường hay N(3) thì o khi N(2) thì dòng NM chỉ chạy qua 2 rơle của 2 pha bị sự cố. o Khi N(1) , chỉ có 1 rơle của pha sự cố có dòng NM đi qua. o Sơ đồ sao đủ bảo vệ mọi dạng NM o Hệ số sơ đồ Ksd = 1 o Lưu ý: chọn 3 biến dòng điện giống nhau để tránh tình trạng mất cân bằng. thực tế luôn tồn tại dòng không cân bằng khoảng 0.01 đến 0.02 A ; ; ; 0CA Ba b c n a b c I I I II II I I I I I IK K K       4.1.6. Sơ đồ nối dây máy biến dòng 17BV rơ le và tự động hóa o Khi bình thường hay N(3) thì Vì vậy ta có dòng vào rơ le sẽ lớn hơn dòng pha lần và lệch góc 30 độ. o Hệ số sơ đồ tùy thuộc vào dạng NM. Nếu là N thì A B I a b I I I II I I K K    CB II b c I I III I I K K    C A III c a I I I II I I K K    3 3sdK  4.1.6. Sơ đồ nối dây máy biến dòng 18BV rơ le và tự động hóa o Khi bình thường hay N(3) thì Tuy nhiên thực tế tồn tại dòng không cân bằng nên sẽ khác 0 o Khi bất đối xứng: Dòng qua rơle la IR = 3I0 . o Vậy chỉ bảo vệ NM một pha chậm đất và hai pha chạm đất. 0R a b cI I I I    0( )/ 3.R a b c a b c II I I I I I I K I       4.1.6. Bộ lọc dòng thứ tự không 19BV rơ le và tự động hóa 4.2 Máy biến điện áp 4.2.1 Định nghĩa 4.2.2 Điều kiện làm việc của biến điện áp 4.2.3 Cấp chính xác của biến điện áp 4.2.4 Sơ đồ đấu dây biến điện áp vào Rơle 4.2. Máy biến điện áp 20BV rơ le và tự động hóa SINH VIÊN:............................................ 3/14/2014 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 6 o Máy biến điện áp là khí cụ điện có nhiệm vụ biến đổi điện áp sơ cấp U1 về điện áp thứ cấp U2 tương ứng với thiết bị đo lường thông qua tỷ số nU o Điện áp U thường là 100V (máy biến điện áp 3 pha), V (đối với máy biến điện áp 1 pha) o Biến điện áp có thông số định mức: Uđm , Iđm , Sđm o Ngoài ra còn có thông số khác như sai số, cấp chính xác, phụ tải thứ cấp. Ký hiệu: BU, VT, TU, PT 100 3 4.21. Định nghĩa 21BV rơ le và tự động hóa  Có thể dùng mỗi một biến áp đo lường cho từng bảo vệ. Tuy nhiên, do kinh tế nên thường dùng một biến áp đo lường cho nhiều bảo vệ.  Chọn biến điện áp theo dụng cụ điện có yêu cầu cấp chính xác cao nhất  Tổng phụ tải thứ cấp VA Spt ≤ Sđm tương ứng với cấp chính xác  Không được để cho thứ cấp biến điện áp bị ngắn mạch.  Phụ tải của biến điện áp chỉ được mắc song song  Cuộn thứ cấp phải nối đất. (lý do an toàn) 4.2.2. Điều kiện làm việc 22BV rơ le và tự động hóa o Định nghĩa: Cấp chính xác của biến điện áp được gọi theo sai số lớn nhất về trị số ΔU%max khi nó làm việc trong các điều kiện sau:  Tần số định mức f = 50Hz  Điện áp sơ cấp U1 = (0.9 đến 1.1) Uđm  Phụ tải thứ cấp Spt = (0.25 đến 1 )S2đm  Hệ số sông suất phụ tải cosφ = 0.8 4.2.3. Cấp chính xác 23BV rơ le và tự động hóa Ta thấy 2 tam giác gay sai số biến điện áp: ΔAEF: do dòng từ hóa I0 gay ra ΔBCF: do dòng tải I’2 gay ra Lúc không tải I’2 =0 thì vẫn có sai số do I0 gay ra.   0I  ' 2I   2U  O ' 2U  A BC E F 0 1I R  0 1j I X  0 1I Z   ' ' 2 1 2( )I R R   ' ' 2 1 2( )j I X X   ' ' 2 1 2( )I Z Z     1R 1jX ' 2R ' 2jX 0R 'R 'jX 0jX1U  ' 2E  ' 2U 1I  ' 2I  4.2.3. Cấp chính xác 24BV rơ le và tự động hóa SINH VIÊN:............................................ 3/14/2014 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 7 o Cấp chính xác: Do cấu tạo lõi thép ( ), dòng điện tải ( ) nghĩa là phụ thuộc vào công suất và số lượng dụng cụ đo mắc vào thứ cấp, cấu tạo biến điện áp ( ) làm cho U1 ≠ U2' = U2.KU o Sai số gồm: trị số ΔU và góc pha δU o Dựa vào đồ thị vectơ có thể xác định biểu thức tính các thành phần sai số: ' ' ' '' 0 1 0 1 2 1 2 2 1 22 1 1 1 ( ) ( )a r a rI R I X I R R I X XU U OA OC ABU U OC OC U             ' ' ' ' 0 1 0 1 2 1 2 2 1 2 1 ( ) ( )sin( ) r a r aU U I R I X I X X I R RBC OC U           0I ' 2I ' 1 2;Z Z 4.2.3. Cấp chính xác 25BV rơ le và tự động hóa o Để giảm sai số thì lõi thép phải tốt thì ( ) sẽ nhỏ dẫn đến sai số nhỏ o Phụ tải ( ) của biến điện áp không được vượt quá giá trị cho phép, ngoài tra còn phụ thuộc vào hệ số công suất của phụ tải thứ cấp o Phụ thuộc vào cấu tạo của biến điện áp ( ) nên để giảm sai số người ta chọn mật độ dòng điện trong các cuộn dây và từ cảm trong mạch có giá trị nhỏ hơn so với MBA lực nhằm giảm điện trở các cuộn dây và điện áp ngắn mạch của biến điện áp, thường thì điện áp ngắn mạch biến điện áp khoảng 0.4 đến 1 %. 0I ' 2I ' 1 2;Z Z 4.2.3. Cấp chính xác 26BV rơ le và tự động hóa o Căn cứ vào sai số mà người ta chia làm các cấp chính xác: 0.2, 0.5, 1, 3, 10.  Cấp chính xác 0.2 dùng các dụng cụ đo lường mẫu  Cấp chính xác 0.5 dùng công tơ điện  Cấp chính xác 1dùng đo lường các dụng cụ lắp bảng  Cấp chính xác 3, 10 dùng các bộ truyền động cho CB  Đối với hệ thống bảo vệ rơle thì tùy độ chính xác mà chọn. 4.2.3. Cấp chính xác 27BV rơ le và tự động hóa a. Sơ đồ nối sao b. Sơ đồ nối tam giác thiếu c. Sơ đồ bộ lọc áp thứ tự không 4.2.4. Sơ đồ nối dây 28BV rơ le và tự động hóa SINH VIÊN:............................................ 3/14/2014 BV rơle và tự động hóa GV: ĐẶNG TUẤN KHANH 8 o Trong sơ đồ nối sao để có điện áp pha so với đất ta phải nối trung tính xuống đất. Thứ cấp nối sao phải có dây N. Nếu dây trung tính bị đứt thì sẽ không có điện áp pha so với đất, mà chỉ có điện áp pha so với điểm trung tính của hệ thống. o Với sơ đồ này ta có thể lấy áp pha hay áp dây tùy ý. o Có thể dùng 3 máy biến điện áp đo lường rời hay dùng máy biến điện áp 3 pha 5 trụ (Vì nếu dùng máy biến điện áp 3 trụ thì không có đường đi cho từ thông thứ tự không, làm cho dòng từ hóa lớn khi chạm đất sẽ gay phát nóng. 4.2.4. Sơ đồ nối dây 29BV rơ le và tự động hóa o Sơ cấp nối sao có trung tính nối đất, thứ cấp nối tam giác hở và rơle nối vào 2 mối dây hở này (để lấy áp thứ tự không). o Khi vận hành bình thường hay ngắn mạch nhiều pha thì UR = 0. Tuy nhiện thực tế thì tồn tại dòng không cân bằng. o Khi có ngắn mạch chạm đất thì UR ≠ 0. o Ta có thể dùng đấu sao sao tam giác hở để có thể lấy được điện áp tùy thích: pha hay dây 0( ) 3.A B C R a b c U U U U U UU U U U K K        4.2.4. Sơ đồ nối dây 30BV rơ le và tự động hóa o Có thể dùng máy biến áp đo lường 2 cuộn thứ cấp, đấu sao sao tam giác hở, như thế ta có cả điện áp: pha, dây và thứ tự không. o Đối với MBA hay MF ta có thể láy điện áp thứ tự không từ trung tính nhờ biến điện áp đo lường 4.2.4. Sơ đồ nối dây 31BV rơ le và tự động hóa Kết thúc chương 04 32 Cám ơn các bạn đã lắng nghe