Luận văn 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

p 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: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 56 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn  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 t ính 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 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 57 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn 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 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 58 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn 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 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 59 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn 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 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 60 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn 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. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 61 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn 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: fAU = fBU = fcU = 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). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 62 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn - 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 pU 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: 2 . d d p chdat t UJ R (4-1) dU : điện áp dây tdR : điện trở tiếp đất tại cột của DZ. Theo quy phạm, tdR = 10  30 Ω ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 63 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn 2 . 6 200 30p chdat J A  (4-2) 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 OI 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. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 64 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn 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 ng ắn 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. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 65 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn 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 của lưới điện (kV) 6 10 15 35 Dòng điện điện dung chạm đất (A) 30 20 15 7 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 66 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn 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. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 67 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn - 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: 3 . . 3 . 3 .o of f fI U C U B U b l   (5-1) fU : 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). ob : Điện dẫn phản kháng đơn vị của DZ (S/km). Dây AC 120 : 63,33.10ob  (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, PĐ Đóng Cắt Tên MC, DCL, PĐ Đóng Cắt MC 371/E21 x MC 372/E21 x MC 376/E21 x MC 375/E21 x PĐ. 35kV Long Vân x PĐ Khu Công Nghiệp x MC 381 (Khu CN.Phú Tài) x MC374/NMĐ. N/Thạnh x PĐ BTLT x PĐ 98 x ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 68 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn 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: 3 637,5.103 . . 3 . 3. .3.33.10 .4,9 1,06 3o f f I U C U B     (A) b) Khu vực trạm E An Nhơn: Bảng 5.3. Kết lưới khu vực trạm E An Nhơn theo PTVHCB. Tên MC, DCL, PĐ Đóng Cắt Tên MC, DCL, PĐ Đóng Cắt MC 371/TC An Nhơn x MC 372/TC An Nhơn x MC 374/TC An Nhơn x DCL 300-2 /TC An Nhơn x 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 Nhơn x NR Nhơn Tân x 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: 3 637,5.103 . . 3 . 3. .3.33.10 .47,89 10,36 3o f f I U C U B     (A)  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). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 69 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn Dòng điện điện dung chạm đất trong trường hợp này: 3 637,5.103 . . 3 . 3. .3.33.10 .8,9 1,92 3o f f I U C U B     (A) b) Khu vực trạm E Phù Cát: Bảng 5.4. Kết lưới khu vực trạm E Phù Cát theo PTVHCB. Tên MC, DCL, PĐ Đóng Cắt Tên MC, DCL, PĐ Đóng Cắt MC 372/E Phù Cát x PĐ. Hoà Đông x MC 374/E Phù Cát x PĐ Phù Ly x 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: 3 637,5.103 . . 3 . 3. .3.33.10 .14,24 3,08 3o f f I U C U B     (A) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 70 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn d) Khu vực trạm E Phù Mỹ: Bảng 5.5. Kết lưới khu vực trạm E Phù Mỹ theo PTVHCB. Tên MC, DCL, PĐ Đóng Cắt Tên MC, DCL, PĐ Đóng Cắt MC 373/E Phù Mỹ x PĐ. Bình Dương x MC 371/E Phù Mỹ x DCL 371-7 TC B.Dương x DCL 371-7/TC Phù Mỹ x PĐ Phú Cũ x MC 372/TC. Phù Mỹ x MC 372 /TC Bình Dương x PĐ 35kV Phù Ly x  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: 3 637,5.103 . . 3 . 3. .3.33.10 .28,37 6,14 3o f f I U C U B     (A)  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: 3 637,5.103 . . 3 . 3. .3.33.10 .9,04 1,96 3o f f I U C U B     (A) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 71 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn e) Khu vực trạm E18: Bảng 5.6. Kết lưới khu vực trạm E18 theo PTVHCB. Tên MC, DCL, PĐ Đóng Cắt Tên MC, DCL, PĐ Đóng Cắt MC 371/E18 x PĐ Phú Cũ x MC 372 /TC Bình Dương x 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: 3 637,5.103 . . 3 . 3. .3.33.10 .22,91 4,96 3o f f I U C U B     (A) f) Khu vực trạm E19: Bảng 5.7. Kết lưới khu vực trạm E19 theo PTVHCB Tên MC, DCL, PĐ Đóng Cắt Tên MC, DCL, PĐ Đóng Cắt MC 371/E19 x 300-1(An Khê) x MC 373/E19 x MC 371/TG Tây Sơn x MC 375/E19 x PĐ C126 x MC 371/TĐ Định Bình x DCL 371-7 TG V Thạnh x PĐ Định Bình (C10) x  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). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 72 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn Dòng điện điện dung chạm đất trong trường hợp này: 3 637,5.103 . . 3 . 3. .3.33.10 .12,23 2,65 3o f f I U C U B     (A)  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: 3 637,5.103 . . 3 . 3. .3.33.10 .13,51 2,93 3o f f I U C U B     (A)  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: 3 637,5.103 . . 3 . 3. .3.33.10 .25 5,41 3o f f I U C U B     (A) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 73 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn Hình 5.1. Sơ đồ nguyên lý VHCB lưới điện 35kV HT điện Bình Định. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 74 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn 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, PĐ Đóng Cắt Tên MC, DCL, PĐ Đóng Cắt MC 376/E21 x MC 373/TC An Nhơn x PĐ Nhơn Thọ x PĐ Phú Hòa x MC 372/TC An Nhơn x MC 372/E Phù Cát x 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: 3 637,5.103 . . 3 . 3. .3.33.10 .71,03 15,36 3o f f I U C U B     (A) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 75 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn Hình 5.2. Phương thức vận hành 2 (Nguồn 35kV E An Nhơn không vận hành) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 76 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn 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, PĐ Đóng Cắt Tên MC, DCL, PĐ Đóng Cắt 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: 3 637,5.103 . . 3 . 3. .3.33.10 .70,33 15,21 3o f f I U C U B     (A) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 77 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn Hình 5.3. Phương thức vận hành 3(khi nguồn 35kV E19 không vận hành). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 78 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn 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, PĐ Đóng Cắt Tên MC, DCL, PĐ Đóng Cắt MC 372/ Phù Cát x MC 374/E Phù Cát x MC 372/TC An Nhơn x DCL 371-7 x MC 372/TC Bình Dương x 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: 3 637,5.103 . . 3 . 3. .3.33.10 .37,41 8,09 3o f f I U C U B     (A) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 79 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn Hình 5.4. Phương thức vận hành 4 (khi nguồn 35kV E Phù Mỹ không vận hành). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 80 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn 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, PĐ Đóng Cắt Tên MC, DCL, PĐ Đóng Cắt MC 376/E21 x MC 374/TC An Nhơn x MC 371/TC An Nhơn x MC 372/TC An Nhơn x PĐ Nhơn Thọ x MC 374/E Phù Cát x MC 373/E Phù Mỹ x DCL 126 x 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: 3 637,5.103 . . 3 . 3. .3.33.10 .42,61 9,22 3o f f I U C U B     (A) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 81 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. ĐH Quy Nhơn Hình 5.5. Phương thức vận hành 5 (khi nguồn 35kV E Phù Cát không vận hành). ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 82 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. Lớp ĐKT_K30 Bảng 5.12. So sánh dòng chạm đất trong các PTV H. STT PTVH Dòng chạm đất tính toán lớn nhất oI (A) Đề xuất biện pháp xử lý, vận hành 1 PTVHCB 10,36 - Giảm bán kính cấp điện của XT 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. 3 PTVH 3 15,21 - Có biện pháp xử lý điểm trung tính. - Lắp bảo vệ để cắt nhanh XT bị chạm đất. 4 PTVH 4 8,09 - Có biện pháp xử lý điểm trung tính. - Lắp bảo vệ để cắt nhanh XT bị chạm đất. 5 PTVH 5 9,22 - Có biện pháp xử lý điểm trung tính. - Lắp bảo vệ để cắt nhanh XT bị chạm đất. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 83 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. Lớp ĐKT_K30 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 ; dcR - điện trở chỗ chạm đất, Ω: fU - 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: 2 2 2 2 d 1 d ( 6 )1 9 (1 ) cd c UfI x Rc R R Rcd R R C    (5-2) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 84 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. Lớp ĐKT_K30 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: 2 2 2 d 3. . . 1 9 . . )cd c Uf CI R C     (5-3) Trong đó tần số góc của dòng điện  = 2πf. Điện áp lệch trung tính của mạng gần đúng có thể xác định bằng: Uo = fU - dcI . dcR ( 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: ax .m cd cdRI  (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. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 85 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. Lớp ĐKT_K30 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 cđ Ich 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: ax . .mb cd cdU I R     (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 cdI , điện áp bước bU , điện áp dịch chuyển trung tính Uo với điện trở chạm đất cdR , 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. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 86 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. Lớp ĐKT_K30 Để minh họa có thể lấy một ví dụ cụ thể sau đây. Mạng điện 35kV có điện trở cách điện đối với đất rất tốt, còn điện dung C = 1–6F là đủ bé so với mạng điện trung áp. Khi đứt dây rơi xuống đất với các giá trị Rcd khác nhau, sử dụng các quan hệ ở trên sẽ xác định được giá trị của các thông số mong muốn như trong bảng sau: Bảng 5.13. Mối quan hệ dòng điện chạm đất, điện áp bước , điện áp dịch chuyển trung tính. Từ các ví dụ cụ thể trên cho thấy khi điện trở chạm đất đủ bé (hàng chục ohm) thì điện áp bước không lớn, còn điện áp dịch chuyển trung tính đủ lớn và gần bằng điện Điện trở chạm đất cdR ( ) Dòng chạm đất cdI (A) Điện áp bước bU (V) Điện áp dịch chuyển trung tính oU (kV) 0 19,045 0 20,207 10 19,044 76,176 20,016 30 19,037 228,288 19,636 50 19,024 380,480 19,256 80 18,991 607,712 18,688 100 18,961 758,440 18,336 200 18,715 1497,20 16,464 300 18,327 2199,24 14,709 400 17,821 2851,36 13,079 500 17,228 3445,60 10,260 600 16,578 3978,72 9,079 700 15,897 4451,16 8,024 800 15,207 4866,24 8,186 900 14,524 5228,64 7,136 1000 13,860 5544,00 6,347 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 87 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. Lớp ĐKT_K30 áp pha của mạng nên thiết bị bảo vệ ghi nhận điện áp dịch chuyển trung tính sẽ làm việc chắc chắn. Trong thực tế điện trở chạm đất có giá trị hàng trăm ohm thì điện áp dịch chuyển trung tính giảm đi đáng kể. Do đó các thiết bị bảo vệ ghi nhận điện áp dịch chuyển trung tính không đủ độ nhạy để tác động, trong khi với điện trở chạm đất như vậy sẽ gây nên điện áp bước rất lớn, đủ làm chết người. Cũng trong phạm vi thay đổi điện trở chạm đất thực tế ( hàng chục ohm) thì dòng chạm đất thay đổi không nhiều và cần ghi nhận để thực hiện bảo vệ. Hiện tại lưới điện 35kV khu vực Bình Định từ các XT thuộc trạm BA nguồn (110/35kV), tại các trạm nguồn 35/22kV, trạm cắt 35kV thường chỉ được trang bị bảo vệ rơle báo tín hiệu, nên sẽ gây nguy hiểm cho người, súc vật đi vào vùng đất tản dòng chạm đất phải chịu điện thế bước khi trong lưới điện 35kV xảy ra tình trạng đứt dây chạm đất. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 88 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. Lớp ĐKT_K30 Chương VI: MỘT SỐ GIẢI PHÁP ĐỂ TĂNG CƯỜNG B ẢO VỆ AN TOÀN CHO LƯỚI TRUNG ÁP PHÂN PHỐI CÓ TRUNG TÍNH CÁCH ĐẤT KHU VỰC TỈNH BÌNH ĐỊNH. Hệ thống điện bao gồm nhiều phần tử và phân bố trên phạm vi rộng. Trong quá trình vận hành, có thể xảy ra nhiều sự cố NM làm gián đoạn quá trình cung cấp điện, ảnh hưởng đến chất lượng điện năng và gây nguy hiểm cho con người và thiết bị. Trong các loại NM thì xác xuất của loại sự cố 1 pha chạm đất là lớn hơn cả. Chạm đất 1 pha là 1dạng sự cố làm cho HTĐ mất đối xứng và có thể gây nguy hiểm cho con người. Do vậy, cần phải loại trừ nó với bất kỳ phương thức kết dây nào của HTĐ. Trị số của dòng chạm đất phụ thuộc vào tổ đấu dây của máy biến áp trong hệ thống và tình trạng điểm trung tính của hệ thống có nối đất hay không. 6.1. Các nguyên lý của bảo vệ chạm đất. 6.1.1. Bảo vệ chạm đất theo dòng điện NM: Lắp thêm máy biến áp tạo trung tính nhân tạo ở phía thanh cái điện áp cao của MBA phân phối để khi có sự cố chạm đất 1 pha ở một lộ nào đó sẽ có dòng NM của lộ đó qua điện kháng của MBA tạo trung tính nhân tạo để bảo vệ dòng điện tác động nhảy máy ngắt. Nhược điểm của phương pháp này là chi phí đầu tư và bảo dưỡng lớn vì thêm thiết bị, mặt khác phải chịu thêm một phần tổn hao điện năng cho MBA tạo trung tính nên không kinh tế. 6.1.2. Bảo vệ chạm đất phản ứng theo điện áp: Bảo vệ này không chọn lọc, và thường chỉ cho tín hiệu. - Có thể dùng 3 rơle điện áp thấp để nối vào điện áp pha so với đất qua TU. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 89 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. Lớp ĐKT_K30 - Hoặc dùng 1 rơle điện áp nối vào bộ lọc điện áp TTK . Bộ lọc điện áp TTK có thể là một TU 3 pha 5 tr ụ hoặc 3 TU một pha có cuộn sơ cấp nối sao và trung tính nối đất, cuộn thứ cấp nối tam giác hở, rơle điện áp được nối vào cuộn dây thứ cấp, và điện áp đặt vào rơle: 3 o R u UU n  (6-1) RU : điện áp đặt vào rơle. un : hệ số biến đổi của TU. oU : điện áp TTK của 1 pha. Bộ lọc điện áp TTK cũng có thể là một TU 1 pha được nối vào giữa điểm trun g tính của HT và đất. Lúc này điện áp đặt vào rơle: o R u UU n (6-2) 6.1.3. Bảo vệ chạm đất phản ứng theo dòng điện TTK: - Loại ứng dụng này chỉ được ứng dụng trong mạng tia. - Mạng trung tính cách điện hoặc không điểm trung tính, bảo vệ chạm đất 1 pha có thể tác động theo dòng điện điệ n dung TTK, khi dòng này đủ lớn , và với điều kiện dòng điện dung TTK của chính DZ được bảo vệ phải nhỏ hơn tổng hình học của các dòng điện điện dung của các phần còn lại của HT. - Bảo vệ chạm đất cũng có thể tác động dòng điện TTK nhân tạo. Ta dùng một thiết bị tạo điểm trung tính và nối đất điểm này khi xảy ra chạm đất, thiết bị này sẽ phóng vào điểm chạm đất một dòng điện cảm kháng TTK ( OLJ ) và ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 90 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. Lớp ĐKT_K30 dòng điện qua rơle sẽ là: ORJ = OLJ + OCJ (6-3) OCJ : dòng điện điện dung TTK của toàn HT trừ DZ bị chạm đất. - Bộ lọc dòng điện TTK có thể là 3 biến dòng đặt ở 3 pha, cũng có thể là 1 biến dòng hình xuyến. 6.1.4. Bảo vệ chạm đất theo nguyên lý dòng điện TTK có hướng: Trong HT không điểm trung tính, dòng chạm đất 1 pha là dòng điện điện dung TTK. Do đó bảo vệ chạm đất có thể là một r ơle công suất loại phản kháng làm cả nhiệm vụ khởi động và xác định chiều công suất. Đối với HT có điểm trung tính nối đất phân bố ở 2 phía của bảo vệ, để cho nó tác động chọn lọc thì phải có thêm bộ phận định hướng công suất. 6.1.5. Bảo vệ chạm đất 1 pha, phản ứng theo dòng NM 2 pha chạm đất: - Ở bảo vệ này, bộ lọc dòng điện TTK của DZ sẽ dùng máy biến dòng hình xuyến và bảo vệ sẽ phản ứng theo dòng điện TTK. - Trên hệ thanh cái 35kV của MBA nguồn, ở mỗi pha được đặt 1 máy cắt 1 pha . Một cực của máy cắt này được nối vào thanh cái, cực còn lại nối đất. Ở tình trạng bình thường 3 máy cắt này đều mở. Khi trên HT có chạm đất, khi máy cắt của 1 trong 2 pha không sự cố sẽ đóng vào, gây chạm đất pha đó. Như vậy trong HT sẽ có NM 2 pha chạm đất và bảo vệ chạm đất của DZ sẽ tác động. Khi hết chạm đất ở DZ , thì máy cắt gây chạm đất ở thanh cái lại trở về trạng thái ban đầu , và HT lại ở vào tình trạng bình thường. - Mạch đóng và cắt của mỗi máy cắt gây chạm đấ t ở thanh cái 35kV của MBA không điểm trung tính, chỉ gồm 1 rơle điện áp thấp và một rơle trung gian. Rơ le ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 91 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. Lớp ĐKT_K30 điện áp thấp được đấu vào đi ện áp pha so với đất qua TU. Rơle điện áp cũng như rơle trung gian đều có 2 cặp tiếp điểm: một cặp thường đóng và một cặp thường mở. Hình 6.1. Sơ đồ mạch đóng cắt máy cắt gây chạm đất. P B╥ : rơle trung gian. P BH : Rơle thấp phản ứng theo điện áp pha B. Cũng có thể không dùng cặp tiếp điểm thường đóng của rơ le điện áp, mà thay vào đó là cặp tiếp điểm thường đóng của rơle trung gian. Như vậy cặp rơ le trung gian phải có 2 cặp tiếp điểm thường đóng. Khi có chạm đất ở pha B trên DZ điện áp pha B giảm, rơ le điện áp pha B tác động, cặp tiếp điểm 1-2 của P B╥ đóng lại và cặp 3-4 của rơle điện áp pha B ( BPH ) mở ra. Máy cắt gây chạm đất ở pha C đóng vào. Đồn g thời cặp tiếp điểm 3- 4 của rơ le trung gian P B╥ mở ra, làm cho máy cắt gây chạm đất ở pha A không thể đóng được. Khi máy cắt của DZ tác động, rơle điện áp và rơ le trung gian trở lại trạng thái ban đầu và máy cắt gây chạm đất lại mở ra. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 92 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. Lớp ĐKT_K30 Cũng có thể không dùng cặp tiếp điểm 3-4 của rơle trung gian P B╥ , mà thay vào đó là cặp tiếp điểm 1CB của máy cắt gây chạm đất pha C. Ưu điểm của bảo vệ này là: - Ít tốn kém so với khi đặt thiết bị tạo điểm trung tính nối đất. - Có thể áp dụng cho bất cứ HT điện nào. - Bảo vệ chạm đất của DZ có thể được kết hợp với bảo vệ NM nhiều pha. 6.1.6. Đặt bảo vệ theo dòng và áp TTK: Đây là phương pháp bảo vệ cắt có chọn lọc DZ bị sự cố chạm đất đạt hiệu quả và kinh tế mà hiện nay đang được áp dụng rộng rãi ở lưới trung áp phân phối có trung tính cách đất. Nguyên lý của bảo vệ này là dựa vào việc so sánh pha giữa dòng và áp TTK khi có chạm đất xảy ra. Giả sử hệ thanh cái có 3 lộ phụ tải DZ1, DZ2, DZ3 như (Hình vẽ): a) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 93 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. Lớp ĐKT_K30 b) Hình 6.2. Bảo vệ theo dòng và áp TTK. Tại các cáp xuất tuyến có lắp các biến dòng hình xuyến BIo để lọc thành phần TTK 3Io; tại thanh cái đầu nguồn có lắp biến áp đo lường sao/sao không/ tam giác hở (Y/Yo/V). Cuộn tam giác hở để để lấy thành phần áp TTK 3Uo . giả sử có chạm đất 1 pha tại điểm N lộ DZ1, cả 3 lộ DZ1, DZ2, DZ3 đều có thành phần dòng TTK 3Io, tại cuộn tam giác hở xuất hiện áp TTK 3Uo. Độ lớn dòng TTK như sau (phía nhất thứ): 3 0 1DzI = 3 0 2DzI + 0 3DzI 3 0 2DzI = 3 ONU x ω x 2DzC 3 0 3DzI = 3 ONU x ω x 3DzC Trong đó : 3 ONU - điện áp TTK tính toán. ONU = Uf (Uf - điện áp pha trong chế độ vận hành bình thường). 3Uo – điện áp TTK thực tế lấy từ cuộn tam giác hở của MBA đo lường, 3 0 1DzI - dòng TTK của DZ 1, chậm sau 3Uo góc 090 (hướng từ thanh cái ra DZ). 3 0 2DzI - dòng TTK của DZ 2, vượt trước 3Uo góc 090 (hướng từ DZ vào thanh cái). 3 0 3DzI - dòng TTK của DZ 3, vượt trước 3Uo góc 090 (hướng từ DZ vào thanh cái). 1DzC , 2DzC , 3DzC - lần lượt là điện dung 1 pha so đất của các DZ1, DZ2, DZ3. Ω = 2 πf (f = 50Hz) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 94 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. Lớp ĐKT_K30 Từ công thức trên ta tính chọn rơle công suất có hướng chỉ tác động đóng tiếp điểm khi 3Io chậm sau 3Uo góc 090 . 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: Hình 6.3. Sơ đồ nguyên lý RCĐ. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 95 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. Lớp ĐKT_K30  2 Hình 6.4. Biểu đồ xung RCĐ. Hình 6.3 là sơ đồ nguyên lý RCĐ, Hình 6.4 là biểu đồ xung. Nhìn vào 2 sơ đồ sơ đồ này ta thấy: rơle RL chỉ tác động đóng tiếp điểm 4 -6 (nửa chu kỳ đầu: T4 thông, nửa chu kỳ sau: T3 thông) khi BIo chậm sau 3Uo góc 090 (ứng với lộ không sự cố) do UebT4’, UebT3’ ngược chiều UebT4, UebT3 khóa T4, T3 lại. - Độ nhạy và vùng của bảo vệ: + Độ nhạy: 3Uo = 70 dến 100V 3Io = 0,016 đến 1,6A, nghĩa là BA hình xuyến 3Io có tỷ số biến đổi 25/1 thì độ nhạy dòng TTK phía nhất thứ là: 3Io = (0,016 đến 1,6)A x 25/1 = 0,4 đến 40A. + Vùng chết của bảo vệ: Bảo vệ không tác động khi hệ thanh cái chỉ có 1 DZ vận hành, vì khi DZ này bị chạm đất 1 pha thì 3Io = 0. + Vùng bảo vệ: 3Io chậm sau 3Uo góc 090 . ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 96 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. Lớp ĐKT_K30 + Thời gian tác động của bảo vệ: Kinh nghiệm cho thấy đặt từ 3 đến 6 giây là tốt nhất. a) b) Hình 6.5. Sơ đồ lắp ráp mạch nhị thứ của bảo vệ. - Qua thực tế vận hành và thử nghiệm, mạch bảo vệ làm việc được khi chạm đất 1 pha trong các trường hợp sau: + DZ dẫn điện trên không đứt rơi xuống đất, cỏ, hồ, ao, sông, ngòi… + Sứ (treo hay đỡ) bị xuyên ty hay vỡ.. + Đường cáp hay MBA phụ tải bị chạm đất 1 pha. 6.2. Chỉnh định bảo vệ chạm đất 1 pha: 6.2.1. Dòng điện tác động của rơle: Bảo vệ chạm đất là bảo vệ quá dòng. Ở HT có dòng chạm đất bé , ta đặt riêng cho chạm đất 1 pha. Bảo vệ gồm 1 rơ le dòng điện, một rơle thời gian, một rơle trung gian và một rơle tín hiệu. Bảo vệ chỉ tác động khi dòn g điện vượt quá trị số chỉnh định và tồn tại quá thời gian duy trì đã đặt trước. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 97 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. Lớp ĐKT_K30 Khi một DZ bị chạm đất 1 pha, thì điện dung của các DZ khác không bị sự cố sẽ đi qua bảo vệ của chính nó để đến chỗ NM. Để bảo đảm độ chọn lọc của bảo v ệ thì dòng điện tác độn g của rơle phải được đặt ở trị số lớn hơn dòng điện điện dung của chính nó. Do vậy dòng điện tác động của rơ le: d . .3 . .a X pPt T K KJ C Un  (6-4) aK : hệ số an toàn, thường chọn 1,2. XK : hệ số xung, thường lấy 3 5. Chọn XK = 3 khi bảo vệ có thời gian duy trì. Chọn XK = 5 khi bảo vệ không có thời gian duy trì. Tn : tỉ số của biến dòng; PU : điện áp pha của DZ trước lúc sự cố; PC : điện dung pha với đất của DZ trước lúc sự cố. 6.2.2. Độ nhạy của bảo vệ: min 1,25 1,5Nn td JK J    (6-5) minNJ : dòng NM bé nhất ở phía sơ cấp của biến dòng; tdJ : dòng điện tác động ở phía sơ cấp của bảo vệ với DZ, chọn nK = 1,5 với đường cáp chọn nK = 1,25. 6.2.3. Chọn thời gian của bảo vệ: Đối với DZ trên không, dùng thu lôi ống hay thu lôi van. Khi thu lôi van làm việc chúng tạo nên NM tạm thời trong khoảng 0,5-1,5 chu kỳ dòng điện xoay chiều. Để bảo vệ không tác động nhầm, thì rơle thời gian cần phải duy trì một thời gian làm việc khoảng 3-4 chu kỳ. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 98 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. Lớp ĐKT_K30 Hình 6.6. Sơ đồ bảo vệ. MC: Máy Cắt; HĐC: Hộp đầu cáp; BI: Biến dòng; CC: Cuộn cắt; PT: Rơle dòng điện; PB: Rơle thời gian; P╥: Rơle trung gian; PY: Rơle tín hiệu; PT: Rơle điện từ. Nếu không dùng rơle điện từ mà dùng rơle tác động kiểu cảm ứng, thì mạch bảo vệ đơn giản hơn. Vì rơ le cảm ứng đồng thời làm nhiệm vụ của rơle dòng điện, rơle thời gian, rơle trung gian và cả rơle tín hiệu. Song rơle cảm ứng làm việc không chắc chắn bằng rơle điện từ. Hình 6.7. Bảo vệ chạm đất với rơle cảm ứng, nguồn thao tác xoay chiều lấy điện từ máy biến dòng bão hòa nhanh. BI2 mắc vào dòng điện thứ tự không. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 99 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. Lớp ĐKT_K30 Hình 6.8. Bảo vệ chạm đất được kết hợp với bảo vệ NM nhiều pha. KẾT LUẬN 1. Chế độ nối đất trung tính của hệ thống điện nói chung, của lưới điện trung áp phân phối nói riêng rất phong phú, đa dạng, điều đó có thể thấy rõ trong việc áp dụng các chế độ nối đất trung tính khác nhau ở các Quốc gia trên thế giới. 2. Mỗi loại chế độ nối đất trung tính đều có những ưu, nhược điểm riêng và không có loại chế độ nào có ưu thế rõ rệ t. Vì vậy, việc lựa chọn một chế độ nối đất trung tính thích hợp cho lưới trung áp phân phối là một vấn đề khó khăn, phức tạp đòi hỏi cần phải có sự nghiên cứu, tính toán toàn diện, kỹ càng về tất cả các mặt. 3. Trong lưới trung áp phân phối có hai phương thức phân phối điện chủ yếu đó là phương pháp phân phối 3 pha 3 dây (3W) và 3 pha 4 dây (4W). Mỗi phương pháp đều có những ưu, nhược điểm riêng. Ở Việt Nam theo quyết định số 1867 - NL/KHKT cho phép áp dụng cả hai loại phương pháp phân phối cho lưới trung áp 22kV. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 100 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. Lớp ĐKT_K30 4. Do lịch sử phát triển nên hiện nay lưới điện trung áp phân phối ở nước ta có nhiều cấp điện áp: 6kV, 10kV, 15kV, 22kV, 35kV và các phương thức nối đất cũng khác nhau. Nhìn chung, đối với một hệ thống điện đã được xây dựng và vận hành lâu với một phương thức nối đất đã được lựa chọn, nên chủ yếu tập trung vào nghiên cứu, cải tiến để phát huy các ưu điểm và hạn chế các nhược điểm của phương thức nối đất đã được ch ọn vì thay đổi nó rất phức tạp và tốn kém. 5. Để đảm bảo an toàn cho con người , thiết bị trong quá trình vận hành đối với từng phương thức nối đất: - Lưới trung áp phân phối có trung tính trực tiếp nối đất: để đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị thì yêu cầu bảo vệ rơle làm việc nhanh, tin cậy, chọn lọc. - Lưới trung áp phân phối có trung tính nối đất qua tổng trở: vấn đề an toàn cho con người và thiết bị khá thuận lợi, nhưng cần phải tính toán để lựa chọn giá trị tổng trở nối đất thích hợp . - Lưới trung áp phân phối có trung tính cách đất nối đất: để đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị thì cần phải tính toán dòng điện dung chạm đất, nếu vượt quá giá trị cho phép theo Quy phạm QLKT thì cần có biện pháp xử lý điểm trung tính; ngoài ra trong vận hành cần cắt nhanh các XT bị chạm đất, hoặc lắp đặt thiết bị bảo vệ để cắt nhanh XT chạm đất có dòng điện chạm đất lớn. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 101 - GVHD: ThS. Hồ Quang Thịnh SVTH: Nguyễn Quang Tào. Lớp ĐKT_K30 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 1. Trần Bách (2004), Lưới Điện và Hệ Thống Điện (Tập I, Tập II), Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội. 2. Ngô Minh Khoa (2009), Giáo trình An toàn Điện, Khoa Kỹ Thuật và Công Nghệ, Trường Đại h ọc Quy Nhơn. 3. Lã Văn Út (2007), Ngắn mạch trong Hệ thống Điện, Nhà xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội. 4. Bùi Ngọc Thư (2007), Mạng Cung Cấp và Phân Phối Điện, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội. 5. Trần Đình Long , Trần Đình Chân, Nguyễn Hồng Thái (1993), Bảo vệ Rơle trong Hệ thống Điện, Nhà xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội. 6. Đặng Ngọc Dinh, Trần Bách, Ngô Công Quang, Trịnh Hùng Thái (1982), Hệ Thống Điện (Tập I, Tập II) , Nhà Xuất Bản Đại học và Trung học Chuyên nghiệp, Hà Nội 7. Nguyễn Công Hiền, Đặng Ngọc Dinh, Nguyễn Hữu Khái, Phan Đăng Khải, Nguyễn Thánh (1984), Giáo trình cung cấp điện, Nhà xuất bản đại học và trung học chuyên nghiệp, Hà Nội.