Bảo vệ chống chạm đất trong cuộn dây Stator

Mạng điện áp máy phát thường làm việc với trung tính cách điện với đất hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang nên dòng chạm đất không lớn lắm. Tuy vậy, sự cố một điểm cuộn dây stator chạm lõi từ lại thường xảy ra, dẫn đến đốt cháy cách điện cuộn dây và lan rộng ra các cuộn dây bên cạnh gây ngắn mạch nhiều pha.Vì vậy, cần phải đặt bảo vệ chống chạm đất một điểm cuộn dây stator.

Dòng điện tại chỗ chạm đất khi trung điểm của cuộn dây máy phát không nối đất là:

IĐα(1)=α.Uprqđ2+XC0Σ2 size 12{I rSub { size 8{Đα} } rSup { size 8{ ( 1 ) } } = { {α "." U rSub { size 8{p} } } over { sqrt {r rSub { size 8{"qđ"} } rSup { size 8{2} } +X rSub { size 8{C rSub { size 6{0} } Σ} } rSup {2} } } } } {} (1-33)

Trong đó:

• α: số phần trăm cuộn dây tính từ trung điểm đến vị trí chạm đất (α ≤ 1).
• Up: điện áp pha của máy phát.
• rqđ: điện trở quá độ tại chỗ sự cố.
• XC0Σ size 12{X rSub { size 8{C rSub { size 6{0} } Σ} } } {}: dung kháng 3 pha đẳng trị của tất cả các phần tử trong mạng điện áp

máy phát. XC0Σ=13.j.ω.C0∑ size 12{X rSub { size 8{C rSub { size 6{0} } Σ} } size 12{ {}= { {1} over {3 "." j "." ω "." C rSub {0 sum } } } }} {}

Nếu bỏ qua điện trở quá độ tại chỗ sự cố (rqđ = 0), dòng chạm đất bằng:

IĐα(1) size 12{I rSub { size 8{Đα} } rSup { size 8{ ( 1 ) } } } {}= 3.α.ω.C_0Σ.Up (1-34)

Khi chạm đất xảy ra tại đầu cực máy phát (α = 1) dòng chạm đất đạt trị số lớn nhất:

IĐαmax(1) size 12{I rSub { size 8{Đα"max"} } rSup { size 8{ ( 1 ) } } } {}= 3.ω.C_0Σ.Up (1-35)

Nếu dòng chạm đất lớn cần phải đặt cuộn dập hồ quang (CDHQ), theo quy định của một số nước, CDHQ cần phải đặt khi:

IĐαmax(1) size 12{I rSub { size 8{Đα"max"} } rSup { size 8{ ( 1 ) } } } {}≥ 30 A đối với mạng có U = 6 kV

IĐαmax(1) size 12{I rSub { size 8{Đα"max"} } rSup { size 8{ ( 1 ) } } } {}≥ 20 A đối với mạng có U = 10 kV

IĐαmax(1) size 12{I rSub { size 8{Đα"max"} } rSup { size 8{ ( 1 ) } } } {}≥ 15 A đối với mạng có U = (15 ÷ 20) kV

IĐαmax(1) size 12{I rSub { size 8{Đα"max"} } rSup { size 8{ ( 1 ) } } } {}≥ 10 A đối với mạng có U = 35 kV

Kinh nghiệm cho thấy rằng dòng điện chạm đất IĐαmax(1) size 12{I rSub { size 8{Đα"max"} } rSup { size 8{ ( 1 ) } } } {}≥ 5A có khả năng duy trì tia lửa điện tại chỗ chạm đất làm hỏng cuộn dây và lõi thép tại chỗ sự cố, vì vậy bảo vệ cần phải tác động cắt máy phát. Phần lớn sự cố cuộn dây stator là chạm đất một pha vì các cuộn dây cách điện nằm trong các rãnh lõi thép. Để giới hạn dòng chạm đất trung tính máy phát thường nối đất qua một tổng trở. Các phương pháp nối đất trung tính được trình bày trong hình 1.10.

Nếu tổng trở trung tính đủ lớn dòng chạm đất có thể giới hạn nhỏ hơn dòng điện định mức máy phát. Không có công thức tổng quát nào cho giá trị tối ưu của tổng trở giới hạn dòng. Nếu tổng trở trung tính quá cao, dòng chạm đất bé làm cho rơle không tác động. Ngoài ra điện trở quá lớn sẽ xuất hiện hiện tượng cộng hưởng quá độ giữa các cuộn dây với đất và đường dây kết nối. Để tránh hiện tượng này khi tính chọn điện trở trung tính cực đại dựa vào dung dẫn giữa 3 cuộn dây stator máy phát, thường yêu cầu: R ≤ 13ωC size 12{ { {1} over {3ωC} } } {} ( Ω size 12{ %OMEGA } {}) (1-36)

với C là điện dung của mỗi cuộn dây stator máy phát.

Nếu điện trở trung tính thấp, dòng điện chạm đất sẽ cao và sẽ gây nguy hiểm cho máy phát. Khi điện trở trung tính giảm độ nhạy của rơle chống chạm đất giảm do điện thế thứ tự không nhỏ. Rơle chống chạm đất sẽ cảm nhận điện thế giáng trên điện trở nối đất do vậy giá trị điện thế này phải đủ lớn để đảm bảo độ nhạy của rơle.

Hình 1.10giới thiệu một số phương án áp dụng nối đất trung tính máy phát.

• Phương án a: Trung tính nối đất qua điện trở cao Rt (hình1.10a) để giới hạn dòng chạm đất nhỏ hơn 25A. Một phương án khác cũng nối đất qua điện trở thấp cho phép dòng chạm đất có thể đạt đến 1500A.
• Phương án b: Trung tính nối đất qua điện kháng có kháng trở bé (hình 1.10b), với phương án này cho phép dòng chạm đất lớn hơn khi dùng phương án a, giá trị dòng chạm đất khoảng (25÷100)% dòng ngắn mạch 3 pha.
• Phương án c: Trung tính nối đất qua máy biến áp BA hình 1.10c, điện áp của cuộn sơ MBA bằng điện áp máy phát, điện áp của cuộn thứ MBA khoảng 120V hay 240V.

• Đối với sơ đồ có thanh góp cấp điện áp máy phát khi Iđ_α > 5 (A) cần phải cắt máy phát.
• Đối với sơ đồ nối bộ MF-MBA thường Iđ_α < 5 (A) chỉ cần đặt bảo vệ đơn giản hơn để báo tín hiệu chạm đất stator mà không cần cắt máy phát.