1
PHỐI HỢP BẢO VỆ RƠLE
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
2
NỘI DUNG
I. GIỚI THIỆU 3
1. Tính phối hợp 3
2. Tốc độ 3
3. Độ tin cậy 4
II. PHƯƠNG HƯỚNG PHÂN TÍCH 4
III. CÁC TIÊU CHUẨN ĐƯỢC THỪA NHẬN 5
1. Điều kiện tác động 5
2. Động cơ không đồng bộ 5
a. Quá tải cho phép của động cơ 5
b. Dòng khởi động của động cơ không đồng bộ 6
c. Yêu cầu bảo vệ tối thiểu 6
d. Khả năng chịu đựng của động cơ 6
3. Máy biến áp 7
a. Quá tải cho phép của MBA 7
b. Dòng xung kích của MBA 7
c. Khả năng chịu đựng của MBA 9
4. Cáp 10
IV. PHÂN TÍCH SỰ PHỐI HỢP BẢO VỆ VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA MÁY
TÍNH 11
1. Máy tính cá nhân 11
2. Hiển thị đồ họa 11
3. Sơ đồ đơn tuyến 11
4. Các file dữ liệu của dự án 11
5. Thư viện các thiết bị 12
6. Nhập dữ liệu tương tác 12
V. DỮ LIỆU CẦN CHO PHÂN TÍCH PHỐI HỢP BẢO VỆ 13

1. Tính phối hợp
Khái niệm này được dùng để mô tả sự dung hòa, dựa trên sự đánh giá về mặt kỹ
thuật, giữa hai mục tiêu có bản chất mâu thuẫn: mục tiêu bảo vệ hệ thống tối đa và
mục tiêu cần được cấp điện tối đa. Do đó, định mức của thiết bị bảo vệ và giá trị
đặt trong thực tế cần cân đối giữa các yếu tố này.
2. Tốc độ
Tốc độ là khả năng của relay tác động trong một thời gian yêu cầu và là yếu tố
quan trọng trong việc giải trừ sự cố vì có tác động trực tiếp đến các hư hỏng thiết
bị do dòng ngắn mạch. Tiêu chí hàng đầu của bảo vệ relay là tác động cắt mạch bị
sự cố càng nhanh càng tốt.
4
3. Độ tin cậy
Độ tin cậy là yếu tố quan trọng trong bảo vệ relay, là khả năng làm việc chính xác
khi có sự cố xảy ra trong hệ thống. Bảo vệ relay phải thực sự tin cậy và không
được phép tác động sai khi có sự cố trong hệ thống điện.
Sau đây là các phương hướng chung khi lắp đặt các thiết bị bảo vệ :
• Vùng bảo vệ sơ cấp hay vùng bảo vệ một sẽ cô lập mạch bị sự cố càng
nhanh càng tốt.
• Trường hợp bảo vệ sơ cấp không làm việc, bảo vệ dự trữ (back-up) sẽ cô lập
sự cố. Chức năng bảo vệ dự trữ được thực hiện với thiết bị bảo vệ đặt ở phía
trước (upstream) thiết bị bảo vệ sơ cấp. Do đó, cần phải có sự phối hợp
dòng điện giữa thiết bị bảo vệ sơ cấp và bảo vệ dự trữ.
• Các giá trị đặt cho thiết bị bảo vệ được chọn riêng biệt, phù hợp với các
thông số của lưới điện. Chọn lựa các giá trị này theo dòng điện trong hệ
thống, các biên hạn cho phép, cũng như các tiêu chuẩn.
II. PHƯƠNG HƯỚNG PHÂN TÍCH
Phương pháp thuận tiện nhất để xác định các định mức thích hợp và các giá trị đặt
cho thiết bị bảo vệ (LVCB, cầu chì, relay) là vẽ đồ thị đường cong thời gian –
dòng điện. Các đường cong này được vẽ trên hệ trục toạ độ logarith tiêu chuẩn,
minh họa đặc tính thời gian-dòng điện của mỗi thiết bị bảo vệ cũng như các chuẩn

thiết bị điện thông thường được cho sau đây:
2. Động cơ không đồng bộ
Dòng định mức của động cơ có thể được xác định từ phương trình sau đây:
(ct1)
a. Quá tải cho phép của động cơ
Thông số này là hàm số theo hệ số làm việc của động cơ (motor service factor) và
nhiệt độ. Với hệ số làm việc là 1.1, hệ số quá tải sẽ là 1.1 pu.
( )
))()((3
)746.0(
)(
kVrPowerFactoEfficiency
hp
fullloadI =
6
b. Dòng khởi động của động cơ không đồng bộ
Dòng khởi động của động cơ không đồng bộ sẽ là dòng khi không cho rotor quay
( locked rotor current) . Thông thường, dòng khởi động bằng khoảng 6 lần dòng
định mức. Đối với động cơ không đồng bộ rotor dây quấn, dòng khởi động bằng
khoảng 4 lần dòng định mức.
c. Yêu cầu bảo vệ tối thiểu
Đối với các động cơ làm việc ở điện áp 600V trở xuống , NEC [3] yêu cầu bảo vệ
quá tải và quá dòng. Bảo vệ quá tải cần thiết cho động cơ được cho như sau :
Động cơ có hệ số làm việc không nhỏ hơn 1.15 = 125 %
Động cơ có độ tăng nhiệt độ không quá 40 độ C = 125 %
Các động cơ khác = 115 %
Đôi khi, cần có các giá trị bảo vệ khác cho động cơ nhiều cấp tốc độ và những
động cơ đặc biệt khác. Thiết bị bảo vệ quá dòng pha sẽ cắt động cơ theo các giá trị
sau đây :
CB bảo vệ theo đặc tính bảo vệ ngược= 250 %

8
Điều 240-100 của NEC 1999 [3] qui định: để bảo vệ quá dòng cho phát tuyến có
điện áp định mức trên 600 V, “ trong bất luận trường hợp nào, dòng định mức liên
tục của cầu chì được quá 3 lần, hay giá trị dòng cắt lâu dài của CB gấp 6 lần, so
với khả năng tải dòng của dây dẫn”. Nội dung của qui định gồm bảng các định
mức tải dòng được xuất bản bởi Hiệp hội Kỹ thuật Cáp Lực cách điện (IPCEA).
Điều 450-3 của NEC 1999 cung cấp chi tiết các yêu cầu cụ thể cho việc bảo vệ
MBA. Các yêu cầu về định mức thiết bị bảo vệ hay giá trị đặt theo bội số của dòng
định mức được cho trong bảng 2.
Đường cong theo ANSI, là các đường cong thời gian - dòng điện biễu diễn khả
năng chịu đựng ứng suất cơ học và nhiệt của MBA phân phối mà không bị hư
hỏng theo tiêu chuẩn ANSI C57.12, 1973 [4]. Tiêu chuẩn ANSI C57.109 [5] định
nghĩa khả năng thông dòng ngắn mạch và giới hạn thời gian cho 4 chủng lọai
MBA ( xem bảng 3)
9
Ghi chú :
(1) - Chọn giá trị nhỏ hơn.
Zt - Tổng trở của MBA tính theo đvtđ trên cơ sở định mức MBA tự làm mát.
Zs - Tổng trở hệ thống tính theo đvtđ trên cơ sở MBA.
X - Bình phương dòng điện cơ sở theo đvtđ đã chọn.
# - Các điểm này xác định đường cong I
2
t trong vùng thời gian ngắn, tính từ
70 % đến 100 % của dòng ngắn mạch lớn nhất đối với lọai II, và 50 % đến
100 % đối với lọai III và IV.
c. Khả năng chịu đựng của MBA
Để biểu thị cho khả năng chịu phá hủy của MBA, cần có giá trị của dòng điện ứng
với các loại sự cố ngắn mạch khác nhau. Trong mạch MBA, dòng điện qua cuộn
dây phụ thuộc vào kiểu đấu nối khác nhau được cho trên hình 4
10

để chuẩn bị các báo cáo. Phần mềm cho phép vẽ sơ đồ đơn tuyến với các thiết bị
bảo vệ .
4. Các file dữ liệu của dự án
Cơ sở dữ liệu là cách thức để lưu trữ dữ liệu dạng số . Cơ sở dữ liệu có thể tạo cấu
trúc để lưu trữ tất cả các đặc tính cần thiết của thiết bị, dữ liệu về ngắn mạch, dữ
liệu về phối hợp bảo vệ. Chương trình có thể tính toán dòng xung kích, các giá trị
đặt cho thiết bị bảo vệ và các chi tiết của dự án. Dữ liệu của dự án có thể được
copy từ máy tính này sang máy tính khác để phân tích.
12
5. Thư viện các thiết bị
Các phần mềm có thư viện lớn chứa các dữ liệu từ nhiều nhà sản xuất khác nhau,
bao gồm các loại relay quá dòng, relay bảo vệ chạm đất, MCCB, dữ liệu đường
cong phá hỏng cáp, đường cong phá hỏng MBA, relay nhiệt bảo vệ quá tải động
cơ và recloser (tự đóng lại) . Phần mềm sử dụng kỹ thuật chọn đường cong để mô
hình các đặc tính phối hợp bảo vệ. Những thư viện dữ liệu này rất hữu dụng để
thực hiện phối hợp bảo vệ một khi đã chuẩn bị thật tốt dữ liệu .
6. Nhập dữ liệu tương tác
Không phải lúc nào cũng có sẵn dữ liệu trong thư viện thiết bị , khi đó có thể nhập
dữ liệu, dựa vào các phương trình đã cho, hay từ các số liệu của đường cong có
được. Các dữ liệu có thể được nhập từng điểm một và có thể được lưu lại để dùng
sau này. Phần mềm cũng hỗ trợ việc chỉnh sửa dữ liệu để thay đổi các giá trị đặt
cho thiết bị, nhân cho các hệ số mà không cần phải thoát khỏi chương trình. Dữ
liệu sau khi soạn thảo có thể được lưu để sử dụng sau.
Vài đặc điểm khác của việc phân tích phối hợp bảo vệ dùng máy tính:
• Hiển thị đường cong TCC và bản vẽ sơ đồ đơn tuyến cùng lúc .
• Tự động hiển thị nhãn trong sơ đồ đơn tuyến.
• Các thiết bị ở những mức điện áp khác nhau có thể được hiển thị trên cùng
một sơ đồ.
• Hiển thị những lỗi chung như là sai điện áp định mức, dòng định mức.
• Có thể in đồ thị theo tỉ lệ logarith hay bình thường

Gồm các chi tiết trên nhãn máy , và cần xác định giá trị dòng định mức, dòng ngắn
mạch. Một ví dụ về dữ liệu của động cơ cho ở bảng 6
Sử dụng các dữ liệu này để tính dòng ngắn mạch, thành phần dòng siêu quá độ ,
dòng quá độ trong tính toán ngắn mạch cho việc nghiên cứu phối hợp bảo vệ.
3. Dữ liệu cáp
Có nhiều loại cáp sử dụng trong hệ thống điện. Dữ liệu của nhà sản xuất gần giống
với dữ liệu trình bày dưới đây trong bảng 7;
Sử dụng dữ liệu này, ta có thể tính được được tổng trở cho mỗi phân đoạn cáp
theo đvtđ. Đường cong phá hỏng cáp cũng cần thiết cho việc phân tích TCC.
15
4. Dữ liệu CB
Đối với hạ thế, có các loại CB như bảo vệ dùng bán dẫn (static trip), bảo vệ chạm
đất, MCCB và CB công suất. Các đặc tính kỹ thuật trên nhãn của CB được dùng
cho nghiên cứu bảo vệ. Dữ liệu mẫu cho trên bảng 8
16
Sử dụng các dữ liệu này cho tính toán bảo vệ relay. Có thể dùng relay loại bảo vệ
quá dòng , bảo vệ chống chạm đất hoặc cả hai . Đặc tính mẫu của phối hợp bảo vệ
thời gian – dòng điện của bảo vệ quá dòng của CB được trình bày trên hình 2
Figure 2 Sample Time Current Coordination Curve of a Circuit Breaker
(Courtesy of SKM System Analysis, Inc., Output from Power Tools for Windows
Program)
5. Dữ liệu relay
Relay quá dòng là một trong các thiết bị cơ bản dùng trong hệ thống điện cho việc
bảo vệ quá tải. Relay hoạt động khi dòng qua mạch lớn hơn giá trị đặt. Có 2 loại
relay quá dòng cơ bản dùng trong hệ thống điện: relay cắt nhanh và relay cắt có
thời gian trễ. Relay cắt nhanh được thiết kế để tác động không có thời gian trễ khi
dòng qua mạch lớn hơn giá trị đặt. Thời gian tác động của kiểu relay này khoảng
0.1 s. Relay quá dòng cắt có thời gian trễ có các đặc tính tác động dạng nghịch
17
biến (inverse) như trong hình 3. Các đặc tính theo ANSI C37.90 gồm nghịch biến

Xét hệ thống cung cấp điện hình tia từ một nguồn 13.8 kV. MBQA (TX E) có các
thông số 3000 kVA, 13.8 kV/4.16 kV, delta/wye- nối đất trung tính. Cầu chì cao
áp (F4) có định mức 4.16 kV, frame 250 A. MBA phân phối (TX G) có các thông
số 2000 kVA, 4.16 kV/480 V, delta/wye- nối đất trung tính. Cầu chì trong mạch
MBA (F TX G) là 600 V, frame 150 A. CB (LVP5) có thông số 600 V và frame
400 A. Bộ điều khiển động cơ (M28) có các thông số định mức 600 V và frame
250 A. Mạch điện nối vào tải động cơ 250 kVA. Hãy thực hiện phân tích dùng
phần mềm hỗ trợ.
Bài giải
Vấn đề phối hợp bảo vệ được giải quyết bằng phần mềm Power Tools for
Windows (PTW) của hãng SKM System Analysis, Inc. Đây là một phần mềm
thông dụng dùng phân tích hệ thống phân phối với thư viện dữ liệu của MBA, CB,
recloser, cầu chì của nhiều nhà chế tạo khác nhau. Một sơ đồ đơn tuyến của hệ
thống được chuẩn bị dùng chương trình đồ họa. Sau đó sử dụng chương trình soạn
thảo thiết bị thành phần (component), dữ liệu của những thiết bị thành phần khác
nhau được soạn thảo hay được gọi từ thư viện . Một cửa sổ ví dụ cho thấy dữ liệu
CB hiển thị như hình 5. Đường cong phối hợp thời gian-dòng điện cho mỗi thiết bị
bảo vệ được trích ra từ thư viện . Đường cong TCC của MBT, CB và cầu chì cho
tương ứng trong các hình 1, 2, 4 .
20
(h 4)
Sau đó, chương trình sẽ được xử lý và xuất ra kết quả. Kết quả xuất từ chương
trình bao gồm :
• Sơ đồ đơn tuyến của hệ thống, bao gồm thông số thiết đặt relay, như hình 6.
• Các giá trị đặt cho các thiết bị bảo vệ, cho ở bảng 10.
• Đường cong TCC, như hình 7.
Đường cong TCC của MBT (đường cong phá hỏng), của cầu chì (F TX 3), CB (B-
SWBD1) và CB (LVP1) được trình bày trên cùng một đồ thị.
21
Figure 5 Window for Input Data of a Circuit Breaker with Static Trip

Reserved for future application
17. Shunting or Discharge Switch
18. Accelerating or Decelerating Device
19. Starting-to-Running Transition Contractor
20. Electrically Operated Valve
21. Distance Relay
22. Equalizer Circuit Breaker
23. Temperature Control Device
24. Reserved for future application
25. Synchronizing or Synchronism-Check Device
26. Apparatus Thermal Device
27. Undervoltage Relay
28. Flame Detector
29. Isolating Contractor
30. Annunciator Relay
31. Separate Excitation Device
32. Directional Power Relay
33. Position Switch
34. Master Sequence Device
35. Brush-Operating or Slip-Ring Short Circuiting Device
36. Polarity or Polarizing Voltage Device
37. Undercurrent or Underpower Relay
38. Bearing Protective Device