4/13/2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN

Bộ môn Thiết bị điện - điện tử

THIẾT KẾ KHÍ CỤ ĐIỆN

Giảng viên: Đặng Chí Dũng
Email:
Điện thoại: 0903178663

PHẦN 1:
CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP VÀ CAO ÁP

CHƯƠNG 6:
CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN CAO ÁP

1


4/13/2015

MỤC ĐÍCH

•

Mục đích của bài học phần này là cung cấp cho sinh
viên những kiến thức cơ bản về các KCĐCA bao gồm:

Dao cách ly, Dao ngắn mạch, Thiết bị chống sét,
Kháng điện, Máy biến dòng điện, Máy biến điện áp.

•

Những đặc điểm cơ bản trong vận hành và thiết kế,

tính toán lựa chọn.

I. DAO CÁCH LY (DCL)
•

Công dụng: là một loại KCĐ cao áp, sử dụng để đóng
cắt mạch điện khi không tải hoặc dòng tải rất nhỏ. Dao
cắt phụ tải có thể cho phép cắt mạch điện có dòng tối đa
bằng dòng định mức.

•

Sử dụng: DCL chủ yếu là để tạo ra khoảng cách cách
điện an toàn, nhìn thấy được phục vụ cho công tác vận
hành và sửa chữa.

2


4/13/2015

 Trong thực tế người ta thường hay sử dụng DCL trong
hệ thống như sau:

o DCL mắc kèm với CC cao áp: trong đó DCL sử dụng
để đóng cắt mạch khi không tải hoặc tải nhỏ; CCCA sử
dụng để bảo vệ quá tải và ngắn mạch  thường được sử
dụng đối với các loại phụ tải không có yêu cầu đặc biệt,
giá thành rẻ.
o DCL mắc nối tiếp với máy ngắt cao áp: trong đó máy
ngắt cắt trước, DCL cắt sau tạo khoảng cách cách điện
an toàn. Máy ngắt sử dụng để bảo vệ quá tải và ngắn
mạch với trị số dòng và thời gian bảo vệ chỉnh định được
 sử dụng đối với các phụ tải quan trọng, có yêu cầu bảo
vệ tin cậy hơn.

Kết cấu: tùy theo cấp điện áp, theo hãng chế tạo, theo điện
áp làm việc, người ta chia DCL thành: DCL kiểu chém, kiểu
xoay, kiểu trượt, kiểu nêm và kiểu khung truyền.
Cấu tạo:
Bao gồm: hệ thống giá đỡ, tiếp điểm tĩnh, tiếp điểm động
và giá đỡ tiếp điểm động (lưỡi dao), có thể có buồng dập
hồ quang (đối với dao cắt phụ tải), hệ thống cơ khí truyền
động.
Tính toán:
 Tính toán kết cấu
 Tính toán hệ thống mạch vòng dẫn điện: đầu nối, thanh
dẫn, tiếp điểm.
 Tính toán bộ truyền động.

3


4/13/2015


MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ DAO CÁCH LY

DCL 3pha kiểu chém
10kV, 600A

DCL 1pha kiểu chém
10kV, 4000A

MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ DAO CÁCH LY

DCL kiểu chém 125kV

4


4/13/2015

MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ DAO CÁCH LY

DCL kiểu chém 550kV

MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ DAO CÁCH LY

DCL kiểu khung truyền
DCL kiểu treo 550kV, 1600A

750kV, 2000A

5



4/13/2015

II. DAO NGẮN MẠCH (DNM)

Công dụng: có thể thực hiện 2 công dụng sau:
o Thứ nhất, làm nhiệm vụ của dao nối đất, nối ngắn mạch
phần không mang điện của mạch điện cao áp với đất, để
xả điện áp dư xuống đất, đảm bảo an toàn cho người vận
hành và sửa chữa.
o Thứ hai, là tự động tạo ra dòng điện sự cố ngắn mạch
để cho các thiết bị bảo vệ (máy ngắt đầu nguồn) tác
động.

Sử dụng:
o Nếu HTĐ có trung tính nối đất thì sử dụng DNM 1pha
chạm đất.
o Nếu HTĐ có trung tính cách ly với đất thì sử dụng DNM
2pha.

II. DAO NGẮN MẠCH (DNM)

Tính toán: giống như tính toán DCL
 Tính toán kết cấu.
 Tính toán hệ thống mạch vòng dẫn điện: đầu nối,
thanh dẫn, tiếp điểm.
 Tính toán buồng dập hồ quang (nếu có).
 Tính toán bộ truyền động.
DNM sử dụng để thay thế một phần các máy ngắt

cao áp, với mục đích là giảm chi phí đầu tư ban đầu mà
vẫn đạt được mức độ bảo vệ tin cậy.

6


4/13/2015

DNM 1 pha điện áp 220kV,
kiểu khung truyền

Buồng dập SF6 của DNM
1pha điện áp 110kV,
Tiếp điểm kiểu đối

7


4/13/2015

III. THIẾT BỊ CHỐNG SÉT (TBCS)

Công dụng: TBCS là một loại khí cụ điện hạn chế điện áp,
dùng để bảo vệ HTĐ và các thiết bị điện cao áp khi có sét tác
động (gián tiếp) vào.

Cấu tạo: có 2 loại
 Loại chống sét có khe hở phóng điện: nối tiếp các khe
hở phóng điện với các chồng điện trở SiC.
 Để phân bố đều điện áp trên các khe hở phóng điện,

người ta nối song song các tụ điện.
 Nhược điểm: khi có phóng điện sẽ làm hỏng bề mặt
và khoảng cách khe hở sau phóng điện có thể không
đủ độ bền điện để ngăn chặn điện áp ngưỡng.
 Loại chống sét không có khe hở phóng điện: sử dụng
các đĩa oxýt kim loại kẽm (ZnO).
 U  Unguong thì Z = VCL
 U  Unguong thì Z = 0

8


4/13/2015

Chú ý:
 Ở những nơi có dòng điện ngắn mạch lớn, người ta nối
song song các chồng điện trở.
 Vỏ cách điện có thể làm bằng sứ cách điện, polyme, để
giảm kích thước của TBCS.
 Ở các trạm đóng cắt hợp bộ, cách điện khí (GIS), người
ta còn sử dụng TBCS có vỏ bằng kim loại, cách điện bên
trong là khí SF6.
Lựa chọn TBCS:
 Điện áp định mức của TBCS phải lớn hớn hoặc bằng
điện áp định mức của lưới.
 Loại TBCS: 1chiều hay xoay chiều.
 Dòng điện ngắn mạch của lưới điện tại điểm đặt TBCS
phải nhỏ hơn dòng ngắn mạch mà TBCS có thể chịu đựng
được.


Chống sét ống

CSV có khe hở phóng điện
a)Tổng quát
b)Khối khe hở phóng điện

CSV bằng oxýt kim loại (ZnO)

9


4/13/2015

IV. KHÁNG ĐIỆN (KĐ)

Tác dụng:
 KĐ là một loại khí cụ điện hạn chế dòng điện ngắn mạch, lúc
này tổng trở hệ thống khi có kháng điện gấp đôi tổng trở lúc
bình thường  hạn chế dòng điện ngắn mạch.
 KĐ còn được sử dụng để duy trì một điện áp dư trên thanh
cái đủ lớn để cấp nguồn cho một số các thiết bị điện hoạt động
khi xảy ra ngắn mạch.

Yêu cầu: vì KĐ bảo vệ, hạn chế dòng ngắn mạch nên XK
không đổi  kết cấu thường không có lõi thép.

Chú ý: Các loại cuộn kháng hạn chế dòng điện mở máy của
các động cơ điện xoay chiều, kháng lọc, kháng bù,… yêu cầu
chính đối là điện cảm L = const trong dải dòng điện làm việc,
nên kết cấu có lõi thép để tiết kiệm kim loại màu.


IV. KHÁNG ĐIỆN (KĐ)

 Về mặt kết cấu chia 2 loại: KĐ dầu và KĐ bêtông, trong đó
trụ quấn dây được làm bằng bêtông hoặc nhựa composit
(ngày nay nhựa composit được sử dụng nhiều hơn do nhẹ và
cách điện tốt hơn).
 Bố trí KĐ theo phương thẳng đứng, hoặc theo phương
nằm ngang.
 KĐ đơn: có 1 cuộn dây; KĐ kép: trên 1 trục có quấn 2 cuộn
dây, sao cho từ thông sinh ra trên 2 cuộn dây ngược chiều
nhau.
 Thông số điện kháng phần trăm xK%  quyết định độ sụt
áp u% của KĐ lúc bình thường và khi ngắn mạch.
*
*
I dm .xK
x
.100%  U  x .sin 
U pha
*

10


4/13/2015

IV. KHÁNG ĐIỆN (KĐ)

IV. KHÁNG ĐIỆN (KĐ)


KĐ dầu với Uđm > 36kV:
1 - Vỏ thùng; 2 - Cuộn
dây; 3 - Tấm màn chắn;
4 - Cách điện

KĐ bêtông Uđm  36kV
1 - Cuộn dây; 2 - Khung
bêtông; 3, 4 - sứ cách
điện

11


4/13/2015

IV. KHÁNG ĐIỆN (KĐ)

Yêu cầu đối với KĐ:
 Cách điện phải đảm bảo và không bị phá hủy khi đóng
cắt.
 Ở giá trị dòng điện định mức Iđm  KĐ không được phát
nóng quá giá trị nhiệt độ cho phép  < [cp].
 Độ sụt áp trên KĐ nhỏ hơn giá trị cho phép.
 Khi xảy ra ngắn mạch, KĐ phải đảm bảo độ bền điện
động và đảm bảo ổn định nhiệt trong một khoảng thời gian
nhất định (1s, 3s, 4s, 10s,…)
 Tổn hao đồng trên KĐ phải nhỏ đến mức có thể.

V. MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN (TI)


Tác dụng:
 TI sử dụng để biến đổi giá trị dòng điện cao (có thể U
lớn) xuống dòng điện, điện áp thấp tiêu chuẩn dùng cho
việc đo lường, bảo vệ và điều khiển.
Cấu tạo:
 TI có cấu tạo giống MBA, chế độ làm việc bình thường,
TI tuân theo quy luật: I1W 1 = I2W 2
 Mật độ từ cảm B thường chọn trong lõi thép TI biến thiên
trong khoảng rộng B = (0,08 - 0,1)T nên lõi to.
 TI hoạt động bình thường ở chế độ ngắn mạch.

12


4/13/2015

V. MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN (TI)

Chú ý:
 Nếu hở mạch thứ cấp TI khi đang vận hành, U2 sẽ cao
(do W 2 lớn)  xung dòng lớn gây nguy hiểm cho người
vận hành; đồng thời làm cho lõi thép bão hòa từ, phát nóng
và có thể gây cháy  phải duy trì   0 = const trong suốt
quá trình vận hành TI.
 Phụ tải và sai số của TI có quan hệ mật thiết với nhau 
đảm bảo sai số của TI trong phạm vi cho phép, ta phải sử
dụng đúng TI với phụ tải của nó.
 Các thiết bị điều khiển, bảo vệ có sử dụng góc lệch pha
trong tính toán thì khi kết nối với TI cần chú ý đấu đúng đầu

đầu (*) và đầu cuối.

V. MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN (TI)

Phân loại:
 Dựa vào chức năng chia thành các loại:
+ TI đo lường: cấp chính xác 0,2; 0,5.
+ TI bảo vệ: cấp chính xác 1; 3; 10.
+ TI hỗn hợp: vừa đo lường, vừa bảo vệ.
+ TI dùng để thí nghiệm: cấp chính xác cao nhất.
+ TI với chức năng trung gian: kiểu TI nối tầng.
 Dựa theo nơi lắp đặt:
+ Ngoài trời: dùng cho mạng truyền tải.
+ Trong nhà: chủ yếu dùng cho điều khiển và chỉ thị.
+ Môi trường đặc biệt: hầm lò,…
 Theo số vòng dây sơ cấp:
+ Loại có 1 vòng dây: đơn giản, sai số cao.
+ Loại nhiều vòng dây: phức tạp, cấp chính xác cao hơn.

13


4/13/2015

V. MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN (TI)

Phân loại:
 Theo vật liệu cách điện: Loại sứ; loại bakêlít; loại không
khí; loại dầu.
 Theo tần số: Loại tần số công nghiệp: 50Hz; loại tần số

cao kHz.
Các thông số cơ bản:
+ Công suất định mức Sđm (VA).
+ Điện áp định mức Uđm (kV): là điện áp nguồn sơ
cấp TI được mắc vào mạch.
+ Dòng điện định mức I1đm/I2đm (A): dòng điện sơ cấp
định mức/dòng điện mức thứ cấp theo tiêu chuẩn.
+ Tỷ số biến đổi dòng điện: KIđm = I1đm/I2đm
+ Sai số TI.

V. MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN (TI)

+ Sai số TI:

+ Cấp chính xác: 0,1 ; 0,2 ; 0,5 ; 1 ; 3 ; 10
o Cấp chính xác chuẩn: đến 0,2.
o Đo lường các đại lượng: đến 0,5.
o Đo lường chỉ thị: đến 1.
o Bảo vệ: 3 ; 10.

14


4/13/2015

V. MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN (TI)

Các thông số cơ bản:

V. MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN (TI)


Vật liệu từ và kiểu lõi TI:
 Vật liệu từ: thường dùng thép lá KTĐ với độ dầy (0,35  0,5)
mm.
 Yêu cầu vật liệu từ:
+ Ở giá trị B nhỏ   lớn  có lợi cho những TI đo lường.
+ Bbh lớn: có lợi cho TI bảo vệ.
+ Lõi thép phải có  lớn trong dải rộng.
+ Suất tổn hao nhỏ  sai số nhỏ.
 Kiểu lõi: có 2 kiểu chính
+ Lõi hình xuyến.
+ Lõi hình chữ nhật.

15


4/13/2015

V. MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN (TI)

TI kiểu khô:

V. MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN (TI)

TI kiểu dầu:

16


4/13/2015


V. MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN (TI)

TI kiểu mới:

VI. MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP (TU)

Khái niệm chung:
 TU là một loại khí cụ điện sử dụng để biến đổi điện áp cao,
xuống giá trị nhỏ, an toàn và tiêu chuẩn để cung cấp tín hiệu cho
các thiết bị đo lường, bảo vệ và điều khiển.
 Về cấu tạo, TU có cấu tạo tương tự như MBA điện từ, tuy nhiên
nó cũng có một số đặc điểm riêng.
 TU được chế tạo theo dãy: với U1 dãy và U2 theo tiêu chuẩn.
Cấp chính xác: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 3; 10.
 TU không cần phải tính toán nhiệt và điện động vì giá trị dòng
điện rất nhỏ.
 Ở chế độ làm việc bình thường, TU gần như không tải.
 TU có loại 1pha, 3pha-3trụ, 3pha-5trụ TU 3pha-5trụ được sử
dụng để bảo vệ ngắn mạch trong HTĐ trung áp có trung tính
không nối đất, và thường được đấu Y/Y0/V.

17


4/13/2015

VI. MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP (TU)

Các thông số cơ bản:


VI. MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP (TU)

Kết cấu và sơ đồ mạch:

18


4/13/2015

VI. MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP (TU)

Kết cấu và sơ đồ mạch:

VI. MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP (TU)

TU kiểu mới:

19