Phân tích chế độ trung tính của lưới điện trung áp và ảnh hưởng của nó tới việc bảo vệ an toàn trong lưới trung áp

102 trang yendo 5580

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Phân tích chế độ trung tính của lưới điện trung áp và ảnh hưởng của nó tới việc bảo vệ an toàn trong lưới trung áp", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

phan_tich_che_do_trung_tinh_cua_luoi_dien_trung_ap_va_anh_hu.pdf

Nội dung text: Phân tích chế độ trung tính của lưới điện trung áp và ảnh hưởng của nó tới việc bảo vệ an toàn trong lưới trung áp

 Luận văn Đề tài: Phân tích chế độ trung tính của lưới điện trung áp và ảnh hưởng của nó tới việc bảo vệ an toàn trong lưới trung áp
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 1 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh MỤC LỤC Trang MỤC LỤC 1 CÁC CHỮ VIẾT TẮT 4 DANH MỤC CÁC BẢNG 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 6 MỞ ĐẦU 9 A. Lý do chọn đề tài 9 B. Đối tượng và phạm vi nguyên cứu 10 C. Mục tiêu 10 D. Bố cục đề tài 10 Chương I: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI TRUNG ÁP 11 1.1. Hệ thống điện và lưới điện 11 1.1.1. Khái niệm 11 1.1.2. Lưới hệ thống 11 1.1.3. Lưới điện truyền tải 11 1.1.4. Lưới điện trung áp phân phối 12 1.2. Tổng quan về lưới điện phân phối 13 1.2.1. Khái quát về lưới điệ n phân phối trong hệ thống điện 13 1.2.2. Đặc điểm của lưới điện phân phối 14 1.2.3. Các loại sơ đồ lưới trung áp phân phối 15 1.3. Thực tế lưới điện trung áp phân phối hiện nay 22 1.3.1. Sơ đồ lưới phân phối trung áp nông thôn 22 1.3.2. Sơ đồ lưới phân phối trung áp thành phố, xí nghiệp 23 1.4. Khả năng mang tải của lưới điện trung áp phân phối 24 Chương II: CÁC GIẢI PHÁP NỐI ĐẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦACHÚNG 28 SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh 2.1. Khái niệm chung 28 2.1.1. Khái niệm điểm trung tính 28 2.1.2. Sơ lược về lịch sử phát triển các chế độ trung tính 29 2.1.3. Tạo điểm trung tính 29 2.2. Tình trạng làm việc của từng phương thức 31 2.2.1. Mạng 3 pha trung tính cách điện đối với đất 31 2.2.2. Mạng điện 3 pha trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang 36 2.2.3. Mạng điện 3 pha trung tính nối đất trực tiếp 42 2.2.4. Hệ thống nối đất hiệu quả 43 Chương III: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG THỨC NỐI ĐẤT LƯỚI TRUNG ÁP 48 3.1. Những vấn đề về nối đất điểm trung tính của HT 48 3.1.1. Ngắn mạch 1 pha trong HT trung tính trục tiếp nối đất 48 3.1.2. Chạm đất 1 pha trong HT điểm trung tính không nối đất 50 3.2. So sánh chế độ làm việc của trung tính mạng điện trong lưới điện trung áp phân phối 51 3.2.1. Kết cấu mạch điện 51 3.2.2. Chế độ vận hành 52 3.2.3. Hậu quả của từng loại 52 3.3. Các chỉ tiêu cơ bản để lựa chọn phương thức nối đất lưới trung áp 53 3.3.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật 53 3.3.1.1. Chỉ tiêu cách điện 53 3.3.1.2. Chỉ tiêu về chế độ làm việc 53 3.3.2. Chỉ tiêu về chế độ quản lý vận hành 55 3.3.2.1. Đối với mạng trung tính không nối đất trực tiếp 55 3.3.2.2. Đối với mạng trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang 56 SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 3 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh 3.3.2.3. Đối với mạng trung tính nối đất trực tiếp 56 3.3.3. Chỉ tiêu về kinh tế 57 3.3.3.1. Mạng trung tính không nối đất trực tiếp 57 3.3.3.2. Mạng trung tính nối đất trực tiếp 57 3.3.4. Tổng kết về các chế độ nối đất trung tính lưới điện trung áp phân phối 58 Chương IV: ẢNH HƯỞNG CỦA NỐI ĐẤT TRUNG TÍNH ĐẾN BẢO VỆ AN TOÀN TRONG LƯỚI TRUNG ÁP 61 4.1. Đối với mạng có trung tính cách đất hoặc trung tính không nối đất trực tiếp 61 4.2. Đối với mạng trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang 64 4.3. Mạng có trung tính nối đất trực tiếp 64 Chương V: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN BẢO VỆ AN TOÀN CHO LƯỚI TRUNG ÁP PHÂN PHỐI BÌNH ĐỊNH 65 5.1. Tính toán dòng điện chạm đất 1 pha trong lưới trung áp phân phối 35kV tỉnh Bình Định 65 5.1.1. Phương thức vận hành 1: Phương thức vận hành cơ bản 67 5.1.2. Phương thức vận hành 2: Nguồn 35kV E 21 cấp đến E Phù Cát (nguồn 35kV E An Nhơn không vận hành) 74 5.1.3. Phương thức vận hành 3: Nguồn 35kV E An Nhơn cấp đến E19 (nguồn 35kV E 19 không vận hành) 76 5.1.4. Phương thức vận hành 4: Nguồn 35kV E Phù Cát cấp đến E 18 (nguồn 35kV E Phù Mỹ không vận hành) 78 5.1.5. Phương thức vận hành 5: Nguồn 35kV E An Nhơn cấp đến E Phù Mỹ (nguồn 35kV E Phù Cát không vận hành) 80 5.2. Bảo vệ con người khỏi bị điện giật trong trường hợp đứt dây ở mạng điện 35Kv 83 Chương VI: MỘT SỐ GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG BẢO VỆ AN TOÀN CHO LƯỚI TRUNG ÁP PHÂN PHỐI CÓ TRUNG TÍNH CÁCH ĐẤT SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 4 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh KHU VỰC TỈNH BÌNH ĐỊNH. 88 6.1. Các nguyên lý của bảo vệ chạm đất 88 6.1.1. Bảo vệ chạm đất phản ứng theo dòng điện NM 88 6.1.2. Bảo vệ chạm đất phản ứng theo điện áp 88 6.1.3. Bảo vệ chạm đất phản ứng theo dòng điện TTK 89 6.1.4. Bảo vệ chạm đất theo nguyên lý dòng điện T TK có hướng 90 6.1.5. Bảo vệ chạm đất 1 pha, phản ứng theo dòng NM 2 pha chạm đất 90 6.1.6. Đặt bảo vệ theo dòng và áp TTK 92 6.1.7. Thiết kế và lắp đặt rơle công suất có hướng (RCĐ) bảo vệ cắt chọn lọc khi có chạm đất 1 pha 94 6.2. Chỉnh định bảo vệ chạm đất 1 pha 96 6.2.1. Dòng điện tác động của rơle 96 6.2.2. Độ nhạy của bảo vệ 97 6.2.3. Chọn thời gian của bảo vệ 97 KẾT LUẬN 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 CÁC CHỮ VIẾT TẮT: CA : Cao áp. CCĐ : Cung cấp điện. CSV : Chống sét van. DCL : Dao cách ly. DZ : Đường dây. HA : Hạ áp. HT : Hệ thống. HTĐ : Hệ thống điện. LĐPP : Lưới điện phân phối. SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 5 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh PĐ : Phân đoạn. PTVH : Phương thức vận hành. PTVHCB: Phương thức vận hành cơ bản. MBA : Máy biến áp. MC : Máy cắt. MĐ : Mạng điện. NM : Ngắn mạch. RCĐ : rơle công suất có hướng. TA : Trung áp. TĐD : Tự động đóng nguồn dự trữ. TĐL : Tự động đóng lặp lại. TG : Thanh góp. TTG : Trạm trung gian. TTK : Thứ tự không. TTN : Thứ tự nghịch. TTT : Thứ tự thuận. XT : Xuất tuyến. DANH MỤC CÁC BẢNG: Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Khả năng tải của đường dây trên không 35kV the o tổn thất điện áp. 25 1.2 Khả năng tải của đường dây cáp 35kV theo tổn thất điện áp. 25 1.3 Khả năng tải theo phát nóng (MW) của các đường dây. 26 5.1 Giá trị dòng điện dung theo quy phạm Quản lý kỹ thuật. 65 5.2 Kết lưới 35kV khu vực trạm E21 theo PTVHCB. 67 5.3 Kết lưới 35kV khu vực trạm E An Nhơn theo PTVHCB. 68 SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 6 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh 5.4 Kết lưới 35kV khu vực trạm E Phù Cát theo PTVHCB. 69 5.5 Kết lưới 35kV khu vực trạm E Phù Mỹ theo PTVHCB. 70 5.6 Kết lưới 35kV khu vực trạm E18 theo PTVHCB. 71 5.7 Kết lưới 35kV khu vực trạm E19 theo PTVHCB. 71 5.8 Phương thức vận hành 2. 774 5.9 Phương thức vận hành 3. 76 5.10 Phương thức vận hành 4. 78 5.11 Phương thức vận hành 5. 80 5.12 So sánh dòng chạm đất trong các PTVH. 82 5.13 Mối quan hệ dòng điện chạm đất, điện áp bước, điện áp 86 dịch chuyển trung tính. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ. Số hiệu Tên hình vẽ Trang hình vẽ 1.1 Ba thành phần của hệ thống điện. 13 1.2 Sơ đồ hình tia. 15 1.3 Sơ đồ phân nhánh. 15 1.4 Sơ đồ cung cấp điện kiểu phân nhánh có DZ dự phòng chung. 17 1.5 Sơ đồ CCĐ kiểu phân nhánh có DZ dự phòng riêng cho từng 18 trạm biến áp. 1.6 Sơ đồ CCĐ kiểu phân nhánh nối hình vòng. 19 1.7 Sơ đồ CCĐ kiểu hình tia cung cấp bởi hai đường dây. 20 1.8 Sơ đồ CCĐ kiểu phân nhánh được cung cấp hai đường dây. 21 SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 7 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh 1.9 Sơ đồ CCĐ kiểu dẫn sâu. 22 2.1 Tạo trung tính với dòng NM điều chỉnh được. 30 2.2 Mạng 3 pha trung tính cách điện. 31 2.3 Sơ đồ mạng điện đơn giản gồm một máy phát điện, đường 32 dây, phụ tải. 2.4 Chạm đất 1 pha ở mạng trung tính cách đất. 33 2.5 Biểu diễn vectơ chạm đất 1 pha ở mạng trung tính cách đất . 34 2.6 Độ dịch chuyển trung tính. 35 2.7 Mạng điện 3 pha trung tính nối qua cuộn dập hồ quang. 38-39 2.8 Phân tích hệ thống nối đất qua cuộn dập hồ quang. 39-40 2.9 Hoán vị đường dây trong các ứng dụng cuộn dập hồ quang. 42 2.10 Mạng điện 3 pha trung tính nối đất trực tiếp. 42 2.11 Hệ thống nối đất qua điện trở. 43 2.12 Ví dụ mạng điện nối đất hiệu quả. 44 2.13 HT nối đất qua điện kháng. 45 5.1 Phương thức vận hành cơ bản lưới điện 35kV HT điện Bình 73 Định. 5.2 Phương thức vận hành 2 (khi nguồn 35kV E An Nhơn không 75 vận hành). 5.3 Phương thức vận hành 3 (khi nguồn 35kV E19 không vận 77 hành). 5.4 Phương thức vận hành 4 (khi nguồn 35kV E Phù Mỹ không 79 vận hành). 5.5 Phương thức vận hành 5 (khi nguồn 35kV E Phù Cát không 81 vận hành). 5.6 Đường biểu diễn điện thế và điện áp bước. 84 5.7 Sơ đồ thay thế mạng điện khi có 1 pha chạm đất. 85 6.1 Sơ đồ mạch đóng cắt máy cắt gây chạm đất. 91 SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 8 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh 6.2 Bảo vệ theo dòng và áp TTK. 92-93 6.3 Sơ đồ nguyên lý RCĐ. 94 6.4 Biểu đồ xung RCĐ. 95 6.5 Sơ đồ lắp ráp mạch nhị thứ của bảo vệ. 96 6.6 Sơ đồ bảo vệ. 98 6.7 Bảo vệ chạm đất với rơle cảm ứng, nguồn thao tác xoay chiều 98 lấy điện từ máy biến dòng bão hòa nhanh. 6.8 Bảo vệ chạm đất được kết hợp với bảo vệ NM nhiều pha. 99 SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 9 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh MỞ ĐẦU. A. Lý do chọn đề tài: Chế độ nối đất trung tính của hệ thống điện trong đó có lưới điện trung áp phân phối là một vấn đề có ý nghĩa lớn trong thiết kế, vận hành hệ thống, bở i nó có ảnh hưởng tới chế độ làm việc , các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật, và công tác quản lý, vận hành hệ thống. Chế độ nối đất t rung tính của lưới điện trung áp phân phối được phân làm hai nhóm cơ bản là trung tính cách đất và trung tính nối đất. Hiện nay, lưới điện trung áp phân phối sử dụng cả hai chế độ nối đất trung tính: - Lưới điện trung áp phân phối cấp điện áp 6kV, 10kV, 35kV có chế độ trung tính cách đất. - Lưới điện trung áp phân phối cấp điện áp 15kV, 22kV có chế độ trung tính nối đất trực tiếp. Ưu điểm của hệ thống trung tính cách đất là khi có sự cố ngắn mạch một pha nối đất, do dòng ngắn mạch nhỏ nên lưới điện vẫn có thể làm việc tạm thời trong khoảng thời gian đủ để phát hiện ra điểm sự cố, điều này làm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải tiêu thụ điện. Tuy nhiên, do tốc độ phát triển nhanh chóng của phụ tải, nên lưới điện trung áp phân phối 6-35kV trở nên rất dài, phức tạp; do đó việc tìm và phát hiện điểm xảy ra sự cố ngắn mạch nối đất ngày càng khó khăn, đòi hỏi chi phí nhiều thời gian và công sức. Ngoài ra, đối với lưới điện hệ thống trung tính cách đất, khi có sự cố ngắn mạch một pha nối đất, thì sẽ gây hiện tượng quá điện áp nội bộ ở hai pha còn lại và hiện tượng quá áp này sẽ gây hư hỏng cách điện các thiết bị như: sứ, cáp, máy biến áp, các thiết bị đo lường ; đồng thời gây nguy hiểm cho người, súc vật khi đi vào vùng đất tản dòng chạm đất phải chịu điện thế bước rất nguy hiểm. Vì vậy tập trung nghiên cứu, đề xuất các chế độ nối đất của lưới điện trung áp phân phối sẽ man g hiệu quả cao trong công tác thiết kế, quy hoạch, quản lý, vận hành và góp phần đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. Chính vì các lý do trên, nên em đã chọn đề tài Phân tích chế độ trung tính của lưới điện trung áp và ảnh hưởng của nó tới việc bảo vệ an toàn trong lưới trung áp, và áp dụng vào để tính toán cho lưới điện trung áp phân phối khu vực tỉnh Bình Định SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 10 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh hiện nay, để có những đề xuất biện pháp phù hợp nhằm đảm bảo cho công tác quản lý vận hành đi đôi với an toàn cho con người và thiết bị. B. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu: Lưới điện trung áp phân phối có cấp điện áp từ 35kV trở xuống. Phạm vi nghiên cứu: Phân tích và đề xuất các biện pháp thích hợp để vận hành lưới điện trung áp phân phối khu vực tỉnh Bình Định nhằm đảm bảo cho công tác quản lý vận hành đi đôi với an toàn cho con người và thiết bị. C. Mục tiêu: Mục tiêu của đề tài là thấy được ý nghĩa của các chế độ nối đất trung tính lưới trung áp phân phối trong thiết kế, vận hành hệ thống điện. Ảnh hưởng của chế độ nối đất trung tính đến bảo vệ an toàn cho con người và thiết bị. D. Bố cục đề tài: Ngoài phần mở đầu, đề tài được phân thành 6 chương với các nội dung như sau:  Chương 1. Tổng quan về lưới trung áp.  Chương 2. Các giải pháp nối đất trong hệ thống điện và đặc điểm của chúng .  Chương 3. Phân tích và lựa chọn các phương thức nối đất của lưới trung áp .  Chương 4. Ảnh hưởng của các chế độ nối đất trung tính đến bảo vệ an toàn trong lưới trung áp.  Chương 5. Áp dụng tính toán bảo vệ an toàn cho lưới trung áp phân phối Bình Định.  Chương 6. Một số giải pháp để tăng cường bảo vệ an toàn cho lưới trung áp phân phối có trung tính cách đất khu vực tỉnh Bình Định. SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 11 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Chương I: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI TRUNG ÁP. 1.1. Hệ thống điện và lưới điện : 1.1.1. Khái niệm: Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, các trạm biến áp, các đường dây tải điện và các thiết bị khác (thiết bị điều khiển, thiết bị bảo vệ, tụ bù ) được nối liền với nhau tạo thành hệ thống làm nhiệm vụ sản suất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng. Tập hợp các bộ phận của hệ thống điện gồm các đường dây tải điện và các trạm biến áp gọi là lưới điện. Lưới điện dùng để truyền tải và phân phối điện năng từ các nhà máy điện đến các hộ tiêu thụ. Trong thực tế vận hành hệ thống điện Việt Nam, lưới điện được chia làm hai phần: - Lưới hệ thống; - Lưới truyền tải (500kV, 220kV, 110kV); - Lưới phân phối trung áp (6kV, 10kV, 15kV, 22kV, 35kV, 110kV) và phân phối hạ áp (0,4kV, 0,22kV). 1.1.2. Lưới hệ thống: Lưới hệ thống bao gồm phần lưới điện nối giữa các nhà máy điện với các trạm biến áp khu vực và giữa các trạm biến áp khu vực với nhau, trong đó trạm biến áp khu vực là trạm biến áp biến đổi cấp điện áp của hệ thống ( thường là từ 110kV – 500kV) xuống các cấp điện áp thấp hơn ( 35kV – 220kV) để cung cấp cho lưới truyền tải. 1.1.3. Lưới điện truyền tải: Lưới điện truyền tải bao gồm các đường dây tải điện nối liền các nhà máy điện với các trạm biến áp khu vực. Lưới điện truyề n tải có các đặc điểm chính sau : SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 12 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh -Lưới điện truyền tải có cấu trúc dạng hình ti a hoặc có thể có nhiều mạch vòng kín. Trong thực tế vận hành, để thực hiện các công tác bảo dưỡng, giải quyết sự cố trên đường dây, các mạch vòng có thể bị cắt hở ra nhưng phải đảm bảo cung cấp điện cho hệ thống mà không làm quá tải các đường dây tải điện . -Lưới điện truyền tải trong hệ thống điện quan trọng thường vận hành kín để đảm bảo cho các nhà máy phát hết công suất đồng thời đảm bảo việc cung cấp điện an toàn, liên tục và tin cậy cho phụ tải các khu vực. -Tuỳ theo tiêu chuẩn và độ lớn của các hệ thống điện trên thế giới, các cấp điện áp của lưới điện truyền tải thường từ được chọn từ cấp 110kV trở lên. -Lưới điện truyền tải chủ yếu được thực hiện bằng các đường dây trên không, một số trường hợp đặc biệt sử dụng đường dây cáp ngầm cao áp. Hằng năm lưới điện truyền tải đều phải thực hiện các công việc bảo dưỡng và sửa chữa định kỳ. Sơ đồ sử dụng trong lưới điện truyền tải thường có độ tin cậy cao như sơ đồ 2 thanh cái hoặc hai thanh cái có thanh cái vòng, đường dây mạch kép hay sơ đồ cấp điện từ hai nguồn khác nhau. Lưới điện truyền tải thường có trung tính nối đất trực tiếp. 1.1.4. Lưới điện trung áp phân phối: Lưới điện phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm khu vực hoặc từ các thanh cái trung áp của nhà máy điện đến các phụ tải. Lướ i điện phân phối gồm hai phần: -Lưới phân phối trung áp có điện áp: 6kV, 10kV, 15kV, 22kV, 35, 110kV phân phối điện cho các trạm biến áp phân phối trung áp/ hạ áp và các phụ tải trung áp. -Lưới phân phối hạ áp cấp điện cho các phụ tải hạ áp. Thông thường, phần lớn các phụ tải sử dụng điện áp 0,4kV, tuy nhiên một số phụ tải như: các động cơ công suất lớn , các lò hồ quang tiêu thụ điện lớn sử dụng điện áp từ 6kV đến 110kV. SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 13 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Lưới phân phối có nhiệm vụ cung cấp điện năng với chất lượng đảm bảo cho các phụ tải tiêu thụ điện. Đôi khi việc thực hiện nhiệm vụ chính này bị gián đoạn do các nguyên nhân như sự cố gây mất điện trên lưới phân phối, các yêu cầu ngừng cung cấp để đảm bảo các công tác cải tạo, xây dựng và bảo dưỡng các thiết bị điện trên lưới. Cũng như lưới điện truyền tải, lưới phân phối phần lớn được xây dựng với kết cấu có dạng hình tia hoặc cấu trúc kín. Nhưng trong thực tế vận hành, lưới phân phối thường vận hành hở. Lưới điện trung áp có trung tính không nối đất, hoặc nối đất trực tiếp. 1.2. Tổng quan về lưới điện phân phối: 1.2.1. Khái quát về lưới điện phân phối trong hệ thống điện: Hệ thống điện là một tập hợp gồm ba phần chính: Phát điện Truyền tải điện Tiêu thụ và phân phối Hình 1.1. Ba thành phần của hệ thống điện. Để điện năng có thể được truyền từ nơi sản xuất (nhà máy điện) đến nơi tiêu thụ, cần có một hệ thống lưới điện gồm các thành phần như trạm biến áp, đường dây trên không, cáp ngầm, thiết bị đóng cắt trên dọc đường dây Lưới điện phân phối được dùng để truyền tải điện năng từ các thanh góp hạ áp của các trạm biến áp khu vực đến các phụ tải tiêu thụ với khoảng cách truyền tải không lớn, thường vận hành hở. Một lưới phân phối tốt phải là lưới được đầu tư có hiệu quả, an toàn, cung cấp đầy đủ điện năng ở cả hiện tại và tương lai. Để thực hiện được như vậy lưới điện cần phải được lựa chọn, thiết kế, lắp đặt một cách hoàn chỉnh. Lưới điện phân phối được xây dựng và lắp đặt phải đảm bảo chức năng là nhận điện từ một hay nhiều nguồn cung cấp và cung cấp đến từng bộ phận tiêu thụ như hệ SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 14 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh thống chiếu sáng, động cơ và các thiết bị điện khác. 1.2.2. Đặc điểm của lưới điện phân phối: Đặc điểm chính của hệ thống lưới phân phối là cung cấp điện trực tiếp đến người sử dụng. Để đảm bảo chất lượng điện năng cho phụ tải thì việc nghiên cứu, thiết kế hệ thống lưới điện phân phối là hết sức quan trọng. Lưới phân phối trung áp có điện áp 6kV, 10kV, 15kV, 22kV, 35kV, 110kV phân phối điện cho các trạm phân phối trung/ hạ áp, lưới điện 220/380V cấp điện cho các phụ tải hạ áp. Khi thiết kế lắp đặt lưới điện phân phối phải đảm bảo các chỉ tiêu: - An toàn cho lưới điện và cho con người. - Chi phí xây dựng lưới điện là kinh tế nhất. - Đảm bảo 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. Khi phát triển lưới điện phân phối, mà đặc biệt là ở Thành phố, có mật độ phụ tải cao, đòi hỏi độ tin cậy cao; ngoài các đường dây trên không, người ta còn xây dựng nhiều tuyến cáp ngầm được lắp đặt chôn dưới đất để đảm bảo mỹ quan, an toàn. Tùy theo yêu cầu, hệ thống lưới phân phối được thiết kế sao cho đảm bảo được các chỉ tiêu ở mức thích hợp. Khi sự cố xảy ra, các thiết bị bảo vệ phải có khả năng giải trừ sự cố nhanh, tin cậy để tránh thiệt hại và tránh sự cố lan rộng. Đồng thời cũng phải có các thiết bị tự đóng lại đường dây đã cắt do sự cố nhằm khôi phục hoạt động của SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 15 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh hệ thống khi chỉ có sự cố thoáng qua. Do đó người thiết kế phải chọn ra giải pháp hợp lý nhất để đáp ứng được các yêu cầu chính của lưới điện phân phối. 1.2.3. Các loại sơ đồ lưới trung áp phân phối: Tùy theo các yêu cầu của lưới điện trung áp phân phối, các tính chất của hộ dùng điện, dựa vào trình độ vận hành thao tác của công nhân, vào vốn đầu tư , căn cứ vào kết quả tính toán so sánh kinh tế kỹ thuật. Nói chung sơ đồ nối dây có 2 dạng cơ bản: - Sơ đồ hình tia (Hình 1.2). - Sơ đồ phân nhánh (Hình 1.3). Hình 1.2 Hình 1.3 Sơ đồ cung cấp điện. SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 16 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Hình 1.2: Sơ đồ hình tia. Hình 1.3: Sơ đồ phân nhánh. 1: Thanh cái trạm phân phối. 2: Đường dây điện áp cao. 3: MBA. 4: DZ trục chính. Sơ đồ hình tia có ưu điểm là nối dây rõ ràng, mỗi hộ dùng điện được cung cấp từ một đường dây, do đó chúng ít ảnh hưởng lẫn nhau, độ tin cậy cung cấp điện tương đối cao, dễ thực hiện các biện pháp bảo vệ và tự động hóa, dễ vận hành bảo quản. Khuyết điểm của nó là vốn đầu tư lớn . Vì vậy sơ đồ nối dây hình tia thường được dùng khi cung cấp điện khi cung cấp điện cho hộ loại I và II. Sơ đồ phân nhánh có ưu, nhược điểm ngược lại so với sơ đồ hình tia. Vì vậy loại sơ đồ này thường được dùng khi cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại II và III. SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 17 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Hình 1.4. Sơ đồ cung cấp điện kiểu phân nhánh có DZ dự phòng chung. SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 18 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Hình 1.5. Sơ đồ CCĐ kiểu phân nhánh có DZ dự phòng riêng cho từng trạm biến áp. Khi máy biến áp hoặc đường dây bị hư hỏng ta đóng đường dây dự phòng vào l àm việc. a. Sơ đồ phân nhánh nối hình vòng để tăng độ tin cậy: SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 19 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Hình 1.6. Sơ đồ CCĐ kiểu phân nhánh nối hình vòng. Ở sơ đồ này Hình 1.6 với mục đích tạo điều kiện vận hành đơn giản, thông thường người ta cắt đôi mạch vòng thành hai nhánh riêng rẽ (ví dụ tại điểm N). Khi xảy ra sự cố, sau khi cắt bỏ phần tử bị sự cố ra khỏi mạng, người ta nối điểm N lại để tiếp tục cung cấp điện . Loại sơ đồ này thường được dùng cho mạng điện thành phố hoặc các xí nghiệp có nhiều phân xưởng được bố trí trên phạm vi rộng. b. Sơ đồ hình tia được cung cấp bằng hai đường dây để tăng độ tin cậy: SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 20 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Đối với những hộ quan trọng, ngoài việc dùng sơ đồ hình tia, ta có thể đặt thêm một đường dây song song lấy điện từ nguồn thứ hai hoặc từ phân đoạn thứ hai tới (Hình 1.7). Ở phía điện áp cao của trạm biến áp người ta thường đặt máy cắt phân đoạn và thiết bị tự động đóng dự trữ (TĐD), như vậy độ tin cậy của sơ đồ tăng lên rõ rệt. 6 – 35kV TĐD TĐD 6 – 35kV 6 – 35kV TRẠM I TRẠM II Hình 1.7. Sơ đồ CCĐ kiểu hình tia cung cấp bởi hai đường dây. c. Sơ đồ phân nhánh được cung cấp bằng hai đường dây để nâng cao độ tin cậy: Độ tin cậy của sơ đồ này tương đối cao (Hình 1.8). Phía điện áp cao của trạm biến áp có thể đặt máy cắt phân đoạn v à thiết bị tự động đóng dự trữ như ở Hình 1.7 SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 21 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh a) b) Hình 1.8. Sơ đồ CCĐ kiểu phân nhánh được cung cấp hai đường dây . a) Có thanh cái phân đoạn ở phía điện cao áp. b) Không có thanh cái ở phía điện cao áp. SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 22 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Hình 1.9. Sơ đồ CCĐ kiểu dẫn sâu. 1.3. Thực tế lưới điện trung áp phân phối hiện nay : Tùy theo mật độ phụ tải, và yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện, vào trình độ quản lý, vào khả năng kinh tế, kỹ thuật của mỗi nước mà lưới trung á p có thể có các cấu trúc, sơ đồ khác nhau. Theo thực tế quản lý - vận hành hiện nay, có thể chia lưới trung áp phân phối ra 2 dạng sơ đồ như sau: 1.3.1. Sơ đồ lưới phân phối trung áp nông thôn: Các vùng nông thôn thường có phụ tải bé, phân tán, yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện không cao và việc xây dựng lại thường có mặt bằng (không gian) rộng rãi nên thường chủ yếu sử dụng đường dây trên không. Đường dây trên không có ưu điểm là vốn đầu tư bé, thuận tiện dễ dàng trong việc đấu nối cũng như trong việc tìm kiếm và loại trừ sự cố so với đường dây cáp. Vì các phụ tải LĐPP nông SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 23 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh thôn không đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện (CCĐ ) cao nên trong trường hợp này LĐPP trên không thường có dạng sơ đồ hình tia và khi sự cố phụ tải có thể bị mất điện trong một thời gian nhất định để cách l y và loại trừ sự cố (tối đa khoảng 02 giờ). Trong sơ đồ hình tia, từ trạm nguồn có nhiều trục chính đi ra cấp điện cho từng nhóm trạm phân phối. Đầu các trục chính (tại các trạm CA/TA) có các máy cấp nguồn có trang bị tự động đóng lặp lại và điều khiển từ xa. Vì đường dây trên không thường khá dài nên ngoài máy cắt đầu nguồn, các trục chính còn có thể được phân đoạn bằng các máy cắt phân đoạn h oặc dao cắt phụ tải, dao cách ly để nâng cao độ tin cậy của LĐPP. Các thiết bị phân đoạn có thể tự động đóng lặp lại và điều khiển từ xa. Giữa các trục chính của một trạm nguồn hoặc của các trạm nguồn khác nhau có thể được nối liên thông để dự phòng khi cần thiết. Các máy cắt hoặc dao cách ly liên lạc thường mở trong chế độ làm việc b ình thường (lưới phân phối vận hành hở). Dây dẫn của các đường trục chính phải được kiểm tra theo điều kiện sự cố để có thể tải điện dự phòng cho các trạm khác khi sự cố. 1.3.2. Sơ đồ lưới phân phối trung áp thành phố, xí nghiệp: Các thành phố, xí nghiệp công nghiệp thường có mật độ phụ tải lớn và có yêu cầu cao về độ tin cậy CCĐ, mặt khác do yêu cầu về mỹ quan và an toàn nên lưới điện trung áp thường là cáp ngầm. Nhược điểm của cáp ngầm là đắt tiền và khó khăn phức tạp trong việc lắp đặt cũng như phát hiện và loại trừ sự cố, lưới điện lúc này thường có dạng kín (vận hành hở) được cung cấp từ một nguồn (trạm trung gian) khác. Cũng có khi nhiều trạm biến áp phụ tải (TA/HA) được dùng chung một đường dây dự phòng hoặc các trạm gần nhau có sự liên lạc dự phòng cho nhau (ở phía cao hay hạ áp). Với các phụ tải có yêu cầu độ tin cậy CCĐ cao hơn thì có thể được CCĐ bằng trạm có 2 máy biến áp theo 2 đường dây song song từ hai nguồn độc lập. Để tăng cường độ tin cậy CCĐ thường sử dụng các thi ết bị mới có các tính năng cao như các thiết bị tự động đóng lặp lại (recloser) điều khiển từ xa với sự trợ giúp của máy tính điện tử. SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 24 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh 1.4. Khả năng mang tải của lưới điện trung áp phân phối: Chọn cấp điện áp cho lưới điện trung áp phân phối là một trong những vấn đề cơ bản của việc thiết kế, quy hoạch cung cấp điện. Bởi vì cấp điện áp có ảnh hưởng trực tiếp tới sơ đồ cung cấp điện, tói việc chọn các thiết bị điện, tổn thất công suất, điện năng, chi phí quản lý, vận hành Căn cứ vào nhu cầu phụ tải , khoảng cách đến phụ tải, khả năng phát triển mà chọn cấp điện áp trung áp vận hành phù hợp cho từng khu vực. Mỗi nước khác nhau sử dụng các cấp điện áp trung áp khác nhau. Ở Việt Nam có các cấp điện áp trung áp là 6kV, 10kV, 15kV, 22kV, 35kV, 110kV làm cấp điện áp chính cho lưới trung áp. Khả năng tải của lưới điện là công suất lớn nhất mà một đường dây của lưới điện có thể tải điện mà không gây ra các nguy hại cho bản thân đường dây điện, hệ thống điện và phụ tải điện. Nguy hại cho bản thân đường dây điện là sự phát nóng dây dẫn do dòng điện tải vượt quá trị số cho phép ( Icp ) của dây dẫn, khả năng này cần phải được xét đến cho tất cả các loại lưới điện. Nguy hại cho hệ thống điện là có thể gây ra mất ổn định tĩnh, khả năng này chỉ xét đến ở các đường dây liên lạc hệ thống. Nguy hại cho phụ tải là chất lượng điện áp có thể không bảo đảm (tổn thất điện áp quá lớn) khả năng này cần xét đến chủ yếu ở lưới truyền tải và lưới phân phối. Khả năng tải của lưới điện 35 kV cho ở các bảng như sau: SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 25 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Bảng 1.1. Khả năng tải của đường dây trên không 35k V theo tổn thất điện áp (%MW.Km). Loại dây Hệ số công suất cos φ 1 0,98 0,95 0,9 0,85 0,8 AC-50 0,074 0,081 0,085 0,090 0,095 0,099 AC-70 0,051 0,058 0,062 0,067 0,072 0,076 AC-95 0,037 0,043 0,047 0,053 0,057 0,061 AC-120 0,027 0,034 0,038 0,043 0,047 0,051 AC-150 0,022 0,029 0,033 0,038 0,042 0,047 AC-185 0,017 0,024 0,028 0,033 0,037 0,042 Bảng 1.2 Khả năng tải của đường dây cáp 35kV theo tổn thất điện áp(%MW.Km). Tiết diện lõi nhôm Hệ số công suất cos φ ( mm2 ) 1 0,98 0,95 0,9 0,85 0,8 50 0,073 0,075 0,075 0,077 0,078 0,079 70 0,051 0,052 0,053 0,055 0,056 0,056 95 0,036 0,038 0,039 0,040 0,041 0,042 120 0,027 0,028 0,029 0,030 0,031 0,032 150 0,021 0,023 0,023 0,024 0,025 0,026 185 0,017 0,018 0,019 0,020 0,021 0,022 SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 26 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Bảng 1.3. Khả năng tải theo phát nóng (MW) của các đường dây (cosφ = 0,9). Đường dây trên không Đường dây cáp Tiết Điện áp KV diện lõi Điện áp kV Loại nhôm 6 10 22 35 6 10 22 35 dây ( mm2 ) AC -35 1,35 2,25 35 0,7 1,0 AC-50 1,7 2,8 6,1 9,7 50 0,87 1,4 4,1 AC-70 2,1 3,5 7,7 12,3 70 1,0 1,7 5,13 6,9 AC-95 2,5 4,2 9,6 15,3 95 1,3 2,1 6,12 8,6 AC-120 3,0 5,0 11,1 17,6 120 1,5 2,5 6,93 10,3 AC-150 3,5 5,8 13,0 20,6 150 1,8 2,8 7,83 12,0 AC-185 14,9 23,6 185 9,0 13,8 Từ kết quả ở các Bảng 1.1, Bảng 1.2 và các PL1 đến PL4, ta thấy nếu chấp nhận tổn thất điện áp cho phép trong lưới khoảng 5 ÷ 10% và với các cỡ dây thông dụng AC-35 đến AC-185 ta có mômen truyền tải trung bình (MVA.Km) theo tổn thất điện áp của các đường dây với các cấp điện áp khác nhau như sau: * Cấp 6kV: 3÷8 (MVA.Km). * Cấp 10kV: 8÷20 (MVA.Km). * Cấp 15kV: 30÷50 (MVA.Km). * Cấp 22kV: 40÷80 (MVA.Km). * Cấp 35kV: 100÷250 (MVA.Km). SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 27 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Từ kết quả tính toán về khả năng tải của đường dây ở trên và chấp nhận tổn thất điện áp cho phép khoảng 5÷10%, ta có nhận xét: Cấp điện áp 6kV thích hợp với bán kính cung cấp 2÷10 (km), công suất 0,5÷3 (MWA) mỗi xuất tuyến. Cấp điện áp 10kV thích hợp với bán kính cung cấp 5÷15 (km), công suất 1,5÷5 (MVA) mỗi xuất tuyến. Cấp điện áp 15kV thích hợp với bán kính cung cấp 10÷25 (km), công suất 2÷8 (MVA) mỗi xuất tuyến. Cấp điện áp 22kV thích hợp với bán kính cung cấp 15÷50 (km), công suất 3÷15 (MVA) mỗi xuất tuyến. Cấp điện áp 35kV thích hợp với bán kính cung cấp 20÷80 (km), công suất 3÷20 (MVA) mỗi xuất tuyến. Ngoài ra cũng cần chú ý rằng đối với các đường dây ngắn thì điều kiện phát nóng là quyết định tới khả năng tải của các đường dây, còn với các đường dây dài thì điều kiện quyết định lại là tổn thất điện áp. SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 28 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Chương II: CÁC GIẢI PHÁP NỐI ĐẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA CHÚNG. 2.1. KHÁI NIỆM CHUNG: 2.1.1. Khái niệm điểm trung tính: Điểm trung tính là điểm chung của 3 cuộn dây nối hình sao, việc lựa chọn phương thức làm việc của điểm trung tính xuất phát từ tình trạng của hệ thống khi có chạm đất 1 pha. Điểm trung tính có thể cách điện đối với đất, nối đất qua cuộn dập hồ quang hay nối đất trực tiếp. Trong mỗi lưới điện, chế độ làm việc của điểm trung tính đóng một vai trò quan trọng. Nó quyết định đến trị số của dòng điện, điện áp khi xảy ra ngắn mạch một pha và trị số của quá điện áp nội bộ, nghĩa là ảnh hưởng trực tiếp đến việc đảm bảo cung cấp điện cho khách hàng và chế tạo cách điện cho thiết bị. Do vậy, để đánh giá được ưu nhược điểm của các lưới có chế độ làm việc của điểm trung tính khác nhau ta dựa chủ yếu vào giá trị của dòng và áp trong chế độ ngắn mạch chạm đất một pha. Chế độ làm việc của điểm trung tính còn phụ thuộc vào cấp điện áp, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến vốn đầu tư đường dây và thiết bị. Ở cấp điện áp cao nếu tiết kiệm được cách điện thì vố n đầu tư cho công trình giảm đi đáng kể. Sau đây ta sẽ xét từng chế độ làm việc của dây trung tính trong hệ thống điện. Có các phương thức nối đất: - Hệ thống có trung điểm cách đất. - Hệ thống có trung điểm nối đất qua cuộn dập hồ quang. - Hệ thống có trung điểm nối đất trực tiếp (hoặc qua điện trở, điện kháng). Việc lựa chọn chế độ trung điểm cho lưới điện phân phối phải xem xét cả hai khía cạnh kinh tế - kỹ thuật. Khi chọn phương pháp nối đất trung điểm phải xét đến những yêu cầu sau: độ tin cậy làm việc của lưới điện , khả năng cung cấp điện liên tục cho phụ tải, tính kinh tế của hệ thống; khả năng loại trừ quá điện áp nguy hiểm, SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 29 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh khả năng ảnh hưởng điện từ tới các đường dây thông tin , tính an toàn của hệ thống; khả năng phát triển hệ thống cần cải tạo. 2.1.2. Sơ lược về lịch sử phát triển các chế độ trung tính: Lịch sử phát triển hệ thống điện của các nước trên thế giới thấy rằng, thời kỳ đầu các lưới điện đều vận hành với trung tính cách ly. Sở dĩ giải pháp này này từ đầu được chấp nhận là do: Cấp điện áp trước đây thấp do đó vấn đề chi phí cho cách điện trong lưới không được quan tâm nhiều. Việc nối đất hay không nối đất, hay không nối đất trung tính, cũng không ảnh hưởng đến khả năng truyền tải của đường dây. Dòng sự cố 1 pha, điện áp bước, điện áp tiếp xúc nhỏ. Khi xảy ra sự cố chạm đất trên một phần tử thì vẫn có thể cho phép lưới điện tiếp tục được vận hành trong một thời gian và trong khoảng thời gian này người ta đủ để xác định được điểm sự cố và tách điểm sự cố ra khỏi lưới, làm tăng khả năng cung cấp điện cho các hộ phụ tải. Tuy nhiên, hạn chế của lưới trung tính cách điện bắt đầu xuất hiện với sự phát triển của hệ thống điện cả về quy mô lưới điện và cấp điện áp. Việc nghiên cứu ảnh hưởng của các chế độ nối đất trung tính lưới trung áp đã được nhiều nước quan tâm. Phù hợp với tính chất lưới điện, đặc điểm riêng của từng nước mà nhiều nước đã có những nghiên cứu cải tiến chế độ nối đất của lưới trung áp sao cho phù hợp. Hiện nay, lưới điện trung áp trên thế giới có những phương thức nối đất cơ bản: Trung tính cách ly, trung tính nối đất trực tiếp hoặc qua điện trở, điện kháng, nối đất qua cuộn dập hồ quang. 2.1.3.Tạo điểm trung tính: Có nhiều cách tạo điểm trung tính cho lưới điện, thiết bị tạo điểm trung tính có thể là một thiết bị điện, gồm 3 cuộn dây, được quấn trên 3 trụ của một lõi từ, 3 cuộn dây này có tổ đấu dây sao-ziczac, có điểm trung tính rút gọn ra ngoài để nối đất. Vì tổ đấu dây này sẽ triệt tiêu được từ thông TTK do dòng điện TTK sinh ra để tránh phát nóng và làm giảm điện kháng TTK của thiết bị. Thiết bị tạo điểm trung tính cũng có thể là một MBA lực, mà cuộn cao có thể SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 30 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh đấu sao, có điểm trung tính nối đất, mà cuộn hạ áp đấu tam giác. Cuộn đấu tam giác cũng triệt tiêu được từ thông TTK do dòng TTK gây ra. Tổ đấu dây này cũng làm giảm được điện kháng TTK của MBA. Thực ra thiết bị tạo điểm trung tính được bảo vệ bằng máy cắt, do vậy chỉ cần cuộn cao áp nối sao và nối đất điểm trung tính . Cuộn hạ áp nối thế nào cũng được, miễn là đừng để NM. Thiết bị tạo điểm trung tính không chỉ tạo đường đi cho dòng điện TTK, mà còn là cuộn kháng ảnh hưởng đến trị số dòng điện NM. - Để nhận được dòng NM tùy ý, mà thiết bị tạo điểm trung tính phóng vào điểm chạm đất, ta đưa vào cuộn hạ áp đấu tam giác, một điện kháng điều chỉnh được. 6-35kV A B C L Hình 2.1. Tạo trung tính với dòng NM điều chỉnh được. Đây là cuộn kháng hạ áp. Khi thay đổi cuộn kháng hạ áp L, thì điện kháng của SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 31 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh MBA thay đổi theo nhưng điện trở của MBA ít thay đổi, do đó ứng dụng nó để làm cuộn bù trong lưới điện cao áp rất lợi. - Do có cuộn kháng L mà tổn thất tăng lên. - Xác định gần đúng dòng điện TTK do M BA tạo điểm trung tính gây ra. 2.2. Tình trạng làm việc của từng phương thức: 2.2.1. Mạng điện 3 pha trung tính cách điện đối với đất: Một hệ thống (HT) trung tính không nối đất đơn giản được vẽ như Hình 2.2a. a) b) Hình 2.2. Mạng 3 pha trung tính cách điện . Đường dây có điện dung giữa các pha khác nhau và với đất đặc trưng như là các bộ tụ điện nối tam giác và sao. Nhóm tụ điện nối tam giác có ảnh hưởng ít đến việc nối đất của HT và do đ ó sau này sẽ không quan tâm đến. SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 32 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh a. Tình trạng làm việc bình thường: a) UA lcOa lcOb lcOc UB UC b) Hình 2.3. Sơ đồ mạng điện đơn giản gồm một máy phát điện, đường dây, phụ tải. Trong tình trạng làm việc bình thường, với đường dây hoán vị hoàn toàn, dây dẫn mỗi pha có điện dung như nhau đối với đất. Với điện áp 3 pha cân bằng trên đường dây, dòng trong mỗi tụ điện sẽ bằng nhau và lệch nhau một góc 1200 . Điện áp 3 pha đối với đất U A , U B , UC đối xứng bằng điện áp pha của thiết bị. Do đó SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 33 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh dòng điện dung của các pha ICOa , ICOb , ICOc cũng đối xứng với nhau và tổng của chúng bằng không, cho nên không có dòng nào chạy trong đất: ICOa = ICOb = ICOc ICO  = ICOa + ICOb + ICOc = 0 U0 = U A + UB + UC = 0 b. Khi có chạm đất một pha: Hình 2.4. Chạm đất 1 pha ở mạng trung tính cách đất. Khi pha C chạm đất trực tiếp, khi đó điện áp đối với đất của pha C bằng không, có thể coi như tại chỗ chạm đất được đặt thêm vào một điện áp thứ tự không bằng ' ' ' UC . Như vậy điện áp mới của pha đối đất U A , U B , UC bằng tổng hình học điện áp các pha đối với đất trước khi chạm đất và điện áp thứ tự không. SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 34 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Hình 2.5. Biểu diễn vectơ chạm đất 1 pha ở mạng trung tính cách đất . ' U A = U A -UC ' U B = U B - UC ' UC = UC - UC =0 Từ đồ thị vectơ ta được : │Ů’B │ = 3 │ŮB │ │Ů’A │ = 3 │ŮB │ │Ů’C │ = 0 Tức là điện áp của pha chạm đất bằng không, còn hai pha kia tăng lên 3 lần. Do đó, dòng điện qua điện dung của pha bị chạm đất bằng không, còn dòng điện dung qua điện dung của hai pha kia tăng lên 3 lần so với dòng điện dung lúc bình thường. ICC = 0; ICA = 3 ICO ; ICB = 3 ICO Chúng ta qui ước chiều dòng điện tính từ dây dẫn vào đất, từ hình vẽ tính được dòng điện chạy trong đất (cũng là dòng điện chạy trong pha bị chạm đất). SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 35 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh │ IC │ = - │ IICA CB │ = - │ 3ICA │ = -3│ ICO │ Các trị số tính toán dòng điện và điện áp thực hiện thuận lợi nhất là bằng phương pháp các thành phần đối xứng thông dụng. Dòng trong pha sự cố bằng: 3Eg IN (2-1) ZZZ1 2 0 Trong quan hệ này có hai điều cần lưu ý: tổng trở thứ tự không (TTK) Z0 tại đất trun điểm sự cố, với hệ thống không nối g tính có tính dung trong khi đó Z1 và điện cảm. Do đó hai đại lượng này có hướng trung hòa lẫn nhau. Z2 chủ yếu là Trường hợp đặc biệt với đường dây (DZ ) dài, lúc này Z1 và Z2 tăng lên còn Z0 giảm xuống. Một ảnh hưởng khác trên đường dây dài là dòng dung TTK cho những phần tử ở xa sẽ đi qua những điện kháng nối tiếp của các phần tiếp theo tạo nên điện áp TTK tăng cao ở đầu cu ối. Điều này đưa đến điểm trung tính hay điểm đất nằm ngoài t am giác điện áp dây như Hình 2.6. Hình 2.6. Độ dịch chuyển trung tính. Tình trạng quan trọng này là hiếm thấy trừ khi chiều dài đường dây vượt quá 320km. Nếu công suất của nguồn bé, dòng điện phản kháng phụ gây ra do chạm đất có thể làm tăng điện áp dây. Điện dung tĩnh điện của mỗi đường dây đối với đất được giả sử bằng nhau như đã nêu ở trên. Điều này là trường hợp quan trọng của đường dây hoán vị. Với đường SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 36 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh dây không hoán vị điều này không đúng nhất là với loại có cấu hình nằm ngang hay đứng. Giá trị không cân bằng chính xác có thể được tính bằng cách xác định hệ số điện dung của dây dẫn. Trong trường hợp cực đoan, sự không cân bằng của hai cấu hình này có thể dẫn đến khoảng 5% điện áp TTK. Do đó trong thực tế trung tính của hệ thống có trung tính không nối đất có th ể bị dịch chuyển so với đất 5% điện áp pha định mức ở điều kiện bình thường. Điều này có thể chấp nhận được mặc dù đôi khi có thể gây nhiễu loạn cho mạch thông tin. Tóm lại khi chạm đất trực tiếp một pha, thì tình hình mạng điện có những thay đổi sau: - Điện áp của pha bị chạm đất bằng 0, còn hai pha kia tăng lên bằng điện áp dây( chạm đất hoàn toàn). - Dòng điện điện dung trong pha chạm đất tăng lên 3 lần còn hai pha kia tăng lên 3 lần. - Điện áp dây của thiết bị trước và sau khi chạm đất không thay đổi. - Điên áp của điểm trung tính tăng từ 0 đến điện áp pha. 2.2.2. Mạng điện 3 pha trung tính nối qua cuộn dập hồ quang: Cuộn dập hồ quang là một cuộn cảm có lõi thép đặt trong thùng chứa dầu MBA (giống máy biến áp điện lực một pha). Điện kháng cuộn dây lớn, điện trở không đáng kể. Điện kháng của cuộn dập hồ quang điều chỉnh bằng cách thay đổi số vòng dây hay khe hở của lõi thép. - Khi bình thường: Uo ≈ 0 → IL ≈ 0 - Khi chạm đất 1 pha: U’o = UP ≠ 0 → IL ≠ 0 Tại chỗ chạm đất sẽ có 2 dòng điện IL và IC lệch pha nhau. Khi có một pha chạm đất trong lưới điện ba pha có trung điểm nối đất qua cuộn dây dập tắt hồ quang Để giảm dòng điện điện dung của chạm đất một pha, người ta đặt một thiết bị bù giữa trung điểm của nguồn hoặc phụ tải (hệ thống có bù dòng điện điện dung chạm đất). Trong điều kiện làm việc bình thường, điện áp đặt lên cuộn dây dập tắt SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 37 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh hồ quang coi như bằng không (vì điện áp của điểm trung tính gần bằng không). Do đó trong cuộn dây dập tắt hồ quang không có dòng điện. Khi có một pha chạm đất trực tiếp, điện áp điểm trung tính tăng lên bằng điện áp pha. Cuộn dây dập tắt hồ quang được đặt dưới điện áp pha và trong nó sẽ có dòng điện cảm IL chậm pha so với điện áp điểm trung tính một góc 90 . Kết quả là tại chỗ chạm đất sẽ có hai dòng điện: điện cảm IL và điện dung IC ngược pha nhau. Nếu điều chỉnh IL thích hợp, dòng điện tại chỗ chạm đất bằng không, hồ quang chập chờn mất đi mà không sợ hiện tượng đốt cháy cách điện hay quá điện áp nội bộ. Trong thực tế, vận hành do đóng cắt các đường dây nên dòng điện IC thay đổi và không thể thực hiện được IL = IC để cho dòng điện chạm đất bằng không trong thời điểm bất kỳ. Mặt khác, người ta muốn rằng dòng điện tại chỗ chạm đất sau khi bù vẫn còn có một trị số nào đó để cho bảo vệ rơle tác động cho tín hiệu báo để nhân viên vận hành biết và kịp thời sửa chữa. - Nếu cuộn dây dập tắt hồ quang được điều chỉnh ứng lúc toàn bộ các đường dây đều làm việc mà IC > IL. Lúc chạm đất tại pha một chỗ chạm đất sẽ có dòng điện bù dư: ∆IB = IC – IL. Hiệu chỉnh như vậy trong khi có đang có một số đường dây bị cắt mà có chạm đất một pha, dẫn đến IC giảm và ∆Ib giảm theo, làm cho bảo vệ rơle không tác động được, nhân viên vận hành, bảo trì không nhận biết được để sửa chữa. - Nếu cuộn dây dập tắt hồ quang được hiệu chỉnh ứng lúc toàn bộ các đường dây đều làm việc mà IL > IC thì lúc chạm đất một pha, tại chỗ chạm đất sẽ có dòng điện quá bù ∆IB = IL – IC. Hiệu chỉnh như vậy thì trong khi đang có một đường dây bị cắt mà có chạm đất một pha, dẫn đến IC giảm và ∆IB tăng lên làm cho bảo vệ rơle khởi động chắc chắn. Trong thực tế, thường hiệu chỉnh cuộn dập tắt hồ quang sao cho có hiện tượng quá bù. Xét trường hợp điện trở của cuộn Petersen rất lớn và chiều dài đường dây dài, thành phần tác dụng của dòng chạm đất là đáng kể. Thông thường người ta cũng SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 38 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh điều chỉnh sao cho điện cảm của kháng điện LK ở chế độ cộng hưởng, tức là: LK =1/3ω Lưới điện ba pha trung tính cách điện hay nối đất qua cuộn dập tắt hồ quang còn gọi là lưới điện có dòng điện chạm đất bé và cần phải có thiết bị kiểm tra tình trạng cách điện khi làm việc và cách điện pha được thiết kế bằng cách điện dây. Đối với mạng điện 3 pha trung tính nối qua cuộn dập hồ quang ở tình trạng làm việc bình thường cũng giống như trường hợp trung tính cách điện đối với đất, tổng dòng điện dung chạy trong đất và điện áp điểm trung tính bằng không. Do đó điện áp đặt lên cuộn dập hồ quang bằng không và dòng điện qua nó cũng bằng không. Một hệ thống nối đất cộng hưởng là HT trong đ ó dòng dung đường dây được trung hòa (bù) hay cộng hưởng nhờ một điện kháng nối đất hay thiết bị tương tự (cuộn dập hồ quang). Nguyên lý của cuộn dập hồ quang thì hoàn toàn đơn giản. Thông thường, cuộn dập hồ quang đơn giản là điện kháng có một số đầu phân áp nối giữa trung tính MBA và đất. Khi mộ t pha của hệ thống chạm đất, dòng kháng chậm sau chạy từ cuộn dập hồ quang qua MBA đến nơi chạm đất rồi sau đó quay về đất. a) SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 39 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh b) Hình 2.7. Mạng điện 3 pha trung tính nối qua cuộn d ập hồ quang. Khi chạm đất một pha, chẳng hạn pha C, điên áp điểm trung tính cũng là điện áp trên cuộn dập hồ quang xuất hiện dòng điện cảm IL (chậm sau điện áp điểm trung tính 90 ). Kết quả là tại chỗ chạm đất có dòng điện dung và dòng điện cảm ngược pha nhau. Nếu điều chỉnh điện kháng của cuộn dập hồ quang thích hợp, dòng điện tại chỗ chạm đất bằng không. Trong thực tế vận hành phải đóng cắt các đường dây, dòng điện dung Ic thay đổi,nên khó thực hiện được IL = IC . Mặt khác phải điều chỉnh để còn lại một trị số ∆I = IL - IC nào đó để cung cấp cho rơle tác động báo tín hiệu cho nhân viên trực nhật biết và kịp thời sửa chữa. Hoạt động của cuộn dập hồ quang bằng phương pháp xếp chồng được min h họa như hình vẽ : a) HT nối đất điện kháng và không có điện dung đối với đất . SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 40 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh b) HT cách đất và có điện dung đối với đất : c) Kết hợp của (a) và (b) d) Sơ đồ vectơ Hình 2.8. Phân tích hệ thống nối đất qua cuộn dập hồ quang. SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 41 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Khi cách ly sự cố chạm đất, tổ hợp cuộn dập hồ quang và điện dung đường dây tạo thành một mạch cộng hưởng. Điều này chứng minh rõ ràng trên Hình 2.9 sơ đồ X TTK. Trong sơ đồ này L là điện kháng của cuộn cảm bù và XC điện dung của ương đương của điện áp TTK bằng với điện áp pha đường dây. U0 là nguồn t – đất ự cố. Khi X đóng, ẽ có dòng tuần hoàn giữa HT và X là s s X L và XC nhưng không có dòng chạy qua sự cố X. Nếu X được mở như là ứng với hồ quang tự tiêu, tổ hợp ộng hưởng ếp tục tạo ra điện áp có biên độ và tần số ằng với c X L và XC sẽ ti b ện áp gốc của đi U0 . Do đó điện áp thực sự ngang qua hồ quang là bé khi nó dập tắt lần đầu tiên. Đây là điều kiện thích hợp để ngăn ngừa sự phục hồi hồ quang. Hay nói cách khác sự thành công của việc dập tắt sự cố chạm đất bằng cuộn dập hồ quang có kết quả một phần do dòng bé và một phần do điện áp bé ngang qua hồ quang khi dòng đi qua điểm “ không”. Cần lưu ý rằng cuộn dập hồ quang cũng tạo một mạch cộng hưởng nối tiếp trong trường hợp có điện áp TTK nào đó trong HT. Trong phần 1 của hệ thống không nối đất các nghiên cứu cho thấy rằng với cấu trúc đường dây không đối xứng, sự sai biệt vài phần trăm sẽ làm xuất hiện dòng điện dung về đất của 3 pha sẽ tạo nên một điện áp dư. Điện áp TTK tạo nên bởi đường dây hay MBA không cân bằng thì bằng với điện áp thực sự giữa trung tính HT và đất (Hình 2.8). Ở đây X L và XC cũng như Hình điện áp TTK bây giờ nối tiếp với tổ hợp này. Kế 2.9 nhưng nguồn U0 bằng với t quả của việc kết nối này là một điện áp TTK tương đối bé có thể tạo ra điện áp rất cao ngang qua điện kháng và điện dung. Điều này dĩ nhiên gây ra độ dịch trung tính đáng kể khoảng 10 đến 15 lần trị số TTK ban đầu. Tình trạng này phải được chú ý trong các ứng dụng của cuộn dập hồ quang dòng chạm đất, và nếu điện áp TTK ở tần số cơ bản vượt quá 1,5%, việc hoán vị đường dây này là cần thiết. SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 42 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh a) b) Hình 2.9. Hoán vị đường dây trong các ứng dụng cuộn dập hồ quang. 2.2.3. Mạng điện 3 pha trung tính nối đất trực tiếp: A B C O Hình 2.10. Mạng điện 3 pha trung tính nối đất trực tiếp. - Trong hệ thống có trung điểm nối đất trực tiếp (3 dây hoặc 4 dây có điện áp dưới 1000V hoặc cao hơn ). Giả sử khi chọn pha C chạm đất chính là ngắn mạch một pha, bởi vì sự cố xem như khép mạch qua đất và trung điểm MBA hoặc máy phát. Dòng điện ở chỗ chạm đất chỉ bị hạn chế bởi điện trở của nguồn cung cấp. Vì thế nó là dòng điện ngắn mạch. Dòng điện ngắn mạch một pha lớn hơn dòng điện dung và dẫn đến bảo vệ rơle tác động cắt phần sự cố ra khỏi HT. SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 43 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh - Ở chế độ làm việc bình thường dòng điện 3Io tồn tại trong dây trung tính, có tác dụng cân bằng điện áp pha. Do đó cho phép làm việc ở chế độ tải không đối xứng. - Để hạn chế dòng điện ngắn mạch một pha phải tăng điện kháng TTK bằng cách giảm bớt số điểm nối đất trung tính trong hệ thống hoặc nối đất trung tính qua điện trở nhỏ. - Khi trung tính trực tiếp nối đất, cách điện chỉ cần thiết kế theo điện áp pha. Vì ở bất kỳ chế độ nào (bình thường hay chạm đất ) điện áp của các dây dẫn không quá điện áp pha. 2.2.4. Hệ thống nối đất hiệu quả: Thực tế của việc nối đất có các dạng sau: a) Hệ thống nối đất điện tr ở: Một hệ thống nối đất qua điện trở điển hình được vẽ trên Hình 2.11. Thông thường, điện trở có trị số cao hơn đáng kể so với điện kháng HT tại vị trí lắp đặt điện trở. Từ đó dòng ngắn mạch (NM) chạm đất bị giới hạn do chính điện trở này. Trong những trường hợp đặc biệt khác như đường dây dài điện áp cao hoặc HT có mạng cáp lớn dòng điện dung là bé so với dòng điện trở nên có thể bỏ qua. Hình 2.11. Hệ thống nối đất qua điện trở. SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 44 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Một xem xét quan trọng trong HT nối đất điệ n trở là tổn thất công suất ở điện trở trong lúc sự cố chạm đất. b. Hệ thống nối đất hiệu quả : Về mặt ý nghĩa thuật ngữ nối đất hiệu quả đã được thay thế cho từ cũ là nối đất trực tiếp. Một trung tính MBA có thể được nối đất trực tiếp mà ở đó không có tổng trở giữa trung tính và đất. Tuy nhiên dung lượng của MBA được nối đất trực tiếp như thế có thể rất bé so với qui mô HT để có thể ảnh hưởng đến việc ổn định điện áp trên các pha đối với đất khi có NM chạm đất xảy ra. Điều này đặc biệt trong trường hợp các MBA nối đất nhỏ được dùng để c ấp nguồn dòng TTK cho bảo vệ rơle. Theo tiêu chuẩn AIEE (Viện kỹ sư điện Hoa Kỳ ) mục 32-1.05 và ANSI (Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ) C62.92 đã định nghĩa nối đất hiệu quả như sau: “ Một HTĐ hay một phần tử của HT có thể đư ợc xem là nối đất có hiệu quả khi tất cả các điểm trên hệ thống hay một phần xác định của HT khi tỉ lệ điện kháng TTK đối với điện kháng TTT (thứ tự thuận) không lớn hơn 1 trong bất kỳ điều kiện vận hành nào và với bất kỳ số lượng dung lượng nguồn phát như thế nào.” Một ví dụ về hệ thống nối đất hiệu quả: Hình 2.12. Ví dụ mạng điện nối hiệu quả. Trên cơ sở nguồn phát tại TG A, điện kháng TTT và TTN ứng với ngắn mạch tại TG A là như sau: = = 25 +7 = 32%, (tổng điện kháng MF và MBA); = 7% X1 X2 X0 SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 45 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh 3 Do đó dòng ngắn mạch 3 pha là: IN = 100 / 32 = 3,12 Iđm Tỷ số: / = 7/ 32 = 0,219 X0 X1 Với NM tại TG B, cách TG A 130km, điện kháng TTT và TTN tăng lên 34% và điện kháng TTK là 120 % của đường dây truyền tải. Lúc này: = = 25 +7 + 34 = 66% ; = 7 + 120 = 127 % X1 X2 X0 (3) Dòng ngắn mạch 3 pha là: IN = 100 / 66 = 1,51 Iđm (1) Dòng ngắn mạch 1 pha là: IN = 300 / (66 +66 + 127) = 1,16 Iđm Tỷ số: / = 127/ 66 = 1,92 Với NM tại TG A có tỉ số: / = 0,219 X0 X1 X0 X1 thì điện áp pha với đất bằng khoảng 0,9 U ( R / X khoảng 0,1 nếu không có pđm 0 1 điện trở tại nơi NM). Với sự cố tại TG B, tỉ số tương ứng / = 1,92 và điện áp pha - đất trên pha không sự cố X0 X1 khoảng 1,15 . U pđm c) Nối đất qua điện kháng: Hình 2.13. HT nối đất qua điện kháng. Tiêu chuẩn AIEE (Viện kỹ sư điện Hoa Kỳ) số 32-1.08 (thay đổi từ 35.15.215 ) và ANSI (Viện quốc gia Hoa Kỳ) C62.92 đã xác định: SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 46 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh “ Điện kháng nối đất _điện kháng nối đất có ý nghĩa là nối đất qua tổng trở mà thành phần chính của nó là điện kháng. Lưu ý: Điện kháng có thể được đặt hoặc trực tiếp trong dây nối xuống đất hay gián tiếp bằng cách gia tăng điện kháng của mạch vòng trở về đất. Cách sau có thể thực hiện bằng cách tăng chủ định điện kháng TTK của các thiết bị nối đất hay bằng cách cho phép cách ly một số mạch nối từ trung tính thiết bị xuống đất ’’. Theo định nghĩa này nối đất qua điện kháng bao hàm thành phần tham gia của điện kháng trong phần nối đất. Với ý nghĩa này HT nối đất qua điện kháng không phải là nối đất trực tiếp, nó có thể là nối đất hiệu quả hay không, hoặc có thể là nối đất cộng hưởng hay không. Như đã trình bày nối đất qua điện kháng được x ác định về mặt tỉ số điện kháng / , một HT là nối đất qua điện kháng khi / > 3 X0 X1 X0 X1 nhưng nhỏ hơn trị số cần thiết cho nối đ ất cộng hưởng. Việc đặt một điện kháng bé theo định nghĩa này giữa trung tính máy phát hay MBA với đất mà để cho trị số / > 3, HT được xem như là nối đất qua điện kháng . X0 X1 Ví dụ HTĐ ở Hình 2.12 có thể chuyển thành nối đất điện kháng nếu kháng điện có trị số điện kháng đủ lớn được nối giữa trung tính MBA và đất tại TG A. Nếu điện kháng có trị số 16 Ohm ở tần số công nghiệp được sử dụng sẽ tương đương với 8,4% ở cấp 25.000kVA. Lúc này: = 3 x 8,4 + 7 = 32,2% ≈ = X0 X1 X2 Có nghĩa là điện kháng TTK trở nên bằng với điện kháng TTT và TTN. Do đó dòng NM một pha tại TG A bằng với dòng NM 3 pha. Vậy nếu dòng NM chạm đất cao ở MBA nối đất trực tiếp cần phải có MC (máy cắt) công suất cắt lớn hơn khả năng cần thiết đối với NM 3 pha thì việc thêm vào điện kháng sẽ khắc phục được điều này. 1 Tại TG B dòng NM 1 pha là: IN = 300/(66 + 66 + 152) = 1,06 Iđm . Tỉ số: / = 152/66 = 2,30 X0 X1 ện áp với đất cực đại trên pha không sự cố bằng khoảng 1,18 Lúc này đi Uđm . SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 47 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Như vậy, việc thêm vào một điện kháng tại TBA nguồn có thể làm dòng NM 1 pha hay 3 pha bằng nhau mà không gây sự thay đổi lớn ở dòng NM 1 pha cực tiểu hay điện áp ở pha cực đại với đất. Việc lắp đặt một trị số điện kháng tính toán như thế không đủ để thay đổi cấp HT từ nối đất hiệu quả sang nối đất điện kháng cũng như sự dịch chuyển trung tính không xảy ra với NM chạm đất. Điều này áp dụng thích hợp trong vùng gần TG A, nhưng không hợp lý ở vùng gần TG B. Nếu một điện kháng trung tính 50 Ohm được l ắp đặt tại TG A, trị số điện kháng TTK tại vị trí này trở thành 86%. Tại TG A tỉ số / = 86/32 = 2,7 X0 X1 Tại TG B tỉ số / = 206/66 = 3,1 X0 X1 Do đó trên cơ sở xác định của AIEE và ANSI ở trên, HT xem như nối đất hiệu quả tại TG A còn tại TG B thì không. Như vậy đối với hệ thống như Hình 2.11, trung tính có trị số điện kháng nối đất 50 Ohm thì được xem như nối đất qua điện kháng . SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 48 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Chương III: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG THỨC NỐI ĐẤT LƯỚI TRUNG ÁP . 3.1. Những vấn đề về nối đất điểm trung tính của HT: Hiện nay trên thế giới, các biện pháp nói đất trung tính của lưới trung áp rất khác nhau, là kết quả của sự kết hợp giữa nhiều yếu tố khác nhau, đôi khi còn trái ngược nhau. Các yếu tố chủ yếu để xem xét phương án nối đất trung tính của lưới trung áp là các đặc tính vật lý của lưới điện như cáp ngầm hay DZ nổi, chiều dài của DZ, loại phụ tải, mật độ phụ tải, sự an toàn và chất lượng điện năng cung cấp cũng như chi phí đầu tư để xây dựng lưới điện. Sự nối đất điểm trung tính của HT có ảnh hưởng rất lớn đến trị số điện áp giữa đất và từng điểm của HT. Trong trạng thái vận hành đối xứng, điểm trung tính của HT, cũng có cùng điện áp với đất. Khi có sự cố không đối xứng, điểm trung tính của HT xuất hiện 1 điện áp và điện áp của những pha không sự cố tăng lên. Với HT có điểm trung tính không nối đất, khi 1 pha chạm đất, điện áp của pha chạm đất tăng lên 3 Uf. Nếu điểm trung tính trực tiếp nối đất, khi NM 1 pha chạm đất, dòng điện qua điểm NM có thể lớn hơn dòng điện NM 3 pha. 3.1.1. Ngắn mạch 1 pha trong HT trung tính trực tiếp nối đất: Một hệ thống có điểm trung tính được coi là nố i đất trực tiếp khi thỏa mãn 2 điều kiện: X 0 0 3 (3-1) X1 R Và 0 o 1 (3-2) X1 X1 : Điện kháng TTT. X 2 : Điện kháng TTN. SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 49 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh X 0 : Điện kháng TTK. ện trở ủa HT điện R0 : Đi TTK c . Ở HT này, khi NM 1 pha chạm đất, điện áp của 2 pha không sự cố tăng lên đến 1 trị số không vượt quá 80% U d, ứng với lúc vận hành cực đại. Với HT có nối đất điểm trung tính. Nếu tồn tại điều kiện : X 0 1 (3-3) X1 và RR0 1 0 (3-4) Thì trị số dòng NM 1 pha chạm đất bằng: 3Up Up Jchdâ t (3-5) XXX1 2 0 2XX1 0 3 Các hệ thức: (3-1); (3-2) và (3-3) cho thấy: Dòng ngắn mạch 1 pha chạm đất lớn hơn dòng ngắn mạch 3 pha. Như vậy là không lợi. Cho nên muốn nối đất điểm trung tính của HT bắt buộc phải thỏa mãn điều kiện: X 0 1 (3-6) X1 Có thể đạt được điều kiện này bằng cách không nối đất tất cả các điểm trung tính của các máy biến áp trong HT, hoặc nối đất điểm trung tính qua một điện kháng nhỏ. Nếu nối điểm trung tính của HT qua một cuộn kháng thỏa mãn điều kiện X 3 0 (3-7) hoặc qua điện trở thỏa mãn điều kiện (3-6) thì HT này này X1 được gọi là HT nối đất gián tiếp qua cảm kháng hoặc qua điện trở. Trong HT này dòng NM 1 pha chạm đất đã giảm đi nhiề u, nhưng điện áp của 2 pha không sự cố vẫn có thể tăng quá 80% Udmax . Nếu giữa đất và điểm trung tính của HT được đặt một cuộn dập hồ quang thì khi NM một pha chạm đất, dòng điện điện dung TTK sẽ được bù bởi dòng điện kháng NM. Do vậy tại vị trí NM sẽ không có dòng điện hoặc SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 50 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh dòng điện nhỏ, tùy theo điều kiện bù. Nếu tại vị trí NM có một dòng điện tần số công nghiệp nhỏ hơn 5A thì sẽ không hình thành hồ quang. Nhưng thực tế, cuộn dập hồ quang có điện trở, do vậy dòng NM còn có thành phần tác dụng nữa. Nếu giá trị của thành phần này đủ lớn, thì trên vị trí NM vẫn có hồ quang, cho dù dòng điện điện dung đã được bù bởi dòng điện kháng NM, cho nên cuộn dập hồ quang không được dùng trong hệ thống có điện áp từ 110k V trở lên, mà chỉ nên dùng trong hệ thống có điện áp từ 35kV trở xuống. 3.1.2. Chạm đất 1 pha trong HT điểm trung tính không nối đất: Trong HT này khi một pha chạm đất, sẽ dẫn tới : - Gây nguy hiểm cho người bởi điện áp tiếp xúc tại điểm chạm đất. - Có thể có hồ quang không ổn định. Hồ quang sẽ gây nên cộng hưởng năng lượng điện từ, làm cho điện áp các pha so với đất tăng lên khoảng (2,5 –3,5) Upha. - Do điện áp của 2 pha không sự cố tăng lên 3 U p mà dẫn đến chạm đất ở 1 pha khác. Thí dụ: NM 2 pha chạm đất, đồng thời ở dz và đường cáp ngầm. Nếu bỏ qua 2 điện kháng 1 pha của MBA, điện kháng của DZ, của đường cáp, của đất và điện trở tiếp đất của cáp ngầm thì dòng NM 2 pha chạm đất được xác định như sau: Ud J2p . chdat (3-8) Rtd Ud : điện áp dây Rtd : điện trở tiếp đất tại cột của dz.  Theo quy phạm, Rtd = 10 30 Ω SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 51 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh 6 JA 200 (3-9) 2p . chdat 30 Rõ ràng dòng NM 2 pha chạm đất có thể nguy hiểm cho người bởi điện áp bước. Nếu sơ đồ bảo vệ của DZ và cáp ngầm nối theo sơ đồ sao hoàn toàn và có thời gian làm việc như nhau thì chúng sẽ cắt cả DZ và cáp. Nếu sơ đồ bảo vệ có máy biến dòng điện nối theo sơ đồ sao khuyết thì DZ nào có dòng chạm đất rơi đúng vào pha không có biến dòng thì sẽ không bị cắt. Do vậy trong HT này phải đặt bảo vệ chạm đất 1 pha. Bảo vệ chạm đất 1 pha ở bất kỳ HT nào và dù theo nguyên lý nào, thì vẫn phải triệt tiêu điện áp của pha sự cố và tạo nên chạm đất ổn định. Trong HT không điểm trung tính, muốn bảo vệ chạm đất 1 pha, theo nguyên lý dòng điện TTK, thì buộc phải tạo điểm trung tính và nối đất điểm này . Thiết bị tạo điểm trung tính nối đất, cần phải đặt ở thanh cái 6 –35kV của MBA nguồn. Để khi 1 DZ nào đó có chạm đất, nó sẽ phóng theo chiều từ thanh cái vào DZ đó một dòng điện đủ lớn, đảm bảo độ nhạy và độ chọn lọc cho bảo vệ cắt DZ sự cố ra khỏi lưới. 3.2. So sánh các chế độ làm việc của trung tính trong lưới điện trung áp phân phối: Những đặc điểm cơ bản của chế độ làm việc của điểm trung tính : 3.2.1. Kết cấu mạch điện: Trong chế độ trung tính trực tiếp nối đất cần có cuộn dây nối sao tạo ra trung tính. Nếu cuộn dây là tam giác thì phải có thiết bị tạo ra trung tính. Cuộn tam giác của MBA có nhiều công dụng: Cải thiện dạng sóng sức điện động, chống sét xâm nhập vào MBA. Do đó, nếu bắt buộc sử dụng kiểu nối sao, sẽ hạn chế tính năng trong chế tạo. Mạng trung tính trực tiếp nối đất cần có thêm dây trung tính, dây này không mang điện áp nên dễ mất cắp. Do là mạng 3 pha 4 dây, nên việc bố trí dây trên cột SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 52 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh đòi hỏi phức tạp hơn. Để khắc phục có thể sử dụng đất làm dây trung tính hoặc dùng chung dây trung tính mạng hạ thế. Mạng trung tính trực tiếp nối đất cho phép sử dụng MBA 1 pha : Đối với cuộn dây 3 pha có đầu trung tính ra, cách điện trung tính là loại giảm nhẹ. Đối với mạng trung tính không trực tiếp nối đất có thể sử dụng MBA 1 pha, nhưng 2 sứ trung thế phải dùng đúng cấp. Mạng trung tính nối đất trực tiếp sử dụng c ách điện pha chịu điện áp pha. Ngược lại, mạng trung tính không nối đất trực tiếp sử dụng cách điện pha chịu điện áp dây. Trong mạng trung tính không nối đất trực tiếp cần phải tăng cường cách điện vì khi xảy ra sự cố chạm đất 1 pha sẽ sinh ra hiện tượng quá điện áp nội bộ. Thiết kế bảo vệ rơle ở mạng điện nối đất trực tiếp đơn giản tin cậy, còn ở mạng trung tính cách đất việc thực hiện bảo vệ có chọn lọc khi một pha chạm đất khá phức tạp và đặc biệt đối với lưới 35kV chỉ cho phép làm việc khi IC ≤ 7A. 3.2.2. Chế độ vận hành : Mạng trung tính trực tiếp nối đất có sự cố NM 1 pha, do đó tính toán chế độ làm việc, lựa chọn thiết bị, đặt bảo vệ rơle đều theo NM một pha. Khi xảy ra sự cố với đất mạng trung tính trực tiếp nối đất bảo vệ sẽ cắt ph ần sự cố ra khỏi mạng. Ngược lại, ở mạng trung tính không trực tiếp nối đất, tín hiệu báo chạm đất sẽ tác động. Cũng có thể sử dụng sơ đồ bảo vệ cắt sự cố chạm đất một pha và khi đó suất cắt các sự cố ở mạng trung tính không nối đất trực tiếp cũng cao như mạng nối đất trực tiếp . 3.2.3. Hậu quả của từng loại: Ở mạng nối đất trực tiếp, suất sự cố tăng lên nhiều lần, dòng ngắn mạch trong mạng lớn gây ảnh hưởng đến sự làm việc ổn định của các thiết bị, gây nhiễu đối với các đường dây thông tin ở gần. Hiện tại mạng phân phối dùng cầu dao, cầu chì tự rơi ở các trạm hạ thế. Loại này không có tự động đóng lặp lại. Do sự phối hợp cầu chì kém chọn lọc, nên thường nhảy về máy cắt đầu nhánh. Do đó, thiết bị tự động đóng lạ i chưa được sử dụng có hiệu quả, nên thời gian phục hồi điện sau sự cố bị kéo dài. SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 53 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Ở mạng không nối đất trực tiếp, suất cắt sự cố giảm nhiều so với mạng nối đất trực tiếp. Nhưng việc xử lý sự cố chạm đất mất rất nhiều thời gian và đòi hỏi phải có nhiều kinh nghiệm. Trường hợp sử dụng bảo vệ cắt sự cố chạm đất, suất cắt sự cố tương tự mạng nối đất trực tiếp. Ở mạng trung tính trực tiếp nối đất, nhờ có dây trung tính sự cân bằng do tải không đối xứng được giảm nhẹ nhiều, do sự giảm điện áp TTK trên dây trung tính (điện áp trên dây trung tính bằng 3 lần điện áp TTK). Do đó việc sử dụng MBA 1 pha thuận lợi nhiều. Khi có sự cố NM 1 pha: Ở mạng trung tính trực tiếp nối đất, sẽ cắt nhanh phần bị sự cố ra khỏi mạch, tránh được quá điện áp lớn trong mạng, còn ở mạng trung tính không trực tiếp nối đất sự cho phép vận hành trong vận hành thêm một thời gian có khả năng gây quá áp nội bộ do hồ quang chập chờn, gây nguy hiểm cho các thiết bị. Ở mạng trung tính trực tiếp nối đất, khi có tải không đối xứng, điểm trung tính bị lệch đi nhiều, gây ra mất cân bằng điện áp lớn. Ở mạng này sử dụng MBA 1 pha cần được tính toán cẩn thận, đảm bảo ít gây ra mất đối xứng khi phụ tải thay đổi. Đây là một hạn chế lớn ở mạng trung tính không nối đất trực tiếp. 3.3. Các chỉ tiêu cơ bản để lựa chọn phương thức nối đất lưới trung áp: 3.3.1. Các chỉ tiêu kỹ thuật: 3.3.1.1. Chỉ tiêu cách điện: Ở mạng trung tính không nối đất trực tiếp, mức cách điện của mạng chịu điện áp dây, kể cả cách điện của các pha và cách điện trung tính thiết bị trong mạng đều phải thiết kế chịu điện áp dây. Ở mạng trung tính nối đất trực tiếp loại trừ được khả năng xuất hiện hồ quan g nối đất duy trì cùng với những hậu quả của chúng. Do đó giảm nhẹ được sự làm việc của cách điện khi chạm đất và khi có quá trình quá độ, điều đó có thể giảm nhẹ được cách điện trong mạng. 3.3.1.2. Chỉ tiêu và chế độ làm việc : a) Mạng trung tính cách đất: SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 54 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Chế độ chạm đất 1 pha : mạng trung tính không nối đất trực tiếp có chế độ làm việc 1 pha chạm đất đó là chế độ làm việc không bình t hường. Chế độ này chỉ cho phép kéo dài trong 02 giờ. * Ở chế độ làm việc 1 pha chạm đất có những thay đổi: - Điện áp pha của pha chạm đất bằng 0, điện áp pha của 2 pha còn lại tăng lên 3 lần điện áp pha. Đồng thời dòng điện dung chạy qua điểm chạm đất gây ra dòng phóng nạp quá độ. Điện áp phóng điện quá độ gây nên sự tăng áp quá độ . Đó là hiện tượng quá điện áp nội bộ. Đối với mạng điện áp cao có dòng điện dung lớn cần phải đưa cuộn dập hồ quang vào để giảm dòng điện dung. - Phụ tải điện làm việc trong tình trạng bình thường không thay đổi, vì điện áp dây không đổi. * Chế độ cấp điện mạng trung tính không nối đất trực tiếp chỉ cung cấp điện áp dây cho phụ tải. Do đó thuận tiện nhất là sử dụng phụ tải 3 pha. Khi đó tải được phân bố đều. Sử dụng mạng 1 pha trong hệ 3 pha không nối đất trực tiếp cần lấy 2 dây pha. Các MBA 1 pha đấu vào 2 dây pha. Do đó, thiết bị đóng cắt phải bố trí trên 2 dây. * Chế độ làm việc của cuộn dây: Trong mạng trung tính nối đất trực tiếp cuộn dây đấu sao hay tam giác, không ảnh hưởng đến việc cấp điện . Nếu đấu tam giác thì để bù dòng điện dung trong mạng 20–35 kV phải tạo trung tính, trong đó cuộn dây tốt nhất nên đấu Yo. Nếu các thiết bị tạo trung tính được lắp trên thanh cái mỗi phân đoạn một cái, có thể sử dụng cuộn kháng 3 pha đấu Yo hoặc MBA đấu Yo/o , công suất cần thiết được chọn trên cơ sở bù dòng điện dung toàn mạng đấu vào thanh cái Chế độ làm việc không đối xứng: khi tải mất đối xứng, độ dịch chuyển trung tính trong mạng trung tính không nối đất trực tiếp rất lớn. Trong mọi trường hợp không không để tải mất đối xứng 10%. Tốt nhất là mức không đối xứng chỉ hạn chế +5% để chênh lệch điện áp giữa các pha trong giới hạn cho phép 10%. b) Mạng trung tính nối đất trực tiếp: Chế độ chạm đất 1 pha : SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 55 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Trong mạng trung tính nối đất trực tiếp chạm đất 1 pha là s ự cố ngắn mạch 1 pha. Bảo vệ rơle sẽ cắt phần mạch điện bị sự cố ra khỏi mạng điện. Do đó mạng không có chế độ làm việc một pha chạm đất. Chế độ cấp điện : Mạng trung tính nối đất trực tiếp cấp cả điện áp pha và điện áp dây cho phụ tải. Mạng cho phép sử dụng cả MBA 3 pha và 1 pha. MBA 1 pha có thể đấu vào điện áp dây hoặc điện áp pha. Đó là thuận lợi cơ b ản cho việc phân phối điện. Khi MBA 1 pha đấu vào điện áp pha, thiết bị bảo vệ đóng cắt chỉ bố trí trên một pha. Chế độ làm việc của cuộn dây: Cuộn dây trong mạng trung tính nối đất tr ực tiếp cần có trung tính. Do đó thuận lợi nhất là đấu Yo. Trường hợp đấu tam giác thì cần có thiết bị tạo trung tính bằng cuộn kháng hoặc MBA đấu Yo/o. Công suất của thiết bị nối đất tính chọn theo 2 điều kiện: 1. Đảm bảo độ lệch trung tính 3%, lâu dài 5% trong 60 phút. 2. Chịu được dòng NM 1 pha. Chế độ làm việc không đối xứng: Ở chế độ làm việc bình thường dòng 3Io tồn tại trong dây trung tính có tác dụng cân bằng điện áp pha. Do đó cho phép làm việc ở tải không đối xứng tới 20% đảm bảo độ dịch chuyển trung tính không quá 3,5% và độ lệch điện áp không quá 10%, nhiều trường hợp cho phép mất đối xứng tới 30% và cao hơn nữa. 3.3.2. Chỉ tiêu về chế độ quản lý vận hành: 3.3.2.1. Đối với mạng trung tính không nối đất trực tiếp: Mạng trung tính không nối đất trực tiếp có thể cung cấp điện liên tục cho phụ tải ở chế đô sự cố 1 pha chạm đất, đây là ưu điểm cơ bản của hệ thống có trung tính cách đất. Song ưu điểm đó có thể sử dụng mà không gây tổn thất tới tuổi thọ của cách điện chỉ trong trường hợp khi thiết bị làm việc ở trạng thái chạm đất trong một thời gian không lâu, cần thiết để loại trừ hư hỏng (khoảng 2 giờ). Việc tìm điểm chạm đất có hạn chế sau: SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 56 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Phải thao tác đóng cắt nhiều lần cho các nhánh và các phần mạch của mạng phân phối. Điều đó là m mất điện của nhiều phụ tải. Các máy cắt phải thao tác nhiều lần, ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của máy cắt. Thời gian thao tác lâu vì hầu hết mạng phân phối của ta hiện nay đều sử dụng thao tác tại chỗ, nên cần phải có đội đi thao tác phân đoạn tìm sự cố. Trong thời gian tồn tại sự cố, điện lan truyền trên vật thể tiếp xúc với pha chạm đất, rất nguy hiểm cho ngườ i đi lại gần đó. Tình trạng này tuyệt đối không cho phép đối với mạng đô thị, vùng dân cư đông đúc. Để khắc phục những nhược điểm của mạng trung tính không nối đất trực tiếp ta có thể sử dụng dây dẫn bọc thay cho dây trần, dây bọc sẽ hạn chế được nhiều sự cố, giảm được hành lang an toàn. Nhưng khi có xảy ra sự cố thì việc tìm điểm sự cố sẽ khó khăn hơn. Ta có thể sử dụng bộ bảo vệ dòng điện Io cắt mạch có chạm đất. Bộ bảo vệ này có độ nhạy kém, dễ tác động sai dẫn tới làm tăng suất cắt các sự cố lên như mạng trung tính trực tiếp nối đất và ưu điểm của mạng trung tính nối đất không còn nữa. 3.3.2.2. Đối với mạng trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang: Trong mạng có trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang, ngăn ngừa ngay từ đầu hư hỏng cách điện của các thiết bị khi NM tiến triển (ngăn ngừa được 70–90%) điện áp ở nơi hư hỏng tăng tới U pha rất chậm, điều đó tạo khôi phục độ bền cách điện khi chạm đất ổn định. Số lần cắt và mất điện ở hộ tiêu thụ là nhỏ nhất. Vận hành hệ thống nối đất qua cuộn dập hồ quang phức tạp vì phải theo dõi thường xuyên trạng thái bù, khó khăn khi xác định điểm sự cố. Có thể làm tăng điện áp các pha không sự cố lớn hơn điện áp dây nếu chỉnh định không đúng vì hồ quang duy trì, như thế sẽ dẫn tới phá hỏng cách điện đường dây, ảnh hưởng lớn tới thiết bị điện. 3.3.2.3. Đối với mạng có trung tính nối đất trực tiếp: Mạng có trung tính nối đất trực tiếp k hi có sự cố chạm đất 1 pha là ngắn mạch, nên phải bố trí bảo vệ rơle cắt phần hư hỏng ra khỏi HT, có ng hĩa là phá vỡ tính liên SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 57 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh tục cung cấp điện. Hiện tại mạng phân phối sử dụng nhiều thiết bị đóng cắt, cầu chì tự rơi. Do đó khó phối hợp đặc tính chọn lọc, nên thường gây nhảy vượt cấp về máy cắt đầu nguồn hoặc máy cắt phân đoạn. Các máy cắt này có số lần đóng cắt nhiều nên chu kỳ nên chu kỳ sửa chữa ngắn đi. Để khắc phục trong mạng phân phối nên sử dụng các rẽ nhánh và máy cắt phân đoạn, dùng nguồn thao tác xoay chiều kết hợp với thiết bị đóng lại (TĐL) để giảm cường độ mất điện cho phụ tải. Khi xảy ra sự cố NM 1 pha, dòng lớn làm bảo vệ rơle loại trừ được sự cố, nên ít nguy hiểm tại vùng sự cố. Việc tìm điểm sự cố dễ dàng hơn nhiều so với mạng trung tính không nối đất trực tiếp. 3.3.3. Chỉ tiêu về kinh tế: 3.3.3.1. Mạng trung tính không nối đất trực tiếp: Cách điện của mạng và trạm biến áp phải chọn theo điện áp dây. Trong mạng 6-22kV dự trữ cách điện lớn, quá điện áp do hồ quang cháy lập lòe không gây nguy hiểm. Tuy vậy đối với chúng không để trung tính cách điện đối với đất khi dòng điện dung lớn quá 30A. Còn mạng 22-35kV có dự trữ cách điện kém hơn thì không thể làm việc trung tính cách điện đối với đất khi dòng điện dung quá 7A. Khi dòng điện dung vượt quá trị số kể trên thì phải đặt cuộn dập hồ quang tại điểm trung tính để giảm dòng điện dung tại chỗ chạm đất. Mạng trung tính không nối đất trực tiếp thường sử dụng loại 3 pha 3 dây. Rất ít gặp 1 pha 2 dây, vì MBA 1 pha trong mạng trung tính không nối đất trực tiế p rất hiếm. Điều này rất lãng phí trong mạng phân phối ở vùng mật độ phụ tải nhỏ. Nếu sử dụng MBA 1 pha, cần dùng loại chịu điện áp dây. Do mức cho phép không đối xứng rất nhỏ, nên hạn chế việc dùng MBA 1 pha trong mạng không nối đất trực tiếp. Với cùng công suất, trạm 3 pha có giá thành lớn hơn so với trạm một pha. Điều đó sẽ làm tăng giá thành xây dựng lên đáng kể, nhất là mạng điện nông thôn, miền núi. 3.3.3.2. Mạng trung tính nối đất trực tiếp : Mạng 3 pha 4 dây, chủ yếu dùng cho đô thị lớn, mật độ phụ tải cao. Khi đó điện SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 58 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh trở nối đất các trạm phụ tải không có trị số đủ bé theo yêu cầu chế độ làm việc. Mạng phân phối đô thị thường dùng loại hỗn hợp trung hạ thế, nên cho phép dùng chung trung tính của hạ thế. Điều đó không làm tăng giá thành của mạng trung thế. Mạng 3 pha 3 dây, sử dụng đất làm dây trung tính. Mạng này thích ứng cho vùng mật độ trung bình. Do phần hạ thế chỉ có ở khu dân cư nên đường vượt đồng đỡ phải tốn dây trung tính. Mạng 1 pha 2 dây nối đất lặp lại, trong đó có dây trung tính . Mạng này thích ứng cho vùng mật độ phụ tải nhỏ như cao nguyên, miền núi. Cách điện ở dây dẫn, trạm biến áp, trong mạng trung tính nối đất trực tiếp được chọn chịu điện áp pha. Nếu cuộn dây trung thế ở trạm nguồn dùng kiểu đấu tam giác thì phải có thiết bị tạo trung tính. Cách thức hợp nhất là dùng MBA đấu Yo/∆, công suất từ 10,5–15% công suất trạm. Mạng cho phép dùng MBA 1 pha. Khi thiết kế, cần tính toán để mức dịch chuyển trung tính không vượt quá mức cho phép (5 %). Ta có thể sử dụng MBA 1 pha công suất nhỏ, nên mạng trung tính nối đất trực tiếp dễ đi sâu vào từng xóm ấp trang trại. Nhờ vậy mạng hạ thế ít phát triển, kết cấu mạng điện gọn nhẹ. 3.3.4. Tổng kết về các chế độ nối đất trung tí nh lưới điện trung áp phân phối: Tóm lại từ các nghiên cứu trên cho ta thấy rằng các phương pháp nối đất khác nhau đều có những ưu điểm và khuyết điểm của chúng cho nên những trường hợp đặc biệt có thể quyết định ngay vấn đề này. Hơn nữa một vài điều kiện kết hợp gồm những phần tử quan trọng của HTĐ và vài tính tổng quát hóa có thể dùng cho các kết hợp này. Trong vùng lân cận các thành phố lớn và khu công nghiệp, độ tin cậy cung cấp điện được xem như là chỉ tiêu quan trọng nên mạch nhiều đường dây và hai nguồn cung cấp trở nên bắt buộc. Trong những hệ thống điện như thế việc cắt tức thời D Z không gây mất điện bởi vì các mạch dự trữ là sẵn sàng cho tình trạng hư hỏng cơ khí xấu nhất của DZ. Những DZ này thường sử dụng bảo vệ rơle cắt NM với thời SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 59 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh gian từ 0,15s đến 0,5s. Chúng thường nối tr ực tiếp với các DZ cùng cấp điện áp từ các nguồn khác nhau. Có một số lượng thiết bị nối trực tiếp trên DZ này và việc bảo vệ chống sét và hạn chế sự cố ở khu vực nhỏ là đáng kể. Đối với HT có đặc tính này nối đất hiệu quả dường như là thực tế nhất. Ở vài khu vực khác sự hạn chế dòng chạm đất có thể cần thiết từ quan điểm khả năng cắt của MC hay ảnh hưởng cảm ứng nhưng điều này có thể thực hiện với tỉ số điện kháng < 3, lúc này cho phép sử dụng CSV với điện áp pha. Trong vùng có mật độ dân cư thưa hơn, qu an hệ giữa phụ tải và DZ truyền tải thường chỉ có mạch đơn. Loại hệ thống này là lĩnh vực tốt cho việc áp dụng cuộn dập hồ quang ở dây trung tính. Số lần cắt điện giảm nhiều với chi phí cũng vừa phải. Trong khi CSV và MBA cần cách điện với điện áp dây, th ì phạm vi của trạm thường đủ để điều này không làm tăng thêm chi phí. Trong một số trường hợp truyền tải công suất đi xa, giá thành tổng có thể giảm do dùng một mạch truyền tải ở cấp điện áp cao hơn so với việc dùng hai hay nhiều mạch ở cấp điện áp thấp hơn. Ở những nơi có nguồn dự phòng khi DZ cắt ra để s ửa chữa, bảo dưỡng, việc sử dụng DZ đơn với trung tính có cuộn dập hồ quang trở nên là cách thích hợp nhất để hạn chế vốn đầu tư. Giải pháp này được so sánh về kinh tế và các đặc điểm khác với giải phá p sử dụng MC có TĐL tốc độ cao. Vấn đề hay gặp phải là số lượng điểm nối đất. Trong loại HT nối đất hiệu quả, không có lý do gì mà các điểm trung tính có sẵn lại không nối đất, cho đến chừng nào dòng NM 1 pha chưa đòi hỏi đến khả năng cắt lớn hơn. Đối vớ i lưới nối đất điện trở hay điện kháng, hay với lưới có cuộn dập hồ quang, thêm một điểm nối đất là tăng thêm giá thành tổng. Trong trường hợp này số lượng điểm nối đất sẽ được xét phần lớn theo khả năng đảm bảo an toàn thỏa mãn cho bảo vệ rơle TTK. Trong những lưới khác với mạch hình tia, ít nhất là hai hay nhiều điểm nối đất thích hợp hơn để thỏa mãn được bảo vệ TTK có hướng. Sự phân tích nối đất theo hướng hoàn thiện trong các nhánh khá c nhau của công việc chung. Bảo vệ rơle và MC đã được cải tiến đ ến mức độ cắt các NM các pha hay chạm đất với độ tin cậy và tốc độ cao so với những năm về trước. Phiền toái do hồ SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 60 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh quang và việc cắt điện áp thấp không cần thiết cũng tương ứng ít hơn. TĐL tốc độ cao sẵn sàng cho việc đóng trở lại DZ và cho được giải pháp để tránh mất điện do các sự cố thoáng qua ở pha và đất. Trong hầu hết trường hợp các yếu tố này chứng tỏ sự ưu việt HT nối đất hiệu quả. SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 61 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Chương IV. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC CHẾ ĐỘ NỐI ĐẤT TRUNG TÍNH ĐẾN BẢO VỆ AN TOÀN TRONG LƯỚI TRUNG ÁP. 4.1. Đối với mạng trung tính cách đất hoặc trung tính không nối đất trực tiếp: Mạng trung tính không nối đất trực tiếp có thể cung cấp điện liên tục cho phụ tải ở chế đô sự cố 1 pha chạm đất, đây là ưu điểm cơ bản của hệ thống có trung tính cách đất. Song ưu điểm đó có thể sử dụng mà không gây tổn thất tới tuổi thọ của cách điện chỉ trong trường hợp khi thiết bị làm việc ở trạng thái chạm đất trong một thời gian không lâu, cần thiết để loại trừ hư hỏng (khoảng 02 giờ). Lưới điện trung áp có dòng chạm đất bé sử dụng ở nước ta phần lớn là mạng 6-35kV có trung tính cách đất; Khi chạm đất 1 pha, dòng chạm đất nhỏ , tùy theo mạng cụ thể mà dòng này có trị số từ 5-30A. Theo qui trình vận hành hiện tại có thể duy trì chạm đất 1 pha không quá 2 giờ trong quá trình xử lý sự cố. Thực tế vận hành lưới trung áp phân phối ở nhiều nơi cho thấy khi có chạm đất 1 pha mà không cắt chọn lọc máy ngắt đầu nguồn lộ sự cố sẽ có các nhược điểm sau: - Quá điện áp nội bộ gây hư hỏng thiết bị: Trong chế độ vận hành bình thường (không sự cố), điện áp pha so đất của các pha là: U fA = U fB = U fc = U dây/ 3 . - Khi có chạm đất một pha (chạm đất ổn định) thì điện áp pha so đất của của 2 pha còn lại sẽ tăng lên 3 lần (bằng điện áp dây). - Khi có sự cố chạm đất 1 pha không ổn định (hiện tượng chập chờn), tùy điện dung cụ thể của mạng mà điện áp của pha so với đất của 2 pha còn l ại có thể tăng lên tới 3  4 lần điện áp dây. Như vậy khi chạm đất 1 pha (ổn định hoặc chập chờn) sẽ gây hiện tượng quá điện áp nội bộ ở pha còn lại và hiện tượng quá áp này gây nên hư hỏng cách điện (của sứ cách điện, cáp, phểu cáp, máy biến áp hoặc hư hỏng máy ngắt điện). SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 62 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh - Nguy hiểm cho người: Tại các khu vực có dân cư, đặc biệt là thành phố khi đứt dây (6 kV; 10kV; 22kV, 35kV) rơi xuống đất nếu duy trì một thời gian để phân đoạn dần điểm sự cố theo qui trình sẽ rất nguy hiểm cho tính mạng con người. - Phạm vi và thời gian mất điện tăng. Khi hệ thanh cái cấp các lộ phụ tải bị chạm đất 1 pha, theo qui trình hiện tại, điều độ viên lưới điện sẽ cho cắt lần lượt từng lộ để phân đoạn tìm lộ sự cố, tức là thời gian và phạm vi mất điện sẽ tăng, đặc biệt khi có chạm đất tại 2 điểm trên 2 lộ ở cùng một pha. Trong HT này khi một pha chạm đất, sẽ dẫn tới: - Gây nguy hiểm cho người bởi điện áp tiếp xúc tại điểm chạm đất. - Có thể có hồ quang không ổn định. Hồ quang sẽ gây nên cộng hưởng năng lượng điện từ, làm cho điện áp các pha so với đất tăng lên khoảng (2,5 –3,5) Upha. - Do điện áp của 2 pha không sự cố tăng lên 3 U p mà dẫn đến chạm đất ở 1 pha khác. Ví dụ: NM 2 pha chạm đất, đồng thời ở DZ và đường cáp ngầm. Nếu bỏ qua 2 điện kháng 1 pha của MBA, điện kháng của DZ, của đường cáp, của đất và điện trở tiếp đất của cáp ngầm thì dòng NM 2 pha chạm đất được xác định như sau: Ud J2p . chdat (4-1) Rtd Ud : điện áp dây Rtd : điện trở tiếp đất tại cột của DZ. Theo quy phạm, Rtd = 10  30 Ω SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 63 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh 6 JA 200 (4-2) 2p . chdat 30 Rõ ràng dòng NM 2 pha chạm đất có thể nguy hiểm cho người bởi điện á p bước. Nếu sơ đồ bảo vệ của DZ và cáp ngầm nối theo sơ đồ sao hoàn to àn và có thời gian làm việc như nhau thì chúng sẽ cắt cả DZ và cáp. Nếu sơ đồ bảo vệ có máy biến dòng điện nối theo sơ đồ sao khuyết thì DZ nào có dòng chạm đất rơi đúng vào pha không có biến dòng thì sẽ không bị cắt. Do vậy trong HT này phải đặt bảo vệ chạm đất 1 pha. Bảo vệ chạm đất 1 pha ở bất kỳ HT nào và dù theo nguyên lý nào, thì vẫn phải triệt tiêu điện áp của pha sự cố và tạo nên chạm đất ổn định . Trong HT không điểm trung tính, muốn bảo vệ chạm đất 1 pha, theo nguyên lý dòng điện TTK, thì buộc phải tạo điểm trung tính và nối đất điểm này. Thiết bị tạo điểm trung tính nối đất, cần phải đặt ở thanh cái 6 -35kV của MBA nguồn, để khi 1 DZ nào đó có chạm đất, nó sẽ phóng theo chiều từ thanh cái vào DZ đó một dòng điện đủ lớn, đảm bảo độ nhạy và độ chọn lọc cho bảo vệ cắt DZ sự cố ra khỏi lưới, tuy nhiên việc khắc phục sự cố có những trở ngại sau: Phải thao tác đóng cắt nhiều lần cho các nhánh và các phần mạch của mạng phân phối. Các máy cắt phải thao tác nhiều lần, ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của máy cắt. Trong thời gian tồn tại sự cố, điện lan truyền trên vật thể tiếp xúc với pha chạm đất, rất nguy hiểm cho người đi lại gần đó. Tình trạng này tuyệt đối không cho phép đối với mạng đô thị, vùng dân cư đông đúc. Ta có thể sử dụng bộ bảo vệ dòng điện IO cắt mạch có chạm đấ t. Tuy nhiên bộ bảo vệ này có độ nhạy kém, dễ tác động sai dẫn tới làm tăng suất cắt các sự cố lên như mạng trung tính trực tiếp nối đất, làm giảm tuổi thọ các thiết bị cắt mạch. Đồng thời khi xảy ra sự cố khả năng gây quá áp nội bộ do hồ quang chập chờn là rất lớn, nếu không xử lý nhanh và kịp thời có thể làm nguy hại đến các thiết bị điện khác. SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 64 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh 4.2. Đối với mạng trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang: Trong mạng có trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang, ngăn ngừa ng ay từ đầu hư hỏng cách điện của các thiết bị khi NM tiến triển (ngăn ngừa đươc 70–90%) điện áp ở nơi hư hỏng tăng tới U pha rất chậm, điều đó tạo khôi phục độ bền cách điện khi chạm đất ổn định. Số lần cắt và mất điện ở hộ tiêu thụ là nhỏ nhất, tăng tuổi thọ của máy cắt. Có thể làm tăng điện áp các pha không sự cố lớn hơn điện áp dây nếu chỉnh định không đúng vì hồ quang duy trì, như thế sẽ dẫn tới phá hỏng cách điện đường dây, ảnh hưởng lớn tới thiết bị điện. 4.3. Mạng có trung tính nối đất trực tiếp: Mạng có trung tính nối đất trực tiếp khi có sự cố chạm đất 1 pha là ngắn mạch, nên phải bố trí bảo vệ rơle cắt phần hư hỏng ra kh ỏi HT, có nghĩa là phá vỡ tính liên tục của cung cấp điện. Hiện tại mạng phân phối sử dụng nhiều thiết bị đóng cắt, cầu chì tự rơi. Do đó khó phối hợp đặc tính chọn lọc, nên thường gây nhảy vượt cấp về máy cắt đầu nguồn hoặc máy cắt phân đoạn. Các máy c ắt này có số lần đóng cắt nhiều nên chu kỳ sửa chữa ngắn đi. Để khắc phục trong mạng phân phối nên sử dụng các rẽ nhánh và máy cắt phân đoạn, dùng dòng thao tác xoay chiều kết hợp với thiết bị đóng lại (TĐL) để giảm cường độ mất điện cho phụ tải. Khi xảy ra sự cố NM 1 pha, dòng lớn làm bảo vệ rơle loại trừ được sự cố, nên ít nguy hiểm tại vùng sự cố, cũng như các thiết bị điện khác. SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 65 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Chương V: ÁP DỤNG TÍNH TOÁN BẢO VỆ AN TOÀN CHO LƯỚI TRUNG ÁP PHÂN PHỐI BÌNH ĐỊNH. 5.1. Tính toán dòng điện chạm đất 1 pha trong lưới trung áp phân phối 35kV tỉnh Bình Định: Hiện nay, lưới điện trung áp Bình Định có 2 cấp điện áp chính là: 22kV và 35kV; trong đó lưới điện 22kV có trung tính trực tiếp nối đất, nên khi có sự cố chạm đất một pha, thì dòng sự cố lớn, có ảnh hưởng đến điện áp tiếp xúc và điện áp bước ở khu vực sự cố, nhưng với các thiết bị bảo vệ hiện đại hiện nay thì sự cố được giải trừ nhanh chóng. Lưới 35kV có trung tính cách đất nên việc vận hành và bảo vệ an toàn tương đối phức tạp, vì theo Quy phạm Quản lý kỹ thuật thì cho phép lưới điện vận hành trong khoảng thời gian 02 giờ để tìm và cô lập điểm sự cố . Lưới trung áp phân phối 35kV có nhiều đoạn DZ tương đối dài, len lõi vào các khu dân cư, do đó cần tính toán cụ thể, đưa ra các biện pháp xử lý để lưới điện trung áp phân phối làm việc hiệu quả, vận hành an toàn, đảm bảo yêu cầu kỹ thuật. Theo quy phạm Quản Lý Kỹ Thuật điều 780: Bù dòng điện điện dung chạm đất bằng cuộn dập hồ quang (cuộn kháng Petersen), phải tiến hành thực hiện khi dòng điện điện dung vượt các trị số sau: Bảng 5.1. Giá trị dòng điện dung theo quy phạm Quản lý kỹ thuật. Điện áp định mức 6 10 15 35 của lưới điện (kV) Dòng điện điện dung 30 20 15 7 chạm đất (A) SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 66 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Lưới điện 35kV khu vực tỉnh Bình Định được liên kết với nhau qua các trạm nguồn 110kV (E), để cung cấp nguồn điện 35kV cho các trạm Trung gian 35/22kV, trạm cắt, các trạm biến áp phụ tải 35/0,4kV. Do đó trong vận hành, ngoài phương thức cơ bản thì thường xuyên phải chuyển đổi nguồn 35kV từ các trạm nguồn để phục vụ cho các công tác, thao tác trên hệ thống. Do đó, với từng phương thức vận hành khác nhau, ta cần phải xem xét, tính toán các đường dây 35kV có kết lưới dài để có hướng xử lý khi mà dòng chạm đất vượt quá quy định cho phép là 7A. Theo số liệu của Phòng Điều Độ - Cty Điện Lực Bình Định cung cấp: - Đường dây 35kV thuộc XT376 trạm E21 từ TC C32 đến TC C31 TC An Nhơn dài 47,89km, dây AC-120. - Đường dây 35kV thuộc XT371 trạm E21 từ TC C31 đến NMĐ Nhơn Thạnh dài 4,9km, dây AC-120. - Đường dây 35kV thuộc XT374 trạm TC An Nhơn từ TC C32 đến trạm PĐ Nhơn Thọ dài 8,9km, dây AC-120. - Đường dây 35kV thuộc XT371 trạm TC An Nhơn từ TC C31 đến TC C31 Tây Sơn dài 47,89km, dây AC-120. - Đường dây 35kV thuộc XT372 trạm E Phù Cát từ TC C32 đến TC An Nhơn dài 14,24 km, dây AC-120. - Đường dây 35kV thuộc XT373 trạm E Phù Mỹ từ TC C31 đến TC C32 E Phù Cát dài 28,37km, dây AC-120. - Đường dây 35kV thuộc XT371 trạm E Phù Mỹ từ TC C31 đến TC Bình Dương dài 9,04km, dây AC-120. - Đường dây 35kV thuộc XT371 trạm E18 từ TC C31 đến TC Bình Dương dài 22,91km, dây AC-120. - Đường dây 35kV thuộc XT371 trạm E19 từ TC C31 đến DCL 300-1 dài 12,23km, dây AC-120. - Đường dây 35kV thuộc XT373 trạm E19 từ TC C31 đến TTG Tây Sơn dài 13,54km, dây AC-120. SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 67 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh - Đường dây 35kV thuộc XT375 trạm E19 từ TC C31 đến NMTĐ Định Bình dài 25km, dây AC-120. Tính toán dòng điện điện dung chạm đất theo công thức: Io 3 Uf . . C 3 U f . B 3 U f b o . l (5-1) U f : Điện áp pha của DZ (kV). C: Điện dung của bộ tụ (F). B: Điện dẫn phản kháng của DZ (S). l: Tổng chiều dài DZ (km). bo : Điện dẫn phản kháng đơn vị của DZ (S/km). 6 Dây AC 120 : bo 3,33.10 (1/ .km). Lưới điện 35kV vận hành với điện áp 37,5kV. 5.1.1. Phương thức vận hành 1: Phương thúc vận hành cơ bản . Phương thức vận hành cơ bản (PTVHCB) lưới điện 35kV H TĐ Bình Định trong quí II/2012 và kết lưới hòa máy phát diesel: a) Đối với khu vực trạm E21: Bảng 5.2. Kết lưới khu vực trạm E21 theo PTVHCB. Tên MC, DCL, Đóng Cắt Tên MC, DCL, Đóng Cắt PĐ PĐ MC 371/E21 x MC 372/E21 x MC 376/E21 x MC 375/E21 x PĐ. 35kV Long x PĐ Khu Công x Vân Nghiệp MC 381 (Khu x MC374/NMĐ. x CN.Phú Tài) N/Thạnh PĐ BTLT x PĐ 98 x SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 68 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Trong PTVH này, chiều dài DZ 35kV lớn nhất từ XT371/E21 đến TC NMĐ Nhơn Thạnh, với chiều dài tính toán là: l= 4,9 (km). Dòng điện điện dung chạm đất trong trường hợp này: 3 37,5.10 IUCUB 3 . . 3 . 3. .3.33.106 .4,9 1,06 (A) o f f 3 b) Khu vực trạm E An Nhơn: Bảng 5.3. Kết lưới khu vực trạm E An Nhơn theo PTVHCB. Tên MC, DCL, Đóng Cắt Tên MC, DCL, PĐ Đóng Cắt PĐ MC 371/TC An x MC 372/TC An x Nhơn Nhơn MC 374/TC An x DCL 300-2 /TC x Nhơn An Nhơn NR. Phước Sơn x PĐ Bà Di x PĐ Phú Hòa x PĐ Cầu Trắng x PĐ C98 x PĐ Long Vân x MC 373/TCAn x NR Nhơn Tân x Nhơn PĐ Nhơn Thọ x PĐ Phú Mỹ x MC 371/C71 x Trong PTVH này, DZ 35kV lớn nhất từ XT371/TC An Nhơn đến TG Tây Sơn, với chiều dài tính toán là: l= 47,89 (km). Dòng điện điện dung chạm đất trong trường hợp này: 3 37,5.10 IUCUB 3 . . 3 . 3. .3.33.106 .47,89 10,36 (A) o f f 3 Trong PTVH này, DZ 35kV lớn nhất từ XT374/TC An Nhơn đến PĐ Nhơn Thọ, với chiều dài tính toán là: l= 8,9 (km). SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 69 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Dòng điện điện dung chạm đất trong trường hợp này: 3 37,5.10 IUCUB 3 . . 3 . 3. .3.33.106 .8,9 1,92 (A) o f f 3 b) Khu vực trạm E Phù Cát: Bảng 5.4. Kết lưới khu vực trạm E Phù Cát theo PTVHCB. Tên MC, DCL, Đóng Cắt Tên MC, DCL, Đóng Cắt PĐ PĐ MC 372/E Phù x PĐ. Hoà Đông x Cát MC 374/E Phù x PĐ Phù Ly x Cát 371/TC An Nhơn x 373/TC An Nhơn x 372/TC An Nhơn x 374/TC An Nhơn x Trong PTVH này, đối với khu vực trạm E Phù Cát thì chiều dài DZ 35kV lớn nhất từ XT372/E Phù Cát đến TC An Nhơn , với chiều dài tính toán là: l= 14,24 (km). Dòng điện điện dung chạm đất trong trường hợp này: 3 37,5.10 IUCUB 3 . . 3 . 3. .3.33.106 .14,24 3,08 (A) o f f 3 SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 70 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh d) Khu vực trạm E Phù Mỹ: Bảng 5.5. Kết lưới khu vực trạm E Phù Mỹ theo PTVHCB. Tên MC, DCL, Đóng Cắt Tên MC, DCL, Đóng Cắt PĐ PĐ MC 373/E Phù x PĐ. Bình Dương x Mỹ MC 371/E Phù x DCL 371-7 x Mỹ TC B.Dương DCL 371-7/TC x PĐ Phú Cũ x Phù Mỹ MC 372/TC. Phù x MC 372 /TC Bình x Mỹ Dương PĐ 35kV x Phù Ly Trong PTVH này, DZ 35kV lớn nhất từ XT373/E Phù Mỹ đến TC C32 E Phù Cát, với chiều dài tính toán là: l= 28,37 (km). Dòng điện điện dung chạm đất trong trường hợp này: 3 37,5.10 IUCUB 3 . . 3 . 3. .3.33.106 .28,37 6,14 (A) o f f 3 Trong PTVH này, DZ 35kV lớn nhất từ XT371/E Phù Mỹ đến TC Bình Dương, với chiều dài tính toán là: l= 9,04 (km). Dòng điện điện dung chạm đất trong trường hợp này: 3 37,5.10 IUCUB 3 . . 3 . 3. .3.33.106 .9,04 1,96 (A) o f f 3 SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 71 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh e) Khu vực trạm E18: Bảng 5.6. Kết lưới khu vực trạm E18 theo PTVHCB. Tên MC, DCL, Đóng Cắt Tên MC, DCL, Đóng Cắt PĐ PĐ MC 371/E18 x PĐ Phú Cũ x MC 372 /TC Bình x Dương Trong PTVH này, đối với khu vực trạm E18 thì chiều dài DZ 35kV lớn nhất là từ XT371/E18 đến TC Bình Dương; với chiều dài tính toán là: l= 22,91 (km). Dòng điện điện dung chạm đất trong trường hợp này: 3 37,5.10 IUCUB 3 . . 3 . 3. .3.33.106 .22,91 4,96 (A) o f f 3 f) Khu vực trạm E19: Bảng 5.7. Kết lưới khu vực trạm E19 theo PTVHCB Tên MC, DCL, Đóng Cắt Tên MC, DCL, Đóng Cắt PĐ PĐ MC 371/E19 x 300-1(An Khê) x MC 373/E19 x MC 371/TG x Tây Sơn MC 375/E19 x PĐ C126 x MC 371/TĐ x DCL 371-7 x Định Bình TG V Thạnh PĐ Định Bình x (C10) Trong PTVH này, DZ 35kV lớn nhất từ XT371/E19 đến DCL 300-1 , với chiều dài cần tính toán là: l= 12,23 (km). SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 72 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Dòng điện điện dung chạm đất trong trường hợp này: 3 37,5.10 IUCUB 3 . . 3 . 3. .3.33.106 .12,23 2,65 (A) o f f 3 Trong PTVH này, DZ 35kV lớn nhất từ XT373/E19 đến TG Tây Sơn, với chiều dài cần tính toán là: l= 13,54 (km). Dòng điện điện dung chạm đất trong trường hợp này: 3 37,5.10 IUCUB 3 . . 3 . 3. .3.33.106 .13,51 2,93 (A) o f f 3 Trong PTVH này, DZ 35kV lớn nhất từ XT375/E19 đến NMTĐ Định Bình, với chiều dài cần tính toán là: l= 25 (km). Dòng điện điện dung chạm đất trong trường hợp này: 3 37,5.10 IUCUB 3 . . 3 . 3. .3.33.106 .25 5,41 (A) o f f 3 SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 73 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Hình 5.1. Sơ đồ nguyên lý VHCB lưới điện 35kV HT điện Bình Định. SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 74 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh 5.1.2. Phương thức vận hành 2: Nguồn 35kV E21 cấp đến E Phù Cát (nguồn 35kV E An Nhơn không vận hành). Bảng 5.8. Phương thức vận hành 2. Tên MC, DCL, Đóng Cắt Tên MC, DCL, Đóng Cắt PĐ PĐ MC 376/E21 x MC 373/TC An x Nhơn PĐ Nhơn Thọ x PĐ Phú Hòa x MC 372/TC An x MC 372/E Phù x Nhơn Cát Trong PTVH này thì chiều dài DZ 35kV lớn nhất là từ E21 đến E Phù Cát, các XT 35kV còn lại theo PTVHCB, chiều dài XT lớn nhất cần tính toán là: l= 71,03 (km) Dòng điện điện dung chạm đất trong trường hợp này: 3 37,5.10 IUCUB 3 . . 3 . 3. .3.33.106 .71,03 15,36 (A) o f f 3 SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 75 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Hình 5.2. Phương thức vận hành 2 (Nguồn 35kV E An Nhơn không vận hành) SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 76 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh 5.1.3. Phương thức vận hành 3: Nguồn 35kV E An Nhơn cấp đến E19 (nguồn 35kV E19 không vận hành). Bảng 5.9. Phương thức vận hành 3. Tên MC, DCL, Đóng Cắt Tên MC, DCL, Đóng Cắt PĐ PĐ PĐ Nhơn Thọ x PĐ Cầu Trắng x DCL 371-7 x MC 373/E19 x Trong PTVH này thì chiều dài DZ 35kV lớn nhất là từ E An Nhơn đến E19; các XT 35kV còn lại theo PTVHCB, chiều dài XT lớn nhất cần tính toán là: l= 70,33 (km). Dòng điện điện dung chạm đất trong trường hợp này: 3 37,5.10 IUCUB 3 . . 3 . 3. .3.33.106 .70,33 15,21 (A) o f f 3 SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 77 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Hình 5.3. Phương thức vận hành 3(khi nguồn 35kV E19 không vận hành). SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 78 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh 5.1.4. Phương thức vận hành 4: Nguồn 35kV E Phù Cát cấp đến TC Bình Dương (nguồn 35kV E Phù Mỹ không vận hành). Bảng 5.10. Phương thức vận hành 4. Tên MC, DCL, Đóng Cắt Tên MC, DCL, Đóng Cắt PĐ PĐ MC 372/ Phù Cát x MC 374/E Phù x Cát MC 372/TC An x DCL 371-7 x Nhơn MC 372/TC Bình x Dương Trong PTVH này thì chiều dài DZ 35kV lớn nhất là từ E Phù Cát đến TC Bình Dương, các XT 35kV còn lại theo PTVHCB, chiều dài XT lớn nhất cần tính toán là: l= 37,41 (km). Dòng điện điện dung chạm đất trong trường hợp này: 3 37,5.10 IUCUB 3 . . 3 . 3. .3.33.106 .37,41 8,09 (A) o f f 3 SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 79 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Hình 5.4. Phương thức vận hành 4 (khi nguồn 35kV E Phù Mỹ không vận hành). SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 80 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh 5.1.5. Phương thức vận hành 5: Nguồn 35kV E An Nhơn cấp đến E Phù Mỹ (nguồn 35kV E Phù Cát không vận hành). Bảng 5.11. Phương thức vận hành 5. Tên MC, DCL, Đóng Cắt Tên MC, DCL, Đóng Cắt PĐ PĐ MC 376/E21 x MC 374/TC An x Nhơn MC 371/TC An x MC 372/TC An x Nhơn Nhơn PĐ Nhơn Thọ x MC 374/E Phù x Cát MC 373/E Phù x DCL 126 x Mỹ DCL 371-7 x Trong PTVH này thì chiều dài DZ 35kV lớn nhất là từ E An Nhơn đến E Phù Mỹ, các XT 35kV còn lại theo PTVHCB, chiều dài XT lớn nhất cần tính toán là: l= 42,61 (km). Dòng điện điện dung chạm đất trong trường hợp này: 3 37,5.10 IUCUB 3 . . 3 . 3. .3.33.106 .42,61 9,22 (A) o f f 3 SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 81 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Hình 5.5. Phương thức vận hành 5 (khi nguồn 35kV E Phù Cát không vận hành). SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 82 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Bảng 5.12. So sánh dòng chạm đất trong các PTV H. Dòng chạm đất STT PTVH tính toán lớn Đề xuất biện pháp xử lý, vận hành nhất Io (A) - Giảm bán kính cấp điện của XT 1 PTVHCB 10,36 371 E An Nhơn. - Lắp bảo vệ để cắt nhanh XT bị chạm đất. - Có biện pháp xử lý điểm trung tính 2 PTVH 2 15,36 - Có biện pháp xử lý điểm trung tính. - Lắp bảo vệ để cắt nhanh XT bị chạm đất. - Có biện pháp xử lý điểm trung 3 PTVH 3 15,21 tính. - Lắp bảo vệ để cắt nhanh XT bị chạm đất. - Có biện pháp xử lý điểm trung 4 PTVH 4 8,09 tính. - Lắp bảo vệ để cắt nhanh XT bị chạm đất. - Có biện pháp xử lý điểm trung 5 PTVH 5 9,22 tính. - Lắp bảo vệ để cắt nhanh XT bị chạm đất. SVTH: Nguyễn Quang Tào. Lớp ĐKT_K30
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 83 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Từ những tính toán trên em thấy: đối với lưới điện 35kV của tỉnh Bình Định, dòng điện điện dung trong các phương thức vận hành lớn hơn nhiều so với dòng điện điện dung cho phép theo Quy phạm QLKT là 7A, do đó cần có biện pháp xử lý điểm trung tính, nhằm hạn chế hậu quả do dòng điện điện dung gây ra, đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị. 5.2. Bảo vệ con người khỏi bị điện giật trong trường hợp đứt dây ở mạng điện 6- 35kV: Lưới điện trung áp phân phối 35kV đang được dùng phổ biến tại Bình Định, hiện nay nó được dùng để chuyển tải công suất 35/22kV, hay phân phối điện năng trực tiếp cho phụ tải khắp tỉnh Bình Định. Do lịch sử để lại, cũng như quá trình sử dụng việc bảo dưỡng, sửa chữa chưa triệt để, nên trong quá trình vận hành thường xảy ra sự cố đứt dây rơi xuống đất. Hiện tượng này được gọi là 1 pha chạm đất, nhưng do điện trở tại nơi chạm đất đủ lớn, các thiết bị bảo vệ khỏi chạm đất 1 pha ở các trạm nguồn, trạm trung gian, trạm cắt chỉ đi báo tín hiệu. Hậu quả là người, súc vật đi vào vùng đất tản dòng chạm đất phải chịu điện thế bước rất nguy hiểm. Lưới điện 35kV - là lưới điện trung áp phân phối có trung tính cách ly so với đất, nên để xem xét trường hợp chạm đất 1 pha dạng này có thể sử dụng sơ đồ thay thế đơn giản như trên Hình 5.12. Các thông số trên sơ đồ gồm: R – điện trở cách điện các pha của mạng so với đất, Ω: C – điện dung các pha của mạng so với đất, F ; ện trở chỗ chạm đất, Ω: Rcd - đi U f - điện áp pha của mạng: Sử dụng lý thuyết mạch điện để giải bài toán này trong trường hợp xem nguồn là đối xứng sẽ xác định được giá trị dò ng chạm đất trong trường hợp tổng quát: Uf 1 I x (5-2) cd Rcd R( R 6 Rcd ) 1 2 2 2 2 9RRCcd (1  ) SVTH: Nguyễn Quang Tào. Lớp ĐKT_K30
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 84 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Các mạng điện cao áp thường có điện trở cách điện rất tốt nên có thể xem R = , biến đổi công thức trên ta nhận được biểu thức xác định dòng điện chạm đất trong trường hợp này: 3.Uf . . C I (5-3) cd 2 2 2 1 9RCcd . . ) Trong đó tần số góc của dòng điện  = 2πf. Điện áp lệch trung tính của mạng gần đúng có thể xác định bằng: Uo = U f - Icd . Rcd ( 5-4) Khi đứt dây rơi xuống đất, dòng chạm đất sẽ tản vào đất tạo ra các điện thế khác nhau tại các điểm khác nhau trên mặt đất ( Hình 5.11), trong đó: -Điện thế tại dây tiếp xúc với đất là lớn nhất bằng: max Icd.R cd (5-5) - Điện thế tại điểm cách xa so với chỗ dây chạm đất khoảng 20–40 (m) được xem là bằng không. - Luật thay đổi điện thế trong vùng tản dòng là đường hypecbol. Hình 5.6. Đường biểu diễn điện thế và điện áp bước. SVTH: Nguyễn Quang Tào. Lớp ĐKT_K30
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 85 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh Từ những vấn đề trình bày trên ta thấy: - Việc tự động cắt điện không chậm trễ để bảo vệ cho con người khỏi điện áp bước khi đứt dây rơi xuống đất là vấn đề cấp bách, đặc biệt là với các DZ 6 -35kV đi qua vùng dân cư. - Việc sử dụng bảo vệ phản ứng theo điện áp lệch trung tính, theo dòng sự cố hoặc phối hợp giữa chúng là tùy thuộc vào từng trạm BA áp trung gian, từng tuyến dây cụ thể khi phải tính tới mọi khả năng đứt dây có thể có. R c đ I c h Hình 5.7. Sơ đồ thay thế mạng điện khi có 1 pha chạm đất. Người đi vào vùng đất có điện thế khác nhau này thì phải chịu một hiệu điện thế gọi là điện áp bước, và trường hợp nguy hiểm nhất bằng: UIRb max cd cd (5-6) Trong đó = 0,4 – 0,6 : Hệ số điện áp bước. Từ các biểu thức nhận được có thể xây dựng được mối quan hệ giữa dòng chạm đất Icd , điện áp bước Ub , điện áp dịch chuyển trung tính Uo với điện trở chạm đất Rcd , để từ đó xác định được yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ khỏi chạm đất nhằm bảo vệ an toàn cho con người. SVTH: Nguyễn Quang Tào. Lớp ĐKT_K30