›
›

Bài giảng Cung cấp điện 2 - Nguyễn Quang Thuấn

ppt 153 trang hapham 3350
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Cung cấp điện 2 - Nguyễn Quang Thuấn", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pptbai_giang_cung_cap_dien_2_nguyen_quang_thuan.ppt

Nội dung text: Bài giảng Cung cấp điện 2 - Nguyễn Quang Thuấn

  1. CUNG CẤP ĐIỆN 2 GV: Nguyễn Quang Thuấn 5/23/2021 1
  2. Nội dung môn học CHƯƠNG NỘI DUNG SỐ TIẾT 7 Lựa chọn các phần tử, thiết bị trong HTCCĐ 9 8 Bảo vệ rơle và tự động hóa HTCCĐ 6 9 Bảo vệ chống quá điện áp khí quyển 6 10 Nâng cao hệ số công suất 4 11 Kỹ thuật chiếu sáng 5 TN 15 Tổng số: 45 5/23/2021 2
  3. Tài liệu tham khảo 1. TS. Ngô Hồng Quang Thiết kế cấp điện, NXBKHKT- 2006 2. TS. Ngô Hồng Quang Lựa chọn các phần tử thiết bị từ 0,4-500kV, NXBKHKT- 2005 3. TS. Trần Quang Khánh Hệ thống cung cấp điện, NXKHKT HN 2005 4. GS. Nguyễn Công Hiền Hệ thống cung cấp điện, NXKHKT HN 2004 5/23/2021 3
  4. Chương 7. LỰA CHỌN CÁC PHẦN TỬ, THIẾT BỊ TRONG HTCCĐ 7.1. KHÁI QUÁT CHUNG 1. Đặt vấn đề Trong quá trình làm việc, các phần tử, thiết bị có thể phải chịu 3 chế độ làm việc: ➢ Bình thường: Uđm, Iđm ➢ Quá tải: > Uđm, Iđm ➢ Sự cố (NM): >> Iđm → Phải cắt phần tử, thiết bị bị sự cố ra khỏi nguồn càng nhanh càng tốt. Tuy nhiên phải có thời gian → PT, TB phải chịu đựng được trong thời gian tồn tại sự cố này. Bởi vậy các PT, TB đưa vào làm việc cần phải được lựa chọn thảo mãn đồng thời 3 điều kiện trên. 2. Điều kiện chung lựa chọn các PT, TB: U đm.TB U đm.m (1) a. Điều kiện để PT, TB đảm bảo làm việc bt và qt: I đm.TB Ilv.max ▪ Đối với đd lv //: Ilvmax = 2Ibt= 2Icp (tức là tính khi 1 đd bị đứt); ▪ Đối với mạch MBA: Ilvmax = kqtmaxIbt=kqtmaxIđmBA(thg kqtmax= 1,4 ); ▪ Đối với mạch MPĐ: Ilvmax = kqtmaxIbt= 1,05Iđm 5/23/2021 4
  5. 2. Điều kiện chung lựa chọn các PT, TB: b. Điều kiện để PT, TB đảm bảo chịu đựng được ở chế độ sự cố: Dòng điện NM lớn → sinh ra lực điện và nhiệt lớn có thể phá hỏng và đốt cháy phẫn dẫn/cách điện của PT, TBĐ. Do đó cần kiểm tra theo 2 điều kiện: ➢ Điều kiện ổn định động: Iđ.đm ≥ ixk (2) ➢ Điều kiện ổn định nhiệt: tqd (Với tqd = tN) Inh.dm I (3) tnh.dm Lưu ý: 1) Đối với các PT, TB hạ áp (U ≤1000V) không cần kiểm tra ổn định động 2) Đối với PT, TB có Iđm ≥ 1000A, không cần kiểm tra ổn định nhiệt 3) Đối với dây dẫn và thanh dẫn, điều kiện ổn định nhiệt kiểm tra theo tiết diện tối thiểu: B S S = N (mm 2 ) ch min C 5/23/2021 5
  6. 7.2. LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN CAO ÁP 1. Lựa chọn MCĐ TT Các đại lượng chọn và kiểm tra Công thức chọn và kiểm tra 1 Điện áp định mức, UđmMC (kV) UđmMC Uđm.m 2 Dòng điện định mức, IđmMC (A) IđmMC Ilv.max 3 Dòng điện cắt định mức, IC.đm (kA) IC.đm IN 4 Công suất cắt định mức, SC.đm (MVA) SC.đmMC SN 5 Dòng điện ôđđ định mức, Iđ.đm (kA) Iđ.đm ixk t I I qd 6 Dòng điện ôđn định mức, Inh.đm (kA) nh.dm tnh.dm 5/23/2021 6
  7. 7.2. LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN CAO ÁP 2. Lựa chọn MC phụ tải TT Các đại lượng chọn và kiểm tra Công thức chọn và kiểm tra 1 Điện áp định mức, UđmMC (kV) UđmMC Uđm.m 2 Dòng điện định mức, IđmMC (A) IđmMC Ilv.max 3 Dòng điện ôđđ định mức, Iđ.đm (kA) Iđ.đm ixk tqd 4 Dòng điện ôđn định mức, Inh.đm (kA) Inh.dm I tnh.dm 5 Dòng điện định mức của CC, IđmCC (A) IđmCC Ilv.max 6 Dòng điện cắt định mức của CC, IC.đmCC (A) IC.đmCC IN 7 Công suất cắt định mức của CC, SC.đmCC (A) SC.đmCC SN 5/23/2021 7
  8. 3. Lựa chọn DCL TT Các đại lượng chọn và kiểm tra Công thức chọn và kiểm tra 1 Điện áp định mức, UđmDCL (kV) UđmDCL Uđm.m 2 Dòng điện định mức, IđmDCL (A) IđmDCL Ilv.max 3 Dòng điện ôđđ định mức, Iđ.đm (kA) Iđ.đm ixk tqd 4 Dòng điện ôđn định mức, Inh.đm (kA) Inh.dm I tnh.dm 4. Lựa chọn CC cao áp TT Các đại lượng chọn và kiểm tra Công thức chọn và kiểm tra 1 Điện áp định mức, UđmCC (kV) UđmCC Uđm.m 2 Dòng điện định mức, IđmCC (A) IđmCC Ilv.max 3 Dòng điện cắt định mức của CC, IC.đmCC (A) IC.đmCC IN 4 Công suất cắt định mức của CC, SC.đmCC (A) SC.đmCC SN 5/23/2021 8
  9. 7.3. LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP 1. Lựa chọn MBA điện lực ➢ Đối với TBA có 1 máy: khcSđmB Stt ➢ Đối với TBA có 2 máy: khckqtmaxSđmB Stt Trong đó: SđmB - công suất đm của MBA, (nhà chế tạo cho); Stt - công suất tính toán (công suất lớn nhất của phụ tải). kqtmax - hệ số quá tải lớn nhất của MBA, kqtmax = 1,4 (quá tải không quá 5 ngày 5 đêm, mỗi ngày không quá 6 giờ).  − k =1− 1 2 Hệ số hiệu chỉnh giữa mt chế tạo và sử dụng (chỉ sử dụng hc 100 khc nếu MBA ngoại nhập) 0 1,2 - nhiệt độ môi trường sử dụng và nhiệt độ chế tạo ( C) Ví dụ: Hà nội nhiệt độ trung bình 240C; Mátcơva nhiệt độ trung bình 50C; Thì:  − k = 1− 1 2 = 0,81 hc 100 5/23/2021 9
  10. 7.3. LỰA CHỌN MÁY BIẾN ÁP 2. Lựa chọn MBA đo lường a. Máy biến dòng điện (BI) TT Các đại lượng chọn và kiểm tra Công thức chọn và kiểm tra 1 Điện áp sơ cấp định mức, Uđm.BI (kV) Uđm.BI Uđm.m Ilv.max 2 Dòng điện sơ cấp định mức, I1đm.BI (A) I 1đm.BI 1,2 3 Phụ tải cuộn dây thứ cấp, S2đm.BI, (VA) S2đm.BI S2tt ixk kđ 4 Hệ số ổn định động, kđ 2I1dm.BI I . tqd 5 Hệ số ổn định nhiệt, knh knh I1dm.BI tnh.dm 5/23/2021 10
  11. 2. Lựa chọn MBA đo lường b. Máy biến điện áp (BU) TT Các đại lượng chọn và kiểm tra Công thức chọn và kiểm tra 1 Điện áp sơ cấp định mức, Uđm.BU (kV) Uđm.BU Uđm.m 2 Phụ tải 1 pha thứ cấp, S2đm.BI, (VA) S2đm.pha S2tt.pha 3 Sai số cho phép, N% N% N% N% - sai số tiêu chuẩn. 5/23/2021 11
  12. 7.4. LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP motor control Lưới điện hạ áp Cách ly Cách ly Đóng cắt Đóng cắt Bảo vệ ngắn mạch Bảo vệ ngắn mạch Bảo vệ quá tải Khởi động Điều khiển với mềm Điều khiển công suất biến tần 5/23/2021 12
  13. motor starter Switch Cầu dao Công- Rơ le Áptômát Áptômát Thiết bị (cầu dao) tải tắctơ nhiệt kiểu kiểu tích hợp từ điện từ nhiệt Cách ly Đóng cắt Ngắn mạch Quá tải Điều khiển 5/23/2021 13
  14. 7.4. LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP ❖ Các khí cụ ở mạng điện hạ áp như áptômát, côngtắctơ, cầu dao, cầu chì, được lựa chọn theo điều kiện điện áp và dòng điện, kiểu loại và hoàn cảnh làm việc không cần kiểm tra điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt do dòng ngắn mạch. ❖ Riêng chọn áptômát và cầu chì cần lưu ý: ➢ Đối với ATM: Phải kiểm tra khả năng cắt dòng điện ngắn mạch và chỉnh định để cắt dòng điện quá tải; ➢ Đối với CC: Phải phân biệt dùng cho mạng điện sinh hoạt, chiếu sáng hay dùng trong mạng công nghiệp mà chọn cho đúng. Sau đây, sẽ nêu cách chọn các thiết bị này. 5/23/2021 14
  15. 7.4. LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP 1. Chọn ATM: BI TT Các đại lượng chọn và kiểm tra Công thức chọn và kiểm tra 1 Điện áp định mức, UđmATM (V) UđmATM Uđm.m 2 Dòng điện định mức, IđmATM (A) IđmATM Ilv.max 3 Dòng điện cắt định mức, IC.đm (kA) IC.đm IN Quá tải: chỉnh định 5/23/2021 15
  16. 7.4. LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP 2. Chọn cầu chì: a. Đối với CC dùng cho mạng điện chiếu sáng: TT Các đại lượng chọn và kiểm tra Công thức chọn và kiểm tra 1 Điện áp định mức, UđmCC (V) UđmCC Uđm.m 2 Dòng điện định mức, IđmCC (A) IđmCC Ilv.max= Itt 5/23/2021 16
  17. 2. Chọn cầu chì: b. Đối với CC dùng cho mạng điện công nghiệp: ➢ Nếu BV cho 1 động cơ: TT C¸c ®¹i lîng chän vµ kiÓm tra C«ng thøc chän vµ kiÓm tra 1 Dßng ®iÖn ®Þnh møc, I®m.CC (A) I®m.CC Itt = ktI®m.®C I mm K mm Idm.DC 2 Dßng ®iÖn ®Þnh møc, I®m.CC (A) I®m.CC = Trong ®ã: Pdm.DC kt - hÖ sè tải cña ®éng c¬, nÕu kh«ng biÕt lÊy kt = 1; I®m.®C- dßng ®iÖn ®Þnh møc cña ®éng c¬, I®m.®C =  3U dm cos dm U®m- ®iÖn ¸p d©y ®Þnh møc, U®m = 380V; Cos ®m - hÖ sè c«ng suÊt ®Þnh møc cña ®.c¬, thêng Cos ®m = 0,8;  - hiÖu suÊt cña ®c¬, thêng  = 0.8-0,95 (cã thÓ lÊy  = 1); Kmm - hÖ sè më m¸y ®.c¬ (nhµ chÕ t¹o cho), thêng Kmm = 5; 6; 7; - hÖ sè phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn khëi ®éng cña ®.c¬, lÊy nh sau: Víi ®.c¬ më m¸y nhÑ (hoÆc kh«ng tải) nh m¸y b¬m, m¸y c¾t gät kim lo¹i = 2,5; 5/23/2021 Víi ®éng c¬ më m¸y nÆng (cã tải) nh cÇn cÈu, cÇn trôc, m¸y n©ng =1,6; 17
  18. b. Đối với CC dùng cho mạng điện công nghiệp: ➢ Nếu BV cho nhiều động cơ: TT C¸c ®¹i lîng chän vµ kiÓm tra C«ng thøc chän vµ kiÓm tra n I®m.CC k .I 1 Dßng ®iÖn ®Þnh møc, I®m.CC (A)  ti dm.DCi i=2 n−1 I mm max +  k tiIdm.DCi I®m.CC i=2 2 Dßng ®iÖn ®Þnh møc, I®m.CC (A) 5/23/2021 18
  19. 7.5. CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN VÀ CÁP 1. Chọn tiết diện dây dẫn theo mật độ dòng điện kinh tế PP này chỉ dùng chọn tiết diện dd của các mạng điện cao áp. I max I tt 1) Điều kiện chọn tiết diện: Fkt = jkt jkt 2 Jkt, A/mm Loại dây dẫn Tmax ≤ 3000h Tmax = 3000-5000h Tmax > 5000h A và AC 1,3 1,1 1,0 Cáp lõi đồng 3,5 3,1 2,7 Cáp lõi nhôm 1,6 1,4 1,2 2) Kiểm tra: PR + QX U =   U ➢ Tổn thất điện áp: cp Uđm ➢ Phát nóng: Isc ≤ Icp Ngoài ra, đối với cáp bắt buộc phải kiểm tra thêm điều kiện ổn định nhiệt: Fch .I tqd α - hệ số nhiệt độ, αcu = 6 và αAl = 11; tqđ = (0,5-1)s 5/23/2021 19
  20. 2. Chọn tiết diện dd theo tổn thất điện áp cho phép ❑ PP này dùng để chọn tiết diện dd ở mạng điện hạ áp và mạng điện địa phương (U ≤ 35kV) chiều dài lớn. ❑ Xuất phát từ công thức tính tổn thất điện áp: n n r0  Pi .li + x0 Qi .li n i=1 i=1 1 U = = (Pi .Ri + Qi .X i ) = U R + U X U dm U dm i=1 Nhận thấy, r0 và x0 đều phụ thuộc vào tiết diện F, do đó ta có thể chọn tiết diện bằng cách chọn điện kháng x0 (vì x0 = 0,35÷0,45Ω/km - không thay đổi nhiều). Các bước chọn tiết điện dd theo phương pháp này làm như sau: B1. Chọn sơ bộ x0 - Đối với dây hạ áp: Chọn x0 = 0,35Ω/km - Đối với dây TA áp: Chọn x0 = 0,38Ω/km (với 10÷22kV); x0 = 0,4Ω/km (với 35kV) B2. Từ x0 đã chọn, xác định được: n x0 Qi .li i=1 U X = U dm 5/23/2021 20
  21. 2. Chọn tiết diện dd theo tổn thất điện áp cho phép B3. Từ ∆Ucp xác định được ∆UR: ∆UR = ∆Ucp - ∆UX B4. Xác định tiết diện dây dẫn cần chọn: n n r0  Pi .li  Pi .li i=1 i=1 U R = F = U dm  U RU dm 2  - điện dẫn suất, ví dụ:  Al = 32m/mm Từ F tính được, tra bảng phụ lục để chọn dây dẫn có tiết diện gần nhất B5. Kiểm tra dây dẫn đã chọn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép: n n r0  Pi .li + x0 Qi .li n i=1 i=1 1 U = = (Pi .Ri + Qi .X i ) U cp U dm U dm i=1 - Nếu điều kiện được thỏa mãn thì dây dẫn chọn đạt yêu cầu; - Trường hợp không thảo mãn, chọn dây dẫn có tiết diện lớn hơn 1 cấp, rồi kiểm tra lại theo điều kiện trên. 5/23/2021 21
  22. 3. Chän tiÕt diÖn d©y dÉn theo dßng ph¸t nãng cho phÐp PP nµy dïng ®Ó chän tiÕt diÖn d©y dÉn líi h¹ ¸p c«ng nghiÖp vµ sinh ho¹t ®« thÞ. Tr×nh tù c¸c bíc chän tiÕt diÖn theo ph¬ng ph¸p nµy nh sau: - Bíc 1: X¸c ®Þnh dßng ®iÖn tÝnh to¸n mµ ®êng d©y ph¶i t¶i Itt; - Bíc 2: Lùa chän lo¹i d©y, tiÕt diÖn d©y theo biÓu thøc: k1k2Icp Itt Trong ®ã: k1- hÖ sè hiÖu chØnh nhiÖt ®é, øng víi m«i trêng ®Æt d©y, c¸p; k2- hÖ sè hiÖu chØnh nhiÖt ®é, kÓ ®Õn sè lîng d©y hoÆc c¸p ®i chung mét r·nh; k1 vµ k2 tra trong phô lôc. Icp- dßng ®iÖn l©u dµi cho phÐp øng víi tiÕt diÖn d©y hoÆc c¸p ®Þnh chän (tra b¶ng) 5/23/2021 22
  23. 3. Chän tiÕt diÖn d©y dÉn theo dßng ph¸t nãng cho phÐp - Bíc 3: KiÓm tra l¹i: * Theo ®iÒu kiÖn kÕt hîp víi thiÕt bÞ b¶o vÖ: I + NÕu b¶o vÖ b»ng cÇu ch×: k k I dc 1 2 cp (§èi víi m¹ch ®énh lùc = 3; cßn m¹ch ¸nh s¸ng sinh ho¹t = 0,3) + NÕu b¶o vÖ b»ng ATM: I I k k I kddt ; k k I kdnh 1 2 cp 4,5 1 2 cp 1,5 Ikddt - dßng ®iÖn khëi ®éng ®iÖn tõ cña ATM (dßng chØnh ®Þnh c¾t ng¾n m¹ch) Ikdnh - dßng ®iÖn khëi ®éng nhiÖt cña ATM (dßng chØnh ®Þnh c¾t qu¸ t¶i cña r¬ le nhiÖt) 5/23/2021 23
  24. 3. Chän tiÕt diÖn d©y dÉn theo dßng ph¸t nãng cho phÐp * Theo ®iÒu kiÖn æn ®Þnh nhiÖt dßng ng¾n m¹ch: Fch .I tqd Trong ®ã: -hÖ sè phô thuéc vËt liÖu lµm dd, cu = 6; Al = 11 tq® = tN = (0,5-1)s * Theo ®iÒu kiÖn tæn thÊt ®iÖn ¸p: Umax Ucp = 5%U®m 5/23/2021 24
  25. 7.6. CHỌN TIẾT DIỆN THANH DẪN (THANH CÁI) TT Các đại lượng chọn và kiểm tra Công thức chọn và kiểm tra 1 Dòng điện phát nóng lâu dài cho phép, Icp (A) k1k2Icp Ilv.max 2 2 Khả năng ổn định động, cp (kG/cm ) cp tt 3 Khả năng ổn định nhiệt, F (mm2) F I tqd Trong đó: k1 – hệ số hiệu chỉnh, phụ thuộc vào việc đặt thanh dẫn. + Đặt đứng: k1 = 1; + Đặt nằm ngang:k1 = 0,95. k2 – Hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ môi trường (tra trong sổ tay KTĐ khi nhiệt độ môi trường khác với nhiệt độ TC). - hệ số phụ thuộc vật liệu làm thanh dẫn: Cu = 6; Al = 11. cp - ứng suất cho phép của vật liệu làm thanh dẫn 2 2 2 (cp.Cu= 1400 kG/cm ; cp Al= 700 kG/cm ; cp Fe= 1600 kG/cm ). 5/23/2021 25
  26. 7.6. CHỌN TIẾT DIỆN THANH DẪN (THANH CÁI) 2 tt - ứng suất tính toán (kG/cm ): suất hiện khi có lực điện động của dòng NM: M  = , kG/ cm 2 , M - mô men uốn tính toán, tt ¦W + Khi thanh dẫn có từ 3 nhịp trở lên: F .l A M = tt , kGcm 10 a B + Khi thanh dẫn có 2 nhịp: a F .l C M = tt , kGcm 8 l l F =1,76.10−2. i 2 , kG tt a xk Hệ thanh dẫn 3 pha ixk- dòng điện ngắn mạch xung kích 3 pha, kA l - khoảng cách giữa các sứ trong một pha (chiều dài một nhịp thanh cái), cm; a - khoảng cách giữa các pha, cm; W - mô men chống uốn của TC, cm3 tính được dựa vào hình dáng thanh góp: 5/23/2021 26
  27. W - mô men chống uốn của thanh dẫn, cm3 tính được dựa vào hình dáng thanh góp: Thanh chữ nhật Thanh chữ nhật rỗng Thanh tròn Thanh tròn rỗng Đặt đứng Đặt ngang b h h b h H D d D hb2 bh2 H 4 − h4 D3 (D4 − d 4 ) W = W = W = W = W = 6 6 6H 32 32D 5/23/2021 27
  28. 7.7. CHỌN SỨ ĐỠ THANH DẪN TT Các đại lượng chọn và kiểm tra Công thức chọn và kiểm tra 1 Điện áp định mức, Uđm.S (kV) Uđm.S Uđm.m 2 Dòng điện định mức, Iđm.S (A) Iđm.S Ilv.max 3 Lực cho phép tác động lên đầu sứ, Fcp (kG), Fcp kFtt 2 4 Dòng ổn định nhiệt cho phép, Inh.đm (mm ) Inh.đm I Fcp - Lực cho phép tác động lên đầu sứ, (kG): (Fcp = 0,6Fph, Fph-lực phá hỏng sứ, nhà chế tạo cho) H ' k – hệ số hiệu chỉnh: k = H H’ H - chiều cao sứ; H H’ - chiều cao từ chân sứ đến tâm tiết diện thanh dẫn l F =1,76.10−2. i 2 , kG tt a xk Thanh dẫn đặt trên sứ 5/23/2021 28
  29. Chương 8. BẢO VỆ RƠLE VÀ TĐH HTCCĐ 8.1. KHÁI NIỆM, MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA 1. Khái niệm Rơle là phần tử chính trong hệ thống thiết bị bảo vệ. Thuật ngữ rơle được phiên âm từ tiếng nước ngoài: RELAIS-Pháp, RELAY-Anh, PEE-Nga với nghĩa ban đầu là phần tử làm nhiệm vụ tự động đóng cắt mạch điện. Ngày nay khái niệm rơle thường dùng để chỉ một tổ hợp thiết bị thực hiện một hoặc một nhóm chức năng bảo vệ và tự động hoá hệ thống điện gọi là BVRL 2. Mục đích, ý nghĩa - Về mặt kỹ thuật: BVRL là thiết bị bảo vệ có nhiệm vụ phát hiện và cách ly các phần tử bị sự cố hoặc hoạt động bất thường ra khỏi HT. - Về mặt kinh tế: BVRL là thiết bị tự động hoá được dùng trong HTĐ với mục đích phòng ngừa, ngăn chặn các thiệt hại kinh tế có thể xảy ra cho chủ đầu tư khi xảy ra sự cố. 5/23/2021 29
  30. 8.2. CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI BVRL Để thực hiện được các chức năng và nhiệm vụ quan trọng kể trên, thiết bị bảo vệ rơle phải thoả mãn được các yêu cầu cơ bản: tin cậy, chọn lọc, tác động nhanh và kinh tế. 1. Tin cậy (Reliability): Là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ rơle làm việc đúng, chắc chắn khi xảy ra sự cố trong phạm vi đã được xác định. 2. Chọn lọc (selectivity): là khả năng của bảo vệ rơle có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống. 3. Tác động nhanh: Bảo vệ rơle cần phải cách ly phần tử bị sự cố càng nhanh càng tốt. Tuy nhiên cần kết hợp với yêu cầu chọn lọc. 4. Độ nhạy (sensitivity): Phản ánh khả năng phản ứng của bảo vệ với mọi mức độ sự cố. Độ nhạy được biểu thị bằng tỷ số đại lượng tác động tối thiểu với đại lượng đặt. Ví dụ: đối với BV quá dòng: INmin k nh = IKÐ Quy định cụ thể với các loại bảo vệ: - Bảo vệ chính: knh = 1,52 - Bảo vệ dự phòng: knh= 1,21,5. 5/23/2021 30
  31. 8.2. CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI BVRL 5. Kinh tế: - Đối với mạng cao áp và siêu cao áp (U 110 kV): Chi phí để mua sắm và lắp đặt thiết bị bảo vệ thường chỉ chiếm một vài phần trăm giá trị công trình, mặt khác yêu cầu phải được bảo vệ rất chắc chắn, vì vậy giá cả thiết bị bảo vệ không phải là yếu tố quyết định trong lựa chọn chủng loại hoặc nhà phân phối thiết bị mà 4 yêu cầu kỹ thuật kể trên đóng vai trò quyết định. - Đối với mạng trung áp và hạ áp (U < 110 kV): Vì số lượng các phần tử được bảo vệ rất lớn, mặt khác các yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ không cao bằng ở mạng cao áp và siêu cao áp cho nên khi lựa chọn thiết bị bảo vệ cần chú ý đảm bảo được các yêu cầu về kỹ thuật với chi phí thấp nhất. 5/23/2021 31
  32. 3.3. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA HTBVRL Thanh góp MC BI Mạch điện cần bảo vệ BI - Máy biến dòng điện MC BU - Máy biến điện áp F CCh - Cầu chì CC N K - Khoá điều khiển - + N - Nguồn điện thao tác MC - Máy cắt điện K MCF -Tiếp điểm phụ của máy cắt điện Rơle Tải ba BU CCh Tín hiệu cắt 5/23/2021 32
  33. 8.3. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA HTBVRL 1. BI/TI - Cấu tạo: Là MBA làm việc ở chế độ NM I - Tỷ số biến đổi n (hoặc k ): n = 1 I I I I - Chức năng: 2 Dùng biến đổi dòng lớn xuống dòng nhỏ 5A hoặc 1A cấp cho TBBV và đo lường IA IB IC RƠLE - Ký hiệu: IR 5/23/2021 33
  34. 8.3. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA HTBVRL 2. BU/TU - Cấu tạo: Là MBA làm việc ở chế độ hở mạch U - Tỷ số biến đổi n (hoặc k ): 1 U U n U = - Chức năng: U2 Dùng biến đổi áp lớn xuống áp nhỏ cấp cho TBBVRL và đo lường - Ký hiệu: 5/23/2021 34
  35. 8.3. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA HTBVRL 3. Nguồn thao tác N a. Khái niệm: Tất cả các mạch của sơ đồ điều khiển máy cắt, bảo vệ rơle, đo lường, tín hiệu được gọi là sơ đồ nhị thứ. Nguồn điện cung cấp cho việc thao tác các phần tử trong sơ đồ này gọi là nguồn thao tác. N nguồn điện thao tác riêng độc lập với phần tử được bảo vệ. b. Phân loại nguồn điện thao tác: Nguồn thao tác có thể là nguồn một chiều hoặc xoay chiều. • Có thể Dùng Ắc quy (DC). Nếu cần nguồn AC (Nghịch lưu). • Có thể dùng năng lượng tích sẵn trên tụ điện (thường được nạp điện DC). • Có thể lấy từ BI và BU sau chỉnh lưu thành nguồn DC. Để tăng độ tin cậy của nguồn thao tác, người ta thường dùng kết hợp dự các nguồn kể trên. 5/23/2021 35
  36. 8.3. CẤU TRÚC CƠ BẢN CỦA HTBVRL 4. Rơle Rơle là phần tử chính trong hệ thống thiết bị bảo vệ. Phần tử Rơle nhận một (X) hoặc 1 số đầu vào (X1, X2, Xn) tương tự, biến đổi và so sánh tín hiệu này với ngưỡng tác động để cho tín hiệu ra Y dưới dạng các xung rời rạc với 2 trạng thái đối lập: 1 (có xung) và 0 (không có xung): X1 X Y Y ~ RL ~ RL Xn • Rơle chia thành 3 nhón chính: RL Điện từ Tĩnh KT số 5/23/2021 36
  37. 4. Rơle a. Rơle điện từ (electromagnetic relay): Nguyên lý làm việc dựa trên nguyên lý điện từ (có các tiêp điểm đóng mở cơ khí). - Ưu điểm: Dễ chế tạo, rẻ tiền - Nhược điểm: Tiêu thụ công suất lớn, quán tính cao đôi khi tác động không chuẩn xác, khó mở rộng ghép nối với máy tính. b. Rơle tĩnh (static relay): Là rơle bán dẫn không có phần động. Rơle tĩnh gồm các khối chính sau: BI Tín Xử lý Cơ cấu Tiền Bộ hiệu Thông Chấp BU xử lý lọc vào tin hành - Ưu: Không có tiếp điểm → quán tính nhỏ và làm việc êm dịu. So với RL điện từ, tiêu tốn ít năng lượng, kích thước nhỏ gọn hơn - Nhược: Bị ảnh hưởng nhiều bởi môi trường xung quanh, đòi hỏi chất lượng nguồn thao tác cao, đòi hỏi sự bảo quản và chăm sóc chu đáo. 5/23/2021 37
  38. 4. Rơle c. Rơle KT số (digital relay): Máy tính, thiết bị tự động Tín hiệu A Lọc tín nhị phân hiệu vào Giao diện Bàn phím B Tín hiệu I đầu vào C O Rơle Khuếch cảnh báo đại Cổng vào - ra Rơle Imax=100Ikđ 1 sec Chuyển đổi Cắt tương tự -số A Umax=140V B Lâu dài U Điốt phát C ~ 01 Bộ nhớ A Bộ xử RAM quang (LED) O D lý EEPROM Tương tự Tương tự Số Xung điều khiển 100 V, 110 V; 10V đầu ra - vào 1 A, 5 A 5/23/2021 38
  39. * Cấu trúc và nguyên lý của RL số Gồm các khối chính sau: • Khối đo lường (tín hiệu vào): có nhiệm vụ đo lường các trị số của đại lượng tương tự là dòng và áp (nhận được từ phía thứ cấp của của máy biến dòng điện và máy biến điện áp) làm biến đầu vào của rơle. • Khối lọc tín hiệu, lấy mẫu và chuyển đổi A/D: Sau khi tín hiệu qua các bộ lọc tương tự, bộ lấy mẫu (chặt hoặc băm đại lượng tương tự theo một chu kỳ nào đó), các tín hiệu này sẽ được chuyển thành các tín hiệu số và so sánh với đại lượng chuẩn. • Khối xử lý (dùng bộ vi xử lý): Sau khi so sánh với đại lượng chuẩn, bộ VXL sẽ cho tín hiệu đóng hoặc mở các tiếp điểm RL và điều khiển máy cắt (có thể lưu trữ, kết nối với máy tính, ) • Khối đầu ra (tín hiệu ra): gồm các rơle và mạch điều khiển đóng cắt MC 5/23/2021 39
  40. * Cấu trúc và nguyên lý của RL số BI BU Mạch đo lường A Bộ chuyển đổi tương tự /số D Bộ xử lý Bộ vi xử lý Rơle Mạch rơle Mạch điều khiển máy cắt Máy cắt điện Sơ đồ tự kiểm tra các khối chức năng 5/23/2021 trong rơle số 40
  41. * Ưu điểm của RL KT số • Chức năng hoạt động của rơle số được mở rộng rất nhiều so với các thế hệ rơle trước đây, dễ dàng mở rộng khả năng đo lường, biến dổi tín hiệu, so sánh và tổ hợp lôgíc trong cấu trúc của rơle. Có thể kết hợp nhiều nguyên lý phát hiện sự cố và bảo vệ trong một hệ thống rơle. • Ngoài chức năng bảo vệ và cảnh báo, rơle số hiện đại còn có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ quan trọng khác như: ghép nối các thông số vận hành và sự cố; xác định vị trí sự cố; thực hiện liên động với thiết bị bảo vệ và tự động của các phần tử lân cận; đóng trở lại máy cắt; • Dễ dàng ghép nối với nhau và với các thiết bị bảo vệ, tự động, thông tin và đo lường khác trong hệ thống; dễ ghép nối với hệ thống máy tính. • Thông số của bảo vệ có thể chỉnh định đơn giản với độ chính xác cao và dễ dàng thực hiện việc chỉnh định thông số từ xa hoặc chỉnh định tự động theo nguyên lý thích nghi. • Công suất tiêu thụ nhỏ, kích thước gọn nhẹ. • Giá thành tương đối tính theo tương quan giữa chi phí và chức năng của hệ thống bảo vệ kỹ thuật số rẻ hơn các hệ thống rơle điện cơ thông thường. 5/23/2021 41
  42. * Ký hiệu các phần tử và chức năng bảo vệ theo ASNI Ký hiệu Loại thiết và chức năng Bằng số Bằng chữ Rơle thời gian (đóng hoặc mở chậm) 2 t Công tác tơ chính 4 KM Rơle khoảng cách (tổng trở) 21 Z > Rơle quá dòng có thời gian (AC) 51 I> 5/23/2021 42
  43. * Ký hiệu các phần tử và chức năng bảo vệ theo ASNI Loại thiết và chức năng Ký hiệu Bằng số Bằng chữ Rơle bảo vệ quá dòng chạm đất có thời gian 51G Rơle bảo vệ quá dòng tổng 3 pha có thời gian 51N I0> (quá dòng thứ tự không) Máy cắt điện (AC) 52 MC Rơle hệ số công suất 55 cosφ Rơle bảo vệ quá áp 59 U> Rơle bảo vệ chống chạm đất 64 Chức năng tự động đóng trở lại 79 TĐL Rơle tần số 81 f Rơle bảo vệ so lệch 87 SL (ΔI) Rơle bảo vệ so lệch cắt nhanh 50/87 Chức năng tự động điều chỉnh điện áp 90 Rơle cắt 94 5/23/2021 43
  44. 8.5. SƠ ĐỒ NỐI BI VỚI RL - Sơ đồ sao đủ: RI RI RI IA IB IC IR ksd = = 1 I2 BI - Sơ đồ sao khuyết: RI RI IA IB IC IR ksd = = 1 I2 BI IR - Sơ đồ hiệu 2 dòng pha: (3) k sd = = 3 + N : I RI 2 IA IB IC I (2) R + N (A và C): k sd = = 2 I2 BI I + N(2) (A và B): R ksd = = 1 I2 5/23/2021 44
  45. 8.6. BẢO VỆ QUÁ DÒNG (overcurrent protection) 1. Nguyên lý tác động BVQD là bảo vệ tác động khi giá trị dòng điện chạy qua bảo vệ IBV vượt quá ngưỡng nào đó IKĐ: IBV ≥ IKĐ Như vậy để đảm bảo tính chọn lọc, dòng IKĐ của bảo vệ có thể thực hiện theo 2 cách (Xét ví dụ mạch hình tia như hình vẽ): 3’ 2’ 1’ 3 2 IN 1 ~ N A B C - BV đặt càng xa nguồn có thời gian tác động càng lớn → BVQD có thời gian - BV đặt càng xa nguồn có IKĐ càng nhỏ → BVQD cắt nhanh 5/23/2021 45
  46. 8.6. BẢO VỆ QUÁ DÒNG tiếp) 2. BVQD có thời gian I> (51) Là loại BVQD đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chỉnh định thời gian tác động a. Dòng khởi động IKĐ (pick-up current): • IKĐR được xác định như sau: Kat .K sd.K m IKÐR = .I lvmax n IK v • IKĐ được chọn theo các điều kiện sau: IKÐR.n I Kat .K m IKÐ = = .I lvmax INmin Trong đó: ksd K v - Kat: hệ số an toàn, tính đến khả năng tác động thiếu chính xác của BV. Thường lấy: Kat 1,1 đối với rơle tĩnh và rơle số Kat 1,2 đối với rơle điện cơ - Km= 2-4: hệ số mở máy của các phụ tải ĐC có dòng điện chạy qua chỗ đặt BV ITV - KTV = : hệ số trở về (với ITV = Kat.Km.Ilvmax), IKÐ KTV 1 với RL tĩnh và RL số KTV = 0,85  0,9 đối với RL điện cơ. - Ilvmax: dòng điện làm việc lớn nhất có thể chạy qua bảo vệ 5/23/2021 46
  47. 2. BVQD có thời gian I> (51) → Đồ thị đặc trưng chọn dòng khởi động của BV quá dòng có thời gian: I I N IKÐR.n I Kat .K m IKÐ = = .I lvmax INmin ksd K v IKĐ ITV Immmax t1-thời điểm ngắn mạch Imm Ilvmax t2-thời điểm MC cắt Ilv Ilv 0 t1 t2 t Thời gian dòng ngắn mạch đi qua bảo vệ b. Độ nhạy (sensitivity): INmin Được đánh giá bởi knh: k nh = IKÐ Quy định: - Bảo vệ chính: knh = 1,52 - Bảo vệ dự phòng: knh= 1,21,5. 5/23/2021 47
  48. 2. BVQD có thời gian I> (51) c. Đặc tính thời gian: t t t t = const 0 0 IKĐ I IKĐ I Đặc tính độc lập Đặc tính phụ thuộc 5/23/2021 48
  49. c. Đặc tính thời gian của BV 51: Thường t = 0,25  0,6 sec A B C D HT pt a) ~ 1 2 3 4 t t1 b) t t2 t t3 t t4 = tpt 0 L (km) t c) t t t 1 t 2 t 3 t t4 = t 0 pt L (km) Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng trong mạng điện hình tia 5/23/2021 49 (a), cho đặc tuyến độc lập (b) và đặc tuyến phụ thuộc (c)
  50. c. Đặc tính thời gian của BV 51: t = tMC (n-1) + st.t(n-1) + tqt + tdt tMC (n-1): thời gian tác động của MC ở BV trước đó Loại MC Dầu Không khí Chân không SF6 tMC, s 0,08  0,12 0,1  0,2 0,06  0,08 0,04  0,05 st: tổng giá trị sai số về thời giancủa BV trước đó và bản thân BV đang xét; (RL điện từ st = 0,1s; RL số 0,03  0,05s) t(n-1): thời gian tác động của bảo vệ trước đó tqt: sai số do quán tính, thường tqt = 0,03  0,1s tdt: thời gian dự trữ, tdt = 0,06  0,2s Vì vậy, trong chỉnh định RL thường lấy: t = 0,25  0,6 sec 5/23/2021 50
  51. d. Ưu nhược điểm và phạm vi áp dụng của BV51 • Ưu điểm: Chế tạo, lắp đạt và thực hiện BV đơn giản, giá thành rẻ • Nhược: Thực hiện đảm bảo tính chọn lọc theo nguyên tắc chọn thời gian tăng dần từng cấp t (cấp chọn lọc về thời gian), càng phía gần nguồn tời gian tác động càng lớn do đó khó đảm bảo được tính tác động nhanh. • Phạm vi áp dụng: Dùng làm BV chính trong các mạng điện có một nguồn cấp đến 35kV (mạng cung cấp). Đối với mạng điện áp cao hơn chỉ được dùng làm BV dự phòng. 5/23/2021 51
  52. 3. BVQD cắt nhanh I>> (50) Là loại BVQD đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn dòng khởi động lớn hơn dòng ngắn mạch lớn nhất qua chỗ đặt bảo vệ khi hư hỏng ở ngoài phần tử được bảo vệ. a. Dòng khởi động IKĐ (pick-up current): Kat .K sd IKĐ được xác định như sau: IKĐ = Kat.INng max I = .I KÐR n Nngmax l I A B ~ N I 1 2 IKĐ INng max l LCN2 Vùng chết LCN1 5/23/2021 52
  53. 3. BVQD cắt nhanh I>> (50) I b. Độ nhạy (sensitivity): Nmin knh = 2 I KÐ c. Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của BV50 • Ưu điểm: Chế tạo, lắp đạt và thực hiện BV đơn giản, giá thành rẻ làm việc tức thời (hoặc trễ rất nhỏ cỡ 0,1s) • Nhược: Không bảo vệ được toàn bộ đối tượng, khi NM ở cuối phần tử, BVCN không tác động. Hơn nữa vùng BVCN LCNcó thể thay đổi nhiều khi NM hệ thống thay đổi • Phạm vi áp dụng: Dùng để BV các mạng điện có một nguồn cấp đến 35kV (mạng cung cấp). Không đảm bảo được tính chọn lọc trong lưới điện phức tạp, có nhiều nguồn cấp. 5/23/2021 53
  54. Bài tập ví dụ Ví dụ 1: Tính toán BVQD có thời gian cho đường dây 22kV? Biết Ilvmax = 357A; Km = 1,6; Kat = 1,2; dòng NM cuối đường dây IN = 1,32kA 1 IN 2 Bài giải ~ N - Căn cứ vào dòng điện Ilvmax = 357A, ta A B chọn BI có I1 = 400A còn I2 = 5A I1 400 Suy ra : n I = = = 80 I2 5 - Giả thiết BI được đấu với RL theo hình sao khuyết, nên ksđ = 1. Dùng RL số, nên chọn Kv = 1 Do đó: Kat .K sd.K m 1,2.1.1,6 IKÐR = .Ilvmax = .357 =8,57A n IK v 80.1 Chọn RLQD 51 có dòng 9A. Vậy cần chỉnh định dòng KĐ của BV: IKÐR.n I 9.80 IKÐ = = = 720A ksd 1 INmin 1,32 5/23/2021- KT Độ nhạy: k nh = = =1,83 k nhyc =1,5 54 IKÐ 0,72
  55. Ví dụ 2: Tính toán BVQD có thời gian cho mạng điện 10kV trong 2 TH: a. Dùng RL số với đặc tính thời gian độc lập; b. Dùng RL số với đặc tính thời gian phụ thuộc. 2’ 1’ I’2 I’1 I I 3 I3 2 2 1 1 ~ N N2 N4 3 N1 Biết: - Hệ số: Km = 1,6; Kat = 1,2; thời gian tác động của BV1 t1 = 0,4s - Dòng làm việc và dòng ngắn mạch trên các đoạn đường dây: Dòng điện làm việc, A Dòng điện NM, kA I1 I’1 I’2 IN1 IN2 IN3 IN4 83 76 167 0,758 1,4 1,89 6,47 - Giả thiết: tqt = tdt = tMC = 0,1s; st = 0,08s Bài giải • Xác định dòng điện chạy trên các đoạn dây: - Dòng qua BV1: Ilv1 = I1 = 83A; - Dòng qua BV2: Ilv2 = I1+I’1 = 83+76= 159A - Dòng qua BV3: I = I = I +I’ = 159+167 = 326A 5/23/2021 lv3 3 lv2 2 55
  56. Bài giải (tiếp) • Căn cứ dòng làm việc chạy trên các đoạn dây, chọn các BI đấu sao khuyết: BI1: n1I = 100/1; BI2: n2I = 200/1; BI3: n3I = 400/1; ksđ = 1 1. Tính toán cho BV1: Kat .K m 1,2.1,6 I .k 160.1 I = .I = .83 =160A KÐ1 sd KÐ1 lv1max IKÐR1 = = =1,6A K v 1 n1I 100 5/23/2021 56
  57. 8.7 BẢO VỆ SO LỆCH 87 (Differential protection) 1. Khái quát chung Để bảo vệ các phần tử quan trọng trong hệ thống điện, cần đảm bảo yêu cầu cắt nhanh. Bảo vệ quá dòng cắt nhanh có thể đảm bảo được yêu cầu này, nhưng lại chỉ có thể bảo vệ được những vùng nhất định trong phạm vi được phân công bảo vệ do dòng điện NM có những giá trị khác nhau (Loại NM và vị trí NM). BVSL có thể khác phục được các điều kể trên: đảm bảo tác động trong vùng được phân công bảo vệ và không tác động khi có NM ngoài vùng. Theo nguyên lý làm việc, BVSL được chia thành 2 loại: BV so lệch dọc và so lệch ngang. Bảo vệ so lệch dọc chủ yếu dùng để bảo vệ các máy điện như: MBA; MPĐ và động cơ điện. Ngoài ra cũng được dùng để bảo vệ các đường dây có chiều dài ngắn và thanh cái. Bảo vệ so lệch ngang dùng bảo vệ các đường dây và các cuộn dây trong máy điện song song 5/23/2021 57
  58. 2. Nguyên lý tác động a. Bảo vệ so lệch dọc Bảo vệ so lệch dọc là loại bảo vệ làm việc dựa trên nguyên tắc so sánh trực tiếp dòng điện (kể cả góc pha của dòng điện) ở hai đầu của phần tử được bảo vệ. Nếu sự so sánh này sai khác trị số định trước thì bảo vệ sẽ tác động cắt phần tử được phân công bảo vệ ra khỏi mạng điện. Vùng bảo vệ IS1 IS2 N’ ~ ~ MC1 N MC2 A B BI1 BI2 I T1 IT2 87 I 5/23/2021 58
  59. 2. Nguyên lý tác động b. Bảo vệ so lệch ngang BVSL ngang dựa vào việc so sánh dòng điện của 2 hay nhiều nhánh song song. Nếu sự sai khác vượt quá một giá trị định trước BV sẽ tác động cắt phần tử bị sự cố ra khỏi mạng. ∆I N1 HT N2 5/23/2021 59
  60. 3. Tính toán bảo vệ so lệch a. Dòng khởi động IKĐ: Để đảm bảo cho bảo vệ so lệch làm việc đúng khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ đã xác định, dòng khởi động của rơle cần phải chỉnh định trách khỏi trị số tính toán của dòng không cân bằng tính toán lớn nhất tương ứng với dòng ngắn mạch ngoài cực đại Ikcbttmax: IKĐ = ∆IKĐ = Kat.Ikcbttmax Trong đó: Ikcbttmax= fimax.Kđn.Kkck.INng max Với: fimax - sai số lớn nhất cho phép của BI, fimax= 10% Kđn - hệ số đồng nhất của các BI, thường Kđn= 0  1 Kđn = 0 khi các BI hoàn toàn giống nhau và dòng điện qua cuộn sơ cấp của chúng bằng nhau; Kđn = 1 khi các BI khác nhau nhiều nhất. Kkck- hệ số kể đến thành phần không chu kỳ của dòng điện ngắn mạch: Kkck = 1 đối với các BI có bão hoà từ nhanh; Kkck = 2 đối với các BI khác. INng max- thành phần chu kỳ của dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất. • Chú ý: Riêng đối với MBA: Ngoài những yếu tố kể trên, Ikcb còn phụ thuộc vào sai số do điều chỉnh điện áp s∆U (thường s∆U = 10%) và sai số do sự chênh lệch 5/23/2021 60
  61. 3. Tính toán bảo vệ so lệch giữa dòng thứ cấp ở hai phía MBA s2i. Để giảm bớt sự chênh lệch về pha của hai dòng điện này, sơ đồ nối các BI phải chọn đối ngược với các tổ đấu dây của MBA. Ví dụ: MBA có tổ đấu dây Y-∆, thì sơ đồ nối các BI phải chọn là ∆-Y. Do vậy dòng KCB được xác định như sau: Ikcbttmax = (Kkck.Kđn.fimax + s∆U + s2i)INng max Trong đó: s2i là sai số tương đối do sự chênh lệch các dòng điện thứ cấp của các BI. Xác định như sau: I 2I − I 2II s 2i = I 2I b. Độ nhạy yêu cầu: I N min K nh = 2 I K Ð INmin- dòng NM nhỏ nhất khi có ngắn mạch trực tiếp trong vùng bảo vệ 5/23/2021 61
  62. 8.8. BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH (21) 1. Nguyên lý tác động và phạm vi áp dụng • Bảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ tác động dựa vào việc đo tổng trở trong phạm vi bảo vệ, nếu thấy tổng trở đo được nhỏ hơn hoặc bằng với tổng trở định trước nó sẽ tác động cắt phần tử hư hỏng ra khỏi mạng điện. Vì thế bảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ dùng rơle tổng trở. ZS ≤ ZKĐ → BV sẽ tác động • Bảo vệ khoảng cách thường được dùng để bảo vệ lưới điện phức tạp nhiều nguồn cấp với hình dạng bất kỳ. Đặc biệt dùng tốt cho các đường dây tải điện. 5/23/2021 62
  63. 2. Tính toán bảo vệ khoảng cách a. Đối với BVKC làm việc không thời gian: ZKĐ = K.ZD = (0,80,85).ZD K - hệ số kể đến ảnh hưởng của Rhq tại chỗ NM; sai số của BI, BU và các sai số ảnh hưởng khác, (lấy K= 0,80,85). ZD - tổng trở đường dây được bảo vệ Ví dụ: ZAB= RAB + jXAB N BI ~ 52 52 A B 21 Rhq BU N’ ZAN = RAN + jXAN ZAN’ = (RAN + Rhq) + jXAN 5/23/2021 63
  64. 2. Tính toán bảo vệ khoảng cách b. Đối với BVKC làm việc có thời gian: BVKC dùng để bảo vệ đường dây tải điện thường có nhiều vùng tác động và do đó để đảm bảo độ tin cậy và tính chọn lọc BVKC cũng có nhiều cấp thời gian bảo vệ khác nhau. Đặc tính thời gian của bảo vệ khoảng cách thường có dạng độc lập (dạng bậc thang) và việc chọn thời gian làm việc cho các bảo vệ ngược với đặc tính thời gian của BV 51. Độ chênh lệch về thời gian làm việc giữa các vùng (cấp) bảo vệ liền kề nhau ∆t = 0,3 0,5s. Vậy: Với BV1 có ZKĐ1 và thời gian làm việc t1 Với BV2 có ZKĐ2 và thời gian làm việc t2 = t1 + ∆t Việc chọn các đại lượng này như sau 5/23/2021 64
  65. 2. Tính toán bảo vệ khoảng cách Ví dụ: Chọn ZKĐ và thời gian làm việc của 3 BV21 bảo vệ đường dây có sơ đồ như hình vẽ: A BV1 B BV2 C BV3 D ~ BI BI BI N N 21 1 21 2 21 BU tIII III A t B II II II t A t B t C I I I t A t B t C A B C D I I ZI =0,8Z Z A=0,8ZAB Z B=0,8ZBC C CD II I Z A=0,8(ZAB+Z B) III I Z A=0,8[ZAB+0,8(ZBC+Z C) ] 5/23/2021 65
  66. 3. Độ nhạy bảo vệ khoảng cách Z D k nh = I Z KÐ Với: ZD là tổng trở đường dây cần bảo vệ; I Z KĐ là tổng trở khởi động của BVKC. Quy định: knhyc ≥ 1,2 5/23/2021 66
  67. 4. Bài tập ví dụ Tính toán BVKC cho đường dây 110kV: A B C L = 45km L = 86km ~ 1 2 N Biết: - Tổng trở đơn vị: z0 = 0,37Ω/km; - Dòng điện làm việc chạy trên đường dây: Ilv = 450A; - Thời gian: tác động của BVA là 0,03s và ∆t = 0,5s - Các hệ số: kat = 1,2; kmm = 1,65 Bài giải: 1. Chọn các BI và BU: Căn cứ vào dòng điện làm việc và điện áp của mạng, ta chọn được các BI và BU có tỷ số biến đổi như sau: 3 nI = 600/5 = 120; nU = 110.10 /100 = 1100 2. Xác định tổng trở của các đoạn dây: ZAB = z0L1 = 0,38.45 = 16,65Ω; ZBC = z0L2 = 0,38.86 = 31,82Ω; 5/23/2021 67
  68. 4. Bài tập ví dụ (tiếp) 3. Xác định tổng trở khởi động của các BV: I • BVA: - Vùng 1: Z A = K.ZAB = 0,8.16,65 = 13,32Ω - Vùng 2: II I Z A= 0,8(ZAB+Z B) = 0,8(ZAB+0,8ZBC) = 0,8(16,65+0,8.31,82) = 33,68 Ω I • BVB: Z B = K.ZBC = 0,8.31,82 = 25,46Ω 4. Thời gian tác động của các BV: I II I t A = 0,03s; t A = t A + ∆t = 0,53s; I t B = 0,03s 5. Kiểm tra độ nhạy của các BV: ZAB 16,65 knh1 = I = =1,25 1,2 Z KÐA 13,32 ZBC 31,82 k nh2 = I = =1,25 1,2 Z KÐB 25,46 5/23/2021 68
  69. 1. Sơ đồ BV đường dây và thanh cái a. BV đường dây: • Thermal overload Protection against overheating due to overload currents in conductors under steady state conditions is provided by the thermal overload protection function (ANSI 49RMS), which estimates temperature buildup according to the current measurement. • Phase-to-phase short circuits - Phase overcurrent protection (ANSI 51) may be used to clear the fault, the time delay being set to provide discrimination. A distant 2-phase fault creates a low level of overcurrent and an unbalance; a negative sequence / unbalance protection function (ANSI 46) is used to complete the basic protection function (fig. 1). 5/23/2021 69
  70. a. BV đường dây: - To reduce fault clearance time, a percentage- based differential protection function (ANSI 87L) may be used. It is activated when the differential current is equal to more than a certain percentage of the through current. There is a relay at either end of the link and information is exchanged by the relays via a pilot (fig. 2). • Phase-to-earth short circuits Time-delayed overcurrent protection (ANSI 51N) may be used to clear faults with a high degree of accuracy (fig. 1). For long feeders though, with high capacitive current, the directional earth fault protection function (ANSI 67N) allows the current threshold to be set lower than the capacitive current in the cable as long as system earthing is via a resistive neutral. 5/23/2021 70
  71. a. BV đường dây: 5/23/2021 71
  72. b. BV thanh cái: • Phase-to-phase and phase-to-earth faults - Overcurrent protection The use of time-based discrimination with the overcurrent (ANSI 51) and earth fault (ANSI 51N) protection functions may quickly result in excessive fault clearing time due to the number of levels of discrimination. In the example (fig.1), protection unit B trips in 0.4 s when there is a busbar fault at point 1; when a busbar fault occurs at point 2, protection unit A trips in 0.7s, since the discrimination interval is set to 0.3 s. The use of logic discrimination (fig. 2) with overcurrent protection provides a simple solution for busbar protection. A fault at point 3 is detected by protection unit B, which sends a blocking signal to protection unit A. Protection unit B trips after 0.4 s. However, a fault at point 4 is only detected by protection unit A, which trips after 0.1 s; with 5/23/2021backup protection provided if necessary in 0.7 s. 72
  73. - Differential protection Differential protection (ANSI 87B) is based on the vector sum of the current entering and leaving the busbars for each phase. When the busbars are fault-free, the sum is equal to zero, but when there is a fault on the busbars, the sum is not zero and the busbar supply circuit breakers are tripped. This type of protection is sensitive, fast and selective. + With percentage-based, low impedance differential protection, the difference is calculated directly in the relay. The threshold setting is proportional to the through current and CTs with different ratios may be used. However, the system becomes complicated when the number of inputs increases. + With high impedance differential protection (fig. 3), the difference is calculated in the cables, and a stabilization resistor is installed in the differential circuit. The CTs are sized to account for saturation according to a rule given by the protection relay manufacturer. The threshold setting is approximately 0.5 CT In and it is necessary5/23/2021 to use CTs with the same ratings. 73
  74. • Load shedding function The load shedding function is used when a shortage of available power in comparison to the load demand causes an abnormal drop in voltage and frequency: certain consumer loads are disconnected according to a preset scenario, called a load shedding plan, in order to recover the required power balance. Different load shedding criteria may be chosen: + undervoltage (ANSI 27), + underfrequency (ANSI 81L), + rate of change of frequency (ANSI 81R). • Breaker failure The breaker failure function (ANSI 50BF) provides backup when a faulty breaker fails to trip after it has been sent a trip order: the adjacent incoming circuit breakers are tripped. The example (fig. 1) shows that when a fault occurs at point 1 and the breaker that has been sent the trip order fails, the breaker failure protection function is faster than action by upstream protection time-based discrimination: 0.6 s instead of 0.7 s. 5/23/2021 74
  75. Examples of applications 5/23/2021 75
  76. Chương 9. BV QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN 9.1. SÉT VÀ QUÁ TRÌNH PHÓNG ĐIỆN SÉT 1. Sét: Là sự phóng điện tia lửa trong khí quyển giữa các đám mây tích điện trái dấu hoặc giữa các đám mây với đất. Khi bảo vệ chống sét cho người, các công trình và thiết bị trên mặt đất chúng ta cần quan tâm đến sự phóng điện giữa các đám mây và đất. 2. Sự hình thành sét: Sự hình thành sét gắn liền với sự hình thành các đám mây giông. Các đám mây giông tạo thành do các luồng khôngkhis nóng ẩm từ mặt đất bốc lên đi vào vùng nhiệt độ âm, hơi nước ngưng tụ thành các tinh thể băng. Các đám mây mang điện là do kết quả của các luồng không khí mãnh liệt tách rời nhau tạo ra các điện tích trái dấu và tập trung chúng trong các phần khác nhau của đám mây. Các kết quả quan trắc cho thấy, 80% phần dưới của mây có cực tính âm, còn ở phần trên của đám mây thường tích các điện tích dương. 5/23/2021 76
  77. 9.1. SÉT VÀ QUÁ TRÌNH PHÓNG ĐIỆN SÉT 3. Quá trình phóng điện của sét Phần dưới các đám mây giông được tích điện âm, do đó cảm ứng trên mặt đất những điện tích dương tương ứng và tạo nên một tụ điện không khí khổng lồ. Theo đà tích luỹ các điện tích âm của đám mây, cường độ điện trường của tụ mây-đất sẽ tăng dần lên và nếu tại chỗ nào đó cường độ điện trường đạt tới trị số tới hạn 25  30 KV/cm thì không khí sẽ bị ion hoá tạo thành dòng plasma và bắt đầu trở nên dẫn điện, mở đầu cho quá trình phóng điện của sét. Phóng điện sét có thể chia làm 3 giai đoạn chính: ➢ Phóng điện tiên đạo ➢ Phóng điện ngược (phóng điện chủ yếu) ➢ Kết thúc quá trình phóng điện Các giai đoạn phóng điện có thể hình dung qua dòng điện sét biến thiên theo thời gian như hình vẽ (trang bên). 5/23/2021 77
  78. 3. Quá trình phóng điện của sét is is is is t t t t GĐ phóng điện Hình thành KV ion hoá GĐ phóng điện ngược Kết thúc PĐ tiên đạo 100  mãnh liệt gần mặt đất v = 6.104  105 km/s 1000 km/s 5/23/2021 78
  79. 9.2. THAM SỐ CỦA PHÓNG ĐIỆN SÉT iS, KA Dòng điện sét được ghi lại bởi các máy hiện sóng cực nhanh có dạng IS đường hình vẽ. Hai tham số quan trọng nhất của IS/2 phóng điện sét là biên độ dòng điện sét IS và độ dốc đầu sóng a. đs t, s 1. Biên độ dòng điện sét s Kết quả đo lường cho thấy biên độ Dßng ®iÖn sÐt theo thời gian sét IS biến thiên trong phạm vi rộng từ vài kA đến hàng trăm kA và được phân bố theo quy luật IS IS − − I S 60 26,1 thực nghiệm: ➢ Vùng đồng bằng: v =10 = e Hay: lgvI = − I 60 ➢ Vùng trung du và miền núi: I − S I v =10 30 Hay: lgv = − S I I 30 IS: Biên độ dòng điện sét, kA v : Xác suất xuất hiện sét có biên độ ≥ I 5/23/2021 I S 79
  80. 9.2. THAM SỐ CỦA PHÓNG ĐIỆN SÉT 2. Độ dốc đầu sóng ❑ Trong trường hợp tổng quát, độ dốc đầu sóng a được định nghĩa là đạo hàm của dòng điện sét theo thời gian: di a = s (kA/ s) dt Khi tính toán, đầu sóng dòng điện sét thường được thay bằng đường thẳng xiên góc có độ dốc trung bình: I s atb = 50kA/ s  ds ❑ Xác suất xuất hiện dốc đầu sóng (xác định theo thực nghiệm): a a ➢ Cho vùng đồng bằng: − − a v =10 36 = e 15,7 Hay: lgv = − a a 36 a a ➢ Cho miền núi: − − a v =10 18 = e 7,82 Hay: lgv = − a a 18 5/23/2021 80
  81. 9.2. THAM SỐ CỦA PHÓNG ĐIỆN SÉT • Trong tính toán có khi cần phải đồng thời xét đến cả hai yếu tố: Biên độ dòng điện sét và độ dốc đầu sóng, ta dùng xác suất phối hợp: ➢ Đối với vùng đồng bằng: i a i a lgv(i ,a) = −( s + ) hay: lnv(i ,a) = −( s + ) s 60 36 s 26 15,7 ➢ Đối với vùng miền núi: i a lgv(i ,a) = −( s + ) s 30 18 5/23/2021 81
  82. 9.3. CƯỜNG ĐỘ HOẠT ĐỘNG CỦA SÉT Cường độ hoạt động của sét tại các vùng lãnh thổ (hoặc khí hậu) có thể được biểu thị thông qua 2 đại lượng nngs và mS. • Số ngày sét trong năm nngs Vùng lãnh thổ Nngs (ngày/năm) Vùng xích đạo 100  150 Vùng khí hậu nhiệt đới 60  100 Vùng khí hậu ôn đới 30  50 Vùng khí hậu hàn đới < 5 Theo đề tài KC.03.07 nước ta có: nngs = 100; nngsmax = 114 2 • Mật độ sét mS (là số lần có sét đánh trên 1km diện tích ứng với 1 ngày có sét). Thường mS = 0,1  0,15. Vậy số lần sét đánh trên diện tích 1km2 mặt đất trong 1 năm sẽ là: Nj =mS nngs = (0,1  0,15) nngs 5/23/2021 82
  83. 9.4. TÁC HẠI CỦA SÉT VÀ ND CƠ BẢN BẢO VỆ CS 1. Tác hại của sét • Khi sét đánh trực tiếp • Khi sét đánh gián tiếp 2. ND cơ bản bảo vệ chống sét • Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp • Bảo vệ chống sét lan truyền và cảm ứng 5/23/2021 83
  84. 9.5. B.VỆ CHỐNG SÉT ĐÁNH TRỰC TIẾP 1. Khái quát chung Để hạn chế thiệt hại về người và của do sét đánh trực tiếp có nhiều biện pháp ngày càng hoàn thiện nhưng đều dựa vào nguyên lý cổ điển do Franklin phát minh ra vào năm 1752, đó là: dùng vật thu sét (kim thu sét, dây thu sét, ) đặt cao hơn vật cần bảo vệ rồi nối với hệ thống nối đất có điện trở nhỏ bằng các dây (hoặc thanh) dẫn kim loại có tiết diện hợp lý để tản dòng điện sét. Mục đích dùng các vật đặt cao hơn công trình, thiết bị là để khi xuất hiện hiện mây giông, các vật thu này sẽ tập trung điện tích từ mặt đất, tạo nên một cường độ điện trường lớn giữa vật thu sét và mây sẽ định hướng phóng điện về phía mình để tạo nên một không gian an toàn cho công trình, thiết bị cần bảo vệ. 5/23/2021 84
  85. Như vậy, để BVCS đánh trực tiếp thì HTCS sẽ có 3 bộ phận: 1 2 1. Kim thu sét; 2. Dây dẫn (thanh dẫn); 3. Điện cực nối đất. 3 5/23/2021 85
  86. 1. Khái quát chung (tiếp) Cột thu sét thường dùng để bảo vệ các công trình, thiết bị, nhà xưởng chống sét đánh thẳng, ngoài ra người ta còn có thể dùng phối hợp với dây chống sét. Đối với các đường dây tải điện trên không dùng DCS. Để bảo vệ chống sét các đường dây tải điện, nên treo dây chống sét trên toàn bộ tuyến đường dây là tốt nhất trong việc bảo đảm vận hành an toàn và liên tục cung cấp điện nhưng làm như vậy rất tốn kém. Trong thực tế, tuỳ theo tầm quan trọng của đường dây mà người ta có thể bố trí dây chống sét trên toàn tuyến hay không: ➢ Thường các đường dây có điện áp 110 KV trở lên được bảo vệ trên toàn tuyến đồng thời được phối hợp với khe hở phóng điên, chống sét ống hoặc tăng số lượng bát sứ ở những nơi hay bị sét đánh, cột vượt cao và chỗ giao chéo với đường dây khác hay ở những đoạn nối với trạm. ➢ Các đường dây điện áp đến 35KV ít được bố trí bảo vệ trên toàn tuyến mà bảo vệ trên các đoạn hay bị sét đánh và đoạn 1  2 km trước khi nối với trạm biến áp. 5/23/2021 86
  87. 2. Phạm vi bảo vệ của cột thu sét (Franklin) a. Nguyên lý chung: Mô hình xác định phạm vi bảo vệ của cột TS: Điện cực (đầu tia tiên đạo) MFX Cột TS Tấm KL Đất Khoảng không gian gần cột thu sét mà vật được bảo vệ đặt trong đó, rất ít khả năng bị sét đánh gọi là vùng hay phạm vi bảo vệ của cột thu sét. 5/23/2021 87
  88. Trên cơ sở nghiên cứu các mô hình, người ta thấy rằng phạm vi bảo vệ của một cột thu sét được giới hạn bởi hình nón tròn xoay có đường sinh gãy khúc ở độ cao 2h/3 (hv). Bán kính bảo vệ của cột thu sét rx bảo vệ vật ở độ cao hx được xác định bởi công thức sau: 1,6.ha rx = P h h 2h/3 1+ x h r P = 1 khi h 30m Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sét 5,5 P = khi h 30m theo thực nghiệm h 5/23/2021 88
  89. b. Phạm vi bảo vệ của 1 cột thu sét 0,2h 2h ha − Khi hx h : 2 3 h 1 2h/3 hx hx rx = 1,5h 1− P 1,5h 0,75h 0,75h 1,5h 0,8h rx 2h − Khi h h : x 3 hx rx = 0,75h 1− P h Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét đã đơn giản hoá 5/23/2021 89
  90. c. Phạm vi bảo vệ của 2 cột thu sét Phạm vi bảo vệ của hai cột thu sét có kích thước lớn hơn nhiều so với tổng số PVBV của hai cột thu sét đơn nếu hai cột đặt cách nhau một khoảng a < 7h. ➢ PVBV của hai cột thu sét cao bằng nhau: 0 7h − a 2b = 4r a x x 14h − a R a 0,2h h h0= h-a/7 hx 1,5h 0,75h a r x rx bx 5/23/2021 PVBV của hai cột thu sét cao bằng nhau 90
  91. ➢ Hai cột thu sét có độ cao khác nhau: K 0,2h1 h2 h1 h0= h-a/7 1,5h 0,75h 1 1 a' 1,5h2 a r2x r r1x 1x r1x bx PVBV của hai cột thu sét không cao bằng nhau 5/23/2021 91
  92. d. Phạm vi bảo vệ của nhiều cột thu sét D 8ha D 8ha Phạm vi bảo vệ của 3 cột thu sét Phạm vi bảo vệ của 4 cột thu sét 5/23/2021 92
  93. 3. Phạm vi bảo vệ của dây thu sét 1. Phạm vi bảo vệ của 1 dây thu sét 0,2h 0,8.ha ha bx = P hx h 1+ 2h/3 h hx 2h 1,2h 0,6h 0,6h 1,2h − Khi h h : x 3 h x 2b bx = 1,2h 1− P x 0,8h 2h − Khi h h : x 3 h b = 0,6h 1− x P Phạm vi bảo vệ của một cột thu sét x h 5/23/2021 93
  94. 2. Phạm vi bảo vệ của 2 dây thu sét 0 R 0,2h h h0= h-a/4 hx 1,2h 0,6h 0,6h 1,2h a 5/23/2021 94
  95. Lưu ý: 1. Vì độ treo cao trung bình của dây dẫn thường lớn hơn 2/3 độ treo cao của dây thu sét (hx > 2h/3) nên có thể không cần đề cập tới phạm vi bảo vệ mà biểu thị bằng góc bảo vệ . Có thể tính toán được trị số của góc là 310 (tg = 0,6) 0 0 Thực tế đường dây sẽ được bảo vệ khi: 20 < gh < 30 . DTS a h = a/4 5/23/2021 95
  96. 2. Dây chống sét càng cao, phạm vi bảo vệ càng lớn. Tuy nhiên xác suất đánh vòng v qua dây chống sét lại cao. Theo kinh nghiệm vận hành, xác suất này được xác định như sau: h lgv = − 4 90 là góc bảo vệ; h là chiều cao dây thu sét 5/23/2021 96
  97. 9.6. MỘT SỐ ĐẦU THU SÉT THẾ HỆ MỚI Hiện nay, người ta cải tiến kim thu sét nhọn kiểu Franklin thành các loại chính sau: • Đầu thu phóng điện sớm • Đầu thu Laser • Đầu thu dùng chất phóng xạ (bị cấm sử dụng năm 95) 3.4.1. Đầu thu phóng điện sớm Xuất hiện vào khoảng những năm 60-70 của thế kỷ 20. Nguyên lý chung của loại này như sau: • Khi tia tiên đạo của đám mây giông xuất phát hướng về phía mặt đất thì đầu thu phóng điện sớm có điện tích cảm ứng và có một điện trường tích luỹ một năng lượng trong bộ phận ion hoá. 5/23/2021 97
  98. 1. Đầu thu phóng điện sớm Khi tia tiên đạo xuống gần, năng lượng trong bộ phận ion hoá tăng nhanh và đột ngột. Bộ phận ion hoá giải phóng năng lượng tạo ra nhiều ion và phát triển thành tia mở đường đi lên chủ động đón tia tiên đạo của đám mây giông. Nhờ đó PVBV được mở rộng. PVBV của đầu phóng điện sớm Cột PVBV cột TS TS 5/23/2021 98
  99. 1. Đầu thu phóng điện sớm Thuộc loại này có các đầu thu: Prevercton-2 1. Hệ thống thu sét trung tâm 2. Hệ thống các điện cực phía trên 3. Hộp bảo vệ bằng đồng và thiết bị tạo ion 4. Hệ thống các điện cực phía dưới Và một số loại đầu thu khác giới thiệu sau đây: 5/23/2021 99
  100. CÁC LOẠI ĐẦU THU SÉT DO INDELEC CHẾ TẠO prevec1 Prevec2 Prevec3.40 5/23/2021 100
  101. CÁC LOẠI ĐẦU THU SÉT DO INDELEC CHẾ TẠO prevects3.40 prevects2.25 prevec4.50 5/23/2021 101
  102. 1. Đầu thu phóng điện sớm rx = ha (2D − ha ) + L(2D + L) ha - chiều cao hiệu dụng của đầu thu sét D = 20, 45, 60m tuỳ theo cấp cấp BV (I, II hay III) L = V (m/s). T (s) = 106. T Với T là độ lợi về thời gian của từng loại đầu TS. Ví dụ: Loại S4.50 có T = 50; Loại TS2.25 có T = 25, 5/23/2021 102
  103. 2. Đầu thu Laser Loại đầu thu này do kỹ sư Leonard và Ball thiết kế, thử nghiệm vào những năm 70 thế kỷ 20. Khi có giông sét, đầu thu Laser có khả năng tạo ra một dòng ion để hướng tia tiên đạo từ đám may giông từ độ cao hàng nghìn mét đi xuống. Loại đầu này tuy có hiệu quả thu sét cao, nhưng giá thành cao và bộ phận laser dẽ bị hỏng khi sét đánh vào. Ngoài các cải tiến đầu thu để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp như đã nêu, hiện nay người ta còn sử dụng biện pháp khác là dùng dàn tiêu huỷ sét (dùng thiết bị chống sét bằng cách trung hoà ion): Khi xuất hiện mây giông đến gần, mũi nhọn của thiết bị trung hoà ion phóng lên đám mây để trung hoà điện tích của đám mây này, làm giảm cường độ điện trường của đám mây ngăn không cho đám mây giông hình thành tia tiên đạo phóng xuống công trình. Giá thành: Truyền thống X; Thu sét cải tiến 2X; Dàn tiêu huỷ 3X. 5/23/2021 103
  104. 9.7. CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI BVCS ĐÁNH TRỰC TIẾP 1. Công trình cần BVCS phải nằm trong PVBV của HT thu sét. 2. Hệ thống nối đất phải có điện trở tản nhỏ. 3. Dây dẫn (thanh dẫn) nối hệ thống thu sét với hệ thống nối đất phải có tiết diện đủ lớn thoả mãn điều kiện ổn định nhiệt khi có dòng sét chạy qua và nó cũng cần được bảo vệ chống an mòn. 4. Khoảng cách từ hệ thống thu sét đến các công trình cũng như khoảng cách trong đất của HT nối đất chống sét và nối đất an toàn phải đủ lớn để không gây phóng điện ngược. ➢ Có thể đặt đầu thu sét trên các kết cấu của các công trình cần bảo vệ và HTNĐ AT dùng chung với HTNĐCS khi thỏa mãn 2 điều kiện: - ĐTBV có cách điện xung cao - Vùng có điện trở suất và điện trở nối đất nhỏ (ρ<1000Ωm; R≤4Ω). ➢ Khi các điều kiện trên không thảo mãn, thì phải dùng cột CS đặt cách ly với đối tượng cần bảo vệ. - Khi sét đánh vào cột thu sét, điện thế tải điểm A trên thân cột (tương ứng với độ cao lớn nhất của vật cần bảo vệ) được tính theo: 5/23/2021 104
  105. CẤP BẢO VỆ THEO TC: 20TCN-46-84 Theo tiêu chuẩn 20 TCN-46-84 các công trình, nhà được phân thành 3 cấp. Khi thiết kế chống sét, tùy theo cấp của công trình mà áp dụng các phương thức bảo vệ tương ứng. - Công trình cấp I: là những công trình, nhà trong đó có tỏa ra các loại hơi, khí bụi cháy; đồng thời khi kết hợp với không khí có thể tạo thành hỗn hợp nổ trong chế độ vận hành bình thường. Đối với các công trình loại này, phải áp dụng phương thức bảo vệ toàn bộ, tức toàn bộ công trình phải nằm trong phạm vi bảo vệ của bộ phận thu sét; đồng thời phải đặt vật thu sét độc lập hay cách ly với công trình. - Công trình cấp II: là những công trình, nhà có tính chất như cấp I nhưng chỉ xảy ra nổ khi có sự cố hay làm sai quy trình. Các kho vật liệu dễ cháy, nổ thuộc công trình cấp II. Công trình thuộc cấp II, phải áp dụng phương thức bảo vệ toàn bộ và có thể dùng loại thu sét độc lập, cách ly hoặc đặt trực tiếp trên công trình. - Công trình cấp III: là các công trình, nhà còn lại. Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho các công trình thuộc loại này, yêu cầu: + ở những nơi tập trung đông người: cần phải được bảo vệ toàn bộ; + ở những nơi tập trung ít người: cho phép bảo vệ trọng điểm. Bảo vệ trọng điểm là đặt bộ phận thu sét ở những chỗ nhô cao, nhô ra của công trình như nóc nhà, diềm mái, chân mái, diềm hồi, ống khói, ống thông gió, đài nước, các cột cao trên mái. 5/23/2021 105
  106. 9.8. BẢO VỆ CHỐNG SÉT LAN TRUYỀN 1. Mở đầu • Để bảo vệ chống sét lan truyền, người ta dùng các thiết bị chống sét (lightning arrester) như: khe hở phóng điện, chống sét ống và chống sét van. • Các thiết bị chống sét được nối song song với thiết bị cần bảo vệ để đón sóng quá điện áp khí quyển truyền từ các đường dây vào thiết bị cần bảo vệ. Khi có sóng quá điện áp, các thiết bị chống sét sẽ phóng điện làm giảm biên độ quá điện áp đặt lên cách điện không gây hỏng cách điện và do đó sẽ an toàn cho thiết bị cần bảo vệ. 2. Các yêu cầu đối với thiết bị chống sét Để thực hiện được nhiệm vụ trên, các thiết bị chống sét phải đảm bảo một số yêu cầu sau: 5/23/2021 106
  107. 2. Các yêu cầu đối với thiết bị chống sét (tiếp) 1) TB CS phải có đặc tính V-S nằm dưới đặc tính V-S của U cs tb cách điện thiết bị cần bảo vệ. 2) Sau khi các thiết bị chống sét phóng điện (làm việc), cần phải đảm bảo điện áp dư đủ nhỏ không gây ảnh hưởng đến cách t 0 điện của các phần tử trong tcs ttb mạng điện. 3) Thiết bị chống sét có khả năng dập tắt nhanh hồ quang của dòng điện xoay chiều để khi hết quá điện áp hồ quang bị dập tắt trước khi bảo vệ rơle tác động đảm bảo tính cung cấp điện liên tục. 4) Thiết bị bảo vệ chống sét không được làm việc với đa số các loại quá điện áp nội bộ (vì khi làm việc thiết bị chống sét thường sẽ hỏng). 5/23/2021 107
  108. 3. KHE HỞ PHÓNG ĐIỆN a. Cấu tạo và nguyên lý làm việc Khe hở phóng điện (còn gọi là chống sét sừng) có cấu tạo gồm hai điện cực kim loại (thường là thép) đặt cách nhau một khoảng s. Một điện cực nối với mạch cần bảo vệ còn cực kia nối với đất. Khe hở s giữa hai điện cực được chọn sao cho với điện áp bình thường không gây phóng điện nhưng khi có quá điện áp thì sẽ gây ra phóng điện để tản dòng điện sét xuống đất. Điện áp định S (mm) mức, kV Bảo vệ chính Bảo vệ phụ 6 20 40 10 30 50 22 120 180 35 140 200 5/23/2021 108
  109. 3. KHE HỞ PHÓNG ĐIỆN b. Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng • Ưu điểm: Đơn giản, dễ chế tạo, giá thành hạ • Nhược điểm: - Không có bộ phận dập hồ quang, nên khi làm việc với dòng sét lớn hồ quang duy trì lâu trở thành ngắn mạch, thiết bị bảo vệ rơle sẽ tác động cắt mạch không cần thiết. Đặc tính V-S rất dốc nên không bảo vệ được các máy điện có cách điện thấp như: máy biến áp, máy phát điện, • Phạm vi ứng dụng: - Thường được đặt ở những nơi xung yếu của đường dây như chỗ giao nhau giữa các đường dây, đoạn đường dây trước khi nối với trạm biến áp. - Chỉ được dùng làm bảo vệ phụ trong các sơ đồ chống sét các phần tử hệ thống điện và được sử dụng làm một bộ phận trong các thiết bị chống sét khác. 5/23/2021 109
  110. 4. CHỐNG SÉT ỐNG (CSÔ) a. Cấu tạo và nguyên lý làm việc • Cấu tạo: Gồm 2 khe hở phóng điện S1 và S2. Trong đó S2 được đặt trong ống làm bằng vật liệu sinh khí như Phibrô Bakêlít hoặc Phinipơlát Us TBA Đường dây Udư Uđm, S1 (mm) kV Bảo vệ phối Bảo vệ độc hợp lập S1 Điện cực Vỏ 6 15 10 10 20 15 22 80 40 35 120 60 S2 • Nguyên lý làm việc: Khi xuất hiện sóng quá điện áp thì cả 2 khe hở phóng điện S1 và S2 đều phóng điện để dẫn dòng điện sét xuống đất. Dưới tác động của hồ quang, chất sinh khí bị phát nóng và sản sinh ra rất nhiều khí làm cho áp suất trong ống tăng cao (tới hàng chục at) thổi tắt hồ quang. 5/23/2021 110
  111. 4. CHỐNG SÉT ỐNG (CSÔ) b. Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng • Ưu điểm: Chế tạo dễ dàng, giá thành tương đối thấp • Nhược điểm: Khả năng dập tắt hồ quang hạn chế khi dòng sét lớn, hồ quang không được dập tắt gây ra ngắn mạch tạm thời, thiết bị bảo vệ rơle có thể tác động cắt mạch không cần thiết. • Phạm vi ứng dụng: - Dùng bảo vệ các đường dây tải điện không treo dây chống sét. - Được dùng làm bảo vệ phụ trong các sơ đồ bảo vệ chống sét trạm biến áp. 5/23/2021 111
  112. 5. CHỐNG SÉT VAN (CSV) a. Cấu tạo: Gồm 2 phần tử chính: Chuỗi khe hở phóng điện và chuỗi điện trở phi tuyến (điện trở làm việc) được đặt trong vỏ sứ cách điện. • Chuỗi khe hở phóng điện được làm bằng đồng. • Điện trở phi tuyến được chế tạo bằng Vật liệu Vilít. SiC (ρ = 10-2Ωm) -5 SiO2 dày ~ 10 cm Điện cực (Cu) (ρ = 104-106 Ωm) Mi ca (1mm) 5/23/2021 112
  113. 5. CHỐNG SÉT VAN (CSV) b. Nguyên lý làm việc: Khi xuất hiện sóng quá điện áp khí quyển thì chuỗi khe hở sẽ phóng điện, dòng điện sét được dẫn qua các điện trở phi tuyến để dẫn dòng điện sét xuống đất. Điện trở phi tuyến có đặc điểm khi đặt điện áp lớn thì điện trở có trị số rất nhỏ cho dòng điện qua một cách dễ dàng, nhưng khi điện áp đặt nhỏ thì điện trở có trị số rất lớn ngăn cản dòng điện không cho qua. Hay nói cách khác, chống sét van cho dòng điện lớn (khi điện áp cao) qua nhưng ngăn cản dòng điện nhỏ (khi điện áp thấp). Từ đặc điểm này mà nó có tên gọi là chống sét van. c. Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng: • Ưu điểm: - Duy điện áp dư tương đối ổn định khi dòng điện lớn - Dập tắt hồ quang một cách dễ dàng nhờ có điện trở phi tuyến • Nhược điểm: Chế tạo phức tạp, giá thành cao • Phạm vi ứng dụng: Được dùng để bảo vệ quá điện áp khí quyển thiết bị và trạm quan trọng (đặc biệt là các trạm biến áp điện lực và các 5/23/2021máy phát điện). 113
  114. 6. CHỐNG SÉT VAN (CSV) THẾ HỆ MỚI • Chống sét van có khe hở phóng điện như 1 đã nêu, hiện nay được thay thế bởi CSV không có khe hở (chỉ gồm chuỗi các điện trở phi tuyến). Vật liệu chế tạo chuỗi điện 2 trở phi tuyến trong CSV không có khe hở 6 phóng điện được thay thế bằng điện trở oxít kim loại MxOy (thường 99,9% ZnO; 0,05% Bi2O3 và 0,05% MnO2) có đặc tính 23 V-A hoàn toàn phi tuyến và có khả năng hấp thụ năng lượng cao. 4 5 • Khi điện áp tăng, van chống sét chuyển ngay từ điện trở có trị số rất lớn 1,5 MΩ 1. Đầu sơ cấp sang điện trở có trị số rất nhỏ 15 Ω. 2. Thiết bị xả áp suất • Ưu điểm của các loại CSV không khe hở 3. Chuỗi điện trở M O là nhẹ, ít vỡ, chống ẩm tốt, hạn chế điện x y áp và độ tin cậy cao hơn so với CSV có 4. Sứ cách điện khe hở. 5. Đầu nối đất 6. Đầu thoát áp suất 5/23/2021 114
  115. 5/23/2021 115
  116. 7. Một số sơ đồ nguyên lý cơ bản BVCS TBA a. Đối với TBA từ 35-110kV: DCS, L = 1-2km TBA MC CSÔ1 CSÔ2 CSV • Dùng DCS bảo vệ CS đánh trực tiếp trên đoạn 1-2km • CSÔ1: Đặt tại cột đầu tiên đặt DCS để hạn chế biên độ của sóng quá điện áp truyền vào TBA. Theo quy phạm, điện trở nối đất của CSÔ này: 3 + R ≤10Ω khi ρđ ≤ 10 Ωm; 3 + R ≤15Ω khi ρđ > 10 Ωm; • CSÔ2: Đặt cuối đường dây (cột cuối trước khi nối với MBA) để bảo vệ MC đường dây khi nó hở mạch (điện áp tăng cao do phản xạ ở nơi hở mạch). Phải chỉnh định sao cho, CSÔ2 không được làm việc khi MC đang đóng mạch • CSV: Đặt tại thanh cái TBA bảo vệ MBA. 5/23/2021 116
  117. 7. Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống sét TBA b. TBA từ 110kV trở lên DCS TBA MC CSV c. TBA nối với cáp lc l1 TBA MC CSV1 CSV2 CSV3 5/23/2021 117
  118. Chương 10. NÂNG CAO HỆ SỐ CÔNG SUẤT 10.1. KHÁI QUÁT CHUNG P P 1. Khái niệm về hệ số công suất: Cos = = S P 2 + Q2 S a. Hệ số cos tức thời: Q P cos = 3UI P ❖ Xác định được nhờ dụng cụ đo tại thời điểm nào đó ❖ Cos biến thiên theo thời gian nên không có ý nghĩa trong tính toán b. Hệ số công suất trung bình cos tb: Là hệ số cos trong một khoảng thời gian nào đó (1 ca, 1 ngày đêm, 1 tháng, ): Qtb cos tb = cosarctg Ptb cos tb dùng để đánh giá mức độ sử dụng điện tiết kiệm và hợp lý của XN 5/23/2021 118
  119. 10.1. KHÁI QUÁT CHUNG c. Hệ số công suất cos tự nhiên: Là hệ số công suất trung bình tính trong một năm (8760h) khi không có thiết bị bù. Hệ số công suất tự nhiên được dùng làm căn cứ xác định phụ tải tính toán, nâng cao hệ số công suất và bù công suất phản kháng. Đối với ĐCKĐB có cos thấp (cos = 0,5÷0,7), do đó ĐCKĐB tiêu thụ công suất phản kháng nhiều nhất, chiếm (65÷70)%, sau đó là máy biến áp. 2. Bù công suất phản kháng trong các XN công nghiệp: Là sử dụng các thiết bị bù (tụ bù, máy bù đồng bộ) đặt song song với thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng để cung cấp 1 phần hoặc toàn bộ lượng công suất phản kháng mà thiết bị này tiêu thụ. 5/23/2021 119
  120. 10.2. Ý NGHĨA CỦA VIỆC NÂNG CAO COS ➢ Lµm gi¶m ®îc tæn thÊt ®iÖn ¸p PR + Q X PR + Q X U = 1 2 = U 1 U U 2 ➢ Lµm gi¶m tæn thÊt c«ng suÊt P2 + Q2 P2 + Q2 S = 1 Z 2 Z = S 1 U 2 U 2 2 ➢ Lµm gi¶m tæn thÊt ®iÖn n¨ng P2 + Q2 P2 + Q2 A = 1 R. 2 R. = A 1 U 2 U 2 2 ➢ T¨ng kh¶ n¨ng truyÒn t¶i P 2 + Q 2 I = 5/23/2021 3U 120
  121. 10.2. Ý NGHĨA CỦA VIỆC NÂNG CAO COS TÓM LẠI: Việc nâng cao cos có 2 lợi ích cơ bản: 1. Lợi ích to lớn về kinh tế cho ngành điện và doanh nghiệp 2. Lợi ích về kỹ thuật: Nâng cao chất lượng điện áp 5/23/2021 121
  122. 10.3. CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO COS Có hai nhóm giải pháp để nâng cao cos 1. Nhóm các giải pháp nâng cao cos tự nhiên: Là các giải pháp không dùng các thiết bị bù. Có các giải pháp cơ bản sau: 1) Thay thế các ĐCKĐB làm việc non tải bằng ĐC có CS nhỏ hơn 2) Thường xuyên bảo dưỡng và nâng cao chất lượng sửa chữa ĐC 3) Sắp xếp, sử dụng hợp lý các quá trình công nghệ của các máy móc, thiết bị điện. 4) Sử dụng ĐCĐB thay cho ĐCKĐB 5) Thay thế các MBA làm việc non tải bằng MBA có dung lượng nhỏ hơn. 6) Sử dụng chấn lưu điện tử hoặc chấn lưu sắt từ hiệu suất cao cho các chấn lưu sứt từ thông thường. 2. Nhóm các giải pháp nâng cao cos nhân tạo: Là giải pháp sử dụng các thiết bị bù (tụ bù hoặc máy bù đồng bộ). Các thiết bị bù phát ra Q để cung cấp 1 phần hoặc toàn bộ nhu cầu Q trong XN. Làm như vậy gọi là Bù công suất phản kháng. 5/23/2021 122
  123. So s¸nh kinh tÕ - kü thuËt cña m¸y bï vµ tô bï CÊu t¹o vËn hµnh söa CÊu t¹o vËn hµnh söa ch÷a phøc t¹p ch÷a ®¬n gi¶n Gi¸ thµnh cao Gi¸ thµnh thÊp Tiªu thô mét phÇn P Tiªu thô P Ýt TiÕng ån Yªn tÜnh §iÒu chØnh Q theo §iÒu chØnh Q tr¬n cÊp 5/23/2021 123
  124. 10.4. TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG B1. Xác định dung lượng bù: Qb = P( tg 1 - tg 2) B2. Xác định vị trí đặt tụ bù: ❑ Về lý thuyết có thể đặt tụ phía cao áp hay hạ áp hay bất cứ đâu của mạng XN. ❑ Đặt tụ bù phân tán tại các động cơ là có lợi nhất về mặt tổn thất điện áp và điện năng. Tuy nhiên đặt tụ kiểu này chi phí cao và khó khăn trong quản lý, vận hành. Vì vậy, đặt tụ bù phía điện áp cao hay hạ áp, tập trung hay phân tán đến mức độ nào cần phải so sánh KT-KT. Qua kinh nghiệm thực tế, nên đặt tụ bù như sau: ➢ Với máy bơm và xưởng cơ khí: Đặt tụ bù cạnh tủ phân phối ➢ Với XN nhỏ: Đặt tập trung tại thanh cái hạ áp TBA. Ngoài ra với các px có ĐC công suất lớn, đặt độc lập nên đặt riêng 1 bộ tụ bù. ➢ Với XN lớn: Đặt tụ bù phân tán tại các phân xưởng. B3. Phân bố tối ưu dung lượng bù: Khi bù phân tán, áp dụng công thức phân bố tối ưu công suất như sau: 5/23/2021 124
  125. 10.4. TÍNH TOÁN BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG B3. Phân bố tối ưu dung lượng bù (tiếp): Rtđ ➢ Nếu mạng điện XN hình tia: Qbi = Qi − (Q − Qb ) Ri R1 1 Qb2 2 Qb1 R R 2 2 2 SAB Q∑ Q∑ 0 A R3 Qb2 R Qb 0A RAB B Qb3 R1 3 1 Ri i Qb1 Qbi Mạng điện hình tia Mạng điện hình phân nhánh ➢ Nếu mạng điện XN phân nhánh: Cần biến đổi các nhánh song song thành nhánh tương đương rối áp dụng công thức trên. B4. Điều khiển dung lượng bù: Bằng tay hoặc tự động 5/23/2021 125
  126. VÝ dô Mét xÝ nghiÖp cã c«ng suÊt tæng nh sau: S = 100 + j152 KVA. TÝnh to¸n ®iÒu khiÓn dung lîng bï ®Ó n©ng hÖ sè c«ng suÊt lªn 0,65; 0,75 vµ 0,85. 5/23/2021 126
  127. Lêi gi¶i Tõ c«ng suÊt phô t¶i ®· cho x¸c ®Þnh ®îc hÖ sè c«ng suÊt cña xÝ nghiÖp P P 100 Cos = = = = 0,55 S P2 + Q2 1002 +1522 TÝnh ®îc tg = 1,51 - Khi yªu cÇu cos 1 = 0,65 tÝnh ®îc tg 1 = 1,17 - Khi yªu cÇu cos 2 = 0,75 tÝnh ®îc tg 2 = 0,88 - Khi yªu cÇu cos 3 = 0,85 tÝnh ®îc tg 3 = 0,62 5/23/2021 127
  128. ➢ §Ó n©ng hÖ sè c«ng suÊt lªn cos 1 th× c«ng suÊt ph¶n kh¸ng cÇn bï cña nhãm 1 lµ: Qb1 = P( tg - tg 1) = 100(1,51- 1,17) = 34 KVAr ➢ §Ó n©ng hÖ sè c«ng suÊt lªn cos 2 th× c«ng suÊt ph¶n kh¸ng cÇn bï cña nhãm 2 lµ: Qb2 = P( tg 1 - tg 2) = 100( 1,17 – 0,88) = 29 KVAr ➢ §Ó n©ng hÖ sè c«ng suÊt lªn cos 3 th× c«ng suÊt ph¶n kh¸ng cÇn bï cña nhãm 3 lµ: Qb3 = P( tg 2 - tg 3) = 100( 0,88- 0,62) = 26 KVAr 5/23/2021 128
  129. S¬ ®å ®iÒu khiÓn dung lîng bï ®Ó n©ng hÖ sè c«ng suÊt XN lªn 0,65; 0,75 vµ 0,85. A T 1C§ 1 2 3 2C§ 1 2 3 2C§ 1 2 3 1CT 2CT 3CT 1C C 2CC 3C C Nhãm 1 Nhãm 2 Nhãm 3 5/23/2021 129
  130. VÊn ®Ò ®iÒu chØnh tù ®éng dung lîng bï §Ó ®iÒu chØnh tù ®éng dung lîng bï ®îc thùc hiÖn nhê bé S6-Q hoÆc S12-Q hoÆc bé PDCF. K CT L R k l S Phô NguånT t¶i ®iÖn N 1 k l 200 100 0v Contactor C1 C2 C3 C4 C5 C6 ALARM Tô §iÖn Cuén hót Sè 1 Contactor 5/23/2021 130
  131. Chương 11. KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG 11.1. SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ CHIẾU SÁNG - Có thể coi việc phát hiện và chế ngự ngọn lửa là bước khởi đầu cho Kỹ thuật chiếu sáng. - Nguồn sáng nhân tạo đầu tiên là ngọn nến đã được sử dụng từ 5000 năm về trước. - 1669 Newton đã phát hiện ánh sáng trắng là tổ hợp của ánh sáng bẩy màu khi cho tia sáng mặt trời chiếu qua lăng kính. - Năm 1756 M. Lomonosov lần đầu tiên phát hiện các loại tế bào thị giác và đề xuất học thuyết ba màu của ánh sáng. - Thế kỷ 19, Maxwell đã đề xuất Lý thuyết trường điện từ thống nhất và tiên đoán sự tồn tại của sóng điện từ. Năm 1888 Henry Hertz đã thu được sóng điện từ đầu tiên. Công cụ phân tích phổ do R.Bunsen và G. Kirchhoff phát triển, nhờ đó màn bí mật của ánh sáng được phát hiện. - Cuối thế kỷ 19, Albert Einstein tác giả của cơ học lượng tử và lý thuyết tương đối là người đầu tiên đề xuất bản chất sóng-hạt của ánh sáng và giải thích ánh sáng gồm vô số hạt nhỏ mang năng lượng là các phôton. - Năm 1879, đèn sợi đốt đầu tiên do Thomas Edison chế tạo từ sợi các bon, tạo nên nhiệt độ 39000K, hiệu quả ánh sáng 2lm/W, tuổi thọ 600 giờ. Năm 1908 Siemens đã sử dụng sợi đốt Vonfram-Nicken. 5/23/2021 131
  132. 11.1. SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ CHIẾU SÁNG - Năm 1910, đèn huỳnh quang ra đời, năm 1933 xuất hiện đèn ống huỳnh quang đầu tiên. - Năm 1960, các đèn halogen kim loại (Metal Halide) do công ty General electric chế tạo ra đời. - Gần đây các nguồn sáng dựa trên hiện tượng phát quang trong chất bán dẫn được ứng dụng trong các điôt phát quang (LED). - Từ năm 1990 với sự ra đời và hoàn thiện của các nguồn sáng mới, của các phương pháp tính toán và công cụ phần mềm chiếu sáng mới, kỹ thuật chiếu sáng đã chuyển từ giai đoạn chiếu sáng tiện nghi sang chiếu sáng hiệu quả tiết kiệm điện năng gọi tắt là chiếu sáng tiện ích. - Chiếu sáng tiện ích có nội dung cơ bản là tối ưu hóa toàn bộ kỹ thuật chiếu sáng từ việc sử dụng nguồn sáng có hiệu quả cao, loại bỏ và thay thế các loại đèn sợi đốt bằng đèn compact, sử dụng rộng rãi các đèn huỳnh quang thế hệ mới, điều chỉnh ánh sáng theo mục đích và yêu cầu sử dụng, sử dụng có hiệu quả của chiếu sáng tự nhiên. Kết quả của chiếu sáng tiện ích phải đạt tiện nghi nhìn tốt nhất, tiết kiệm điện, góp phần bảo vệ môi trường. 5/23/2021 132
  133. 11.2. BẢN CHẤT SÁNH SÁNG Ánh sáng có hai thuộc tính cơ bản là sóng và hạt: ▪ Sóng ánh sáng là sóng điện từ phát xạ khi có sự chuyển mức năng lượng của các điện tử trong các nguồn sáng. Trong vật chất ánh sáng có vận tốc: v = c/n (km/s) c-vận tốc ánh sáng trong chân không, c = 300.000 km/s n-chiết suất của môi trường. Giữa tần số f và bước sóng  liên hệ bởi biểu thức:  = v/f ▪ Tính chất hạt của ánh sáng thể hiện qua tương tác của ánh sáng với môi trường chất. Ánh sáng gồm vô số các hạt nhỏ mang năng lượng gọi là phôton. Mắt người là bộ cảm biến quang vô cùng tinh tế và linh hoạt cảm nhận được ánh sáng trong dải bước sóng đi từ 380 đến 760 nm (1 nm = 10-9 m). 5/23/2021 133
  134. 1.2. BẢN CHẤT SÁNH SÁNG 0,358 0,435 0,480 0,575 0,580 0,650 0,760 m g n Cực tím Tím Lam Lục à Da cam Đỏ Hồng ngoại V Ánh sáng nhìn thấy 1. Giác mạc 6. Trục mắt 2. Lòng đen 7. Thủy tinh thể 3. Thủy tinh thể 8. Ðiểm vàng 4. Con ngươi 9. Võng mạc 5. Thủy tinh dịch 5/23/2021 134
  135. 11.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐO ÁNH SÁNG 1. Quang thông Φ/F (lumen/lm): là thông lượng ánh sáng do nguồn phát ra trong không gian. 2. Cường độ sáng I (Candela/cd): được xác định bằng lượng ánh sáng phát ra từ nguồn sáng theo một phương nhất định. Phụ thuộc vào hình dạng và tính đối xứng của choá đèn, choá đèn được chia thành 2 loại: loại chùm tia hẹp và loại chùm tia rộng. Nguồn sáng Cường độ sáng (candela) Ngọn nến 0,8 theo mọi phương Đèn sợi đốt 40W 35 theo mọi phương Đèn sợi đốt 300W có bộ phản xạ 1500 ở tâm chùm tia Đèn Iodua kim loại 2kW có bộ phản xạ 14.800 theo mọi phương 250.000 ở tâm chùm tia 5/23/2021 135
  136. 11.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐO ÁNH SÁNG 3. Ðộ rọi E (lux/lx): Ðộ rọi xác định một khu vực sáng như thế nào khi được chiếu sáng bằng một nguồn sáng. Nó là tỷ số giữa quang thông và diện tích được chiếu sáng: E = Φ/S (1lm/m2 = 1lx). Ví dụ: Địa điểm Đội rọi E (lx) Ngoài trời nắng mùa hè 60.000-100.000 Ngoài trời mùa hè có mây 20.000 Ngoài trời mùa đông có mây 3.000 Khu làm việc được chiếu sáng tốt 500-750 Khu vực dành cho người đi bộ 5-100 Ðêm trăng sáng 0,25 Ðêm trăng non 0,01 5/23/2021 136
  137. 11.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐO ÁNH SÁNG 4. Ðộ chói L (cd/m2 hoặc cd/cm2): là ấn tượng ánh sáng mà người quan sát có được ở khu vực được chiếu sáng: I L = S Ðộ chói thường có ý nghĩa hơn độ rọi khi xác định chất lượng chiếu sáng. 5. Hiệu suất phát quang/Quang hiệu K (lm/W): thể hiện hiệu quả của sự chuyển đổi điện năng thành ánh sáng. Nó đồng thời là đơn vị đo hiệu suất của bóng đèn. 6. Quan hệ giữa độ rọi và độ chói: Lambert (1728- 1777) đã chứng minh quan hệ giữa độ rọi E nhận được trên mặt có hệ số phản xạ và độ chói L theo biểu thức: E = L 5/23/2021 137
  138. 11.3. CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐO ÁNH SÁNG 7. Hệ số phản xạ ρ, hấp thụ α và xuyên sáng τ ánh sáng: Nếu có một lượng quang thông Fi tới đập vào bề mặt vật liệu thì có thể xảy ra các trường hợp sau: ❖ Một phần quang thông tới sẽ phản xạ từ bề mặt đó, ký hiệu Fρ; ❖ Một phần quang thông tới sẽ bị vật liệu hấp thụ, ký hiệu Fα; ❖ Một phần quang thông tới sẽ xuyên qua vật liệu, ký hiệu Fτ. Khi đó: Fi = Fρ + Fα + Fτ Nếu gọi: Fρ /Fi = ρ là hệ số phản xạ ánh sáng; Fα /Fi = α là hệ số hấp thụ ánh sáng; Fτ /Fi = τ là hệ số xuyên sáng Thì: ρ + α + τ = 1 Các trị số của ρ, α, τ thay đổi tùy thuộc đặc tính quang học của vật liệu (tra trong sổ tay thiết kế chiếu sáng). 5/23/2021 138
  139. 11.4. PHÂN LOẠI CÁC HÌNH THỨC CHIẾU SÁNG Chiếu sáng Chiếu sáng tự nhiên Chiếu sáng Nhân tạo Làm việc Sự cố Trang trí Trong nhà Ngoài trời Chung Cục bộ Hỗn hợp 5/23/2021 139
  140. 11.5. THIẾT BỊ CHIẾU SÁNG CÁC LOẠI ĐÈN SỢI ĐỐT PHÓNG ĐIỆN Halogen Thông Có bổ sung Huỳnh CA Thủy Natri kim loại Compact thường khí halogen quang ngân (Sodium) (Metal Halide) Áp suất thấp Áp suất cao 5/23/2021 140
  141. CÁC LOẠI NGUỒN SÁNG 5/23/2021 141
  142. PHẠM VI ỨNG DỤNG CỦA MỘT SỐ LOẠI ĐÈN THÔNG DỤNG 5/23/2021 142
  143. 1. ĐÈN SỢI ĐỐT 5/23/2021 143
  144. 1. ĐÈN SỢI ĐỐT 5/23/2021 144
  145. 1. ĐÈN SỢI ĐỐT Đặc điểm của đèn sợi đốt: ❖ Ưu điểm: ➢ Có chỉ số thể hiện màu rất cao (≈ 100) cho phép sử dụng trong chiếu sáng chất lượng cao. ➢ Nối trực tiếp vào lưới điện; kích thước nhỏ; bật sáng tức thời và giá thành thấp. ❖ Nhược điểm: ➢ Hiệu quả năng lượng thấp, đạt 10-20lm/W; Phát nóng; ➢ Tuổi thọ thấp, phụ thuộc vào điện áp: trung bình 1000h nhưng khi U tăng 5%Uđm tuổi thọ chỉ còn 500h. ✓ Từ năm 1960, ngoài khí trơ người ta còn bổ sung Halogen (Iốt, Brom) khi đó vonfram bốc hơi lắng đọng trên sợi đốt mà không bị ngưng đọng trên thành bóng đèn cho phép đạt nhiệt độ 31000K, hiệu quả ánh sáng từ 20-27lm/W tuổi thọ trung bình 2000h. 5/23/2021 145
  146. 2. ĐÈN HUỲNH QUANG 5/23/2021 146
  147. 2. ĐÈN HUỲNH QUANG ❖ Chấn lưu điện từ-Tắc-te được nối với bóng đèn như hình vẽ. Khi ®Æt vµo ®iÖn ¸p, x¶y ra phãng ®iÖn trong t¾c-te thanh lìng kim biÕn d¹ng do nhiÖt vµ tiÕp xóc víi ®iÖn cùc kia. Dßng ®iÖn ch¹y qua t¾c-te vµ ®èt nãng c¸c ®iÖn cùc cña ®Ìn. Sau khi x¶y ra hå quang gi÷a c¸c ®iÖn cùc cña t¾c-te, thanh lìng kim nguéi ®i vµ "më m¹ch". Hë m¹ch dÉn ®Õn t¹o nªn qu¸ ®iÖn ¸p c¶m øng (do chÊn lu) lµm ®Ìn th¾p s¸ng. Khi lµm viÖc binh thêng chÊn lu h¹n chÕ dßng ®iÖn vµ æn ®Þnh phãng ®iÖn. 5/23/2021 147
  148. 2. ĐÈN HUỲNH QUANG Đèn HQ với nối với chấn lưu điện tử 5/23/2021 148
  149. 11.6. THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG CS cục bộ và chiếu sáng sự cố cần căn cứ vào hoàn cảnh cụ thể để quyết định. Ở đây sẽ trình bày cách thiết kế chiếu sáng chung. 1. Các yêu cầu cơ bản khi thiết kế chiếu sáng ❑ Nắm được các tiêu chuẩn trong chiếu chiếu sáng ❑ Độ rọi đồng đều trên bề mặt cần chiếu sáng ❑ Thu thập thông tin, số liệu – Mặt bằng xí nghiệp, phân xưởng, vị trí các máy đặt trên mặt bằng phân xưởng; – Mặt bằng và mặt cắt nhà xưởng thiết kế để xác định vị trí treo đèn; – Những đặc điểm của quá trình công nghệ (làm việc chính xác, cần phân biệt màu sắc, v.v ). Các tiêu chuẩn về độ rọi của các khu vực làm việc; – Số liệu về nguồn điện, nguồn vật tư 5/23/2021 149
  150. 2. THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG Ở NHỮNG NƠI KHÔNG ĐÒI HỎI ĐỘ CHÍNH XÁC CAO • Bước 1: Căn cứ vào tính chất của đối tượng cần chiếu sáng, chọn suất 2 phụ tải chiếu sáng p0 (W/m ) thích hợp (P.lục chiếu sáng) • Bước 2: Căn cứ suất chiếu sáng p0, xác định tổng công suất cần chiếu sáng cho khu vực có diện tích S (m2): PCS = p0.S , W • Bước 3: Chọn loại đèn (đền sợi đốt hoặc đèn huỳnh quang), công suất mỗi bóng đèn Pd, rồi xác định tổng số bóng đèn n cần dùng chiếu sáng cho khu vực: P n = CS Pd • Bước 4: Căn cứ vào diện tích S của khu vực cần chiếu sáng; số bóng đèn n và tính chất, yêu cầu của công việc bố trí đèn hợp lý trong khu vực chiếu sáng. • Bước 5: Thiết kế mạng điện chiếu sáng: vẽ sơ đồ mặt bằng đấu dây từ bảng điện đến từng bóng đèn; sơ đồ nguyên lý mạng điện chiếu sáng và tiến hành chọn các phần tử trên sơ đồ (loại bảng điện, dây dẫn, công tắc, áptômát, cầu chì bảo vệ, ). 5/23/2021 150
  151. 2. THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG Ở NHỮNG NƠI ĐÒI HỎI ĐỘ RỌI TIÊU CHUẨN VỚI ĐỘ CHÍNH XÁC CAO a. Khi dùng đèn sợi đốt: h1 • Bước 1: Xác định độ treo cao đèn L L L L L • Bước 2: Dựa vào tỷ số L/H hợp lý h H (P.lục CS), xác định khoảng cách L L h giữa hai đèn kề nhau L (m) 2 • Bước 3: Căn cứ vào bố trí đèn trên mặt bằng, mặt cắt xác định hệ số phản xạ tường, trần tư, tr, (%). a b • Bước 4: Xác định chỉ số phòng (có kích thước a b): = H (a + b) • Bước 5: Từ , , tra bảng tìm hệ số sử dụng K tư tr sd KESZ • Bước 6: Xác định quang thông tính toán của đèn: Ftt = , lm Trong đó: K - hệ số dự trữ, tra PL nKsd E - độ rọi yêu cầu của nhà xưởng (lx); S - diện tích nhà xưởng (m2); Z - hệ số tính toán, Z= 0,81,4; n - số bóng đèn sau khi đã bố trí đèn trên mặt bằng • Bước 7: Tra sổ tay tìm công suất bóng có quang thông F Ftt; • Bước 8: Thiết kế mạng cấp điện chiếu sáng 5/23/2021 151
  152. 2. THIẾT KẾ CHIẾU SÁNG Ở NHỮNG NƠI ĐÒI HỎI ĐỘ RỌI TIÊU CHUẨN VỚI ĐỘ CHÍNH XÁC CAO b. Khi dùng đèn huỳnh quang: • Giai đoạn 1: Thiết kế sơ bộ (làm như trường hợp chiếu sáng khi không đòi hỏi độ chính xác cao). F • Giai đoạn 2: Kiểm tra độ rọi yêu cầu: Ei = ei , lx 1000h Trong đó: n.F F - quang thông trên đơn vị nguồn sáng: F = 0 , lm/ m L n - số bóng đèn trong nguồn sáng; L F0 - quang thông một bóng đèn, lm; L - chiều dài nguồn sáng, m. ei- tổng độ rọi tương đối trên điểm cần kiểm tra, trị số ei tìm được h p l bằng cách tra trên đồ thị dựa vào tỷ số và . Tra đồ thị h h trang sau h p B B l"B p A A 5/23/2021 152
  153. Đồ thị xác định độ rọi theo và l 170 h 150 30 5 100 70 20 50 15 10 40 L 4 h 3 h p B B 2 l"B p A A 1 p 0 1 2 3 4 h 5/23/2021 153