Đ n môn hc bo v Rơle phương thức bo v trong h thông đin bằng cc Rơle

Tính toán lựa chọn tỉ số biến đổi của biến dòng BI1, BI2: 30

I.Nhiệm vụ và các yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơle:

Khi thiết kế và vận hành bất kỳ một hệ thống điện nào cần phải kể đến khả
năng phát sinh hư hỏng và các tình trạng làm việc không bình thường trong hệ
thống điện ấy.Ngắn mạchlà loại sự cố có thể xảy ra và nguy hiểm nhất trong hệ
thống điện . Hậu quả của ngắn mạch là:
• Thụt thấp điện áp ở một phần lớn của hệ thống điện
• Phá hủy các phần tử bị sự cố bằng tia lửa điện
• Phá hủy các phần tử có dòng ngắn mạch chạy qua do tác động nhiệt và
cơ.
• Phá hủy ổn định của hệ thống điện
Ngoài các loại hư hỏng, trong hệ thống điện còn có các tình trạng việc không
bìnhthường.Một trong những tình trạng việc không bình thường là quá tải.
Dòng điện quá tải làm tăng nhiệt độ các phần dẫn điện quá giới hạn cho phép
làm cách điện của chúng bị già cỗi hoặc đôi khi bị phá hủy.
Để ngăn ngừa sự phát sinh sự cố và sự phát triển của chúng có thể thực hiện
các biện pháp để cắt nhanh phần tử bị hư hỏng ra khỏi mạng điện, để loại trừ
những tình trạng làm việc không bình thường có khả năng gây nguy hiểm cho
thiết bị và hộ dùng điện.
Để đảm bảo sự làm việc liên tục của các phần không hư hỏng trong hệ thống
điện cần có những thiết bị ghi nhận sự phát sinh của hư hỏng với thời gian bé
nhất, phát hiện ra phần tử bị hư hỏng và cắt phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống
điện. Thiết bị này được thực hiện nhờ những khí cụ tự động có tên gọi là
rơle.Thiết bị bảo vệ được thực hiện nhờ những rơle được gọi là thiết bị bảo vệ
rơle (BVRL).
Như vậy nhiệm vụ chính của thiết bị BVRL là tự động cắt phần tử hư hỏng
rakhỏi hệ thống điện.Ngoài ra thiết bị BVRL còn ghi nhận và phát hiện

thuẫn nhau, vì vậy tùy điều kiện cụ thể cần xem xét kỹ càng hơn về 2 yêu cầu
này.
+,)'-#:
Bảo vệ rơle cần phải đủ độ nhạy đối với những hư hỏng và tình trạng làm việc
không bình thường có thể xuất hiện ở những phần tử được bảo vệ trong hệ
thống điện.
Thường độ nhạy được đặc trưng bằng hệ số nhạy K
n
. Đối với các bảo vệ làm
việc theo các đại lượng tăng khi ngắn mạch (ví dụ, theo dòng), hệ số độ nhạy
được xác định bằng tỷ số giữa đại lượng tác động tối thiểu (tức dòng ngắn
mạch bé nhất) khi ngắn mạch trực tiếp ở cuối vùng bảo vệ và đại lượng đặt (tức
dòng khởi động).
đại lượng tác động tối thiểu
K
n
=
đại lượng đặt
Thường yêu cầu K
n
= 1,5 ÷ 2.
./'(
Bảo vệ phải luôn luôn sẵn sàng khởi động và tác động một cách chắc
chắn trong tất cả các trường hợp ngắn mạch trong vùng bảo vệ và các tình
trạng làm việc không bình thường đã định trư'c.
Mặt khác bảo vệ không được tác động khi ngắn mạch ngoài.Nếu bảo vệ có
nhiệm vụ dự trữ cho các bảo vệ sau nó thì khi ngắn mạch trong vùng dự trữ bảo
vệ này phải khởi động nhưng không được tác động khi bảo vệ chính đặt ở gần
chỗ ngắn mạch hơn chưa tác động. Để tăng tính đảm bảo của bảo vệ cần:
+ Dùng những rơle chất lượng cao.

của BI thì dòng điện khởi động của
I
kđR
:
. .
.
.
k k k
at mm sd
i I
kd lvm
k n
tv i
=
Trong đó :
k
at
: Hệ số an toàn ( k
at
= 1, – 1,2 )
k
mm
: Hệ số mở máy ( k
mm
= 2 – 3 )
k
sd
: Hệ số sơ đồ, phụ thuộc vào sơ đồ đấu dây BI với rơle
k
tv

≤
0,1 )
SV: Ngô Tất Tố– L'p Đ5H3 Trang 5
Đ n môn hc bo v Rơle phương thức bo v trong h thông đin bằng cc Rơle
Nhược điểm của bảo vệ cắt nhanh : không bảo vệ được toàn bộ đối tượng cần
bảo vệ. Vùng tác động của bảo vệ cắt nhanh thay đổi thao dạng ngắn mạch và chế
độ làm việc của hệ thống.
0423'*('
Nguyên tắc tác động : Bảo vệ so lệch dòng điện là loại bảo vệ làm việc dựa trên
nguyên tắc so sánh trực tiếp biên độ dòng điện ở 2 đầu phần tử được bảo vệ. Nếu
sự sai lệch giữa 2 dòng điện vượt quá trị số cho trước thì bảo vệ sẽ tác động.
Vùng tác động của bảo vệ so lệch của dòng điện được giới hạn bằng vị trí đặt
của 2 tổ máy biến dòng điện ở 2 đẩu ra cuối phần tử được bảo vệ, từ đó nhận tín
hiệu dòng điện để so sánh.
Xét sự làm việc :
+ Khi bình thường và ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ ( N1 )
.
.
1
2 1 2
0
1 1 2
I I I
I
S
s t t
I I I I I
R s t t
→ =
=

I I
R kdR
〉
thì bảo vệ sẽ tác động.
044"'*56
SV: Ngô Tất Tố– L'p Đ5H3 Trang 7
Đ n môn hc bo v Rơle phương thức bo v trong h thông đin bằng cc Rơle
• Đặc tính góc pha của dòng điện
Bảo vệ so sánh góc pha làm việc dựa trên nguyên tắc so sánh pha của 2 dòng
điện ở 2 đầu phần tử được bảo vệ.
Độ lệch pha
0
ϕ ϕ ϕ
∆ = − =
Ở chế độ làm việc bình thường và khi có ngắn mạch ngoài ( N1) góc pha dòng
điện ở 2 đầu phần tử được bảo vệ gần như nhau nên 0 = 0°.
Khi ngắn mạch trong vùng được bảo vệ ( N2) dòng điện ở 2 đầu phần tử được
bảo vệ ngược pha nhau nên 0 = 180°.
Trên thực tế, do ảnh hưởng của điện dung phân bố được bảo vệ nên trong chế
độ làm việc bình thường cung như khi có ngắn mạch ở ngoài thì 0 # 0. Để cho
bảo vệ không tác động nhầm cần phải chọn góc khởi động :
( )
0
0 30 60
o
kd
≥ ± ÷
01%"23'*('5(7'89'*:'*4%;<
Nguyên tắc tác động của bảo vệ : Bảo vệ qua dòng điện có định hướng công
suất là bảo vệ theo trị số dòng điện qua chỗ đặt bảo vệ và góc lệch pha giữa dòng

VD: Hình c : các bảo vệ
- 1,3,5 là một nhóm
- 2,4,6 là một nhóm
Các nhóm bảo vệ lẻ chỉ tác động với dòng điện ngắn mạch
/
N
I
đều có hướng từ
TG ra đường dấy.
Trong mỗi nhóm bảo vệ, thời gian làm việc được chọn theo nguyên tắc từng cấp,
tăng dần từ cuối đường dây tới nguồn.
Bảo vệ có hướng chỉ bảo vệ được mạng hở 2 đầu cung cấp, mạng vòng 1 nguồn
cung cấp và mạng vòng 1 nguồn cung cấp có đường chéo qua nguồn, hay bảo vệ
dòng điện có hướng không bảo vệ được mạng vòng có số nguồn cung cấp lớn hơn
hoặc bằng 2 hoắc mạng vòng có 1 nguồn cung cấp nhưng không có đường chéo
qua nguồn.
SV: Ngô Tất Tố– L'p Đ5H3 Trang 10
Đ n môn hc bo v Rơle phương thức bo v trong h thông đin bằng cc Rơle
+0='*"
Nguyên tắc: Bảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ làm việc theo giá trị tổng trở. Bảo
vệ làm việc có thời gian và phụ thuộc vào quan hệ của điện áp và dòng điện đưa
vào role và góc lệch pha giữa chúng, thời gian này sẽ tự động tăng lên khi tăng
khoảng cách từ chỗ hư hỏng đến chỗ đặt bảo vệ.
Bảo vệ tác động :
Những yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ khoảng cách :
+ Sai số của BU và BI
+ Điện trở quá độ của chỗ ngắn mạch
+ Hệ số phân bố dòng điện trong nhánh bị sự cố với dòng điện tại chỗ đặt bảo vệ
đặc biệt là quá trình dao động điện.
II.Bảo vệ đường dây tải điện

kd at ng
khi k
at
=
= ÷
Đ n môn hc bo v Rơle phương thức bo v trong h thông đin bằng cc Rơle
I
ngmax
: dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất thường được tính theo (
3
N
) trực tiếp
tại N với chế độ làm việc cực đại của hệ thống.
Để ngăn chặn bảo vệ cắt nhanh làm việc sai khi có sét đánh vào đường dây ( khi
ấy các sự cố làm việc ) hoặc khi đóng MBA có thể vượt quá trị số đặt của bảo vệ
cắt nhanh thông thường ta cho bảo vệ làm việc chậm lại khoảng 50 ÷ 80 ms.
Bảo vệ cắt nhanh thứ tự không ( TTK ) thường có độ nhạy cao hơn và vùng bảo
vệ ổn định hơn khi chế độ vận hành của hệ thống thay đổi.
Đối với các đường dây có 2 nguồn cung cấp, nếu BVCN đặt ở 2 đầu đường dây
không có bộ phận định hướng công suất thì dòng điện khởi động ở cả 2 đầu phải
chọn theo dòng điện NM
max
xảy ra trên 1 trong 2 thanh góp đầu đường dây.
Trong sơ đồ trên, khi HTA có công suất lớn hơ HTB thì dòng khởi động phai
chon theo điều kiện (
3
N
) trực tiếp trên đầu đường dây B. Nếu chênh lệch công suất
giữa 2 đường dây quá lớn, vùng tác động của BVCN phía HTCS bé sẽ rất hạn chế.
Để khắc phục nhược điểm này cần đặt bộ phận định hướng công suất ở đầu có

Trong đó : k
at
= 2 ÷ 3
k
cđ
= 1,1 ÷ 1,2
k
v
: hệ số trở về
I
v
k
v
k
kd
=
Nếu xét đến hệ số sơ đồ và hệ số n
i
của BI thì :
. .
.
k k k
at mm sd
I
kd
k n
v i
=
SV: Ngô Tất Tố– L'p Đ5H3 Trang 14
Đ n môn hc bo v Rơle phương thức bo v trong h thông đin bằng cc Rơle

n n
u u
> >
Trong đó : U
lvmin
là điện áp làm việc tối thiểu cho phép tại chỗ đặt bảo vệ
trong điều kiện quá tải nặng nề nhất
U
Nmax
là điện áp dư lớn nhất tại chỗ đặt bảo vệ khi có ngắn mạch ở
vùng bảo vệ của bảo vệ quá dòng
n
u
là tỷ số biến của BU
Khi có thêm bộ phận khóa điện áp thấp, dòng điện khởi động của bộ phận quá
dòng điện có thể chọn theo điều kiện làm việc bình thường mà không cần xét
đến chế độ quá tải sự cố
Dòng khởi động được chọn
SV: Ngô Tất Tố– L'p Đ5H3 Trang 15
Đ n môn hc bo v Rơle phương thức bo v trong h thông đin bằng cc Rơle
.
k
at
I I
kd v
k
v
=
Thời gian làm việc cũng được chọn như bảo vệ dòng điện cực đại làm việc có
thời gian. Phạm vi nảo vệ của bảo vệ loại này cũng như bảo vệ có thời gian,

< N
3
, các bảo vệ 2 và 4 sẽ không làm việc. Trong trường hợp
này các bảo vệ 1 và 3 sẽ phối hợp thời gian trực tiếp với BVS.
Vì vậy thời gian làm việc của các bảo vệ này sẽ được giảm đi còn thời gian t
2

và t
4
có thể chọn bé tùy ý.
Cách chọn thời gian làm việc của bảo vệ được thể hiện bằng hình vẽ sau :
SV: Ngô Tất Tố– L'p Đ5H3 Trang 16
Đ n môn hc bo v Rơle phương thức bo v trong h thông đin bằng cc Rơle
Hình 5 : Phối hợp đặc tuyến thời gian của bo v qu dòng đin có hướng
trong lưới đin có hai ngun cung cấp.
Phạm vi ứng dụng : bảo vệ quá dòng điện có hướng được sử dụng trong các
mạng kín có một nguồn cung cấp, mạng hở có 2 nguồn cung cấp, còn đối với
các mạng phức tạp như mạng kín có 2 nguồn cung cấp trở nên hoặc mạng vòng
có một nguồn cung cấp cho đường chéo không qua nguồn thì không thể dùng
bảo vệ này được.
SV: Ngô Tất Tố– L'p Đ5H3 Trang 17
Đ n môn hc bo v Rơle phương thức bo v trong h thông đin bằng cc Rơle
01%"23'*?<''589'*.
• Sơ đồ
( a ) ( b )
Hình 6 : Bo v qu dòng đin cắt nhanh không có hướng ( a ), có hướng ( b )
Trong đó : dòng ngắn mạch ngoài lớn nhất I
nngmax
= max { I
nngmaxA

+ L
CNB
< L
AB
Có nghĩa là có thể tồn tại một phần đường dây mà khi sảy ra sự cố trên đó bảo
vệ cắt nhanh ở cả 2 đầu dây không làm việc.
Để mở rộng vùng bảo vệ cắt nhanh trong nhiều trường hợp nguồn CSNM
chênh lệch nhau nhiều để có thể đặt thêm bộ phận định hướng công suất ở đầu
có nguồn yếu hơn ( đầu B ). Khi ấy dòng điện khởi động của bảo vệ cắt nhanh
ở hai đầu đường dây có thể chọn khác nhau. :
I
kđA
= k
at
.I
NngmaxA
I
kđB
= k
at
.I
NngmaxB
Như vậy nếu đặt ở đầu dây yếu hơn bộ phận định hướng công suất thì vùng bảo
vệ cắt nhanh ở đầu này sẽ được mở rộng ra nhiều.
SV: Ngô Tất Tố– L'p Đ5H3 Trang 18
Đ n môn hc bo v Rơle phương thức bo v trong h thông đin bằng cc Rơle
0423'*('
2.1 Bo v so lch dòng đin có hãm.
Hình 7: Sơ đ nguyên lí (a) và đ thị vecto của dòng đin làm vic và dòng
đin hãm I

= I
T1
Để bảo vệ có thời gian làm việc trong trường hợp này, dòng điện làm việc
phải chọn lớn hơn dòng điện hãm, nghĩa là :
I
w
=
1
.k I
H H
−
Trong đó : k
H
là hệ số hãm, k
H
< 1 thường chọn
1
0,2 0,5k
H
−
= ÷
Giới hạn dưới của hệ số hãm được chọn cho miền có dòng điện ngắn mạch bé
để nâng cao độ nhạy của bảo vệ, còn ở miền có dòng điện ngắn mạch lớn hơn
thương chọn cho hệ số hãm cao để ngăn chặn tác động nhầm một cách chắc
chắn.
SV: Ngô Tất Tố– L'p Đ5H3 Trang 19
Đ n môn hc bo v Rơle phương thức bo v trong h thông đin bằng cc Rơle
Hình 8 : Đặc tính làm vic của bo v so lch có hãm ( 1) và tương quan giữa
dòng đin làm vic I
w

đin có hãm. Dùng dây dẫn phụ.
-@'*2'*
Vì những hạn chế nêu trên nên bảo vệ so lệch dòng điện có hãm dùng dây dẫn
phụ chỉ được sử dụng trong những đoạn đường dây ngắn tải công suất lớn.
SV: Ngô Tất Tố– L'p Đ5H3 Trang 21
Đ n môn hc bo v Rơle phương thức bo v trong h thông đin bằng cc Rơle
Với đường dây có chiều dài lớn hơn, nguyên lí so lệch thường được sử dụng
kết hợp với các kênh truyền cáp như cáp quang hoặc viba chẳng hạn bảo vệ so
sánh pha dòng điện.
2.3 Bo v so snh dòng đin.
Nguyên tắc : dòng điện ở hai đầu đường dây được so sánh với nhau theo từng
pha hoặc thông qua một bộ công cụ để so sánh giữa hai tổ hợp pha của dòng
điện ở hai đầu đường dây. Việc so sánh có thể tiến hành cho hai nửa chu kỳ
( dương, âm ) hoặc chỉ theo nửa chu kỳ.
Hình 11 : Sơ đ khối bo v so snh pha dòng đin từng pha riêng bit.
Nguyên lí làm việc : dòng điện khởi động ở một đầu thông qua máy biến
dòng trung gian BIG ( làm nhiệm vụ cách ly mạch bảo vệ và tạo tín hiệu chuẩn
cho sơ đồ bảo vệ ) và bộ lọc hai cơ bảo L
1
tạo nên tín hiệu chuẩn hình sin S
1
.
Thông qua bộ chuyển dạng sóng ( từ sin sang hình chữ nhật ) DS sẽ tạo ở các
đầu ra các sóng hình chữ nhật S
iR
. S
1R
được đưa vào đầu vào của bộ so sánh pha
SP. Mặt khác, S
1R

1
; I
2
bé hơn 180° -
kd
θ
( với
kd
θ
là góc khóa bảo vệ ) ở đầu ra của SP sẽ xuất
hiện tìn hiệu S
3
.
Khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ dòng điện ở hai đầu ngược nhau nên hai
tín hiệu S
1R
và S
2R
lấp kín khoảng trống giữa hai nửa chu kỳ nên đầu ra của bộ
SP sẽ không xuất hiện tín hiệu S
3
, máy cắt sẽ không được cắt ra.
Để tiết kiệm số lượng kênh thông tin sử dụng vào mục đích truyền tín hiệu
pha dòng điện, người ta thường tổ hợp các dòng điện pha theo một quy luật nào
đó thông qua các BI cộng, thường người ta tổ hợp các TP đối xứng của dòng
điện pha.
1. Bảo vệ khoảng cách
Role khoảng cách dùng vảo vệ các đường dây truyền tải thường có nhiều vùng
tác động, chẳng hạn 3 cùng trước và 1 vùng sau ( theo hướng tác động từ thanh
góp vào đường dây tại nơi đặt role khoảng cách ).

k
at
= 0,8 đối với role cơ
k
at
= 0,95 ; 0,9 đối với các role số.
Tổng trở khởi động của vùng thứ II của bảo vệ đấu A cần được phối hợp với vùng
thứ II của bảo vệ đoạn tiếp theo ( đầu B ) theo biểu thức :
SV: Ngô Tất Tố– L'p Đ5H3 Trang 24
Đ n môn hc bo v Rơle phương thức bo v trong h thông đin bằng cc Rơle
( )
.
II I
A at AB B
Z k Z Z
= +
Trong đó :
I
Z
B
: tổng trở khởi dộng vùng thứ nhất của bảo vệ đặt ở đầu B.
k
at
: được chọn như trên.
Tương tự như vậy, có thể tính tổng trở hoạt động của vùng thứ III
.[ .( )]
III I
A at AB at BC C
Z k Z k Z Z
= + +

>
o
p
T
R
3
o
u
3
o
u
3
O
I
3
O
I
cp
A
B
Kênh thông tin