Tìm hiểu về KCĐ đóng ngắt trung cao áp có bảo vệ: máy cắt tĩnh và máy cắt di động | Tiểu luận môn khí cụ điện Trường đại học sư phạm kĩ thuật TP. Hồ Chí Minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
TÌM HIỂU VỀ KCĐ ĐÓNG NGẮT TRUNG CAO ÁP CÓ BẢO
VỆ: MÁY CẮT TĨNH VÀ MÁY CẮT DI ĐỘNG
GVHD: Th.s Phạm Xuân Hổ Nhóm thực hiện: Đào Phúc Khang Bùi Nghĩa Đinh Minh Thành
Thái Thị Quỳnh Như
Nguyễn Phương Khánh
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 10, năm 2022 PHẦN B: NỘI DUNG
1. Khí cụ điện đóng ngắt 1.1.Khái niệm
Khí cụ điện đóng ngắt là loại khí cụ có chức năng đóng cắt mạch điện bằng tay hay
tự động khi gặp sự cố hay cần sửa chữa.
Ví dụ: Cầu dao cách ly, máy cắt điện, cầu dao, attomat, công tắc, nút nhấn...
1.2.Các loại khí cụ điện đóng ngắt trung, cao áp 1.2.1. Máy cắt
Máy cắt trung, cao áp gọi chung là máy cắt cao áp. Máy cắt trung áp được quy
định từ 1KV đến 52KV, lớn hơn 52KV được quy về cao áp. Máy cắt cao áp (MCCA)
là khí cụ điện đóng cắt chuyên dùng để đóng cắt mạch điện xoay chiều từ 3KV trở lên
ở tất cả các chế độ vận hành: đóng cắt điện định mức, dòng điện ngắn mạch, dòng
điện không tải, máy biến áp điện lực, dòng điện dung của tụ và đường dây.
1.2.1a Phân loại theo môi trường dập hồ quang điện -
Máy cắt chân không VCB là khí cụ điện được sử dụng làm môi trường dập tắt
hồ quang và cách điện nhờ khả năng phục hồi độ bền điện cao, dưới điều kiện môi
trường chân không với áp suất khoảng 1011 bar -
Máy cắt không khí (ACB) là khí cụ điện có chức năng chính là đóng cắt bảo
vệ quá tải và ngắn mạch, sử dụng khí nén đến áp suất 30 bar bên trong thùng khí của
máy cắt làm môi trường dập hồ quang. Khi các tiếp điểm rời nhau, khí nén được thổi
qua các tiếp điểm dạng lỗ để dập tắt hồ quang và thiết lập khe hở cách điện. -
Máy cắt SF6 là máy cắt có cấu tạo và nguyên lý hoạt động tương tự máy cắt
không khí nhưng có môi trường cách điện và dập hồ quang là khí đặc biệt SF6. Khí
SF6 là khí mang điện tích âm và có độ bền điện môi gấp 3 lần không khí trong cùng
điều kiện áp suất. Khí này không độc, không mùi và không cháy. -
Máy cắt tự sinh khí là máy cắt dùng vật liệu cách điện có khả năng tự sinh khí
ở nhiệt độ cao và khí sinh ra có độ bền điện cao để dập tắt hồ quang và phục hồi cách điện. -
Máy cắt dầu là máy cắt dùng dầu như chất cách điện và làm môi trường dập hồ quang + Máy cắt ít dầu
+ Máy cắt nhiều dầu -
Máy cắt điện từ là máy cắt có buồng dập hồ quang theo kiểu rãnh hẹp. Sự dập
hồ quang được thực hiện bằng cách làm tăng điện trở hồ quang nhờ kéo dài và làm nguội nó nhanh chóng.
1.2.1b Phân loại theo môi trường làm việc
- Máy cắt lắp đặt trong nhà
- Máy cắt lắp đặt ngoài trời
1.2.1c Phân loại theo kết cấu - Máy cắt rời - Máy cắt hợp bộ 1.2.2.
Máy cắt tự đóng lại (ACR)
Máy cắt tự đóng lại là khí cụ đóng ngắt có chức năng chính là bảo vệ quá dòng hay ngắn mạch rất tin cậy. 1.2.3.
Máy cắt phân đoạn (CPD)
Máy cắt phân đoạn là khí cụ điện đóng ngắt tự động cắt mạch hoặc đoạn dây khi bị sự cố.
1.2.3a Cấu tạo và thông số kỹ thuật
 Phân loại cấu tạo
● Theo số pha: 1 pha, 3 pha;
● Theo bộ phận điều khiển: điều khiển thủy lực, điều khiển điện tử.
 Cấu tạo. Thông số kỹ thuật
1 loại cắt phân đoạn ( CPĐ) 1 pha, điều khiển điện tử, đặt ngoài trời, dùng cho hệ
thống phân phối đến 35kV, dòng điện tác động từ 5A đến 400A. Ví dụ như ta có:
- Tủ máy cắt phân đoạn mã GKK hay có thể gọi là tủ máy cắt liên lạc mã GKK
- Là tủ trung thế Aysan được dùng để phân cách hoặc liên lạc giữa 2 đoạn thanh cái
của hệ thống dãy tủ. Tủ bao gồm 2 cầu dao cách ly cách điện khí SF6 được liên động
với nhau và máy cắt cách điện khí SF6 hoặc máy cắt cách điện chân không.
- Tủ máy cắt phân đoạn mã GKK hãng Aysan được chia ra làm: tủ máy cắt 24kV
(dùng cho lưới điện 22kV) và tủ máy cắt 40.5kV (dùng cho lưới điện 35kV), mã hiệu tủ GKK.
Các đặc tính làm việc của CPĐ là: dòng điện tác động nhỏ nhất, số lần đếm và thời
gian cài đặt lại. Sơ đồ trên hình H.5. mô tả sự làm việc của CPĐ có 2 lần đếm, phối
hợp với TĐL trong trường hợp sự cố thoáng qua và sự cố duy trì. Trường hợp có sự
cố thoáng qua, dòng điện sự cố vượt quá dòng tác động của CPĐ, TĐL mở, CPĐ đếm
1. TĐL đóng mạch lại. Khi mạch được đóng lại, dòng phụ tải tăng vọt (hiện tượng
dòng điện tăng vọt khi đóng mạch điện cảm) và giảm xuống giá trị dòng phụ tải làm
việc. CPĐ sau khi đã đếm 1 thì tự cài đặt lại. Số lần đếm trở về số 0.
Hình H.23. Quá trình TĐL mở và đóng khi có sự cố thoáng qua và quá trình CPĐ đếm và tự phục hồi.
Trên H.23 Sơ đồ trên cùng là đồ thị dòng điện phụ tải (LOAD), dòng sự cố
(FAULT) . Sơ đồ thứ 2 mô tả quá trình đóng (CLOSE) và quá trình mở (OPEN) của
TĐL. Sơ đồ thứ 3 mô tả quá trình đóng và mở của CPĐ, trong đó có những lần đếm
COUNT 0, COUNT 1, và quá trình cài đặt lại (RESET TIME) và trở về trạng thái ban đầu COUNT 0.
Trên hình H.24. là sơ đồ trong quá trình TĐL mở - đóng lại - mở lần thứ 2 - đóng
lại, trong trường hợp sự cố duy trì, và quá trình CPĐ đếm. Sau lần đếm thứ 2, CPĐ
mở mạch, cô lập phần đường dây bị sự cố.
Thông số kỹ thuật của CPĐ ký hiệu AUTOLINK, do ABB chế tạo
Điện áp định mức: 12/24 & 36kV
Điện áp thử xung sét: 125/150 & 170kV BIL
Dòng điện định mức lớn nhất: 250A
Dòng điện tác động định mức: 5 đến 400A
Dòng điện ngắn hạn: 2kA/1s hoặc 10kA/1s
Số lần đếm cài đặt: 1, 2 hoặc 3.
1.2.3b Cách chọn máy cắt phân đoạn
Khi chọn CPĐ, cần phải xét những yếu tố là: điện áp, dòng điện dài hạn liên tục,
dòng điện sự cố, dòng điện tác động nhỏ nhất, số lần đếm, và một số yếu tố khác.
Điện áp: CPĐ phải có điện áp định mức bằng hoặc lớn hơn điện áp của hệ thống.
Dòng điên dài hạn liên tục: dòng điện định mức của CPĐ phải bằng hoặc lớn hơn
dòng phụ tải của hệ thống và dòng quá tải. Dòng điện sự cố lớn nhất: dòng điện ngắn
hạn của CPĐ phải bằng hoặc lớn hơn dòng sự cố có thể có. Dòng tác động nhỏ nhất:
dòng điện tác động của CPĐ có giá trị bằng 80% dòng tác động nhỏ nhất của TĐL đặt
trước nó. Dòng điện tác động nhỏ nhất của CPĐ bằng 160% dòng định mức của nó.
Dòng tác động của TĐL bằng 200% dòng định mức của nó, từ đó tính ra là 160/200 = 0,80 = 80%.
Số lần đếm : số lần đếm của CPĐ phải nhỏ hơn số lần cắt mạch của TĐL đặt trước
nó, hiệu số nhỏ nhất là 1. Ví dụ TĐL được cài đặt 2 nhanh – 2 chậm (4 lần tác động),
thì số lần đếm của CPĐ sẽ là 3. Số lần đếm của CPĐ có thể bằng 2 để giảm số lần tác
động của TĐL. Trường hợp có 2 CPĐ đặt nối tiếp thì số lần đếm của CPĐ đặt ở sau
phải nhỏ hơn với 1 so với số lần đếm của CPĐ đặt ở trước. Bảo vệ quá điện áp : CPĐ
đã được thử với dòng xung sét 65kA..Tuy nhiên, nên đặt van chống sét cho mỗi CPĐ. 1.2.4.
Máy cắt phụ tải ( Load Break Swi tches = LBS )
Máy cắt phụ tải là khí cụ chỉ có thể đóng ngắt dòng phụ tải nhưng không thể đóng cắt dòng ngắn mạch.
Với tính năng có thể đóng/cắt được dòng phụ tải, dòng ngắn mạch sự cố và sẽ tự
động đóng lại sau một khoảng thời gian đặt trước, khi lắp đặt máy cắt Recloser (thiết
bị tự động đóng lại) trên lưới có thể giảm tới mức tối thiểu các sự cố thoáng qua đồng
nghĩa với việc giảm số lần mất điện không đáng có của đường dây. Ngoài ra đối với
máy cắt Recloser còn cho phép bộ phận kỹ thuật, điều độ lưới điện theo dõi một cách
tin cậy nhất các tình trạng tác động của thiết bị, tình trạng hoạt động của phụ tải trong
một khoảng thời gian dài nhờ vào bộ phận lưu trữ dữ liệu sự cố tin cậy, đảm bảo thông
tin không bị mất đi khi xảy ra bất cứ trường hợp nào.
Cầu dao phụ tải thường được sử dụng phổ biến tại Việt Nam để đóng cắt mạch điện trung áp (6kV đến 35kV)
Ký hiệu: D (Dao phụ tải); N (Lắp đặt ngoài trời); T (Lắp đặt trong nhà); Điện áp
danh định (kV); Dòng điện danh định (kV)
Thông số kỹ thuật: 
Điều kiện lắp đặt: Ngoài trời, nhiệt đới hóa  Buồng dập hồ quang: SF6  Số pha: 3 
Điện áp định mức: ≥ 35 – với lưới 35 kV kVrms  Tần số định mức: 50Hz 
Điện áp chịu đựng tần số công nghiệp, cho cả 2 trường hợp (Khô, 1 phút và
Ướt, 10s): 70 – với lưới 35 kV 
Điện áp chịu đựng đựng xung sét: 170 – với lưới 35 KV 
Dòng điện làm việc và dòng điện cắt tải định mức (tùy theo giá trị dòng điện tại
vị trí lắp đặt thiết bị): 630A. 
Khả năng chịu dòng ngắn mạch (1s) (tùy theo giá trị dòng ngắn mạch tại vị trí
lắp đặt thiết bị): ≥ 16 kVrms 
Dòng điện cắt cáp không tải: ≥ 16 A 
Số chu kỳ đóng cắt dòng tải định mức: ≥ 100 lần 
Số lần thao tác cơ khí: ≥ 5000 lần 
Cơ cấu truyền động: Bằng tay/ bằng điện từ 
Biến dòng đo luồng (bổ sung): Biến dòng tích hợp bên trong cho 3 pha 
Biến điện áp đo lường (bổ sung): Biến điện áp tích hợp bên trong cho 3 pha 
Vật liệu chế tạo vỏ LBS (bổ sung): Hợp kim không gỉ và được xử lý bề mặt chống ăn mòn 
Đầu nối: Được thiết kế và đấu nối bằng cosse ép 
Thanh truyền động đóng cắt: có 
Chiều dài đường rò bề mặt tối thiểu: 25 hoặc 31mm/kV tùy theo điều kiện môi trường 
Kết nối tủ điều khiển: có 
Yêu cầu kết nối SCADA: có  Máy áp cấp nguồn: có Công dụng: -
Dao cách lý thường lắp đặt trước các thiết bị bảo vệ như máy cắt, cầu chì. -
Được lắp đặt trong nhà và ngoài trời. -
Lắp đắt trên các cột điện hoặc trong các tủ trung thế.
Nguyên lý hoạt động của cầu dao phụ tải LBS: LBS hoạt động theo phương
thức: dao ngắt phụ tải thực hiện đóng ngắt bằng cách di chuyển cơ học các tiếp điểm
của chúng với tốc độ phù hợp tiến hành đóng hoặc mở dòng điện. Trong quá trình vận
hành chuyển mạch, nó tiếp xúc với các ứng suất cơ học, nhiệt và điện môi trường
trong quá trình vận hành chuyển mạch. 1.2.5. Dao cách ly (DS)
Dao cách ly là khí cụ điện dùng để cắt mạch điện hệ thống cao áp khi không tải
thường được bố trí liền trước máy cắt hay cầu chì bảo vệ hoặc cả hai phía máy cắt hay recloser. 1.2.5a Dao nối đất
Trong những trạm ngoài trời, cầu dao nối đất không những đòi hỏi đặt trực tiếp ở
dao cách ly mà còn cả ở những vị trí khác. 1. Sứ cách điện. 2. Lưỡi dao. 3. Ngàm cố định. 4. Dây dẫn. 5. Hệ thống truyền động.
Ví dụ như nối đất TEC ( H.37) Cấu tạo bao gồm :
1/- Khung; 2/- Sứ cách điện; 3/- Trục truyền động; 4/- Tiếpđiểm dạng ống; 5/-
Đầu nối cao áp; 6/- Dây nối; 7/- Bộ điều khiển
Dao nối đất một trụ họ TEC với dãy điện áp 72,5 ÷ 300kV do ABB chế tạo theo tiêu chuẩn IEC 129 và 694
Chi tiết tiếp điểm: 1/- Tiếp điểm ngón 2/- Thiết bị chống vầng quang. 3/- Tiếp
điểm dạng ống 4/-Má tiếp điểm. 1.2.6. Cầu chì cao áp
Cầu chì cao áp là khí cụ điện đóng cắt được sử dụng trên hệ thống lưới điện có điện áp đến 115KV
Thường được dùng ở những vị trí sau: -
Đặt ở phía cao áp của máy biến áp để bảo vệ ngắn mạch -
Bảo vệ máy biến áp đo lường ở các cấp điện áp -
Kết hợp với cầu dao phụ tải thành máy cắt phụ tải để bảo vệ các đường dây trung áp
Gồm 2 loại là: cầu chì nổ và cầu chì hạn chế dòng ngắn mạch.
Có nhiều loại cầu chì thông dụng, ví dụ như Back Up:
Back Up: là loại cầu chì dùng riêng cho động cơ và các thiết bị hút dòng cao khi
khởi động. Bởi vì dòng điện khởi động của các thiết bị này cao hơn từ 3-5 lần dòng
điện định mức. Cầu chì dòng này sẽ không đứt nếu dòng điện tăng với mức như thế
trong khoảng thời gian ngắn (4-5s), nếu lâu là hiện tượng quá tải, cầu chì sẽ đứt.
Thông số kỹ thuật
1. Điện thế định mức: 10/24kV
2. Dòng điện định mức: 31,5A
3. Striker là một thanh sắt dài 30mm, đường kính 15mm. Nó sẽ bung ra khi cầu chì
bị đứt, mục đích là báo hiệu cho người dùng và tác động relay (nếu có). Lực đẩy của
striker thông thường là 50N, 80N hay 100N (tùy từng nhà SX và mục đích sử dụng). 4. Breaking capacity I1: 63kA
(Khả năng chịu được dòng ngắn mạch của cầu chì, nếu dòng điện ngắn mạch lớn
hơn mức này thì cầu chì sẽ nứt hoặc nổ. Đơn vị tính là kA.)
5. Minimum breaking current I3: 105A
Thông số này chỉ có ở cầu chì Back Up, thể hiện dòng điện mà cầu chì sẽ cắt khi quá tải.
Cách chọn cầu chì cao áp
Việc chọn lựa dây chì dựa trên 2 yếu tố sau:
1. Dòng điện làm việc của dây chì (dựa tên dòng định mức của hệ thống điện)
2. Dòng điện ngắn mạch của hệ thống Ví dụ:
Trạm biến áp ba pha – lưới điện cao áp: 22 kV và hạ áp: 0,4
Dòng điện định mức bên phía sơ cấp máy biến áp
Iđm B = 630/22.sqrt(3) = 16,53 (A)
Dòng lớn nhất đi qua dây chảy, khi cho máy biến áp quá tải 150%
Idc = 1,5 . Iđm B = 1,5 x 16,53 = 24,78 (A)
=> Chọn cỡ dây chảy: 25K