Hướng dẫn lắp đặt Recloser

Phối hợp cầu chảy phía nguồn/recloser phía phụ tải

​

Chúng ta sẽ sử dụng phương pháp phối hợp “có độ dư” (conservative), theo đó bỏ qua hiệu ứng làm mát cầu chảy trong khoảng thời gian recloser đóng lặp lại (các tiếp điểm mở).

Các recloser phát hiện, cắt quá dòng điện, và sau đó tự động đóng lặp lại để đóng điện lộ cung cấp. Phần lớn các sự cố hệ thống đường dây phân phối trên không (có thể là 75 tới 80%) đều mang tính chất tạm thời, và chỉ kéo dài trong khoảng vài chu kỳ cho tới vài giây.

Với khả năng “tác động và đóng lặp lại” của recloser, có thể loại trừ việc cắt điện lâu dài hệ thống cung cấp do các sự cố tạm thời này. Tuy nhiên, nếu như sự cố là vĩnh cửu mà không phải là tạm thời, recloser sẽ “khoá mạch” sau một số lần đóng lặp lại không thành công (thường là ba hoặc bốn lần), và nhờ đó cách ly lộ cung cấp có sự cố ra khỏi hệ thống.

Máy cắt tự động đóng lặp lại (recloser) có hai khả năng đặt thời gian để phối hợp với các thiết bị bảo vệ khác và giới hạn khu vực chịu ảnh hưởng của sự cố vĩnh cửu. Thường thì thao tác giải trừ sự cố đầu tiên (đôi khi là hai thao tác giải trừ sự cố đầu tiên) được thực hiện theo đặc tính đặt thời gian “nhanh”, do đó tạm thời giải trừ các sự cố tạm thời trước khi các thiết bị bảo vệ phía phụ tải tác động. Các thao tác sau đó được thực hiện với thời gian trễ định sẵn để cho phép các thiết bị bảo vệ ở gần sự cố hơn cắt dòng các sự cố vĩnh cửu, nhờ đó hạn chế phạm vi ngừng cung cấp điện.

Cách bố trí này nhiều khi được gọi là sơ đồ “tiết kiệm cầu chảy” bởi vì cầu chảy chỉ phản ứng với các sự cố vĩnh cửu trong phạm vi nó bảo vệ.

Trong ứng dụng đề cập trong bài báo này, cầu chảy phía sơ cấp máy biến áp được đặt ở phía nguồn của recloser. Mục tiêu đề ra là cầu chảy không đứt trước khi recloser tác động “khoá mạch” để phản ứng với sự cố vĩnh cửu. Giá trị dòng điện sự cố lớn nhất mà cầu chảy và recloser sẽ phối hợp thường là giá trị nhỏ hơn trong các giá trị sau:

1. Khả năng cắt lớn nhất của recloser hoặc cầu chảy, hoặc
2. Giao điểm của đường cong chảy thấp nhất của cầu chảy với đường cong tác động tương đương lớn nhất của recloser (tức là đường cong “khoá mạch”).

Theo phương pháp phối hợp “có độ dư”, bỏ qua việc làm mát cầu chảy trong khoảng thời gian đóng lặp lại (các tiếp điểm mở). 

Bạn chỉ cần tính tổng hiệu ứng nhiệt, tức là nhiệt đầu vào của mỗi tác động của recloser. Như vậy, đường cong khoá mạch được xây dựng bằng cách lấy tổng các thời gian giải trừ tổng theo số lượng thích hợp các thao tác nhanh và chậm, ở các mức dòng khác nhau, theo công thức sau:

Trong đó:
TI là điểm trên đường cong khoá mạch tương đương lớn nhất (maximum equivalent lockout curve) của recloser, tại dòng điện đã chọn (I).
P là lượng rút ngắn thời gian chảy của cầu chảy do mang tải ban đầu (preloading), được thể hiện bởi phần thập phân của tổng thời gian chảy của cầu chảy.
TRj là thời gian giải trừ lớn nhất tại dòng điện I đối với lần tác động thứ j (các tiếp điểm đóng) của recloser.
n là số lần tác động (các tiếp điểm đóng) của recloser.

Bởi vì cầu chảy phải cho phép recloser tác động khoá mạch mà không bị đứt nên cần xây dựng đường cong khoá mạch tương đương lớn nhất của recloser. Các đường cong nhanh (A) của recloser nói chung được công bố cho các điểm thử nghiệm lớn nhất. Tuy nhiên các đường cong chậm (B, C và D) lại được công bố cho các điểm thử nghiệm danh định và do vậy phải được hiệu chỉnh (theo giá trị lớn nhất) một lượng dung sai dương, mà theo giả định là 10%.

Ví dụ
Xét trường hợp trong trạm biến áp trung gian ở nông thôn chỉ có một máy biến áp, được bảo vệ bằng cầu chảy, với ba (hoặc ít hơn) recloser lộ cung cấp. Thông số danh định của cầu chảy phía sơ cấp, máy biến áp, và recloser phía phụ tải là như sau:
Máy biến áp. Máy biến áp ba pha, công suất cơ sở (OA - làm mát bằng không khí đối lưu tự nhiên) là 7.500 kVA, điện áp sơ cấp là 115 kV, điện áp thứ cấp là 13,2 kV. Công suất khi làm mát bằng không khí cưỡng bức (FA) là 9.375 kVA (125%). Điện kháng ngắn mạch của máy biến áp là 7,5%. Dòng điện sự cố ba pha lớn nhất phía thứ cấp là 478 A (2.000 MVA), khi nhìn từ phía sơ cấp máy biến áp. Tổ đấu dây của máy biến áp là tam giác/ sao nối đất.

Cầu chảy. Cầu chảy phía sơ cấp là cầu chảy 65 A, tốc độ tiêu chuẩn, điện áp 115 kV, kiểu SMD-2B của hãng S&C. Dòng điện đầy tải của máy biến áp, tính theo chế độ làm mát cưỡng bức là 47 A. Ở mức tải này của máy biến áp, mức chịu tải của cầu chảy là 72% (47/65 = 0,72). Hệ số điều chỉnh mang tải trước (preload adjustment factor), xác định theo S&C Data Bulletin 210-195 là 0,88.

Recloser của lộ cung cấp. Recloser phía phụ tải là recloser Cooper kiểu W điều khiển bằng thuỷ lực, điện áp danh định là 14,4 kV, dòng điện liên tục danh định là 560 A. Dòng thụ cảm tác động pha là 280 A (cuộn dây 140 A), trình tự tác động là một tác động nhanh (A) và ba tác động chậm (C). Khoảng cách thời gian đóng lặp lại giữa tác động nhanh và tác động trễ đầu tiên là 0,5 s (tức thời). Giữa các lần tác động trễ, khoảng cách thời gian đóng lặp lại là 5 s.

Bài tập về phối hợp, sử dụng phần mềm Coordinaide
Để làm bài tập về phối hợp, chạy chương trình Coordinaide bằng cách nhấn chuột vào liên kết (link) trên trang của website S&C bạn đang xem. Trên trang chủ có liên kết Coordinaide. Có thể tìm thấy các liên kết bổ sung ở menu thả xuống từ nhãn (label) “Support” cũng như ở các trang sản phẩm áp dụng, ví dụ Cầu chảy S&C kiểu SMD. Các liên kết kiểu tab này nằm phía bên trái trang, ngay bên dưới nhãn “For more Information” và bên trên phím tab “TCCs for product” (đặc tính thời gian-dòng điện của sản phẩm). 

Chọn cầu chảy phía sơ cấp, máy biến áp, và recloser phía phụ tải, dựa theo các hướng dẫn dưới đây.
Bước 1. Nhập các thông tin chung
Tên dự án: Bài tập về phối hợp cầu chảy/recloser
Ngày tháng: [Do Coordinaide cung cấp]
Do: Tuỳ chọn
Bước 2. Nhập thông tin về hệ thống và chọn thiết bị
Điện áp ba pha, kV: 115
Dòng ngắn mạch kỳ vọng, ampe hiệu dụng đối xứng: 10.000
Thiết bị số 1: Cầu chảy
Thiết bị số 2: Máy biến áp (đường cong hư hại)
Thiết bị số 3: Recloser
Nhấn “Continue” sau khi nhập thông tin và chọn thiết bị. Bạn sẽ trở về trang “thiết bị” đầu tiên.
Bước 3. Chọn và nhập tham số thiết bị
Thiết bị số 1. Cầu chảy phía sơ cấp máy biến áp (Chọn các tham số)
Hãng chế tạo: S&C
Kiểu: SMD-2B
Tốc độ: Tiêu chuẩn
Dải điện áp, kV: 115-138
Dòng điện danh định, A: 65
Sau khi chọn các tham số của thiết bị số 1, nhấn “Continue”. Màn hình sẽ hiển thị đường đặc tính thời gian-dòng điện của thiết bị số 1.
Thiết bị số 2. Máy biến áp (Chọn các tham số)
Điện áp sơ cấp 3 pha, kV: 115 [do Coordinaide cung cấp]
Điện áp thứ cấp 3 pha, kV: 13,2
Dung lượng 3 pha, kVA: 7.500
Trở kháng ngắn mạch, %: 7,5
Dòng điện sự cố, A hiệu dụng đối xứng: 10.000 [do Coordinaide cung cấp]
Hiển thị các điểm từ hoá? _Có _Không (ngầm định)
Tổ đấu dây: Tam giác/Sao nối đất
Sau khi chọn các tham số của thiết bị số 2, nhấn “Continue”. Màn hình sẽ hiển thị đường đặc tính thời gian-dòng điện của thiết bị số 2.
Thiết bị số 3. Recloser lộ cung cấp điện (Chọn các tham số)
Phối hợp với: _Thiết bị phía nguồn _Thiết bị phía phụ tải. Xem Chú thích 1
Phương pháp phối hợp: _Hệ số làm mát _Có độ dư (mặc định). Xem Chú thích 2
Hãng chế tạo: Cooper (Mc Graw): Thuỷ lực
Kiểu: W
Dải điện áp, kV: 14,4 [do Coordinaide cung cấp]
Trình tự tác động cắt pha: 1 Nhanh / 3 Chậm
Đường cong Nhanh: “A”
Đường cong Chậm: “C”
Dòng điện danh định của cuộn dây, A: 140
Trình tự tác động cắt nối đất: Bỏ qua trong ví dụ này
Chú thích 1: Recloser đặt ở phía phụ tải của cầu chảy phía sơ cấp, do vậy chọn “Phối hợp với thiết bị phía nguồn” (mặc định trong ví dụ này)
Chú thích 2: Chọn “Phương pháp có độ dư” để bỏ qua hiệu ứng làm mát cầu chảy phía sơ cấp trong khoảng thời gian giữa các lần recloser đóng lặp lại (tiếp điểm mở). Ban rất nên lặp lại ví dụ này bằng cách sử dụng phương pháp chính xác hơn, có tính đến hệ số làm mát, và sau đó so sánh các kết quả.
Sau khi chọn các tham số của thiết bị số 3, nhấn “Continue”. Màn hình sẽ hiển thị đường đặc tính thời gian-dòng điện của thiết bị số 3.
Bước 4. Chuyển sang trang “Kết quả”
Nhấn vào tab bên trên ghi nhãn “Kết quả”. Bạn sẽ có hệ toạ độ loga-loga với các đường cong đặc tính thời gian-dòng điện (time-current characteristic – TCC) của các thiết bị bạn đã chọn. 
Nếu muốn, bạn có thể thay đổi thang dòng điện trên đồ thị, từ chế độ mặc định là 5 đến 100.000 A sang 0,5 đến 10.000 A. Bạn cũng có thể bỏ phần gạch chéo trên các đường cong TCC để đọc đồ thị rõ hơn. Và bạn cũng có thể zoom (phóng đại) một phần cụ thể nào đó của đồ thị bằng cách nhập các giá trị dòng điện trên và dòng điện dưới và thời gian vào các ô thích hợp.
Nếu muốn xem đường cong TCC kích thước đầy đủ hoặc thông tin tóm tắt đầy đủ, thì tuỳ trường hợp, bạn cần nhấn vào “Printer Friendly Graph” hoặc “Printer Friendly Summary”.

Bây giờ, chúng ta hãy xem lại đường cong TCC trong ví dụ về phối hợp nêu trên.
Thiết bị số 1, cầu chảy phía sơ cấp 65 A, tốc độ tiêu chuẩn, đường cong màu đỏ.
Thiết bị số 2, đường cong hư hại máy biến áp, đường cong màu đen. Thiết bị số 3, recloser phía phụ tải, đường cong màu da cam. Hai đường cong màu da cam đậm hơn là đường cong Nhanh (A) và đường cong Chậm (C) của recloser, dựa trên các dữ liệu do hãng chế tạo recloser công bố. Đường cong màu da cam mảnh là đường cong khoá dòng tương đương lớn nhất của recloser, phản ánh dung sai về phía dương.

Cầu chảy 65 A tốc độ tiêu chuẩn bảo vệ rất tốt máy biến áp như có thể thấy thực tế là đường cong giải trừ hoàn toàn của cầu chảy cắt đường cong hư hại máy biến áp ở các mức dòng nhỏ hơn các giá trị lớn nhất có được từ loại dạng cố bất kỳ. Cầu chảy này, theo công bố, có khả năng chịu tải đỉnh là 107 A, điều đó có nghĩa là máy biến áp có thể mang tải ở mức gần tới 280% giá trị ghi trên nhãn máy, vượt xa các giá trị danh định theo các chế độ làm mát OA/FA (125% giá trị ghi trên nhãn máy).

Đáng tiếc là cầu chảy phía sơ cấp này không phối hợp tốt với đường cong “khoá dòng” tương đương lớn nhất của recloser, bởi vì thời gian chảy nhỏ nhất của cầu chảy ở dòng điện 478 A (0,42 s) lại nhỏ hơn so với đường cong khoá dòng tương đương lớn nhất của recloser ở mức dòng này (0,69 s). Lưu ý rằng các đường cong của recloser phía thứ cấp đã được dịch chuyển về bên phải một khoảng bằng 15% giá trị dòng điện, để tính đến sự không cân bằng giữa dòng điện phía sơ cấp và phía thứ cấp, điều này có thể sẽ xảy ra khi có ngắn mạch pha-pha phía thứ cấp không nối đất.

Khi gặp tính huống này, phản ứng tự nhiên là chọn cầu chảy phía sơ cấp có dòng điện lớn hơn một bậc, cầu chảy có đặc tính thời gian-dòng điện chậm hơn, hoặc cả đôi… cho đến khi đạt được sự phối hợp. Mặc dầu giải pháp này có thể đưa đến một sự phối hợp trọn vẹn giữa cầu chảy và recloser, tuy nhiên lại ảnh hưởng đến việc bảo vệ máy biến áp, và kết quả chưa phải là tối ưu. Trước khi lựa chọn cầu chảy lớn hơn hoặc cầu chảy có đặc tính thời gian-dòng điện chậm hơn, hãy lặp lại bài tập này bằng cách sử dụng phương pháp chính xác hơn: phương pháp có tính đến hệ số làm mát.

Bạn sẽ thấy rằng cầu chảy phía sơ cấp ban đầu đã chọn là phù hợp hoàn toàn. 

Theo: KHCN số 3/2009