260

Chương

11

BẢO VỆ THANH CÁI
Sự cố xảy ra trên TC rất ít, nhưng khi NM, TC rất nguy hiểm cho HT nên cần thiết phải BV cho
TC. Các nguyên nhân gây sự cố TC:
- Hư cách điện do vật liệu già cỗi
- Quá điện áp
- Máy cắt hư do sự cố ngoài TC
- Thao tác nhầm
- Sự cố ngẫu nhiên do vật dụng rơi chạm TC...
Đối với các hệ thống thanh cái (HTTC) phân đoạn hay HT nhiều TC, cần cách ly TC sự cố
ra khỏi HT càng nhanh càng tốt. Các dạng HTTC thường gặp:

a)

b)

c)

d)

e)

f)
g)

Hình 11.1 a) Thanh cái đơn; b) Thanh cái đơn có máy cắt phân đoạn

của MBA và BVĐD thường dùng BV
dòng cắt nhanh và có thời gian. BV máy
cắt dùng hai rơle dòng RI.

+

Bảo vệ
dòng điện
MBA
Bảo vệ
đường dây

MC

1RI1

1RT

2RI1

2RT

1RI1
2RI1

1RI

2RI

Hình 11.2 Bảo vệ dòng điện thanh cái

thực hiện điều này có thể dùng hai phương pháp:
dùng rơle dòng cực đại hay rơle ĐHCS.
1- Nguyên tắc thực hiện khóa rơle dòng (H.11.3)

MP

1
2

2R I

2R I

3

3R I

3R I

N2

Hình 11.3 Bảo vệ dòng điện thanh
cái có tác động liên hợp

Các phần tử nguồn (MF) có BV dòng cực đại với thời gian tG phối hợp với BV cắt nhanh


262

máy phát (như BVSL). Mỗi nhánh đường dây có BVĐD riêng (2RI, 3RI) và tiếp điểm của nó dùng


1RI

a)

b)

Hình 11.4 Bảo vệ dòng điện thanh cái dùng RW khoá các tác động

Nguyên tắc thực hiện khóa bằng rơle đònh hướng công suất (ĐHCS) khi các phần tử nối với
thanh góp có nguồn cung cấp từ hai phía. Rơle khóa tác động khi hướng công suất NM ra khỏi thanh
góp. Sơ đồ này khác với sơ đồ trên là có thêm rơle ĐHCS ở nhánh có nguồn. Khi NM trên một nhánh
có nguồn phần tử công suất trên nhánh đó khởi động. Khi NM trên TC rơle ĐHCS không tác động và
thanh góp được cắt khỏi nguồn.

11.1.2 Bảo vệ thanh cái dùng bảo vệ khoảng cách
Quan sát sơ đồ hình 11.5: rơle 2RZ và 3RZ dùng để cắt MC phân đoạn TC khi có NM trên
TC, BV 1RZ và 4RZ sẽ cắt máy cắt ở TC hư hỏng. Tổng trở khởi động được chọn theo tổng trở
MBA và có thời gian chậm để phối hợp với BV chính MBA và MF, MC1 và 2 được cắt bằng BV
dự trữ MF.

1RZ

2RZ

4RZ

~

Cắt MC 3

11.2.1 Bảo vệ chạm đất thanh cái đơn

G

J

H

K
Khung tủ
thanh cái

64

64

Tín hiệu
đến tất cả
máy cắt

+

Hình 11.6 Bảo vệ chạm đất thanh cái đơn
IN + I1 + I2
Thanh đất
I + I2
nối khung tủ 1
(thanh đất)
Máy
phát


< 10 Ω

a) chạm đất ngoài I1 < 0,1IN

b) chạm khung tủ

Hình 11.7 Nguyên tắc làm việc của bảo vệ tủ thanh cái đơn

Bảo vệ được sử dụng rơle dòng điện cắt nhanh nối qua BI của đường dây dẫn nối đất khung
tủ TC như hình 11.6.
Hình 11.7 giới thiệu sự phân bố dòng điện khi có sự cố bên ngoài và trong khung tủ TC.
Trò số đặt của rơle cắt nhanh 64: I Kđ ≤ 0,3I N (min); I Kđ ≤ 0,1 I N (max)

11.2.2 Bảo vệ chống chạm đất thanh cái phân đoạn trong tủ
Khi TC có hai phân đoạn, tủ chia đôi có cách điện, mỗi tủ có dây nối đất BI và rơle riêng
như hình 11.8. Phương án cách điện giữa các tủ TC khác có phương án BV như hình 11.9.


264
Cách điện
Phân đoạn K

Phân đoạn M
L

K

Khung tủ
thanh cái


Hình 11.8 Sơ đồ bảo vệ tủ thanh cái ba ngăn

96

cắt J

cắt L

64

2

96

96

cắt K

Hình 11.9 Sơ đồ bảo vệ tủ thanh cái hai ngăn

11.2.3 Bảo vệ chống chạm đất hệ thống hai thanh cái (H.11.10)
11.3 BẢO VỆ SO LỆCH THANH CÁI
11.3.1 Bảo vệ so lệch thanh cái dùng rơle dòng điện
Nguyên lý so lệch cân bằng dòng hay áp thường được dùng BVTC. Sơ đồ nguyên lý BVSL
dòng TC có bốn mạch như hình 11.11. Vùng BV được giới hạn bởi các BI. Dòng điện không cân
bằng do NM ngoài trong sơ đồ trên thường rất lớn do:
- Dòng từ hóa BI khác nhau
- Tải mạch thứ cấp BI khác nhau
- Mức độ bão hòa do thành phần DC dòng NM khác nhau.


g2

Khung tủ
thanh cái

N

K

64
64

+

g1

-

96K

j1
96M1
96M2
96L1
96L2
g1

G H


lõi thép BI. Khi NM ngoài, người ta có thể sử dụng
BI với lõi không phải sắt từ (lõi không khí). Ưu
điểm của BI loại này là:
- Không bò bão hòa
- Đáp ứng nhanh và không bò quá độ
- Tin cậy, dễ chỉnh đònh
- Không nguy hiểm khi hở mạch thứ cấp.

Hình 11.12 Sơ đồ cân bằng áp

Tuy nhiên, khuyết điểm của loại này là công suất đầu ra thứ cấp thấp bò giới hạn (khoảng
3VA) và giá thành rất đắt. Sơ đồ so lệch dùng BI tuyến tính thường là sơ đồ so lệch cân bằng áp
hình 11.12. Khi NM ngoài tổng dòng bằng không và điện thế đưa vào rơle bằng không. Khi NM
bên trong, hiệu điện thế xuất hiện qua rơle tổng trở và làm rơle tác động.
Đối với sơ đồ này tổng trở dây dẫn phụ BI không đáng kể so với tổng trở rơle (30 ÷ 80Ω) và
tổng trở mỏi BI tuyến tính (2 ÷ 20Ω). Lưu ý, sai số của BI sẽ ảnh hưởng đến điện thế so lệch trên
rơle khi có NM ngoài. BI tuyến tính có độ chính xác khoảng 1%, trường hợp xấu nhất là tất cả BI
của các nhánh không sự cố sai số +1% và BI nhánh bò sự cố sai số –1%, như vậy sai số tổng đưa
vào rơle 2%. Theo tiêu chuẩn độ nhạy, rơle được chỉnh đònh tác động với dòng điện bên trong nhỏ
nhất là X ampere thì nó không được tác động khi dòng điện NM ngoài lớn nhất nhỏ hơn 25X
ampere. Thường dòng NM ngoài tính toán lớn nhất là NM ba pha còn dòng NM trong nhỏ nhất là
dòng chạm đất một pha qua điện trở trung gian.

11.3.3 Dùng rơle có tổng trở cao
Sơ đồ này là sơ đồ so lệch cân bằng dòng dùng rơle điện áp. Phương pháp này thường dùng
là nối tiếp với một cuộn dây rơle điện trở ổn đònh, hiệu quả việc đặt điện trở nối tiếp với cuộn dây
rơle được giải thích như sau.
Máy biến dòng được thay thế bằng BI lý tưởng, nhánh tổn thất từ hóa song song Zµ, điện trở
thứ cấp RBI, dây dẫn phụ được đặc trưng bởi Rl nối tiếp với RBI (H.11.13). Giả thiết NM ngoài ở
nhánh H làm bão hòa lõi thép BI làm giảm tổng trở từ hóa ZµH, biến dòng bò bão hòa tối đa ZµH

RBIG
I’NM

INM

ZµG

RIG

RIH

H

RBIH

RBIH

IR

ZµH

RL

a) Sơ đồ nối dây thứ cấp BI

Hình 11.13 Sơ đồ thay thế mạch thứ cấp

Sơ đồ BV TC dùng rơle tổng trở cao, thực tế được áp dụng nhiều cho các HTTC có số
lượng nhánh nối với TC nhiều. Những yêu cầu cơ bản khi sử dụng sơ đồ này là:



H

H

H

LV

Hình 11.14 Rơle so lệch nhiều cuộn hãm

Một phương án khác của rơle so lệch có hãm là dùng cầu chỉnh lưu nửa sóng để tạo thành phần
hãm tỷ lệ với tổng số học dòng các nhánh BI, trong khi đó thành phần làm việc là tổng vectơ dòng điện.
Sơ đồ nguyên lý, làm việc của rơle này cho ở hình 11.15, hình 11.15a giới thiệu sơ đồ nguyên lý,
hình 11.15b giới thiệu phân bố.


268

Dòng và dạng trong các cuộn hãm và làm việc khi NM ngoài và hình 11.5c cho trường hợp
NM bên trong.

Dòng trong cuộn làm việc A

Dòng trong cuộn hãm B

Dòng trong cuộn hãm C

b) Khi ngắn mạch bên ngoài


Hình 11.17 Sơ đồ bảo vệ so lệch thanh
cái chống ngắn mạch nhiều pha


269
1,66I
300/1

87

500/1

1,25I

I

IĐ = IN / 0,64

b) Pha chạm nhau

87

87

87

87

IĐ- Trò số đặt; IN- Dòng điện chạm đất
IĐ = IN / 0,41


IĐ = IN /2,6

b) Pha chạm nhau

87
87 IĐ = IN

a) Sơ đồ nối dây: phía thứ pha
C lấy ở điểm giữa

87 IĐ = IN /2

c) Pha chạm đất

87 IĐ = IN /2

87

IĐ = IN

87

IĐ = IN /3

d) Pha - pha

Hình 11.19 Sơ đồ dùng một rơle, tỷ số BI giống nhau chống NM nhiều pha và một pha

Bằng cách dùng những BI có những tỷ số biến đổi khác nhau: ví dụ 300/1, 400/1 và 500/1

Làm việc nhầm của HTBVTC sẽ gây thiệt hại lớn nên hoạt động của sơ đồ BV phải luôn
được kiểm tra. HT kiểm tra phải thỏa mãn các yêu cầu sau:


271

a

a1

c

c1

M1

m2

m1

c1

d1

Thanh cái
dây dẫn

M2

b1

A

E

B

m

a1
r

m1
r1

b1
r

m
f1

3

M1

D
C2

C

c1

R2

rm r
c1 d1

Cắt C Cắt D

3

a) Mạch nối BI và rơle

b) Mạch điều khiển

Hình 11.22 Bảo vệ so lệch thanh cái

- HT kiểm tra được thực hiện bằng rơle khác với rơle chính (rơle K hình 11.21) và rơle số 3 (H.11.22)
- Nó phải tác động với tất cả các loại sự cố
- Tác động nhanh như BV chính
- Nguồn cung cấp cho rơle kiểm tra phải khác với nguồn cung cấp cho BV chính (H.11.21,
H.11.22)
- Nó cho tác động khi chạm trong vùng BV và không tác động khi có NM ngoài.


272

Để thực hiện yêu cầu trên có thể dùng các cách:
- Dùng hai rơle so lệch nối tiếp
Hai bộ BI giống nhau, nếu dùng rơle tổng trở cao hai rơle có thể nối song song với TC dây
dẫn phụ trò số đặt giống nhau.
- Dùng hai bộ BI và rơle riêng biệt

C
N

K
Ra Rb Rc

87

K

Thời gian
trễ

Phát hiện

Hình 11.24 Sơ đồ phát hiện
đứt mạch BI dùng rơle nối tiếp

Hình 11.25 Sơ đồ dùng rơle phát hiện
đứt mạch thứ cấp BI của rơle song song

11.3.7 Tìm hiểu vài sơ đồ bảo vệ thanh cái tiêu biểu
Hình 11.26 và hình 11.27 giới thiệu sơ đồ so lệch dòng tuần hoàn tổng trở cao tiêu biểu để
BVHT hai TC. Trong sơ đồ có ba vùng BV riêng biệt. Mỗi mạch nối với một bộ các BI ba pha tạo
thành vùng BV M1 hay M2 hay tới TC dự trữ vùng R phụ thuộc vào cách đấu mạch sơ cấp và dao


273

cách ly. Với cách này, ba bộ TC dây dẫn phụ được hình thành, TC trung tính dây dẫn phụ được nối

F

v

M1

Rơle bảo
vệ M1

v
Rơle bảo
vệ R

Thanh góp
kiểm tra

Thanh góp dây
dẫn phụ R

c2
A
Thanh góp dây B
dẫn phụ M1 C

b1

87

E
b1


274
+

M1 M2 R

87M1 -1

87CH-1
96D1

CSS-M1

87M2- 1

CSS-M2

a1
87R-1

96D2
96E

c1

CSS-R
96F1

b1



95R-1
95RX

95CH-1

95CHX

30M1-1
30M2 1

74

74-1

30R-1

74-2
95M1X-1
95M2X-1
95RX-1
95CHX-1
IN

OUT

L1
L2

CSS-M1

nối song song đặt phía cực của nguồn điều khiển DC.

J
H

G

50
50

50
50

50

50

A
B
C
N
87

+

87

87

_

276

11.4 SƠ ĐỒ BẢO VỆ THANH CÁI TIÊU BIỂU
1- Bảo vệ thanh cái bằng rơle dòng điện (H.11.29)
Mạch này áp dụng cho mạng phân phối, các TC không quan trọng.

51/
50N
50/
50N

50/
51N

52
52
50/
50N

50/
51N

52

50/
51N

50/
50N



51N

2- Bảo vệ so lệch tổng trở thanh cái đơn (H.11.30)

52

51G

Báo
động

52

52
50/
50N

52

87
SV

52

52
52

87
BB


25

50
50

51

51N

87
A
87B
A

27S
27G

Bảo vệ máy phát
và máy biến áp

Hình 11.32

Câu hỏi chương 11
1-Trình bày các hệ thống thanh cái khác nhau.
2-Các nguyên tắc nào thường dùng để bảo vệ thanh cái.
3-Các yếu cố cần lưu ý khi bảo vệ thanh cái.
4-Trình bày các sơ đồ khối bảo vệ với các hệ thong thanh cái khác nhau.
Websides tham khảo
www.abb.com

chạm trong đường dây dẫn hoặc vật dùng điện thì CC sẽ nóng chảy đứt và cách ly phần tử bò chạm
khỏi mạch điện.
Cầu chì là phần BVQDĐ và CC bò nóng chảy do nhiệt khi có quá dòng điện qua nó. Đối với
CC làm việc ở mạng lưới lớn hơn 600V, CC còn được gọi là CC công suất. Theo tiêu chuẩn, người
ta phân biệt CC cho mạng điện thế cao từ 2kV đến 20kV thành hai loại: CC tự rơi (FCO) và CC
công suất.
1- Cầu chì tự rơi mạng phân phối
Cầu chì tự rơi được thiết kế cho mạng phân phối có điện thế dưới 35kV thường được gắn
trên trụ đường dây trên không. CC công suất cũng được thiết kế cho truyền tải, trong nhà, trạm, nhà
máy. Cả hai CC này có thể thay thế toàn bộ hay từng phần dây chì sau khi dây chì đứt. Dây chì được
chế tạo từ thiếc, bạc hay hợp kim để cho ra đặc tính chảy thời gian. FCO tiêu biểu dùng cho trạm hay
trụ được cho ở hình 12.1. Dây chì được chứa trong ống dài được gọi là bộ giữ dây chì và được làm
bằng vật liệu cách điện, ống giữ được thiết kế có thể tháo rời dễ dàng.


279
Đầu nối dây điện

Đầu nối dây điện
Giá gắn

Đế

Cách điện

sắt

Ống
giữ
chì

dây chì

ống che

Hình 12.2 Ống giữ dây chì

2- Các loại dây chì
Cầu chì được thiết kế cho nhiều áp dụng khác nhau với các đặc tính làm việc khác nhau
đáp ứng cho yêu cầu bình thường cũng như đặc biệt.
a- Cầu chì ngắt dòng zero

Loại CC phổ thông có thể được mô tả như là bộ phận cắt dòng qua không, vì CC này phải
chờ dòng qua zero trước khi việc ngắt hoàn tất. Loại này rất thông dụng và ứng dụng tiện lợi dùng
cho sơ cấp MBA phân phối, BV phát tuyến, BV động cơ, BV tải công nghiệp.


280
3
1

2

7

4

5
6

Hình 12.3 Đặc tính cầu chì ngắt dòng zero

- Thời gian để dòng điện sự cố làm nóng chảy dây chì gọi là thời gian trước hồ quang (t1)
- Thời gian để dập tắt hồ quang và cách ly mạch điện gọi là thời gian hồ quang (t2).


281
I(đvtđ)
2,0
Dòng ngắn mạch

1,5

1,0
Dòng
đứt

Điện thế

0,5

0,0
t1

t2

-0,5
Thời gian ngắt NM
-0,1

0


3- Đặc tính thời gian–dòng điện (T–C) của cầu chì
Một trong những loại CC công suất ký hiệu “E” có đặc tính TC cho ở bảng 12.1.
Bảng 12.1 Đặc tính chảy T–C của CC loại E
Dòng điện đường dây

Thời gian nóng chảy chì

Dòng liên tục

100A và thấp hơn

300s

200 – 240% đònh mức

trên 100A

600s

220 – 264% đònh mức

Cầu chì công suất có các giá trò dòng điện liên tục đònh mức là: 0,5; 1,2; 3,5; 7,10; 15; 20; 30; 40;
50; 65; 80; 100; 125; 150; 200; 300 và 400A. Điện thế đònh mức cực đại cho ở bảng 12.2.


282

Bảng 12.2 Điện thế đònh mức CC loại E
Điện thế làm việc đònh mức, (kV)


46,0

48,3

69,0

72,5

92,0
115,0

121

138,0

145

161,0

169

Ghi chú: * chỉ dùng cho trong nhà.

Cầu chì được dùng nơi mà phí tổn của MC và các phụ kiện không kinh tế, có vài yếu tố liên quan
đến việc chọn lực CC hơn các thiết bò khác chẳng hạn như chống dao động tần số, thu hồi vốn đầu tư
nhanh. CC loại E được dùng nhiều trong các trường hợp:
- Bảo vệ MBA đo lường
- Bảo vệ MBA động lực
- Bảo vệ tụ điện
- Bảo vệ phát tuyến.

Min

Max

Min

Max

Dòng nóng chảy

Tỷ số tốc độ

0,1s

nóng chảy

Min

Max

Đònh mức chuẩn

6

12,0

14,4

13,5


37,0

55,0

215,0

258,0

6,9

25

50,0

60,0

60,0

90,0

350,0

420,0

7,0

40

80,0


200,0

240,0

258,0

388,0

1520,0

1820,0

7,6

140

310,0

372,0

430,0

650,0

2470,0

2970,0

8,0


116,0

6,5

12

25,0

30,0

29,0

44,0

166,0

199,0

6,6

20

39,0

47,0

48,0

71,0


188,0

719,0

862,0

7,1

80

160,0

192,0

205,0

307,0

1180,0

1420,0

7,4

Đònh mức dưới 6A

1

2,0


6,0

7,2

+

10,0

+

58,0

–

Bảng 12.4 Dòng điện nóng chảy dây chì loại T (chậm)
Dòng nóng chảy 300 và 600s
Dòng đònh mức

Min

Max

Dòng nóng chảy 10s

Min

Max

Dòng nóng chảy 0,1s


23,4

26,5

40,0

244,0

269,0

11,5

15

31,0

37,2

44,5

67,0

388,0

466,0

12,5

25


65

128,0

153,0

195,0

291,0

1650,0

1975,0

12,9

100

200,0

240,0

319,0

475,0

2620,0

3150,0


7470,0

13,0


284
Đònh mức trung gian

08

15,0

18,0

20,0

31,0

166,0

199,0

6,5

12

25,0

30,0


76,0

93,5

138,0

8120,0

975,0

7,1

50

101,0

121,0

152,0

226,0

1310,0

1570,0

7,1

80


–

2

4,0

4,8

+

11,0

+

100,0

–

3

6,0

7,2

+

11,0

+


15K-min
0,01

1

10

2

10

15K-max

15K-min

10

3

4

10
I(A)

Hình 12.5 Đường cong nóng chảy nhỏ
nhất loại K và T có cùng đònh mức

0,01
10