Bảo Vệ Hệ Thống Điện

Lê Hồng Phong

Vấn đề về điện là gì? Hệ thống điện là gì? Làm thế nào để bảo vệ hệ thống điện? Đây chắc chắn là những câu hỏi khó, khó có câu trả lời chính xác và đầy đủ. Vì vậy, hôm nay Phan Khang Điền xin mời các bạn đọc bài viết này để hiểu rõ hơn những vấn đề trên. Đi nào, đi thôi.

1. Sự cố về điện là gì?

Trong quá trình vận hành hệ thống điện, có thể xảy ra sự cố và chế độ làm việc bất thường của các bộ phận.

Sự cố thường dẫn đến dòng điện cao và điện áp thấp. Điều này làm gián đoạn hoạt động bình thường của hệ thống. Để duy trì hoạt động bình thường của hệ thống và người tiêu dùng, cần nhanh chóng phát hiện sự cố và cách ly nó khỏi hệ thống.

Thiết bị bảo vệ rơle là loại thiết bị bảo vệ tự động thực hiện các nhiệm vụ trên.

Ngoài ra, hệ thống điện cũng có thể bị hư hỏng nặng khi bị sét đánh. Hệ thống chống sét có nhiệm vụ giảm thiểu thiệt hại khi sét đánh vào các phần tử điện.

Sự cố hệ thống điện

2. Bảo vệ an toàn hệ thống điện bằng rơle

2.1. Yêu cầu đối với hệ thống bảo vệ rơle

Bảo vệ rơle cần phải đáp ứng một số tiêu chí kỹ thuật nhất định:

• Nhanh chóng: nhanh chóng cắt bỏ khu vực có sự cố khỏi hệ thống, giảm thiểu thiệt hại.
• Tính chọn lọc: cắt chính xác khu vực có vấn đề khỏi hệ thống.
• Đảm bảo: bảo mật phải hành động khi cần thiết, không hành động sai hoặc không đúng lúc.
• Độ nhạy: tác động gần với giá trị cài đặt sẽ hoạt động, giá trị tác động càng gần cài đặt thì độ nhạy càng cao.

Không phụ thuộc vào các điều kiện vận hành: bảo vệ phải hoạt động tốt trong các điều kiện vận hành khác nhau.

Ngoài ra, hệ thống bảo vệ phải đáp ứng yêu cầu kinh tế, gọn nhẹ, linh hoạt trong việc thay đổi tính năng…

Theo lịch sử phát triển từ rơle cơ điện đến rơle điện tử và ngày nay kết hợp với điều khiển máy tính, các hệ thống bảo vệ ngày càng được hoàn thiện.

Rơ le bảo vệ hệ thống điện

2.2. Bảo vệ chính bằng rơle

• Bảo vệ dòng điện: hoạt động trong trường hợp dòng điện của mạch bảo vệ tăng do quá tải hoặc đoản mạch.
• Rơle sẽ hoạt động khi dòng điện trong mạch tăng vượt quá một giá trị xác định, gọi là dòng khởi động – ký hiệu IkđBv, dòng điện này phải lớn hơn dòng định mức cũng như dòng tải cực đại của mạch. Như vậy, dòng khởi động rơle IkdR = IkđBv/nCT trong đó nCT là tỷ số dòng điện của máy biến áp.
• Bảo vệ điện áp: bảo vệ điện áp tối thiểu và tối đa là hai loại rơle bảo vệ điện áp.
• Bảo vệ điện áp tối thiểu: là biện pháp bảo vệ sẽ hoạt động trong trường hợp sụt áp do đoản mạch hoặc lỗi. Bảo vệ sẽ tác động khi điện áp mạch nhỏ hơn điện áp khởi động bảo vệ UkđBv, điện áp này nhỏ hơn điện áp định mức và điện áp tối thiểu của mạng. Điện áp khởi động rơle UkdR = UkđBv/nPT trong đó nPT là tỷ số biến đổi điện áp.
• Bảo vệ điện áp tối đa: là loại bảo vệ sẽ hoạt động trong trường hợp điện áp tăng vượt quá điện áp khởi động của bảo vệ, hiếm khi được sử dụng chủ yếu ở các nhà máy thủy điện và đường dây điện áp rất cao.
• Bảo vệ định hướng: kết hợp với các biện pháp bảo vệ khác để tăng tính chọn lọc của biện pháp bảo vệ. Hoạt động bằng cách xác định độ lệch pha giữa vectơ dòng điện và điện áp.
• Bảo vệ vi sai: bảo vệ này hoạt động khi có sự chênh lệch giữa các giá trị dòng điện từ hai đầu của khu vực được bảo vệ. Ở trạng thái làm việc bình thường, chênh lệch dòng điện qua hai máy biến dòng là 0. Nếu xảy ra đoản mạch trong vùng bảo vệ, chênh lệch này sẽ khác 0 và rơle sẽ đóng vai trò bảo vệ.
• Bảo vệ khoảng cách: việc bảo vệ này được thực hiện bởi một rơle trở kháng, hoạt động khi trở kháng của mạch được bảo vệ giảm. Thông thường, tổng trở mạch cao. Khi xảy ra đoản mạch, điện áp giảm trong khi dòng điện tăng nên tỉ số Z=U/I giảm đáng kể thì rơle trở kháng sẽ hoạt động.
• Bảo vệ bằng rơle nhiệt: khi nhiệt độ tăng cao, thông thường khi xảy ra hiện tượng đoản mạch hoặc quá tải trên các phần tử điện thì rơle nhiệt sẽ hoạt động, thường được sử dụng cho động cơ điện.
• Bảo vệ bằng rơle hơi: là loại rơle thường được trang bị cho các máy biến áp dầu công suất lớn. Rơle này được lắp đặt trên đường ống nối máy biến áp và thùng dầu phụ. Khi máy biến áp xảy ra sự cố, tốc độ hơi dầu đi qua đường ống kết nối tăng lên có thể làm nghiêng rơle, khiến các tiếp điểm đặt trên rơle đóng lại. Nếu trời sáng, hãy đóng tiếp điểm báo động. Trong trường hợp nghiêm trọng, nó sẽ cắt máy biến áp.

3. Bảo vệ hệ thống điện bằng cách lắp đặt chống sét và nối đất

3.1. Quá điện áp tự nhiên và đặc tính sét

Sét là hiện tượng phóng điện trong khí quyển giữa các đám mây và mặt đất hoặc giữa các đám mây có điện tích trái dấu.

Hai thông số quan trọng của dòng sét là biên độ Is và độ dốc mặt sóng a. Biên độ thường không quá 200-300kA và phổ biến

Quá điện áp trong khí quyển phát sinh khi sét đánh trực tiếp vào các vật thể ngoài trời (đường dây điện, thiết bị phân phối, v.v.) cũng như khi sét đánh gần các công trình. Quá điện áp khí quyển xảy ra trong thời gian ngắn kèm theo điện áp cao, phá hủy lớp cách điện của các thiết bị điện, vì vậy cần triển khai biện pháp chống sét cho các công trình nói chung và công trình điện nói riêng.

3.2. Các bước thi công chống sét cho tòa nhà

Để thực hiện chống sét cho một công trình phải tuân thủ 6 điểm sau:

• Thiết bị chống sét (dây chống sét): đặt trên cao ở những vị trí mong muốn.
• Dây dẫn dòng sét từ cực sét xuống đất.
• Tiêu tán năng lượng dòng sét xuống đất nhờ hệ thống nối đất.
• Thực hiện một lưới nối đất đẳng thế để loại bỏ sự khác biệt tiềm năng.
• Bảo vệ thiết bị khỏi sét di chuyển dọc theo đường dây điện.
• Bảo vệ thiết bị khỏi sét truyền dọc theo đường tín hiệu.

Hệ thống chống sét lan truyền

4. Triển khai biện pháp chống sét cho trạm điện và đường dây truyền tải

Rơle bảo vệ nhà máy điện, trạm biến áp

4.1. Chống sét trực tiếp cho trạm biến áp

Để chống sét đánh trực tiếp vào trạm, người ta sử dụng cột thu lôi cao có đầu nhọn bằng kim loại (đôi khi kết hợp với dây chống sét) và được nối với hệ thống nối đất.

Phạm vi bảo vệ phụ thuộc vào chiều cao của cột thu lôi và số lượng cột thu lôi. Sau khi sắp xếp một số cột thu và độ cao nhất định, người ta tính toán và kiểm tra xem phạm vi bảo vệ có thể bảo vệ được tất cả các thiết bị cần bảo vệ hay không? Nếu không, bạn có thể thêm cột bổ sung hoặc nâng cột thu lôi lên và tính toán lại, kiểm tra.

Tuy nhiên, sét đánh có xác suất xảy ra và chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố nên khó đảm bảo bảo vệ toàn diện cho trạm.

4.2. Chống sét đường dây truyền tải điện

Trong quá trình vận hành, tình trạng mất điện do sét đánh trên đường dây truyền tải trên không khá lớn. Vì vậy, việc bảo vệ chống sét đánh trên đường dây trên không là cần thiết.

Để bảo vệ đường dây chống sét, cột chống sét có thể được treo trên toàn bộ đường dây (khá đắt) và thường chỉ sử dụng cho đường dây 110 – 220kV có cột sắt và cột bê tông cốt thép.

Đường dây 35kV thường ít được bảo vệ toàn tuyến, thường sử dụng kết hợp nhiều biện pháp như: nối đất cột, đặt thiết bị chống sét ở một số cột, thêm bát sứ ở những nơi cách điện yếu ở mức cao. Tùy theo cách bố trí các dây trên cột mà có thể treo một hoặc hai dây chống sét. Dây chống sét được treo phía trên đường dây truyền tải sao cho dây dẫn của cả 3 pha đều nằm trong phạm vi bảo vệ của dây chống sét.

4.3. Bảo vệ chống sét lan truyền dọc đường dây tới trạm

Để bảo vệ các thiết bị trong trạm biến áp khỏi sóng quá điện áp truyền từ đường dây đầu vào phải sử dụng thiết bị chống sét. Các thiết bị chống sét này sẽ hạ biên độ sóng quá điện áp xuống giá trị an toàn cho lớp cách điện cần bảo vệ. Thiết bị chống sét lan truyền cho trạm chủ yếu là thiết bị chống sét lan truyền dạng van (CSV), thiết bị chống sét lan truyền dạng ống (CSO) và khe hở xả.

• Khe chớp: là thiết bị chống sét đơn giản nhất, gồm có hai điện cực: một điện cực nối vào mạch điện, điện cực còn lại nối đất.
• Chống sét bằng ống: Khe phóng điện được đặt trong ống làm bằng vật liệu tạo khí. Khi xảy ra hiện tượng phóng điện hồ quang sẽ làm nóng ống, ống sinh ra nhiều khí, làm tăng áp suất trong ống và làm thổi bay hồ quang.
• Thiết bị chống sét: có khe hở phóng điện và điện trở phi tuyến hay không. Khi có quá điện áp, nó sẽ xuyên qua các khe hở không khí và đi qua điện trở phi tuyến xuống đất.

Để chống sét lan truyền dọc đường dây thường kết hợp với việc đặt một ống chống sét trên đường dây gần trạm và một van chống sét ngay trước máy biến áp.

Nối đất trạm và đường dây

Để chống sét đạt hiệu quả cao, hệ thống nối đất cho trạm, đường dây phải đáp ứng một số điều kiện nhất định như:

• Đối với trạm có điện áp trung tính nối đất trực tiếp từ 110kV trở lên Rđ ≤ 0,5Ω.
• Đối với trạm có trung tính cách điện, điện áp dưới 110kV, Rđ ≤ 4Ω.
• Đối với các trạm nhỏ Rđ ≤ 10Ω.

Kết thúc bài viết. Hy vọng qua bài viết trên các bạn đã biết được sự cố điện là gì, cách bảo vệ hệ thống điện cho các công trình, hay hệ thống điện cho ngôi nhà thân yêu của mình. Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc nào về sự cố điện, thiết bị chống sét hoặc cần báo giá thiết bị chống sét, thiết bị bảo vệ hệ thống điện, đừng ngần ngại liên hệ ngay với Phan Khang Điền – Nhà phân phối chính thức thiết bị điện Schneider Electric tại Việt Nam. Cảm ơn bạn đã theo dõi bài viết này.

Thông tin bổ sung về Tiêu chuẩn Điện

1. IEC là gì? tiêu chuẩn IEC
2. Tiêu chuẩn IEC 60364-8-1
3. Chỉ số chống bụi và nước ở cấp độ bảo vệ IP là gì?
4. Bảo vệ hệ thống điện

CÔNG TY TNHH ĐIỆN PHAN KHANG

Hãy liên hệ với Trường THPT Chuyên Lê Hồng Phong ngay hôm nay để có được dịch vụ tốt nhất.