Chế độ làm việc lâu dài

(1)

Chương I

(2)

I. KHÁI NIỆM

Lựa chọn thiết bị trong NMĐ&TBA

Chế độ làm việc lâu dài

Chế độ làm việc ngắn hạn

Điểm trung tính

Trung tính nối đất trực tiếp Trung tính cách ly

Trung tính nối đất qua tổng trở

(3)

II. CHẾ ĐỘ LÀM ViỆC LÂU DÀI

Phương trình phát nóng cơ bản :

I

²

.R.dt = G.C.d ϑ + q.F.( ϑ - ϑ

₀

).dt

Tổn thất trong thiết bị

Làm nĩng thiết bị

Làm nĩng mơi trường xung quanh

Trong đó :

C - tỷ nhiệt của vật liệu làm dây dẫn - Ws / g .⁰C

G - trọng lượng dây dẫn - kg

F - diện tích bề mặt dây dẫn - cm²

ϑ - nhiệt độ dây dẫn - ⁰C

q - năng lượng tỏa ra môi trường trên một đơn vị bề mặt dây dẫn khi nhiệt độ tăng 1⁰C trong thời gian 1 sec - W / cm².⁰C

(4)

Giải phương trình vi phân trên ta được :

II. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC LÂU DÀI

2

0

I R

ϑ

_∞

= qF + ϑ

I

cp

R

I qF − =

< ( ϑ ϑ

⁰⁾

(

0

)

I qF

R

ϑ ϑ

_∞

−

⇔ =

I

²

.R.dt = G.C.d ϑ + q.F.( ϑ - ϑ

₀

).dt

2

/

0 I R (1 ^{t T} )

qF e

ϑ ϑ

− = − ⁻

Khi t= ∞, dây dẫn đạt đến độ tăng nhiệt ổn định là ϑ_∞ . Suy ra, nhiệt độ ổn định của dây dẫn:

2 0

I R

ϑ ϑ

_∞

− = qF ⇔

Trong chế độ làm việc lâu dài yêu cầu nhiệt độ ổn định phải bé hơn nhiệt độ cho phép ϑ_cp . Suy ra dòng điện cho phép lau dài.

(

_cp 0

)

cp

I qF

R

ϑ − ϑ

=

(5)

Trong chế độ làm việc lâu dài dòng điện phải bé hơn dòng cho phép

II. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC LÂU DÀI

0) max

(

ld cp

I I qF

R

ϑ ϑ −

≤ =

(6)

Chế độ làm việc lâu dài

Chế độ làm việc lâu dài bình thường

Chế độ làm việc lâu dài cưỡng bức

Ỉ Chọn thiết bị sao cho I

_{cp tbị}

> I

_{lv max}

II. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC LÂU DÀI

(7)

max max 1,05. _bt

cb I

I =

* Tính toán I

_bt

& I

_cb

:

• Mạch MF:

I

U_F

S_F

max

3

F

bt dmMF

F

I S I

= U =

(8)

* Tính toán I

_bt

& I

_cb

:

• Mạch đường dây đơn :

I

S_max

max max

cb bt

I = I

max

2 3

pt bt

I S

= U

U

(9)

II. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC LÂU DÀI

* Tính toán I

_bt

& I

_cb

:

• Mạch đường dây kép:

S_max

I I_cb_max = 2.I_bt_max

max

2 3

pt bt

I S

= U

U

(10)

• Mạch 2 MBA song song :

2

max max

S

_bt

= S

Công suất đi qua Khả năng tải

1 max

max

2

min .

cb cb

cb qtsc B

S S

S S k S

⎧⎪ =

= ⎨ ⎪⎩ = S

B

max

S

pt

I

+ Đối với mạch MBA

(11)

II. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC LÂU DÀI

⎩⎨

⎧ −

=

B qtsc

F

MBAcb k S

S S S

. 2

min 2 ^min

max

• Mạch NMĐ :

2 2

2 _min

max

S

S_MBAbt S^F −

=

+ Đối với mạch MBA

min max

S S

min max

S S

HT

S_B

S_F S_F

S_MBA S_MBA S_B

+ Đối MF

max max 1,05. _bt

cb I

I =

max

3

F

bt dmMF

F

I S I

= U =

(12)

II. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC LÂU DÀI

⎩⎨

⎧ −

=

B qtsc

F

MBAcb k S

S S S

. 2

min 2 ^min

max

• Mạch NMĐ :

2 2

2 _min

max

S S_MBAbt = S^F −

+ Đối với mạch MBA

min max

S S

min max

S S

HT

S_B

S_F S_F

K

S_MBA S_MBA S_B

+ Đối MF

max max 1,05. _bt

cb I

I =

max

3

F

bt dmMF

F

I S I

= U =

(13)

II. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC LÂU DÀI

min max1

max

min .

F Kcb

qtsc B F

S S

S k S S S

⎧ −

= ⎨⎩ + −

max = 0 SKbt

+ Đối với mạch kháng điện K

Cơng suất đi qua Khả năng tải

* Khi 1 MBA hư :

* Khi 1 MF hư :

min max

S S

min max

S S

HT

S_B

S_F S_F

S_K K S_B

S_Kcbmax2 = S_MBA + S_tải

= ( S_F- 2.S_min )/2 + S_min

= S_F / 2

S_kcbmax = max ( S_kcbmax1 , S_kcbmax2 )

* Khi bình thường:

(14)

1 min

1 max

S S

1 2 3

1 min

1 max

S S

2 min

2 max

S S

HT

K1 K2

• Mạch NMĐ :

+ Đối với mạch MBA + Đối MF

Tương tự như treân

(15)

II. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC LÂU DÀI

1 min

1 max

S S

1 2 3

1 min

1

Smax

S

2 min 2 max

S S

HT

K 1

K 2

• Mạch NMĐ :

min1 min2 max3

min1

2 ( )

min .

F Kcb

qtsc B F

S S S

S k S S S

− +

= ⎧ ⎨ ⎩ + −

min 2

max 2

F Kbt

S S

S = −

+ Đối với mạch kháng điện K

Cơng suất đi qua Khả năng tải

* Khi 1 MF hư 1 hay 3 :

* Khi MF 2 hư :

S_kcbmax = max ( S_kcbmax1 , S_kcbmax2 )

* Khi bình thường:

min2 min1

max1 min1

2 ( 2 )

2

F Kcb

S S S

S − + S

= +

max 2 max 2

Kcb 2

S = S

* Khi 1 MBA hư:

(16)

BT1 : Tính dòng làm việc bình thường & cưỡng bức qua MBA và qua kháng điện K

II. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC LÂU DÀI

Đáp số :

I_MBAbtmax = 3,08 kA I_MBAcbmax= 4,85 kA I_Kbtmax= 0 kA

I_Kcbmax= 1,92 kA

20 MVA 30

HT

S_B= 90 MVA

S_F= 100 MVA K

20 MVA 30

S_B= 90 MVA

S_F= 100 MVA 15 kV

110 kV

(17)

1 min

1 max

S S

1 2 3

1 min

1 max

S S

2 min

2 max

S S

HT

BT2 : Tính dòng làm việc bình thường & cưỡng bức qua MBA và qua kháng điện K

II. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC LÂU DÀI

(18)

BT3 : Tính dòng làm việc bình thường&cưỡng bức qua MBA

1 min

1 max

S S

HT

S_B1 S_B1 S_B2

S_F S_F S_F

2 min

2 max

S S

(19)

III. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC NGẮN HẠN

Phương trình phát nóng cơ bản : I

²

.R.dt = G.C.d ϑ

Làm nĩng mơi trường xung quanh + q.F.( ϑ - ϑ

₀

).dt

Là chế độ vận hành của tbị khi xảy ra NM, lúc

đó dòng điện rất lớn, thời gian tồn tại rất ngắn.

(20)

III. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC NGẮN HẠN

I

²

.R.dt = G.C.d ϑ

Làm nĩng mơi trường xung quanh + q.F.( ϑ - ϑ

₀

).dt

Do thời gian tồn tại rất ngắn nên ta có thể bỏ qua thành phần tản nhiệt môi trường xung quanh

I

²

.R.dt = G.C.d ϑ

Tổn thất trong thiết bị

Làm nĩng

thiết bị

(21)

Nhiệt độ cuối cùng ϑ₂ của dây dẫn khi ngắn mạch rất lớn (≈

300⁰C) nên phải xét đến sự thay đổi của điện trở R.

Trước khi ngắn mạch nhiệt độ của dây dẫn là ϑ₁ điện trở là R₁, thì khi nhiệt độ ϑ điện trở sẽ là:

1

τ ϑ

ϑ τ

+

= R + R

Trong đó :

R₁ = ρ . l / F G = γ . l .F

ρ₁ - điện trở suất của vật liệu dây dẫn ở nhiệt độ ϑ₁ - Ω..cm

l - chiều dài dây dẫn - cm

F - tiết diện ngang dây dẫn - cm²

γ - khối lượng riêng của vật liệu dây dẫn - g / cm³

(22)

Vào phương trình

III. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC NGẮN HẠN

) ln(

.

1 2

2

τ ϑ

ϑ τ

+

= k + S

B

_N

Với

1

1) (

.

ρ ϑ τ

γ +

= C

k : hằng số phụ thuộc vào vật liệu và nhiệt ban đầu

: là xung nhiệt của dòng ngắn mạch - A².s

dt I

B

_N

t N

2

∫

0

=

I

²

.R.dt = G.C.d ϑ

1

τ ϑ

ϑ τ

+

= R +

Thay các trị số

R

Rồi lấy tích phân cả 2 vế từ 0 đến t và từ ϑ₁ đến ϑ₂ ta có kết quả sau :

(23)

III. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC NGẮN HẠN

* Tính B

_N

:

Nkck Nck

N

kck t

ck t N

t N

B B

B

dt I

B

+

=

+

=

∫ ∫ ∫

²

0 2

0

Trong đó :

B_Nkck – xung nhiệt của thành phần không chu kỳ ≈ 0

B_Nck – xung nhiệt của thành phần chu kỳ ≈ I_xk².t_N

) .(

.

²

2

MC BVRL

xk N

xk Nck

N

B I t I t t

B ≈ ≈ ≈ +

Vậy ta có :

(24)

Để phần dẫn điện chịu đựng được dòng NM, nhiệt độ ϑ₂ phải bé hơn nhiệt độ cho phép ngắn hạn của vật liệu :

ϑ

₂

< ϑ

_cpnh

TT Phần dẫn điện ϑ_cpnh

(⁰C) 1 Các bộ phận bằng đồng không có cách điện 300 2 Các bộ phận bằng đồng không có cách điện 200 3 Cáp điện lực lõi bằng đồng cách điện bằnggiấyU≤10kv 250 4 Cáp lõi nhom cách điện bằng giấy điện áp 10 kv trở lại 200 5 Cáp điện lực cách điện bằng giấy điện áp 20-35 kv 175

6 Cáp điện lực cách điện bằng cao su 200

7 Dây dẫn cách điện bằng cao su hay bằng policlovinyl 200

(25)

IV. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐiỂM TRUNG TÍNH

HTĐ 3 pha

Nối ∆

Nối Y

Điểm trung tính

Trung tính nối đất trực tiếp Trung tính cách ly

Trung tính nối đất qua tổng trở

(26)

1 - KHI HTĐ HOẠT ĐỘNG BÌNH THƯỜNG

HTĐ 3 pha đối xứng

Điểm trung tính có điện

thế = 0

+

Đất có điện thế = 0

Cả 3 chế độ của TT giống nhau

Tải

I_CA I_CB

I_CC I_ΣA

I_ΣB I_ΣC

I_{tải A}

I_{tải B} I_{tải C}

I_Σ_A = I_{tải A}+ I_CA

ϕ_N = 0

ϕ_đất = 0

C_C C_B C_A

I_đất = I_CA+ I_CB+ I_CC= 0

(27)

1 - KHI HTĐ HOẠT ĐỘNG BÌNH THƯỜNG

U_A

U_B U_C

ϕ

I_{tải A}

I_{tải B} I_{tải C}

I_CA

I_ΣA

- Dòng điện dung I_C không làm thay đổi biên độ dòng I_Σ - Nó chỉ làm thay đổi rất ít góc pha của dòng I_Σmà thôi - Không có dòng điện đi vào đất

Giản ồ vectơ

(28)

2 - KHI CÓ NM ( VD PHA C CHẠM ĐẤT )

Tải

I’_CA I’_CB

I’_CC

ϕ_đất = ϕ_C

C_C C_B C_A

I’_đất= I’_CA+ I’_CB A

B C

ϕ_{A’ -}_đất = ϕ_C- ϕ_A= U_dây ϕ_{B’ -}_đất = ϕ_C- ϕ_B= U_dây ϕ_{C’ -}_đất = ϕ_C- ϕ_C= 0 ϕ_{N’ -}_đất = ϕ_C- 0= U_pha N

* Trung tính cách ly

(29)

A

C B

Giản ồ vectơ

2 - KHI CÓ NM ( VD PHA C CHẠM ĐẤT )

* Trung tính cách ly ^A’

C’ ≡ đất B’

N’

I’_CA

I’_CB I’_đất

I’_đất = I’_CA+ I’_CB

CA

CA I

I' 3. .

3 =

=

(30)

2 - KHI CĨ NM ( VD PHA C CHẠM ĐẤT )

- Mạng điện vẫn có thể làm việc bình thường vì điện áp tương đối giữa các pha cũng như giữa các dây không thay đổi.

Khi NM một pha trong mạng điện trung tính cách ly

- Điện áp của pha chạm đất bằng 0, các pha khác điện áp đối với đất bằng U_dây nghĩa là tăng lên lần ^→ thiết bị phải có cách điện bằng điện áp dây ³

- Xuất hiện dòng điện đi vào đất, dòng này bằng 3 lần dòng điện dung của 1 pha khi làm việc bình thường ^→ Sinh ra hồ quang tại điểm chạm

(31)

2 - KHI CÓ NM ( VD PHA C CHẠM ĐẤT )

Tải

C_C C_B C_A A

B C

N

* Trung tính nối đất trực tiếp

(32)

2 - KHI CĨ NM ( VD PHA C CHẠM ĐẤT )

- Dòng NM lớn → BVRL tác động ^→ mất điện

Khi NM một pha trong mạng điện trung tính nối đất trực tiếp

- Thiết bị chỉ cần có cách điện bằng điện áp pha.

(33)

2 - KHI CÓ NM ( VD PHA C CHẠM ĐẤT )

Tải

I’_CA I’_CB

C_B C_A

I’_C= I’_CA+ I’_CB A

B C

N

* Trung tính nối đất qua tổng trở

I’_L I’_đất= I’_C+ I’_L L

(34)

A

C B

Giản ồ vectơ

2 - KHI CÓ NM ( VD PHA C CHẠM ĐẤT )

A’

C’ ≡ đất B’

N’

I’_CA

I’_CB I’_C

I I’_đấtI = I I’_C- I’_LI

* Trung tính nối đất qua tổng trở

I’_L I’_đất

(35)

2 - KHI CĨ NM ( VD PHA C CHẠM ĐẤT )

- Giống như mạng có TT cách ly.

Khi NM một pha trong mạng điện trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang

- Có dòng điện đi qua cuộn kháng L, dòng này ngược chiều với dòng qua điện dung làm giảm dòng đi vào đất → dập hồ quang

- Điều chỉnh L sao cho I_đất> I_nhạy để BVRL có thể phát hiện dòng đi vào đất.

(36)

3 – KẾT LUẬN

- U ≥ 110 kV : TT nối ất trực tiếp - U ≤ 1 kV : TT nối ất trực tiếp

- 1 kV < U < 110 kV : Tùy vào đặc điểm cụ thể