SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN

CHƯƠNG 9 :

SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN

9.1. KHÁI NIỆM

Sơ đồ nối điện là một hình vẽ biểu diễn quan hệ giữa các thiết bị, khí cụ điện có nhiệm vụ nhận điện từ các nguốn điện để cung cấp phân phối cho các phụ tải cùng một cấp điện áp .

- Nguồn điện là các mạch cung cấp điện năng vào có thể là máy biến áp, máy phát điện, đường dây cung cấp.

- Phụ tải là các mạch đưa công điện năng ra có thể là máy biến áp, đường dây ..v..v..

Mỗi nguồn hay tải gọi là một phần tử của sơ đồ nối điện.

- Thanh góp là nơi tập trung các nguồn điện và phân phối cho các phụ tải.

Yêu cầu của sơ đồ nối điện :

1. Tính đảm bảo cung cấp điện : theo yêu cầu hay sự quan trọng của phụ tải mà mức đảm bảo cần đáp ứng. Tính đảm bảo của sơ đồ nối điện có thể đánh giá qua độ tin cậy cung cấp điện, thời gian ngừng cung cấp điện, điện năng không cung cấp đủ cho các hộ tiêu thụ hay là sự thiệt hại của phụ tải do không đảm bảo cung cấp điện.

2. Tính linh hoạt: thể hiện sự thích ứng với các chế độ làm việc khác nhau.

Ví dụ: khi phải ngừng một phần tử nguồn hay tải (chế độ làm việc cưỡng bức) Sơ đồ vẫn vận hành bình thường không làm ảnh hưởng đến các phần tử khác . 3. Tính phát triển: sơ đồ nối điện cần thoả mãn không những hiện tại mà cả trong tương lai gần khi tăng thêm nguồn hay tải. Khi phát triển không bị khó khăn hay phải phá bỏ thay đổi cấu trúc sơ đồ.

4-Tính kinh tế: thể hiện ở vốn đầu tư ban đầu và các chi phí hàng năm. Ví dụ tổn thất điện năng qua máy biến áp.

5- Cũng cần quan tâm tính hiện đại của sơ đồ cũng như xu thế chung, đặc biệt sự tiến bộ trong chế tạo, cấu trúc của các khí cụ điện như máy cắt điện.

Ký hiệu trên sơ đồ nối điện :

Ký hiệu vẽ trên sơ đồ nối điện không hoàn toàn giống nhau giữa các nước trong bảng 9-1 cho các ký hiệu thường dùng theo quy định của Việt nam .

136

Phân loại sơ đồ nối điện :

Sơ đồ nối điện có nhiều dạng khác nhau phụ thuộc vào cấp điện áp , số phần tử nguồn và tải , công suất tổng , mức độ quan trọng của phụ tải … và cũng có nhiều cách phân loại khác nhau , ví dụ theo cấu trúc sơ đồ , theo số thanh góp , theo số máy cắt cho một phần tử…

Bảng 9-1 Tên thiết bị Ký hiệu Tên thiết bị Ký hiệu

1 Máy phát điện 7

Máy cắt điện

2 Máy biến áp hai cuộn dây

8 Dao cách ly

3 Máy biến áp

ba cuộn dây 9 Kháng điện đơn

4 Máy biến áp

từ ngẫu 10 Kháng điện kép

5 Cầu chì 11 Aùptômát

6 Nối đất 12 Chỗ giao nhau

9-2.CÁC DẠNG SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CƠ BẢN

Căn cứ vào số thanh góp, vào số máy cắt điện cung cấp cho các phần tử, sơ đồ nối điện chia thành 3 nhóm sau đây :

A. NHÓM THỨ NHẤT

Sơ đồ nhóm thứ nhất có đặc điểm chung là mỗi phần tử (nguồn, tải) chỉ đi qua một máy cắt điện. Khi máy cắt này đóng thì phần tử đó mới làm việc, khi máy cắt cắt phần tử này bị ngừng cung cấp điện.

Phụ thuộc vào số lượng thanh góp, nhóm thứ nhất có các dạng sơ đồ

137

1. Sơ đồ một hệ thống thanh góp

D-1 CL12

M1

CL11

Hình 9-1. Sơ đồ một hệ thống thanh góp không phân đoạn

Đặc điểm của sơ đồ này là :

- Tất cả các phần tử (nguồn và tải) đều được nối vào thanh góp chung .

- Mỗi phần tử nối vào thanh góp phải có một máy cắt điện , hai bên máy cắt nói chung có 2 dao cách ly, trừ mạch máy phát điện có thể không cần dao cách ly về phía máy phát, mạch máy biến áp 2 cuộn dây có thể không có dao cách ly về phía máy biến áp. Các dao cách ly này có nhiệm vụ đảm bảo an toàn khi cần sửa chữa máy cắt điện.

Các thứ tự thao tác cơ bản của sơ đồ một hệ thống thanh góp :

- Thứ tự thao tác khi đóng một mạch bất kỳ , ví dụ đóng đường dây D-1 1- Đóng dao cách ly CL11

2- Đóng dao cách ly CL12

3- Đóng máy cắt M1

- Thứ tự thao tác khi cắt một mạch bất kỳ , ví dụ cắt đường dây D-1 1- Cắt máy cắt M1

2- Cắt dao cách ly CL12

3- Cắt dao cách ly CL11

Thứ tự thực hiện như trên hoàn toàn đúng chức năng của máy cắt và dao cách ly vì chỉ có máy cắt mới đóng cắt khi có dòng điện còn dao cách ly chỉ được đóng cắt khi không có dòng nghĩa là sau khi máy cắt đang hoặc đã cắt . Thứ tự đóng dao cách ly CL11 trước CL12 và cắt CL12 trước CL11 là cần thiết ví như vậy an toàn hơn . Mặc dù làm ngược lại về nguyên tắc cho phép , nhưng vì lý do nào đó mà máy cắt chưa cắt sự cố xãy ra sẽ nặng hơn .

Sơ đồ một hệ thống thanh góp có ưu điểm :

- Đơn giản, rõ ràng, mỗi phần tử được thiết kế riêng cho mạch đó. Khi vận hành sửa chữa … mạch này không ảnh hưởng trực tiếp đến các mạch khác.

Tuy nhiên nó còn một số khuyết điểm :

138

- Khi sửa chữa máy cắt điện trên mạch nào, các phụ tải nối vào mạch này cũng bị mất điện. Thời gian ngừng cung cấp điện phụ thuộc vào thời gian sửa chữa máy cắt điện đó.

- Ngắn mạch trên thanh góp đưa đến cắt điện toàn bộ các phần tử. Ngay cả khi cần sửa chữa thanh góp hay các dao cách ly về phía thanh góp (gọi là dao cách ly thanh góp) cũng sẽ mất điện toàn bộ trong thời gian sửa chữa.

Do những ưu khuyết điểm trên, sơ đồ này chỉ được sử dụng khi yêu cầu vế tính đảm bảo không cao, các hộ tiêu thụ thuộc loại 3, trường hợp này thường chỉ có một nguồn cung cấp.

Để tăng cường tính đảm bảo sơ đồ này có thể thực hiện các biện pháp sau:

a. Phân đoạn thanh góp

Hình 9-2. Sơ đồ một hệ thống thanh góp có phân đoạn

a) bằng một dao cách ly ; b) bằng hai dao cách ly ;c) bằng máy cắt điện Thanh góp được phân thành nhiều phân đoạn bằng một dao cách ly (hình 9- 2a), 2 dao cách ly (hình9-2b) hoặc bằng máy cắt điện cùng 2 dao cách ly hai bên (hình 9-2c). Số phân đoạn được phân theo số nguồn cung cấp. Mỗi phân đoạn có 1 nguồn cung cấp và một phần các mạch tải.

Máy cắt điện hay dao cách ly phân đoạn có thể đóng hay cắt khi vận hành bình thường, điều này phụ thuộc vào sự lựa chọn cân nhắc của bộ phận vận hành, vì đóng hay cắt đều có ưu khuyết điểm của nó.

Dùng dao cách ly để phân đoạn rẻ tiền hơn nhưng không linh hoạt và đảm bảo bằng phân đoạn bằng máy cắt điện.

Khi đã phân đoạn bằng máy cắt thì các phụ tải loại 1 sẽ được cung cấp điện từ 2 đuờng dây nối vào 2 phân đoạn khác nhau, do đó không còn mất điện do bất kỳ nguyên nhân nào cần cắt, nghỉ một đường dây hay một phân đoạn.

Khi cần sửa chữa chỉ tiến hành cho từng phân đoạn, việc cung cấp điện được chuyển cho phân đoạn kia.

139

a) b) c)

Khi sự cố trên một phân đoạn nào, máy cắt phân đoạn sẽ cắt cùng với máy cắt của các mạch trên phân đoạn đó, phân đoạn còn lại vẫn đảm bảo cung cấp điện bình thường. Tất nhiên trong thời gian này tính đảm bảo có giảm nhưng xác suất xuất hiện sự cố trong thời gian này thấp.

Nếu bình thường làm việc trong chế độ máy cắt phân đoạn cắt, nên đặt thêm bộ phận tự động đóng nguồn dự phòng. Nhờ bộ phận này khi mất nguồn cung cấp trên phân đoạn nào đó, máy cắt phân đoạn sẽ tự đóng lại và phân đoạn được cung cấp từ phân đoạn kia.

Với những ưu điểm đã nêu trên, sơ đồ một hệ thống thanh góp có phân đoạn bằng máy cắt điện được sử dụng rất rộng rãi trong các trạm biến áp cũng như nhà máy điện khi điện áp không cao lắm (10, 22, 35, 110 kV) và số mạch không nhiều. Đặc biệt hiện nay máy cắt điện SF6 có độ tin cậy cao, thời gian cần sửa chữa bảo quản ngắn, thời gian ngừng cung cấp điện do máy cắt sẽ rất bé, nên sơ đồ này càng được sử dụng rộng rãi hơn và là sơ đồ chủ yếu trong các trạm biến áp cung cấp điện hiện nay ở nước ta.

Sơ đồ này cũng được sử dụng ở điện áp máy phát của các nhà máy điện. Đối với thiết bị phân phối trọn bộ (nhà máy chế tạo sẵn từng mạch bao gồm cả thanh góp, máy cắt, dao cách ly, thiết bị bảo vệ, đo lường) xác suất sự cố của các thiết bị này rất thấp nên được chế tạo theo sơ đồ một thanh góp.

b. Đặt thêm thanh góp vòng ( TGv )

(sơ đồ hệ thống một thanh góp có thanh góp vòng - hình 9-3)

D-1

CL12 CL13 MC1 MCv

CL11 CLv1

Hình 9-3 . Sơ đồ một hệ thống thanh góp có thanh góp vòng

140 c)

a) b)

Tất cả các phần tử được nối vào thanh góp vòng qua dao cách ly vòng (CLV), một máy cắt vòng (MCV) cùng 2 dao cách ly 2 bên được nối liên lạc giữa thanh góp vòng với thanh góp chính (hình 9-3a)

Nhiệm vụ của MCV để thay lần lượt cho máy cắt của bất kỳ phần tử nào khi cần sửa chữa mà không cần phải ngừng cung cấp điện phần tử đó bằng cách đi vòng qua MCV , thanh góp vòng và CLV .

Nếu có 2 phân đoạn có thể thực hiện theo sơ đồ (hình 9-3b) hoặc (hình 9- 3c) . Nhờ có máy cắt vòng độ tin cậy cung cấp điện của sơ đồ tăng lên, tuy nhiên sơ đồ thêm phức tạp và tăng vốn đầu tư.

Sơ đồ này chỉ được thực hiện chủ yếu với điện áp cao thường từ 110 kV trở lên và số đường dây nhiều.

Ví dụ: với 110 KV số đường dây  8 220 KV số đường dây  6

Thứ tự thao tác khi cần sữa chữa máy cắt của mạch bất kỳ , ví dụ MC1

( hình 9-3a)

1- Kiểm tra thanh góp vòng bằng cách đóng CLv1 , CLv2 ; MCv

2- Cắt MCv

3- Đóng CL13

4- Đóng MCv

5- Cắt MC1

6- Cắt CL12 ; CL11

Đường dây D-1 được cung cấp qua máy cắt vòng MCv, TGv , CL13

Sau khisữa chữa xong MC1 , thứ tự thao tác như sau : 1- Đóng CL11 , CL12

2- Đóng MC1

3- Cắt MCv

4- Cắt CL13 , CLv2 , CLv1

Trong quá trình thao tác cũng như thời gian sữa chữa đường dây D-1 vẫn được cung cấp điện liên tục . Đó là tác dụng của thanh góp vòng .

2. Sơ đồ hai hệ thống thanh góp (hình 9-4) Đặc điểm của sơ đồ này là :

Có 2 hệ thống thanh góp đồng thời. Mỗi phần tử qua một máy cắt nhưng rẽ qua 2 dao cách ly để nối vào 2 thanh góp, giữa 2 hệ thống thanh góp có một máy cắt liên lạc (MCN). Hai hệ thống thanh góp có giá trị như nhau.

Với sơ đồ này có 2 chế độ làm việc:

141

TG I TG II

MCN

Hình 9-4. Sơ đồ hai hệ thống thanh góp

- Một hệ thống thanh góp làm việc, một hệ thống thanh góp dự phòng, các phần tử nối vào thanh góp làm việc qua máy cắt và dao cách ly thuộc thanh góp đó đóng, còn dao cách ly kia cắt.

Với chế độ làm việc này, sơ đồ trở thành sơ đồ tương đương một hệ thống thanh góp không phân đoạn. Do đó có các ưu khuyết điểm đã nêu trên. Tuy nhiên, với sơ đồ này có ưu điểm so với sơ đồ một hệ thống thanh góp không phân đoạn ở chỗ khi một thanh góp bị sự cố, hay sữa chữa, toàn bộ được chuyển sang làm việc với thanh góp thứ 2, chỉ phải mất điện trong thời gian ngắn (thời gian thao tác).

Sơ đồ này còn có ưu điểm nổi bật là khi cần sữa chữa một máy cắt của phần tử nào đó, dùng máy cắt liên lạc MCN thay cho máy cắt này bằng cách chuyển đường đi qua thanh góp thứ 2, qua MCN đi tắt qua máy cắt cần sữa chữa. Tất nhiên phải ngừng thời gian ngắn để cách ly máy cắt cần sữa chữa và nối tắt lại (đường nét đứt trên sơ đồ hình 9-4b), các phần tử còn lại làm việc trên thanh góp I.

MCN

Hình 9-4b. Sơ đồ hai hệ thống thanh góp khi sữa chữa MC-2 - Đồng thời làm việc cả 2 thanh góp

142 TGI

TGII

Trong chế độ này các mạch nguồn cũng như các mạch tải được phân đều trên 2 thanh góp, máy cắt liên lạc đóng làm nhiệm vụ của máy cắt phân đoạn tương ứng với sơ đồ một hệ thống thanh góp có phân đoạn. Khi sự cố trên thanh góp chỉ mất một phần trong thời gian ngắn và chuyển sang vận hành như trên thanh góp kia.

Khuyết điểm của sơ đồ 2 thanh góp là phức tạp khi xây dựng cũng như vận hành, đặc biệt đóng cắt dao cách ly nếu nhầm lẫn có thể gây hậu qủa nghiêm trọng.

Sơ đồ này chỉ sử dụng với điện áp cao từ 22 kV trở lên.

Mặc dù có ưu điểm hơn và khắc phục được một số khuyết điểm của sơ đồ một thanh góp nhưng để nâng cao hơn tính đảm bảo cũng có thể:

- Phân đoạn một thanh góp: thanh góp này trở thành thanh góp chính, thanh góp kia trở thành thanh góp phụ (chỉ phân đoạn trên một thanh góp). Với sơ đồ thanh góp có phân đoạn có thể có 2 hay một máy cắt liên lạc MCN (hình 9-5 ) và thanh góp phụ chỉ thay một phân đoạn khi cần sữa chữa, lúc này MCN nối vào phân đoạn được thay thế đóng vai trò máy cắt phân đoạn, nghĩa là luôn luôn làm việc trong chế độ có 2 phân đoạn, do đó tính đảm bảo cao hơn.

Hình 9-5 .Sơ đồ hai hệ thóng thanh góp có phân đoạn thanh góp làm việc - Đặt thêm thanh góp vòng (sơ đồ 2 hệ thống thanh góp có thanh góp vòng).

Máy cắt vòng MCV và thanh góp vòng có nhiệm vụ tương tự như trong sơ đồ một thanh góp có thanh góp vòng (hình 9-6a).

143 TG_V

TGI TG II MC_G

MCv CLp

MCv

Hình 9-6. Sơ đồ hai hệ thống có thanh góp vòng

a)Sơ đồ có vừa MCN , MCv ; b) Sơ đồ thay MCN bằng dao cách ly phụ.

Ở đây nhiệm vụ của máy cắt vòng và máy cắt liên lạc có nhiệm vụ trùng nhau, khi số đường dây không nhiều lắm có thể bỏ bớt máy cắt liên lạc, trong trường hợp này cần thêm dao cách ly phụ (hình 9-6b) để có thể làm nhiệm vụ máy cắt liên lạc giữa 2 hệ thống thanh góp chính.

Sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vòng chỉ ứng dụng khi điện áp cao từ 110kV trở lên và số đường dây nhiều. Sơ đồ là nơi tập trung của nhiều nguồn lớn, Ví Dụ: như trạm biến áp trung tâm.

B. SƠ ĐỒ THUỘC NHÓM THỨ HAI

Đặc điểm chính của sơ đồ thuộc nhóm này là mỗi phần tử được cung cấp từ 2 phía qua 2 máy cắt điện. Một máy cắt không làm việc không làm mất điện phần tử này, do đó độ tin cậy cung cấp điện cao hơn, sơ đồ làm việc đảm bảo hơn.

Nhóm thứ 2 gồm các sơ đồ sau:

1. Sơ đồ 2 hệ thống thanh góp có 2 máy cắt trên một mạch (hình 9-7)

Sơ đồ này có độ tin cậy cao; khi sữa chữa hay sự cố trên một thanh góp tất cả các phần tử đều không bị cắt và làm việc trên thanh góp còn lại tương tự sơ đồ một hệ thống thanh góp. Sửa chữa bất kỳ máy cắt nào chỉ cần máy cắt đó và 2 dao cách ly 2 bên.

Tuy nhiên sơ đồ cần sử dụng nhiều máy cắt (tỉ số máy cắt trên số mạch là 2).

Nó được sử dụng ở những nơi quan trọng trong hệ thống điện và với điện áp từ 220kV trở lên.

144 TG I

TG II

Hình 9-7. Sơ đồ hai hệ thống thanh có 2 máy cắt trên một mạch 2. Sơ đồ hai hệ thống thanh góp với 3 máy cắt trên hai mạch (Sơ đồ một rưỡi ( hình 9-8)

Hình 9-8. Sơ đồ hai hệ thống có 3 máy cắt trê hai mạch Khi làm việc bình thường tất cả máy cắt đều đóng

Đặc điểm của sơ đồ này là có một máy cắt chung cho 2 mạch, tuy vận hành đảm bảo tốt nhưng tính linh hoạt kém hơn sơ đồ 2 hệ thống thanh góp có 2 máy cắt trên một mạch. Khi phải cắt bất kỳ máy cắt nào, dòng điện chạy qua các máy cắt sẽ khác nhau và khác với tình trạng bình thường. Điều này làm khó khăn cho chỉnh định của bảo vệ rơle, cho nên khi thay đổi chế độ làm việc phải chỉnh định lại bảo vệ rơle.

Sơ đồ được dùng ở những nơi quan trọng trong hệ thống vì có tính đảm bảo cao, ít máy cắt (số máy cắt trên số mạch là 1.5)

3 - Sơ đồ đa giác

145 TG I

TG II

Đặc điểm của sơ đồ là tạo thành đa giác kín, số cạnh bằng số mạch trong sơ đồ, số máy cắt ít (số máy cắt trên số mạch là 1).

Sơ đồ thuộc nhóm hai vì bất kỳ mạch nào cũng được cung cấp từ 2 phía qua 2 máy cắt, nhưng số máy cắt ít vì máy cắt nào cũng dùng chung cho 2 mạch (hình 9-9 a, b)

Hình 9-9. Sơ đồ đa giác a) Sơ đồ tam giác ; b) Sơ đồ lục giác

Khuyết điểm của sơ đồ đa giác là khi sữa chữa một máy cắt bất kỳ đa giác không còn kín đưa đến phân phối dòng điện qua máy cắt không đối xứng, dòng điện qua máy cắt có thể tăng gấp 2; 3 lần so với bình thường, do đó phải chỉnh định lại dòng điện cho các bảo vệ rơle…. Đặc biệt khi số cạnh tăng nhiều dẫn đến khi sự cố trên một phần tử nào đó có thể làm ngưng cung cấp điện một số mạch khác. Ví dụ: trên sơ đồ trên khi sữa chữa máy cắt MC1 nếu sự cố trên đường dây D2, MC2, MC3 cắt, đuờng dây D1 cũng bị mất điện. Vì vậy chỉ sử dụng sơ đồ 3, 4, 5 và tối đa là 6 cạnh.

Sơ đồ này thường sử dụng ở điện áp cao của các nhà máy thủy điện vì ở đây ít khả năng phát triển đường dây, nguồn.

A. SƠ ĐỒ THUỘC NHÓM THỨ 3 (sơ đồ đơn giản)

Các sơ đồ thuộc nhóm 1, 2 các phần tử đều đi qua một hoặc hai máy cắt, không có mạch nào không được bảo vệ bằng máy cắt. Còn trong sơ đồ thuộc nhóm 3 có một hay 2 mạch không có đặt máy cắt mà chỉ đặt dao cách ly, do đó tỉ số máy cắt trên số mạch bé hơn 1, đặc biệt có thể không đặt máy cắt nào.

146 MC1

MC

2 MC

3 MC MC 4

5 MC

6

D₁ D₂

Tất nhiên sơ đồ nhóm này đơn giản hơn, vốn đầu tư bé nhưng độ tin cậy cung cấp cũng bé hơn, chỉ được sử dụng trong một số trường hợp nhất định.

1- Sơ đồ bộ

Trong sơ đồ này có 2, 3 phần tử nối liên tiếp nhau có thể qua một máy cắt, một dao cách ly hoặc không có máy cắt và dao cách ly. Ví dụ:

- Bộ máy phát điện- máy biến áp 2 hoặc 3 cuộn dây (hình 9-10)

Hình 9-10. Sơ đồ bộ máy phát điện – máy biến áp

Sơ đồ này được dùng nhiều ở các nhà máy điện không có thanh góp giữa máy phát với máy biến áp, mỗi máy phát nối thẳng vào một máy biến áp 2 hoặc 3 cuộn dây. Giữa máy phát và máy biến áp có thể không đặt thiết bị đóng cắt nào hoặc đặt một dao cách ly hoặc đặt 1 máy cắt và 1 dao cách ly.

Chú ý với máy biến áp 3 cuộn dây bắt buộc phải đặt máy cắt vì máy biến áp có thể làm việc qua hai cuộn dây cao áp trong khi máy phát nghỉ, khi đưa máy phát vào làm việc cần phải hoà đồng bộ mới đóng được, việc này cần máy cắt điện.

Ưu điểm của sơ đồ này là đơn giản, kinh tế, đặc biệt có khả năng hạn chế được dòng ngắn mạch ở điện áp máy phát.

Tuy nhiên nó có khuyết điểm là sử dụng nhiều máy biến áp. Khi một phần tử bị ngừng làm việc tất cả các phần tử còn lại phải nghỉ. Khi công suất máy phát không lớn (< 50 MW) để giảm bớt số lượng máy biến áp có thể dùng sơ đồ hợp bộ 2 máy phát, 1 máy biến áp, trường hợp này máy cắt đặt ở cực máy phát là cần thiết để hoà đồng bộ máy phát điện.

Đối với nhà máy điện có nhiều máy phát, có thể sử dụng kết hợp một số máy phát nối vào thanh góp điện áp máy phát để cung cấp cho các phụ tải ở điện áp này và liên lạc với điện áp cao trung; một số máy phát ghép hợp bộ vào thẳng điện áp cao, trung. Hình 9-11 minh hoạ sơ đồ cấu trúc một nhà máy điện có 4 máy phát.

147

Hình 9-11. Sơ đồ nhà máy điện

Chỉ có 2 máy phát nối vào thanh góp điện áp máy phát, còn 2 máy phát còn lại mỗi máy dùng sơ đồ bộ máy phát – máy biến áp nối vào điện áp cao và trung.

- Bộ máy biến áp – đường dây hay đường dây – máy biến áp (hình 9-12) Giữa máy biến áp và đường dây thường không đặt thiết bị đóng cắt hoặc chỉ đặt dao cách ly. Với máy biến áp phân phối công suất không lớn, điện áp không cao (10 đến 22 KV) có thể đặt máy cắt phụ tải hay cầu chì.

Sơ đồ này thường được sử dụng khi chỉ có một đường dây không dài lắm, máy biến áp ở phía nguồn (a) hoặc máy biến áp ở phía cuối đường dây (b)

-Bộ máy biến áp – thanh góp (hình 9-13)

148 b)

a) Hình 9-12

Hình 9-13

-Bộ đường dây –thanh góp (hình 9-14)

-Sơ đồ cầu (hình 9-15)

Sơ đồ có thể sử dụng khi chỉ có 2 nguồn 2 tải, máy cắt điện đặt về phía nguồn (a) hoặc đặt về phía tải (b). Thực chất đây là hai sơ đồ bộ máy biến áp – đường dây song song, nhưng đặt thêm cầu nối liên lạc giữa 2 bộ này để tăng thêm linh hoạt và đảm bảo. Cầu nối có thể bình thường đóng hoặc cắt, nếu cắt thường có đặt thêm bộ tự động đóng nguồn dự phòng. Ví dụ với sơ đồ (a) khi mất nguồn máy biến áp, máy cắt trên cầu nối sẽ tự động đóng để cung cấp điện cho đường dây nối với nguồn bị mất.

Sơ đồ (a) được sử dụng khi đường dây ngắn, xác suất sự cố trên đường dây bé không cần máy cắt trên đường dây, trong khi nếu thường xuyên phải đóng 149 Hình 9-14

a) b)

D₁ D₂

MC₃ MC₂

MC₁

B₁ B₂

B₁ B₂

MC₃

MC₂ MC₁

D₁ D₂

Hình 9-15

cắt máy biến áp trong vận hành, vì nếu dùng sơ đồ (b) trong trường hợp cần đóng hoặc cắt ví dụ máy biến áp B1 phải cắt 2 máy cắt 1 và 3 trước vì dao cách ly không có khả năng đóng cắt mạch điện khi có dòng tải. Sau khi đã đóng cắt dao cách ly của máy biến áp B1 , mới đóng lại máy cắt 1 và 3, dẫn đến mỗi lần thao tác như vậy có một thời gian ngắn gây mất điện cho phần tử khác (ở đây là đường dây 1).

Ngược lại sơ đồ (b) thường được sử dụng khi 2 máy biến áp luôn luôn làm việc song song do yêu cầu của tải, trong khi chiều dài đường dây dài xác suất sự cố trên đường dây đưa đến cắt máy cắt trên đường dây nhiều, nếu dùng sơ đồ (a) khi sự cố trên đường dây ví dụ D1, 2 máy cắt 1 và 3 phải cắt, mất máy biến áp B1 tạm thời trong thời gian cô lập đường dây sự cố mới phục hồi được.

Trường hợp các máy biến áp có công suất bé, có thể thay máy cắt trên cầu nối 3 bằng 1 hoặc 2 dao cách ly, tuy nhiên sơ đồ không linh hoạt và đảm bảo bằng dùng máy cắt.

Khi có 3 đường dây 2 máy biến áp hoặc ngược lại 2 đường dây 3 máy biến áp có thể thực hiện sơ đồ cầu mở rộng (hình 9-16).

Chú ý sử dụng dạng (a) hoặc (b) hoặc (c) phụ thuộc vào chế độ vận hành của máy biến áp và chiều dài đường dây như đã giải thích trên sơ đồ cầu.

Chú ý ở đây cầu nối không phải là thanh góp có phân đoạn, nhưng trong thực tế thường xây dựng như là thanh góp để khi cần phát triển thêm nguồn hoặc tải sơ đồ trở thành sơ đồ một hệ thống thanh góp có phân đoạn.

Sơ đồ cầu chỉ được và nên sử dụng trong các trạm biến áp, không dùng ở nhà máy điện vì máy phát điện vận hành thường xuyên phải thay đổi, việc đóng cắt thường xảy ra, sự cố trên đường dây không được dẫn đến cắt máy phát đưa đến giảm công suất phát ra.

3. Sơ đồ không sử dụng máy cắt điện

150

b) c)

a)

Hình 9-16

Trong một số trường hợp mức độ yêu cầu cung cấp điện không cao, công suất trạm biến áp hạ không lớn, điện áp không lớn ( 22 kV) ví dụ trạm biến áp phân phối ở các khu nông nghiệp, khu dân cư phụ tải chủ yếu là sinh hoạt trong mạng điện kiểu rẽ nhánh và chỉ có một máy biến áp dọc theo đường dây, phía cao áp thường không đặt máy cắt ở đầu máy biến áp vì vốn đầu tư sẽ lớn mà có thể thay bằng cách chỉ dùng dao cắt điện tự động, máy cắt phụ tải, cầu chì cao thế, cầu chì tự rơi hoặc chỉ có dao cách ly. Trạm không có nhân viên trực thường xuyên, không cần đặt thiết bị bảo vệ rơle tự động phức tạp.

Ví dụ sơ đồ các trạm biến áp dọc đường dây cung cấp từ 1 phía (hình 5.17)

Để tăng cuờng tính đảm bảo và linh hoạt, máy cắt ở đầu đường dây đặt thêm bộ phận tự động đóng lại, các trạm biến áp đặt dao cách ly tự động. Khi có sự cố ở một trạm bất kỳ máy cắt MC1 sẽ cắt sau thời gian t1, dao cách ly tự động ở trạm sự cố sẽ cắt máy biến áp khỏi đường dây. Sau đó t2 > t1, máy cắt MC1

tự đóng lại để tiếp tục cung cấp điện cho các trạm còn lại. Trường hợp ngắn mạch bên trong máy biến áp do tổng trở của máy biến áp lớn dòng điện không đủ để MC1 hoạt động thì đặt thêm dao ngắn mạch K3, dao ngắn mạch sẽ đóng tạo ngắn mạch nhân tạo đầu máy biến áp nhờ rơle hơi đặt trong máy biến áp.

9-3. SƠ ĐỒ ĐẶT KHÁNG ĐIỆN ĐỂ HẠN CHẾ DÒNG NGẮN MẠCH Thường trong sơ đồ nối điện ở điện áp máy phát của các nhà máy điện dòng điện ngắn mạch rất lớn nếu cần ghép nhiếu máy phát vào thanh góp này . Do đó cần phải đặt kháng điện để hạn chế dòng ngắn mạch . Có hai cách đặt kháng điện :

1. Đặt kháng điện trên thanh góp

151

TĐL

MC₁ K₃

b) Bảo vệ bằng máy cắt phụ tải a) Bảo vệ bằng cầu chì

(hay cầu chì tự rơi)

Hình 9-17

Kháng điện được ghép nối tiếp với máy cắt phân đoạn, cho nên số lượng kháng điện bằng số máy cắt phân đoạn và chủ yếu dùng kháng đơn.

- Đặt theo đường thẳng. (hình 9-18a) - Đặt theo đường vòng. (hình 9-18b) - Đặt theo hình sao. (hình 9-18c)

Kháng điện đặt theo đường thẳng áp dụng khi có 2 hoặc 3 phân đoạn, được sử dụng nhiều vì đơn giản. Kháng điện đặt theo hình vòng và hình sao khi số phân đoạn lớn hơn hoặc bằng 4.

Trị số Xk% thường từ 8 ¸ 10%. Iđm  Icb max qua phân đoạn Đặt kháng trên thanh góp có ưu điểm :

- Số lượng ít.

- Phạm vi ảnh hưởng rộng.

- Bình thường dòng chạy qua nhỏ nên U, Q nhỏ.

Nhưng có khuyết điểm :

- Dòng cưỡng bức lớn dẫn đến IđmK lớn.

- Hiệu quả hạn chế dòng ngắn mạch kém nhiều vì Xk ghép song song trong khi biến đổi sơ đồ.

- Dòng điện chạy vòng khi có một máy phát nghỉ.

Khi có 3 phân đoạn nếu đặt kháng theo đường thẳng có thể xảy ra trường hợp khi máy phát ngoài (1;3) nghỉ dòng cưởng bức qua kháng rất lớn ( > 4000 A ) không thể chọn được kháng ; trường hợp này có thể đặt máy cắt hay dao cách ly nối tắt kháng ( hình 9-18d,e )

d) e 152

b) c) a)

Hình 9-i8

H T

S₂

F₁ F₂ F₃

H T

S₁ B S₂ B S₁

F₁ F₂ F₃

Theo quy định trước, phải đặt kháng điện trên thanh góp, nếu dòng ngắn mạch còn lớn chưa thỏa mãn điều kiện hạn chế IN mới đặt kháng điện trên đường dây.

2. Đặt kháng điện trên đường dây (hình 9-19)

Kháng điện đặt nối tiếp với máy cắt đường dây. Phụ thuộc vào số lượng đường dây, dòng điện cưỡng bức trên các mạch, và dòng ngắn mạch khi không có kháng điện v.v… Có thể có nhiều cách đặt khác nhau (hình 9-19a, b, c, d, e, f). Khi thiết kế phải tính toán và chọn cách thích hợp nhất. Theo quy định hiện nay, trị số Xk% đặt trên đường dây không được vượt quá 6% với kháng đơn và 12% với kháng kép do điều kiện U cho phép trên đường dây (Ucp%  5¸6

%).

Hình 9-19. Sơ dò đặt kháng điện trên đường dây

a,b) Mỗi đường dây 1 kháng điện đơn ; b,d) 1 kháng đơn cho nhiều đường dây e) 1 kháng kép cho 2 đường dây ; f) 1 kháng kép cho nhiều đường dây .

Điều kiện chọn XK% trên đường dây phụ thuộc vào yêu cầu hạn chế dòng ngắn mạch sao cho thỏa mãn điều kiện với máy cắt đặt trên đường dây và cáp của đường dây đã chọn theo điều kiện bình thường.

Do đó, cần biết:

- Máy cắt đã chọn ® Icắt đm. - Cáp đã chọn ® Iôđ nhiệt.

- Dòng ngắn mạch trên đường dây khi không có kháng điện đường dây: IN. Khi có thêm kháng điện đường dây:

Từ đây, suy ra:

Với Xk trong hệ tương đối cơ bản với Scb và Ucb đã chọn khi tính ngắn mạch.

153

Ntt nhcáp

cắtMC

N K Min I I I

x x

I E  

 



) , (

/

 

 X

I X E

K Ntt

b) c) d)

a) e) f)

Trong đó:

XS: điện kháng tổng tại điểm ngắn mạch trên đường dây khi chưa có kháng, tức là XS tại điểm N – trong hệ tương đối cơ bản.

INtt: dòng ngắn mạch tính toán bằng trị số bé trong 2 trị số Icắt MC và Iôđ nhiệt của cáp đã chọn.

Suy ra: trị số Xk% trong hệ tương đối định mức của kháng điện IđmK, UđmK

Với:

Ucb = Utb: nơi đặt kháng điện.

: đã chọn trong hệ cơ bản khi tính ngắn mạch.

IđmK, UđmK: dòng điện, điện áp định mức của kháng.

Phụ thuộc vào Xk% mà quyết định chọn kiểu đặt nào thích hợp.

Chú ý:

Hiện nay chỉ chế tạo Xk% bé nhất là 3% đối với kháng đơn và 12% đối với kháng kép.

- Xk% cho phép đặt trên đường dây với kháng đơn là 6%, với kháng kép là 12%.

Vậy nếu, Xk% tính toán: (XK%tt)

- XK%tt < 3%: có thể dùng 1 kháng cho một số đường dây (hình 9-19c hoặc 9-19d).

- 3% < XK%tt < 6%: có thể dùng 1 kháng cho 1 đường dây (hình 9-19a hoặc 9-19b).

- 6% < XK%tt < 12%: có thể dùng kháng kép theo hình 9-19e hay 9-19f.

- 12% < XK%tt : cần thay đổi sơ đồ cấu trúc vì không có khả năng hạn chế IN. Ví dụ 9-1

Chọn kháng điện thanh góp của nhà máy điện cho trên hình 9-20

1- Máy phát điện (F): Sđm = 100 MVA Uđm = 10,5 kV 2- Máy biến áp (B) : Sđm = 80 MVA

UN = 10,5

3- Phụ tải ở UF: ST= Smax/Smin= 40/20 MVA Máy biến áp đặt ngoài trời với Kqtsc = 1,4

154

% 6 (%) 100 I .

.U U . I X

% X

cb cb đmK K đmK

K  

cb cb 3Ucb

I  S

HT

F

B B

F S_T

Hình 9-20

Bài giải:

a. Tính dòng cưỡng bức cực đại (Icbmax) qua kháng điện phân đoạn:

- Khi một máy phát nghỉ:

- Khi một máy biến áp nghi:

Vậy Scb max = Max (Scb1; Scb2) = Max(50;32) = 50 MVA.

Căn cứ vào sổ tay kỹ thuật, chọn kháng điện kiểu bê-tông: PБ-3000 –10.

Có IđmK = 3000 A > Icb max = 2760 A Xk% = 10

b. Kiểm tra lại phân phối công suất qua 2 máy biến áp và kháng điện khi có một máy phát nghỉ.

Giả thiết khi phụ tải ở UF là bé nhất: 20 MVA.

Chọn Scb = 100 MVA. Suy ra:

Trị tương đối cơ bản của các phần tử như sau:

Ta có hệ phương trình:

155 MVA

2 50 100 2

S_cb1S^Fđm  

































MVA S S

S K

S MVA S

Min S

Fđm đmB

qtsc đmF cb

32 2 100 80 40 4 2 1

2 90 100 20 2

2

. max ,

.

min

A 2760 kA

76 , 5 2 , 10 . 3

50 U

. 3 I S

đmF

cb_max  cb^max   

100 1 100 S

S S

cb

F  đm   2 , 100 0 S_Tmin  20 

8 , 100 0 S_B  80 

183 , 80 0 100 100

5 , 10 S

S 100

% x U

đmB cb

B  N  

131 , 3 0 . 5 , 10 . 3

100 100

10 I

I 100

% x x

đmK cb

K  K  













































0

1 2 0

1 0 2 1

2 1

2 2

1 1

K K B

B B

B

B T K

B K

K B

K B

T F

S x S

x S

x

S S S

S S

S S

S S S

S

. .

.

, ,

min min

HT

S_F 2

min

ST

2

min

ST

S_B1 S_B2

S_K

A B

Tại nút A:

Tại nút B:

Mạch vòng:

Biến đổi, ta có:

Tương đương:

0 + 0,497.SB2 = 0,1333 Suy ra:

SB1 = 0,8 – SB2 = 0,8 – 0,268 = 0,532 SK = 0,1 + SB2 = 0,1 + 0,268 = 0,368

Kiểm tra lại: 0,183´ 0,532 – 0,314´ 0,268 – 0,0131 = 0,000104 » 0 Suy ra trong hệ có tên: S = S´Scb

SB1 = 0,532´100 = 53,2 MVA < 80 MVA SB2 = 0,268´100 = 26,8 MVA < 80 MVA SK = 0,368´100 = 36,8 MVA < 50 MVA

Phân bố công suất như trên đều bé hơn công suất được chọn nên chọn kháng điện như trên là hợp lý.

Ví dụ 9-2 : Chọn kháng điện phân đoạn trên thanh góp UF của nhà máy điện trên hình 9-21, với:

1. Máy phát điện (F): Sđm F1 = Sđm F2 = Sđm F3

= 100 MVA

1. Máy biến áp (B): Sđm B = 120 MVA UN% = 10,5 3. Phụ tải ở UF =15,75 kV:

Trên phân đoạn hai bên:

Trên phân đoạn giữa:

Bài giải:

156



















0 8 , 0 S

S

0 ) S 1 , 0 ( 131 , 0 S

. 183 , 0 S

. 183 , 0

2 B 1 B

2 B 2

B 1

B

















0 1464 , 0 S . 183 , 0 S . 183 , 0

0 0131 , 0 S . 314 , 0 S . 183 , 0

2 B 1

B

2 B 1

B

268 497 0

0 1333 0

2 ,

,

, 

B  S

20MVA 30 S

S

1 min

1 max 

40MVA 50 S

S

2 min

2 max 

H T

A

S₁ B S₂ BS₁

C B

F₁ F₂ F₃

Hình 9-21

a. Tính dòng cưỡng bức qua kháng đ iện phân đoạn:

- Khi máy phát 1 (hoặc 3) nghỉ:

- Khi máy phát 2 nghỉ:

- Khi một máy biến áp nghỉ:

Vậy Scb max = Max ( 95; 98; 25 ) = 98 MVA.

Căn cứ vào sổ tay kỹ thuật, chọn kháng điện bê-tông PБ-4000 – 10.

IđmK = 4000 A.

XK% = 10.

b. Kiểm tra sự phân bố công suất qua kháng và máy biến áp khi máy phát điện 1 (hoặc 3) nghỉ tương ứng lúc phụ tải ở UF bé.

Chọn Scb =100 MVA, và tính các đại lượng cơ bản trên sơ đồ:

Hệ phương trình phân bố công suất:

157

1 2

1

1 2

2

min max

max )

(S S S

S_cb S^F   



MVA 95 2 30

40 30 100

2    

 . ( )

S MVA

S_cb 25

2 50 2

2

2  ^max  



























 K .S S S 1,4.120 30 100 98MVA MVA 140 ) 40 20 ( 200 ) S S

( S Min 2

S qt B max1 F

2 min 1

min 3 F

cb

U A I S

F cb

cb 3596

75 15 3

98

3  

 . . ,

max max

2 , 100 1 S_B 120

100 1 S_F 100 

2 , 100 0 S_min1  20 

4 , 100 0 S_min2  40 

0875 , 120 0 100 100

5 , 10 S

S 100

% x U

B cb

B  N  

0917 , 4 0 . 75 , 15 . 3

100 100

10 I

I 100

% x x

đmK cb

K  K  

HT

A

S_min1 S_B1 S_min2 SS_min1B2

C B

S_F S_F

S_K1 S_K2

Tại nút A: SF = Smin1 + SB1 + SK1

Tại nút B: SK2 = SB2 + Smin1

Tại nút C: SK1 +SF = Smin2 + SK2

Mạch vòng: SB1xB - SB2xB - SK2xK - SK1xK = 0 Thay số, ta được:

1 = 0,2 + SB1 + SK1  SK1 = 0,8 – SB1

SK2 = SB2 + 0,2  SK2 = 0,2 + SB2

SK1 + 1 = Smin2 + SK2  (0,8 – SB1) +1 = 0,4 + (0,2 + SB2) 0,0875.SB1 -0,0875.SB2 - 0,0917(0,2 + SB2) – 0,0917(0,8 – SB1) = 0 Giải hệ phương trình trên, ta được kết quả:

SB1 = 0,856 Suy ra: SB1 = 85,6 MVA < 120 MVA SB2 = 0,344 SB2 = 34,4 MVA < 120 MVA SK1 = -0,056 SK1 = 5,6 MVA < 98 MVA SK2 = 0,544 SK2 = 54,4 MVA < 98 MVA

Tất cả đều không vượt quá công suất đã chọn nên kháng điện đã chọn là phù hợp.

Kiểm tra lại:

0,0875´0,856 - 0,0875´0,344 - 0,0917´0,544 - 0,0917´(-0,056) = 0,0000504 » 0 Ví dụ 9-3 : Chọn kháng điện trên đường dây cung cấp cho phụ tải trên thanh góp của nhà máy điện có các số liệu sau: (hình 9-22)

- Icb max = 330 A.

- Dòng ngắn mạch trên thanh góp : IN = 60,11 kA.

- Mỗi phân đoạn có 6 đường dây.

- Đã đặt máy cắt có Icắt MC đm = 20 kA.

- Dùng cáp có dòng ổn định nhiệt Inh cáp = 10 kA.

- Uđm = 10 kV.

Bài giải:

- Dòng ngắn mạch sau khi đặt kháng điện phải thỏa mãn biểu thức:

INtt  Min ( Icắt MC; Inh cáp )

 Min ( 20; 10 ) kA = 10 kA

- Từ trị số dòng ngắn mạch trên thanh góp xác định tổng trở:

- Vậy xK phải thỏa mãn điều kiện:

158

101Ω , 11 0 , 60 . 3

5 , 10 I.

3 x U

Σ  N  

K K

Ntt Σ 0,101 x 5 , 10 x

x I U

 

 

Hình 9-22 HT

Suy ra:

Giả sử chọn kháng có Iđm = 400 A = 0,4 kA Suy ra:

Căn cứ vào sổ tay, chọn kháng

điện kiểu bê-tông cho từng đường dây:

PБA-10- 400-4.

Có Uđm = 10,5 kV; Iđm = 400 A; và xK% = 4.

Ví dụ 9-4 : Chọn kháng điện đường dây trong nhà máy điện, điện áp 10,5 kV. Mỗi phân đoạn có 6 đường dây, dòng điện bình thường cực đại là Ibt max

= 160 A. Để thỏa mãn, máy cắt đã chọn có Icắt đm = 20 kA. Dòng điện ngắn mạch định mức trên thanh góp IN = 60,11 kA.

Bài giải:

Kháng điện cần đặt sao cho dòng ngắn mạch sau kháng có INtt < 20 kA.

Tương tự như ví dụ 3, ta có: xS = 0,101 W.

Suy ra:

Và:

Giả sử đặt 1 đường dây 1 kháng điện và dòng cưỡng bức cực đại bằng 2.Ibt max: Icb max = 2.Ibt max = 2.160 = 320 A.

Chọn kháng điện có Iđm = 400 A thì:

159

496Ω , 0 101 , 10 0 . 3

5 , x 10

I.

3

x U _Σ

K  Ntt    

100 U .

I.

. 3 x

%

x đm

K đmK K 

% 268 , 3 100 5 . , 10

4 , 0 . . 3 496 ,

0 



Ntt Σ

K x

I.

3

x  U 

202Ω , 0 101 , 20 0 . 3

5 ,

10  



100 U .

I.

x 3

%

x đmK

K đmK K 

% 37 , 1 100 5 . , 10

4 , 0 . . 3 202 , 0

%

x_K  

Vì kháng chế tạo với 3% là bé nhất, để giảm số kháng điện có thể ghép nhiều đường dây trên một kháng điện.

Nếu ghép 3 đường dây trên một kháng điện:

Ibt max = 3.160 = 480 A

Icb max = 2.Ibt max = 2.480 = 960 A Chọn kháng điện có Iđm = 1000 A.

Suy ra:

Chọn kháng điện: PБA-10-1000-4.

Có Uđm = 10,5 kV; Iđm = 1000 A ; xK% = 4 (%).

Và máy cắt có Iđm = 1000 A ; Icắt đm = 20 kA.

160

% 33 , 3 100 5. , 10

1 . . 3 202 , 0

%

x_k  

161

162

163

164

165