bảo vệ rơle trong hệ thống điện - ths. nguyễn văn đạt & ts. nguyễn đăng toản

Các dạng ngắn mạch thường gặp trong HTĐ: Ngắn mạch ba pha chiếm khoảng 5% Ngắn mạch hai pha chiếm khoảng 10% Ngắn mạch hai pha nối đất chiếm khoảng 20% Ngắn mạch một pha chiếm khoảng

TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

CÁC TÁC GIẢ

Hà nội 2010

LỜI TỰA

Giáo trình “Bảo vệ rơle trong hệ thống điện” được dùng để giảng dạy cho sinh viên ngành Hệ thống điện trường Đại học Điện lực và làm tài liệu tham khảo cho những người làm công tác kỹ thuật và vận hành các thiết bị bảo vệ trong hệ thống điện

Giáo trình đưa ra một số vấn đề cơ bản của kỹ thuật bảo vệ hệ thống điện bằng rơle, các nguyên tắc tác động và cách thực hiện các loại bảo vệ thường gặp Đối với mỗi phần tử trong

hệ thống điện, giáo trình trình bày tóm tắt các chế độ làm việc, tình trạng hư hỏng và làm việc không bình thường, mô tả nguyên lý làm việc và chức năng các phần tử chính trong sơ đồ bảo

vệ

Giáo trình giới thiệu và xem xét việc bảo vệ các phần tử chính trong hệ thống điện bao gồm: đường dây truyền tải, máy phát điện, máy biến áp, thanh góp, động cơ điện, tụ điện, kháng điện, cáp điện

Toàn bộ cuốn sách chia làm 8 chương Đây là lần tái bản thứ nhất, các tác giả đã cố gắng chỉnh sửa những thiếu sót của lần xuất bản trước và cập nhật thêm một số kiến thức mới, nhưng chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót Những nhận xét và góp ý của bạn đọc xin gửi cho Khoa Hệ thống điện – Trường Đại học Điện lực – 235 Hoàng Quốc Việt - Hà Nội Email

Tel :

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

LỜI TỰA iii

LỜI CẢM ƠN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC HÌNH VẼ ix

DANH MỤC BẢNG xv

PHẦN I: CÁC NGUYÊN LÝ BẢO VỆ xvi

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG 1

1.1 NHIỆM VỤ BẢO VỆ RƠ LE 1

1.2 YÊU CẦU CỦA BẢO VỆ RƠ LE 2

1.2.1 Tính tin cậy 2

1.2.2 Tính chọn lọc 2

1.2.3 Tính tác động nhanh 3

1.2.4 Độ nhạy 4

1.2.5 Tính kinh tế 4

1.3 CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ RƠLE 4

1.4 MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN (BI, CT) 7

1.4.1 Khái niệm về máy biến dòng điện 7

1.4.2 Sơ đồ thay thế và ký hiệu máy biến dòng điện 7

1.4.3 Sai số của máy biến dòng và yêu cầu về độ chính xác 8

1.4.4 Tính toán phụ tải của máy biến dòng điện 10

1.4.5 Chế độ hở mạch thứ cấp của máy biến dòng điện 10

1.4.6 Các sơ đồ nối máy biến dòng điện 11

1.5 MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP (BU, VT, PT) 14

1.5.1 Khái niệm về máy biến điện áp 14

1.5.2 Sai số của máy biến điện áp và yêu cầu về độ chính xác 15

1.5.3 Các sơ đồ nối máy biến điện áp 16

1.6 NGUỒN ĐIỆN THAO TÁC 18

1.6.1 Nguồn điện thao tác một chiều 18

1.6.2 Nguồn điện thao tác xoay chiều 19

1.7 KÊNH THÔNG TIN TRUYỀN TÍN HIỆU 21

1.7.1 Các loại kênh truyền tín hiệu 21

1.7.2 Yêu cầu đối với kênh truyền tín hiệu 23

1.7.3 Môi trường truyền tín hiệu và nhiễu 23

1.8 THÔNG TIN CẦN THIẾT PHỤC VỤ TÍNH TOÁN BẢO VỆ RƠLE 25

1.8.1 Nguyên lý đó lường dùng trong mục đích bảo vệ 25

1.9 CÂU HỎI ÔN TẬP 28

CHƯƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT CHẾ TẠO RƠLE 29

2.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA RƠLE 29

2.2 PHÂN LOẠI RƠLE 30

2.3 RƠLE ĐIỆN CƠ 34

2.3.1 Rơle dòng điện kiểu điện từ 34

2.4 RƠLE DÒNG ĐIỆN KIỂU CẢM ỨNG 37

2.4.1 Nguyên tắc tác động 37

2.4.2 Lĩnh vực ứng dụng: 39

2.4.3 Rơle điện áp 39

2.4.4 Rơle thời gian 40

2.4.5 Rơle trung gian 40

2.4.6 Rơle tín hiệu 41

2.5 RƠLE ĐIỆN TỬ 41

2.6 RƠLE KỸ THUẬT SỐ 44

2.7 CÂU HỎI ÔN TẬP 46

CHƯƠNG 3: CÁC NGUYÊN LÝ BẢO VỆ RƠ LE HỆ THỐNG ĐIỆN 47

3.1 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN 47

3.1.1 Nguyên tắc tác động 47

3.1.2 Bảo vệ dòng điện cực đại .47

3.1.3 Bảo vệ dòng điện cắt nhanh 49

3.1.4 Bảo vệ dòng điện cực đại có bộ kiểm tra điện áp 49

3.1.5 Bảo vệ dòng điện ba cấp 50

3.1.6 Đánh giá bảo vệ quá dòng điện 52

3.2 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN CÓ ĐỊNH HƯỚNG CÔNG SUẤT 53

3.2.1 Nguyên tắc tác động 53

3.2.2 Phần tử định hướng công suất 54

3.2.3 Lựa chọn thời gian cho bảo vệ dòng điện có định hướng công suất 54

3.2.4 Lựa chọn dòng điện khởi động 55

3.2.5 Bảo vệ dòng điện có hướng ba cấp 56

3.2.6 Đánh giá bảo vệ dòng điện có định hướng công suất 56

3.3 NGUYÊN LÝ BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH 57

3.3.1 Nguyên tắc tác động 57

3.3.2 Các đặc tính khởi động của bảo vệ khoảng cách 59

3.3.3 Nguyên tắc thực hiện rơle khoảng cách 60

3.3.4 Lựa chọn giá trị khởi động 60

3.3.5 Những yếu tố làm sai lệch đến sự làm việc của rơle khoảng cách 61

3.3.6 Đánh giá về bảo vệ khoảng cách 62

3.4 BẢO VỆ SO LỆCH 62

3.4.1 So lệch dòng điện 62

3.4.2 So sánh pha của dòng điện 65

3.4.3 Đánh giá về bảo vệ so lệch 66

3.5 CÂU HỎI ÔN TẬP 66

PHẦN II: BẢO VỆ CÁC PHẦN TỬ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 67

CHƯƠNG 4: BẢO VỆ CÁC ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 68

4.1 KHÁI NIỆM CHUNG 68

4.2 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN 69

4.2.1 Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh 69

4.2.2 Bảo vệ quá dòng điện có thời gian 70

4.2.3 Bảo vệ quá dòng có khoá điện áp thấp 71

4.2.4 Bảo vệ quá dòng điện có hướng 72

4.2.5 Bảo vệ quá dòng cắt nhanh có hướng 74

4.3 BẢO VỆ SO LỆCH DỌC ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 75

4.3.1 Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm 75

4.3.2 Bảo vệ so lệch dùng dây dẫn phụ 77

4.3.3 Bảo vệ so sánh pha dòng điện 78

4.4 BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH 81

4.4.1 Chọn giá trị khởi động và thời gian làm việc rơ le khoảng cách 81

4.4.2 Bảo vệ khoảng cách ở các đường dây có đặt tụ điện bù dọc : 83

4.5 BẢO VỆ SO SÁNH HƯỚNG 85

4.6 NGUYÊN LÝ BẢO CHỐNG CHẠM ĐẤT 87

4.6.1 Nguyên tắc tác động 87

4.6.2 Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không 88

4.6.3 Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không có hướng 88

4.6.4 Bảo vệ chống chạm đất “chập chờn” 91

4.7 CÂU HỎI ÔN TẬP 92

CHƯƠNG 5: BẢO VỆ MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ 93

5.1 CÁC DẠNG HƯ HỎNG VÀ TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC KHÔNG BÌNH THƯỜNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN 93

5.2 BẢO VỆ CHỐNG CHẠM ĐẤT CUỘN DÂY STATO 94

5.3 BẢO VỆ CHỐNG NGẮN MẠCH GIỮA CÁC PHA 98

5.3.1 Bảo vệ so lệch hãm 99

5.3.2 Bảo vệ khoảng cách 101

5.3.3 Bảo vệ quá dòng điện 102 5.4 BẢO VỆ CHỐNG CHẠM CHẬP CÁC VÒNG DÂY TRONG MỘT PHA CỦA CUỘN

5.5 BẢO VỆ CHỐNG CHẠM ĐẤT CUỘN DÂY RÔ TO 105

5.6 BẢO VỆ CHỐNG DÒNG ĐIỆN THỨ TỰ NGHỊCH 109

5.7 BẢO VỆ CHỐNG MẤT KÍCH TỪ 110

5.8 BẢO VỆ CHỐNG QUÁ TẢI CHO CUỘN DÂY STATO VÀ RÔTO MÁY PHÁT ĐIỆN 112

5.9 BẢO VỆ CHỐNG QUÁ ĐIỆN ÁP 113

5.10 BẢO VỆ CHỐNG TẦN SỐ GIẢM THẤP 114

5.11 BẢO VỆ CHỐNG LUỒNG CÔNG SUẤT NGƯỢC 115

5.12 CÂU HỎI ÔN TẬP 116

CHƯƠNG 6: BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP 117

6.1 CÁC HƯ HỎNG VÀ NHỮNG LOẠI BẢO VỆ THƯỜNG DÙNG 117

6.2 BẢO VỆ SO LỆCH DỌC 117

6.3 BẢO VỆ QUÁ DÒNG ĐIỆN 119

6.4 BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH 120

6.5 BẢO VỆ BẰNG RƠ LE KHÍ (BUCHHOLZ) 121

6.6 BẢO VỆ CHỐNG CHẠM ĐẤT CỦA MÁY BIẾN ÁP 122

6.7 BẢO VỆ QUÁ NHIỆT CHO MÁY BIẾN ÁP 123

6.8 LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ MÁY BIẾN ÁP 126

6.9 CÂU HỎI ÔN TẬP 127

CHƯƠNG 7: BẢO VỆ CÁC HỆ THỐNG THANH GÓP 115

7.1 CÁC DẠNG HƯ HỎNG 115

7.1.1 Những trường hợp không cần đặt bảo vệ riêng 115

7.1.2 Những trường hợp cần đặt bảo vệ riêng cho thanh góp 116

7.2 CÁC LOẠI SƠ ĐỒ THANH GÓP 116

7.2.1 Sơ đồ một hệ thống thanh góp 116

7.2.2 Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có một máy cắt trên mạch 117

7.2.3 Sơ đồ thanh góp mỗi mạch điện được nối với hệ thống thanh góp qua hai máy cắt điện 119

7.3 BẢO VỆ SO LỆCH TOÀN PHẦN THANH GÓP 120

7.3.1 Những đặc điểm khi thực hiện bảo vệ so lệch toàn phần thanh góp 120

7.3.2 Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm 122

7.3.3 Bảo vệ so lệch thanh góp dùng rơ le tổng trở cao 124

7.3.4 Bảo vệ thanh góp dùng nguyên lý so sánh pha dòng điện 126

7.4 BẢO VỆ SO LỆCH KHÔNG TOÀN PHẦN THANH GÓP 127

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình vẽ 1-1: Ví dụ về tính chọn lọc của bảo vệ rơle 3

Hình vẽ 1-2: Cấu trúc tổng quát của hệ thống bảo vệ 5

Hình vẽ 1-3: Vì dụ về một cấu trúc của hệ thống bảo vệ 6

Hình vẽ 1-4: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống bảo vệ có dự phòng để tăng cường độ tin cậy 6

Hình vẽ 1-5: Máy biến dòng cao áp, hạ áp và sơ đồ nguyên lý của máy biến dòng 7

Hình vẽ 1-6: Sai số của BI và sơ đồ thay thế của BI dùng trong bảo vệ 9

Hình vẽ 1-7: Nối tiếp hai máy biến dòng 10

Hình vẽ 1-8: Đường cong từ hoá (a) và quan hệ của dòng điện sơ cấp iS, từ thông F, 11

Hình vẽ 1-9: Các nối BI và rơle theo sơ đồ hình sao 11

Hình vẽ 1-10: Sơ đồ nồi một rơle vào hiệu dòng điện hai pha và sơ đồ véc tơ của dòng điện thứ cấp qua rơle khi ngắn mạch 2 pha và ba pha 12

Hình vẽ 1-11: Các sơ đồ bộ lọc dòng điện thứ tự không: a) sơ đồ nguyên lý, b) bộ lọc dùng ba máy biến dòng, c) bộ lọc một máy biến dòng dùng cho đường dây trên không, d) bộ lọc một máy biến dòng dùng cho đường dây cáp ngầm 13

Hình vẽ 1-12: Các sơ đồ bộ lọc dòng điện thứ tự nghịch LI2: a) Sơ đồ cấu trúc, b) mạch điện, c) Đồ thị véc tơ đối với thành phần thứ tự thuận, d) đồ thị véc tơ thành phần thứ tự nghịch 14

Hình vẽ 1-13: Máy biến điện áp cao áp, hạ áp và sơ đồ nguyên lý của máy biến điện áp 15

Hình vẽ 1-14: Sơ đồ nối các BU theo hình sao: a nối vào điện áp dây, b) nối vào điện áp pha, c) điện áp ba pha và dây trung tính của HTĐ 16

Hình vẽ 1-15: Sơ đồ nối các BU theo hình V/V 16

Hình vẽ 1-16: Các sơ đồ bộ lọc thứ tự không, a) cuộn tam giác hở, b) bộ lọc điện áp thứ tự không ở trung tính máy phát điện 17

Hình vẽ 1-17: Sơ đồ nguyên lý của bộ lọc điện áp thứ tự nghịch 18

Hình vẽ 1-18: Sơ đồ dùng rơle dòng điện có đặc tính thời gian phụ thuộc có giới hạn làm việc với dòng điện thao tác một chiều 19

Hình vẽ 1-19: Sơ đồ bảo vệ dòng điện dùng nguồn thao tác xoay chiều theo phương pháp khử nối tắt cuộn cắt của máy cắt 20

Hình vẽ 1-20: Sơ đồ bảo vệ dòng điện nối vào dòng điện thao tác xoay chiều qua biến dòng bão hoà trung gian 20

Hình vẽ 1-21: Sơ đồ bộ cung cấp liên hợp 21

Hình vẽ 1-22: Sơ đồ nguồn cung cấp bằng bộ tụ nạp sẵn 21

Hình vẽ 1-23: Liên hệ giữa các thiết bị làm việc với kênh truyền tín hiệu 22

Hình vẽ 1-24: Nguyên lý so sánh biên độ hai đại lượng đầu vào 26

Hình vẽ 1-25: Nguyên lý so sánh pha (a) và biểu đồ so sánh hai tín hiệu đầu vào hình sin lệch pha nhau (b) 27

Hình vẽ 2-2: Phân loại rơle theo các đại lượng đầu vào 31

Hình vẽ 2-3: Các loại sơ đồ của hệ thống bảo vệ rơle 32

Hình vẽ 2-4: Một số loại rơle điện từ: a) Rơle điện từ có phần động đóng mở, b) Có phần động quay, c) phần chuyển động tịnh tiến 35

Hình vẽ 2-5: Quan hệ giữa trị số tức thời của mô men quay Mt và các thành phần của nó với thời gian đối với rơle dòng điện điện từ 36

Hình vẽ 2-6: Vòng ngắn mạch của rơle và đồ thị véc tơ .36

Hình vẽ 2-7: Rơle dòng điện: a) có vòng cảm ứng ngắn mạch, b) và đồ thị véc tơ .38

Hình vẽ 2-8: Rơ le thời gian 40

Hình vẽ 2-9: Các sơ đồ nối rơ le trung gian: a)Sơ đồ nối các rơle RG song song, b) nối tiếp, c) song song có tự giữ bằng cuộn dây nối tiếp 41

Hình vẽ 2-10: Sơ đồ nối dây của rơle tín hiệu, a) nối tiếp, b) song song 41

Hình vẽ 2-11: Rơle dòng điện chỉnh lưu: a) Sơ đồ nguyên lý, b) dòng điện chỉnh lưu [I] 42

Hình vẽ 2-12: Các sơ đồ san bằng dòng điện chỉnh lưu, 43

Hình vẽ 2-13: Sơ đồ so sánh dòng điện Iđ với đại lượng chuẩn Ich 44

Hình vẽ 2-14: Sơ đồ khối của rơ le số 45

Hình vẽ 2-15: Sơ đồ tự kiểm tra các khối chức năng trong rơle số 46

Hình vẽ 3-1: Thí dụ về cách tính dòng điện khởi động của bảo vệ dòng điện cực đại a) Sơ đồ nguyên lý, b) Chọn dòng điện khởi động 48

Hình vẽ 3-2: Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh, a) Sơ đồ nguyên lý, b) Cách chọn dòng điện khởi động .49

Hình vẽ 3-3: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ dòng điện cực đại có bộ phận kiểm tra điện áp .50

Hình vẽ 3-4: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ dòng ba cấp .51

Hình vẽ 3-5: Tính dòng điện và thời gian tác động của bảo vệ dòng ba cấp 52

Hình vẽ 3-6: Bảo vệ quá dòng điện có hướng a) Mạch vòng, b) Đường dây song song, c) Đường dây có hai nguồn cung cấp, 53

Hình vẽ 3-7: Bảo vệ quá dòng điện có hướng: a) Sơ đồ nguyên lý bảo vệ quá dòng, b) Đặc tính pha của bộ phận định hướng công suất 54

Hình vẽ 3-8: Phối hợp thời gian tác động của bảo vệ quá dòng điện có hướng với thanh góp có nhiều mạch đường dây 55

Hình vẽ 3-9: Các cấu hình lưới điện phức tạp bảo vệ quá dòng có hướng không đảm bảo tính chọn lọc: a) Mạng vòng có nhiều nguồn cung cấp b) Mạng vòng có một nguồn cung cấp khi có liện hệ ngang không có nguồn (Đường dây BD) 57

Hình vẽ 3-10: Nguyên lý đo tổng trở, a) Sơ đồ lưới điện; b) Vùng biến thiên của tổng trở phụ tải; c)Tổng trở đo trong điều kiện sự cố; d) Đặc tính khởi động của bộ phận khoảng cách 58

Hình vẽ 3-11: Các đặc tuyến tổng trở khởi động thường gặp: a) Tổng trở không hướng (ZKđ=const); b) Tổng trở có hướng (vòng tròn qua gốc toạ độ); c) Vòng tròn lệch tâm; d) Hình thấu kính, e,g) Hình đa giác; h) 7SA513 59

Hình vẽ 3-12: Sơ đồ phối hợp tổng trở khởi động và đặc tính thời gian giữa ba vùng của bảo vệ

khoảng cách .60

Hình vẽ 3-13: Sự phân bố dòng điện trên các nhánh của đường dây mạch kép 61

Hình vẽ 3-14: Bảo vệ so lệch dòng điện a) Sơ đồ nguyên lý, b) Đồ thị véctơ dòng điện khi ngắn mạch ngoài vùng và trong chế độ bình thường, c) Khi ngắn mạch trong vùng .63

Hình vẽ 3-15: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so lệch có hãm bổ sung bằng dòng điện hài bậc hai dùng cho bảo vệ máy biến áp hai dây quấn 65

Hình vẽ 3-16: Bảo vệ so sánh pha dòng điện: a) Sơ đồ nguyên lý b) Đặc tính góc pha bảo vệ .66

Hình vẽ 4-1: Bảo vệ cắt nhanh đường dây có hai nguồn cung cấp 69

Hình vẽ 4-2: Đặc tính thời gian của bảo vệ quá dòng điện, a) Độc lập, b) Phụ thuộc .70

Hình vẽ 4-3: Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng điện trong lưới điện hình tia (a) cho trường hợp đặc tuyến độc lập (b) và đặc tuyến phụ thuộc (c) 71

Hình vẽ 4-4: Bảo vệ quá dòng điện có khoá điện áp thấp 71

Hình vẽ 4-5: Bảo vệ quá dòng điện có hướng: a) đường dây hai mạch song song, b) cách chọn thời gian làm việc của bảo vệ 73

Hình vẽ 4-6: Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng điện có hướng trong lưới điện có hai nguồn cung cấp 74

Hình vẽ 4-7: Bảo vệ quá dòng điện cắt nhanh không có hướng (a) và có hướng (b) 75

Hình vẽ 4-8: Bảo vệ so lệch dọc có hãm, a) Sơ đồ nguyên lý, b) đồ thị véc tơ của dòng điện làm việc ILV và dòng điện hãm IH khi có ngắn mạch ngoài (b) và trong vùng (c) 76

Hình vẽ 4-9: Đặc tính làm việc của bảo vệ so lệch có hãm (1) và tương quan giữa dòng điện làm việc Ilv và dòng điện hãm IH khi ngắn mạch trong vùng bảo vệ và nguồn cung cấp từ một phía (2) 76

Hình vẽ 4-10: Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm, dùng dây dẫn phụ 77

Hình vẽ 4-11: Cộng dòng điện để giảm bớt dây dẫn phụ trong sơ đồ bảo vệ so lệch dòng điện 78

Hình vẽ 4-12: Sơ đồ khối bảo vệ so sánh pha dòng điện từng pha riêng biệt 79

Hình vẽ 4-13: Tín hiệu so sánh pha dòng điện cho trường hợp ngắn mạch ngoài vùng (a)

và trong vùng (b) bảo vệ 80

Hình vẽ 4-14: Sơ đồ dùng tổ hợp máy biến dòng BI để nhận điện áp đầu ra một pha U từ dòng điện 3 pha 80

Hình vẽ 4-15: Phối hợp tổng trở khởi động và đặc tính thời gian giữa ba vùng tác động của bảo vệ khoảng cách, a) Sơ đồ lưới điện, b) Phối hợp đặc tính khởi động và thời gian 82

Hình vẽ 4-16: Phối hợp các vùng bảo vệ khoảng cách trong trường hợp từ thanh cái cuối đường dây có nhiều dây ra 83

Hình vẽ 4-17: Điện kháng đường dây phụ thuộc vào dung kháng và vị trí đặt tụ bù dọc 84

Hình vẽ 4-18: Bảo vệ khoảng cách trên đường dây có bù dọc, a) Sơ đồ nguyên lý, b) khi bộ tụ làm việc bình thường, c) khi bộ tụ bị nối tắt 85

Hình vẽ 4-19: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ theo hướng công suất thứ tự không 86

Hình vẽ 4-20: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ so sánh hướng công suất thứ tự không truyền tín hiệu cho

phép 86

Hình vẽ 4-21: Sự biến thiên của dòng (a) và áp (b) tại chỗ đặt bảo vệ trước và sau thời điểm sự cố (t = 0) 87

Hình vẽ 4-22: Phân bố dòng điện sự cố (điện dung) khi có chạm đất trên các đường dây khác nhau trong lưới điện hình tia có trung tính không nối đất (a) Chạm đất đường dây D3; (b) Chạm đất đường dây D1 89

Hình vẽ 4-23: Sơ đồ xác định góc lệch pha 0 giữa dòng (I0) và áp (U0) thứ tự không 89

Hình vẽ 4-24: Sơ đồ nguyên lý sử dụng chung cho toàn trạm một bộ xác định hướng công suất thứ tự không, có đổi nối trong mạch dòng điện thứ tự không của các đường dây 90

Hình vẽ 4-25: Mắc điện trở song song với cuộn Petersen để tăng độ nhạy của bảo vệ chống chạm đất .91

Hình vẽ 4-26: Nguyên lý của sơ đồ bảo vệ chống chạm đất “chập 92

Hình vẽ 5-1: Chạm đất trong cuộn dây Stato máy phát điện 95

Hình vẽ 5-2: Bảo vệ có hướng chống chạm đất cuộn dây stato máy phát điện đấu trực tiếp với thanh góp điện áp máy phát: a) Sơ đồ nguyên lý, b) Đồ thị véc tơ 95

Hình vẽ 5-3: Phân bố thành phần hài bậc ba dọc theo cuộn dây stato máy phát điện, a) chế độ bình thường; b) khi chạm đất ở trung điểm; c) ở đầu cực máy phát điện .96

Hình vẽ 5-4: Sơ đồ bảo vệ 100% cuộn dây stato chống chạm đất theo hài bậc 3: a) sơ đồ nguyên lý, b) đồ thị véc tơ trong chế độ vận hành bình thường, c) khi có chạm đất gần trung điểm máy phát điện 97

Hình vẽ 5-5: Sơ đồ bảo vệ 100% cuộn dây stato chống chạm đất có đưa thêm điện áp hãm 20Hz vào trung điểm máy phát điện 98

Hình vẽ 5-6: Ngắn mạch ba pha trong cuộn dây stato máy phát điện đồng bộ, a) sơ đồ nguyên lý, b) phân bố sức điện động theo số vòng  của cuộn dây, c) và quan hệ giữa dòng sự cố với số vòng dây bị ngắn mạch  100

Hình vẽ 5-7: Bảo vệ so lệch dòng điện có hãm cuộn dây stato máy phát 100

Hình vẽ 5-8: Bảo vệ so lệch dùng rơ le tổng trở cao đặt cho máy phát điện: a) Sơ đồ nguyên lý, b) Mạch điện đẳng trị và phân bố điện áp trong chế độ làm việc bình thường, c) Mạch điện đẳng trị và phân bố điện áp khi có ngắn mạch ngoài và nhóm BI2 bị bão hoà hoàn toàn 101

Hình vẽ 5-9: Bảo vệ khoảng cách cho bộ MPĐ-MBA: a) Sơ đồ nguyên lý, b) đặc tính thời gian 102

Hình vẽ 5-10: Đặc tuyến khởi động của rơ le khoảng cách dùng làm bảo vệ cho máy phát điện 102

Hình vẽ 5-11: Bảo vệ quá dòng có khóa điện áp thấp làm bảo vệ dự phòng cho máy phát điện 103

Hình vẽ 5-12: Bảo vệ so lệch ngang chống ngắn mạch giữa các vòng dây của máy phát điện công suất lớn: a) Sơ đồ nguyên lý, b) Đặc tính khởi động 104

Hình vẽ 5-13: Bảo vệ cuộn dây máy phát điện có hai nhánh song song chống chạm chập giữa các vòng dây 104

Hình vẽ 5-14: Chạm đất trong cuộn dây roto MPĐ, a) Chạm đất một điểm, b) Hai điểm 105

Hình vẽ 5-15: Bảo vệ chống chạm đất một điểm trong cuộn dây roto máy phát điện dùng điện áp phụ một chiều: a) Sơ đồ nguyên lý, b) Dòng điện qua rơ le theo vị trí điểm chạm đất  và khi dùng nguồn

điện phụ xoay chiều: c) Sơ đồ nguyên lý, d) Dòng điện qua rơ le 105

Hình vẽ 5-16: Sơ đồ bảo vệ chống chạm đất cuộn dây roto máy phát điện có hệ thống kích từ không chổi than với điốt chỉnh lưu lắp trực tiếp trên thân roto dựa trên nguyên lý đo điện dẫn 106

Hình vẽ 5-17: Đặc tính biến thiên của tổng trở đối với đất của mạch kích thích Hình vẽ 5-16 và đặc tính tác động của rơ le đo điện dẫn để chống chạm đất mạch roto máy phát điện đồng bộ: 1) Đặc tính cắt, 2) Đặc tính cảnh báo 107

Hình vẽ 5-18: Sơ đồ nguyên lý phát hiện chạm đất trong cuộn dây roto máy phát điện dùng nguồn điện phụ 1Hz có dạng sóng chữ nhật (a) và dạng sóng đặt vào bộ phận đo UM đối với các điện trở chạm đất khác nhau (b và c) 108

Hình vẽ 5-19: Bảo vệ chống dòng điện thứ tự nghịch đặt ở máy phát điện, a) sơ đồ nguyên lý, b) đặc tính thời gian phụ thuộc tỷ lệ nghịch, c) độc lập có 2 cấp 109

Hình vẽ 5-20: Bảo vệ chống mất kích từ máy phát điện, a) Thay đổi hướng công suất phản kháng Q, b) Thay đổi tổng trở đo được ở cực MFĐ, c) Giới hạn thay đổi của công suất MPĐ 111

Hình vẽ 5-21: Sơ đồ bảo vệ chống mất kích thích ở máy phát điện sử dụng rơ le điện kháng cực tiểu: a) Sơ đồ nguyên lý, b) Đồ thị véc tơ, c) Các dạng sóng của các đại lượng tương ứng 111

Hình vẽ 5-22: Quan hệ giữa mức quá tải và thời gian quá tải cho phép của các cuộn dây MPĐ 113

Hình vẽ 5-23: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống quá tải cuộn dây máy phát điện với 2 kênh đo lường độc lập 113

Hình vẽ 5-24: Bảo vệ chống quá điện áp hai cấp đặt ở máy phát điện 114

Hình vẽ 5-25: Thời gian tích hợp cho phép vận hành máy phát điện ở tần số cao 115

Hình vẽ 5-26: Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ chống công suất ngược 116

Hình vẽ 6-1: Cân bằng pha và trị số của dòng điện thứ cấp trong bảo vệ so lệch máy biến áp 2 và 3 cuộn dây bằng máy biến dòng trung gian BIG 118

Hình vẽ 6-2: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ so lệch có hãm cho máy biến áp 3 cuộn dây HM- hãm theo thành phần hài bậc 2 trong dòng điện từ hoá MBA 118

Hình vẽ 6-3: Sơ đồ nguyên lý (a) và đặc tính thời gian (b) của bảo vệ khoảng cách đặt ở MBA hai cuộn dây (hoặc MBA tự ngẫu) 120

Hình vẽ 6-4: Ví dụ về rơ le khí đặt cho máy biến áp 122

Hình vẽ 6-5: Bảo vệ chống chạm đất có giới hạn dùng cho máy biến áp : a) MBA hai cuộn dây, b) MBA tự ngẫu 122

Hình vẽ 6-6: Sự phụ thuộc độ tăng nhiệt độ của dầu so với nhiệt độ môi trường làm mát và độ tăng nhiệt độ cuộn dây so với nhiệt độ của dầu vào phụ tải xác lập 124

Hình vẽ 6-7: Sơ đồ bảo vệ quá nhiệt máy biến áp 126

Hình vẽ 6-8: Phương thức bảo vệ máy biến áp hai cuộn dây công suất bé 126

Hình vẽ 6-9: Phương thức bảo vệ máy biến áp ba cuộn dây công suất lớn 127

Hình vẽ 6-10: Phương thức bảo vệ máy biến áp tự ngẫu công suất lớn 127

Hình vẽ 7-1: Thí dụ các sơ đồ nối điện không cần đặt bảo vệ thanh góp riêng 115

Hình vẽ 7-2: Thí dụ các sơ đồ nối điện cần bảo vệ riêng cho thanh góp 116

Hình vẽ 7-3: Các loại sơ đồ một hệ thống thanh góp 117

Hình vẽ 7-4: Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có một máy cắt trên một mạch 119

Hình vẽ 7-5: Sơ đồ hai thanh góp mỗi mạch được nối với hai hệ thống thanh góp qua hai máy cắt điện .119

Hình vẽ 7-6: Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có ba máy cắt trên hai mạch 119

Hình vẽ 7-7: Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có bốn máy cắt trên ba mạch 120

Hình vẽ 7-8: Sơ đồ bố trí hệ thống thanh góp theo hình đa giác 120

Hình vẽ 7-9: Bảo vệ so lệch toàn phần của thanh góp đơn 121

Hình vẽ 7-10: Bảo vệ so lệch toàn phần thanh góp có phân đoạn với các phần tử phân bố lên cả hai phân đoạn 121

Hình vẽ 7-11: Sơ đồ nguyên lý so lệch dòng điện có hãm để bảo vệ thanh góp đơn 122

Hình vẽ 7-12:Đặc tính bảo vệ thanh góp dùng dòng điện hãm 123

Hình vẽ 7-13: Sơ đồ bảo vệ một hệ thống thanh góp có phân đoạn 123

Hình vẽ 7-14: Sơ đồ bảo vệ so lệch có hãm hệ thống hai thanh góp 124

Hình vẽ 7-15: Bảo vệ thanh góp bằng rơ le tổng trở cao 124

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1-1: Một số ví dụ về các tỉ số của BI 8

Bảng 1-2: Cấp chính xác của một số loại máy biến dòng điện 8

Bảng 1-3: Giới hạn sai số của BI có cấp chính xác 5P và 10P 9

Bảng 1-4: Giới hạn sai số của BU dùng cho bảo vệ 16

Bảng 2-1: Các ký hiệu và loại rơle 32

Bảng 6-1: Các loại bảo vệ thường dùng cho máy biến áp 117

PHẦN I: CÁC NGUYÊN LÝ BẢO VỆ

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG

1.1 NHIỆM VỤ BẢO VỆ RƠ LE

Khi thiết kế hoặc vận hành bất kỳ một hệ thống điện (HTĐ) nào, chúng ta cũng đều mong muốn HTĐ đó phải được vận hành ở chế độ an toàn, tin cậy, và kinh tế nhất Một HTĐ thường rộng lớn về qui mô, trải dài trong không gian với nhiều thiết bị điện khác nhau từ phần phát điện, truyền tải và phân phối điện năng Do đó, trong bất cứ HTĐ nào cũng có thể phát sinh các hư hỏng và các tình trạng làm việc không bình thường đối với các phần tử trong HTĐ đó Nguyên nhân dẫn đến các hư hỏng, hay sự cố đối rất đa dạng:

Do các hiện tượng thiên nhiên: như giông bão, động đất, lũ lụt, núi lửa…

Do con người: sai sót trong tính toán thiết kế, sai lầm trong công tác vận hành, thiếu sót trong bảo dưỡng thiết bị điện…

Các yếu tố ngẫu nhiên khác: già cỗi cách điện, thiết bị quá cũ, những hư hỏng ngẫu nhiên, tình trạng làm việc bất thường của HTĐ…

Các sự cố nguy hiểm nhất có thể xảy ra trong HTĐ thường là các dạng ngắn mạch Khi ngắn mạch, dòng điện tăng cao tại chỗ sự cố và trong các phần tử trên đường từ nguồn đến điểm ngắn mạch có thể gây ra những tác động nhiệt và cơ nguy hiểm cho các phần tử nó chạy qua Hồ quang tại chỗ ngắn mạch nếu để tồn tại lâu có thể đốt cháy thiết bị, gây hỏa hoạn Ngắn mạch cũng làm cho điện áp tại chỗ sự cố và khu vực lưới điện lân cận bị giảm thấp, ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của các hộ tiêu dùng điện Trường hợp nguy hiểm nhất, ngắn mạch có thể dẫn đến mất ổn định và tan rã hoàn toàn HTĐ

Các dạng ngắn mạch thường gặp trong HTĐ:

Ngắn mạch ba pha chiếm khoảng 5%

Ngắn mạch hai pha chiếm khoảng 10%

Ngắn mạch hai pha nối đất chiếm khoảng 20%

Ngắn mạch một pha chiếm khoảng 65%

Phân loại hư hỏng theo thiết bị trong HTĐ, với tỷ lệ hư hỏng:

Đường dây tải điện trên không chiếm khoảng 50%

Đường dây cáp chiếm khoảng 10%

Máy cắt điện chiếm khoảng 15%

Máy biến áp chiếm khoảng 12%

Máy biến dòng điện, biến điện áp chiếm khoảng 2%

Thiết bị đo lường, điều khiển, bảo vệ chiếm khoảng 3%

Các loại khác chiếm khoảng 8%

Ngoài các loại ngắn mạch, trong hệ thống điện còn có các tình trạng làm việc không bình thường Phổ biến nhất là hiện tượng quá tải, lúc đó dòng điện tải tăng, làm tăng nhiệt độ của các phần dẫn điện Nếu tình trạng quá tải kéo dài, làm cho thiết bị điện bị phát nóng quá giới hạn cho phép, làm cho cách điện của chúng bị già cỗi và đôi khi bị phá hỏng dẫn đến các

sự cố nguy hiểm như ngắn mạch Chính vì vậy mà trong khi tính toán thiết kế và vận hành

HTĐ, người ta cũng rất phải quan tâm đến các tình trạng làm việc không bình thường, vì nó chính là các nguyên nhân dẫn đến các sự cố nguy hiểm

Do đó, nhiệm vụ của các thiết bị bảo vệ rơle là phát hiện và nhanh chóng loại trừ phần

tử bị sự cố ra khỏi hệ thống điện nhằm ngăn chặn và hạn chế đến mức thấp nhất những hậu quả tai hại của sự cố Ngoài ra, thiết bị bảo vệ còn ghi nhận và phát hiện những tình trạng làm việc không bình thường của các phần tử trong HTĐ Tuỳ mức độ quan trọng của thiết bị điện

mà bảo vệ rơle có thể tác động đi báo tín hiệu hoặc cắt máy cắt điện

Thiết bị tự động được dùng phổ biến nhất để bảo vệ các HTĐ hiện đại là các rơle Ngày nay, khái niệm rơle thường dùng để chỉ một tổ hợp thiết bị thực hiện một hoặc một nhóm

chức năng bảo vệ và tự động hóa HTĐ, thỏa mãn những yêu cầu kỹ thuật đề ra đối với nhiệm

vụ bảo vệ cho từng phần tử cụ thể cũng như cho toàn bộ hệ thống

1.2 YÊU CẦU CỦA BẢO VỆ RƠ LE

cố xảy ra trong phạm vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ

Độ tin cậy không tác động: là mức độ chắc chắn rằng rơle hoặc hệ thống rơle sẽ không làm việc sai Nói cách khác, độ tin cậy không tác động là khả năng tránh làm việc nhầm

ở chế độ vận hành bình thường hoặc sự cố xảy ra ngoài phạm vi bảo vệ đã được qui định

Trên thực tế độ tin cậy tác động có thể được kiểm tra tương đối dễ dàng bằng tính toán thực nghiệm, còn độ tin cậy không tác động rất khó kiểm tra vì tập hợp những trạng thái vận hành và tình huống bất thường có thể dẫn đến tác động sai của bảo vệ không thể lường trước được

Để nâng cao độ tin cậy nên sử dụng rơle và hệ thống rơle có kết cấu đơn giản, chắc chắn, đã được thử thách qua thực tế sử dụng và cũng cần tăng cường mức độ dự phòng trong

hệ thống bảo vệ Qua số liệu thống kê vận hành cho thấy, hệ thống bảo vệ trong các hệ thống điện hiện đại có xác suất làm việc tin cậy khoảng (95  99)%

Hình vẽ 1-1: Ví dụ về tính chọn lọc của bảo vệ rơle

Khi ngắn mạch tại điểm N2, để bảo đảm tính chọn lọc thì bảo vệ cần phải cắt các máy cắt 1 và 2 ở hai đầu đường dây bị hư hỏng và việc cung cấp điện cho trạm B vẫn được duy trì

Theo nguyên lý làm việc, tính chọn lọc của các bảo vệ được phân ra:

Bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối: là những bảo vệ chỉ làm nhiệm vụ khi sự cố xảy ra trong một phạm vi hoàn toàn xác định, không làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận (ví dụ như bảo vệ so lệch dọc cho máy phát điện hoặc máy biến áp (MBA))

Bảo vệ có tính chọn lọc tương đối: ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối tượng được bảo vệ còn có thể thực hiện chức năng bảo vệ dự phòng cho phần tử lân cận (ở ví dụ trên: Bảo vệ 5 có thể làm bảo vệ dự phòng cho bảo vệ 6)

Để thực hiện yêu cầu về chọn lọc đối với các bảo vệ có tính chọn lọc tương đối, cần phải có sự phối hợp giữa đặc tính làm việc của các bảo vệ lân cận nhau trong toàn hệ thống nhằm đảm bảo mức độ liên tục cung cấp điện cao nhất, hạn chế đến mức thấp nhất thời gian ngừng cung cấp điện

1.2.3 Tính tác động nhanh

Tính tác động nhanh của bảo vệ rơle là yêu cầu quan trọng vì việc cách ly càng nhanh chóng phần tử bị ngắn mạch, sẽ càng hạn chế được mức độ phá hoại các thiết bị, càng giảm được thời gian sụt áp ở các hộ dùng điện, giảm xác suất dẫn đến hư hỏng nặng hơn và càng nâng cao khả năng duy trì ổn định sự làm việc của các máy phát điện và toàn bộ HTĐ Tuy nhiên khi kết hợp với yêu cầu chọn lọc, để thoả mãn yêu cầu tác động nhanh cần phải sử dụng những loại bảo vệ phức tạp và đắt tiền Vì vậy yêu cầu tác động nhanh chỉ đề ra tuỳ thuộc vào những điều kiện cụ thể của HTĐ và tình trạng làm việc của phần tử được bảo vệ trong HTĐ Bảo vệ rơle được gọi là tác động nhanh (có tốc độ cao) nếu thời gian tác động không vượt quá 50ms (2,5 chu kỳ của dòng điện tần số 50Hz) Bảo vệ rơle được gọi là tác động tức thời nếu không thông qua khâu trễ (tạo thời gian) trong tác động rơle Hai khái niệm tác động nhanh và tác động tức thời được dùng thay thế lẫn nhau để chỉ các rơle hoặc bảo vệ có thời gian tác động không quá 50ms

Thời gian cắt sự cố tC gồm hai thành phần: thời gian tác động của bảo vệ tBV và thời gian tác động của máy cắt tMC : tC  tBV  tMC

Với HTĐ hiện đại, yêu cầu thời gian loại trừ sự cố rất nhỏ, để đảm bảo tính ổn định Đối với các máy cắt điện có tốc độ cao hiện đại tMC = (20  60)ms (từ 1  3 chu kỳ 50Hz) Những máy cắt thông thường có tMC ≤ 5 chu kỳ (khoảng 100ms ở 50Hz) Vậy thời gian loại trừ sự cố tC khoảng từ 2  8 chu kỳ ở tần số 50Hz (khoảng 40160ms) đối với bảo vệ tác động nhanh

Đối với lưới điện phân phối thường dùng các bảo vệ có độ chọn lọc tương đối, bảo vệ chính thông thường có thời gian cắt sự cố khoảng (0,21,5) giây, bảo vệ dự phòng khoảng (1,52,0) giây

1.2.4 Độ nhạy

Độ nhạy đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của rơle hoặc hệ thống bảo vệ Độ nhạy của bảo vệ được đặc trưng bằng hệ số độ nhạy Kn là tỉ số của đại lượng vật lý đặt vào rơle khi có sự cố với ngưỡng tác động của nó Sự sai khác giữa trị số của đại lượng vật lý đặt vào rơle và ngưỡng tác động của nó càng lớn, rơle càng dễ cảm nhận sự xuất hiện của sự cố, nghĩa là rơle tác động càng nhạy

Độ nhạy thực tế của bảo vệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Chế độ làm việc của HTĐ (mức độ huy động nguồn max hay min), cấu hình của lưới điện (các đường dây làm việc song song, hay đơn lẻ), dạng ngắn mạch (ba pha, một pha, …), vị trí của điểm ngắn mạch (gần nguồn, hay xa nguồn),

Đối với các bảo vệ chính thường yêu cầu phải có hệ số độ nhạy từ 1,52,0 còn đối với bảo vệ dự phòng hệ số độ nhạy từ 1,21,5

Đối với lưới điện trung áp và hạ áp, số lượng các phần tử cần được bảo vệ rất lớn, và yêu cầu đối với thiết bị bảo vệ không cao bằng thiết bị bảo vệ ở các nhà máy điện hoặc lưới truyền tải cao áp Vì vậy cần phải cân nhắc tính kinh tế trong lựa chọn thiết bị bảo vệ sao cho

có thể đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật và chi phí thấp nhất

Năm yêu cầu trên trong nhiều trường hợp mâu thuẫn nhau, ví dụ muốn có được tính chọn lọc và độ nhạy cao cần phải sử dụng những loại bảo vệ phức tạp, bảo vệ càng phức tạp, càng khó thỏa mãn yêu cầu về độ tin cậy; hoặc những yêu cầu cao về kỹ thuật sẽ làm tăng chi phí cho thiết bị bảo vệ Vì vậy trong thực tế cần dung hòa ở mức tốt nhất các yêu cầu trên trong quá trình lựa chọn các thiết bị riêng lẻ cũng như tổ hợp toàn bộ các thiết bị bảo vệ, điều khiển và tự động trong hệ thống điện

1.3 CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG BẢO VỆ RƠLE

Trong trường hợp tổng quát gồm, một hệ thống bảo vệ rơle được mô tả trong Hình vẽ 1-2, bao gồm các bộ phận chính như sau:

Hình vẽ 1-2: Cấu trúc tổng quát của hệ thống bảo vệ

1 Bộ phận đo lường: gồm các máy biến dòng điện (BI hoặc là CT), máy biến điện áp (BU hoặc là VT), các thiết bị đo lường khác để làm nhiệm vụ đo lường các đại lượng dòng điện, điện áp, tần số …Các tín hiệu sơ cấp có thể được đưa vào các bộ lọc các thành phần đối xứng, hoặc các thiết bị biến đổi AC/DC để đưa tín hiệu vào hệ thống các rơle

2 Bộ phận phân tích và so sánh logic: gồm các rơle có nhiệm vụ là phân tích và so sánh các tín hiệu đưa vào với các giá trị khởi động cho trước để đánh giá tình trạng làm việc của HTĐ là bình thường, không bình thường (quá tải) hay là sự cố Tương ứng với các tình trạng đó, rơle sẽ gửi tín hiệu đến cơ cấu thực hiện Đối với mỗi nguyên tắc bảo vệ khác nhau thì sẽ có các loại rơle với phương pháp tính toán khác nhau

3 Bộ phận thực hiện: gồm các rơle trung gian, máy cắt (MC) … có nhiệm vụ thực hiện việc báo tín hiệu, hoặc cắt máy cắt trong các trường hợp sự cố

4 Hệ thống nguồn điện một chiều: có nhiệm vụ là cung cấp nguồn cho hệ thống các rơle, cuộn cắt của MC, chuông, đèn…

5 Kênh thông tin truyền tín hiệu: dùng để truyền tín hiệu điều khiển, phối hợp bảo vệ, thông tin …

Trong Hình vẽ 1-3, tiếp điểm phụ MCF của máy cắt điện (hoặc của rơle phản ánh vị trí của máy cắt) có khả năng cắt dòng điện lớn để ngắt mạch dòng điện cung cấp cho cuộn cắt trước khi tiếp điểm của rơle trở về, đảm bảo cho tiếp điểm của rơle khỏi bị cháy vì phải ngắt dòng điện lớn

Những năm trước đây sơ đồ bảo vệ rơle thường được tổ hợp từ nhiều rơle và nhiều thiết

bị riêng lẻ, mỗi phần tử hoặc nhóm phần tử thực hiện một chức năng nhất định trong sơ đồ bảo vệ Ngày nay mỗi đối tượng cần được bảo vệ chỉ cần dùng một bộ bảo vệ Để tăng cường

độ tin cậy có thể đặt thêm một bộ thứ hai với tính năng tương đương nhưng hoạt động theo một nguyên lý khác hoặc do nhà sản suất khác chế tạo

Các phần từ trong hệ thống điện

~

BUF

cố Gôm các loại rơle

21, 50, 51, 87 …

Mạch điều khiển các tín hiệu, mạch máy cắt, …

~

=

Nguồn một chiều Hiển thị và ghi nhớ

sự kiện

Hình vẽ 1-3: Vì dụ về một cấu trúc của hệ thống bảo vệ Nguyên lý dự phòng này còn được áp dụng cho mạch máy biến dòng điện và điện áp, cho nguồn điện thao tác và cho cả cuộn cắt của máy cắt điện như Hình vẽ 1-4

Hình vẽ 1-4: Sơ đồ cấu trúc của hệ thống bảo vệ có dự phòng để tăng cường độ tin cậy

Mạch được bảo vệ

1.4 MÁY BIẾN DÒNG ĐIỆN (BI, CT)

1.4.1 Khái niệm về máy biến dòng điện

Máy biến dòng điện (BI, CT= Current Transformer) là một loại thiết bị điện dùng để biến đổi dòng điện lớn ở phía mạch sơ cấp về các dòng điện thứ cấp tiêu chuẩn (1A, hoặc 5A) dùng cho mục đích bảo vệ và đo lường Đồng thời các máy biến dòng còn làm nhiệm vụ cách

ly giữa mạch sơ cấp có dòng điện lớn, điện áp cao khỏi mạch bảo vệ ở phía thứ cấp Điều này cho phép chế tạo theo qui chuẩn các thiết bị bảo vệ và đo lường, cũng như các thiết bị tự động khác

1.4.2 Sơ đồ thay thế và ký hiệu máy biến dòng điện

Đối với một số thiết bị đo lường và bảo vệ làm việc theo góc lệch pha của dòng điện cần phải nối đúng đầu các cuộn dây sơ cấp và thứ cấp của máy biến dòng Các đầu cuộn dây sơ cấp được ký hiệu S1 và S2, còn các đầu cuộn dây thứ cấp T1 và T2 Các đầu cùng tên (đôi khi

là S1 và T1) đôi khi được đánh dấu (*) hoặc nếu trên hình vẽ không ghi ký hiệu thì được hiểu

là đầu cùng tên (S1 và T1 hoặc S2 và T2) nằm cạnh nhau Các đầu dây được xác định theo quy tắc sau: Chọn đầu S1 của cuộn sơ cấp với qui ước là khi giá trị tức thời của dòng điện sơ cấp

IS đi từ đầu S1 đến S2 còn dòng điện thứ cấp IT sẽ đi từ T2 đến T1 (Hình vẽ 1-5 - a)

Hình vẽ 1-5: Máy biến dòng cao áp, hạ áp và sơ đồ nguyên lý của máy biến dòng Các đầu dây của máy biến dòng có thể được kiểm tra bằng thực nghiệm Theo sơ đồ đơn giản gồm một Miliampemet có thang đo về hai phía và một bộ pin hoặc ắc quy như Hình

vẽ 1-5 - b Nếu các đầu dây đấu đúng như hình vẽ thì khi công tắc K đóng kim của mA lệch

về phía cực dương (+), còn khi công tắc K mở thì kim sẽ lệch về phía cực âm (-)

1.4.3 Sai số của máy biến dòng và yêu cầu về độ chính xác

Các cuộn sơ cấp của BI thường có một đến hai vòng, trong khi đó cuộn dây phía thứ cấp của BI thường có nhiều vòng dây Nếu bỏ qua tổn thất thì

IT: Dòng điện phía thứ cấp của BI

IS: Dòng điện phía sơ cấp của BI

nI: Tỷ số biến đổi của máy biến dòng

Các tỉ số biến đổi thường có của BI cho trong bảng sau

1 Sai số về trị số dòng điện: bằng hiệu số giữa biên độ dòng điện sơ cấp sau khi đã tính đổi (I’S) và dòng điện thứ cấp IT sai số % = .100

I

II.n

S

S T

I 

2 Sai số góc i: bằng góc lệch pha  giữa véc tơ dòng điện sơ cấp và véc tơ dòng điện thứ cấp

3 Sai số phức hợp F i : bằng trị số hiệu dụng của dòng điện “thứ cấp lý tưởng” với dòng

điện thứ cấp thực tế, nó bao gồm các sai số về trị số và sai số về góc pha có kết hợp xét đến ảnh hưởng của các hài bậc cao trong dòng điện từ hoá

Fi% = 100

S

T

S T i

I

dt i i n

0

2

)(

1

trong đó:

Fi%: Sai số phức hợp tính bằng %

T: Chu kỳ của dòng điện xoay chiều S

ni: Tỷ số biến đổi của máy biến dòng

iT: Giá trị tức thời của dòng điện sơ cấp

IS và iS tương ứng là giá trị hiệu dụng và tức thời của dòng điện sơ cấp

Cấp chính xác của máy biến dòng dùng cho đo lường và bảo vệ theo Bảng 1-2

Bảng 1-2: Cấp chính xác của một số loại máy biến dòng điện

Theo tiêu chuẩn

(Châu Âu)

VCD (Đức)

ANSI (Mỹ)

Lấy chuẩn dụng cụ đo đồng hồ mẫu 0,1 0,1 0,2

Các thiết bị bảo vệ rơle phải làm việc trong điều kiện sự cố với dòng điện sơ cấp vượt nhiều lần so với dòng điện định mức, tuy vậy vẫn phải đảm bảo độ chính xác cần thiết

Trị số dòng điện sơ cấp mà ở đó BI còn đảm bảo được độ chính xác yêu cầu được gọi là dòng điện giới hạn theo độ chính xác

Tỷ số dòng điện giới hạn theo độ chính xác và dòng điện định mức gọi là hệ số giới hạn theo độ chính xác

Các BI dùng cho thiết bị bảo vệ có cấp chính xác 5P và 10P, sai số cho phép về trị số (fi); góc pha (i, phút) và sai số phức hợp (Fi%) theo Bảng 1-3

Bảng 1-3: Giới hạn sai số của BI có cấp chính xác 5P và 10P

Hình vẽ 1-6: Sai số của BI và sơ đồ thay thế của BI dùng trong bảo vệ

Thông số của BI dùng trong đo lường thường được ký hiệu theo phụ tải định mức và cấp chính xác, chẳng hạn 15VA; 0,5; còn BI dùng trong bảo vệ được ký hiệu theo phụ tải định mức, cấp chính xác và hệ số giới hạn theo độ chính xác, chẳng hạn 10VA, cấp 10P10 (số 10 sau cùng là hệ số giới hạn theo độ chính xác) Trên Hình vẽ 1-6 giải thích sai số và sơ sơ đồ thay thế của của BI dùng trong bảo vệ

1.4.4 Tính toán phụ tải của máy biến dòng điện

Trong sơ đồ bảo vệ, phụ tải của máy biến dòng điện có thể được đặc trưng bằng công suất đầu ra phía thứ cấp Spt(VA) hoặc tổng trở phía phụ tải Zpt () Tổng trở phía thứ cấp của

BI gồm có điện trở của rơle, điện trở dây nối phụ và điện trở tiếp xúc Tổng trở phụ tải càng lớn thì công suất tiêu thụ ở phía thứ cấp càng cao, và sai số của biến dòng càng lớn

T pt T

T

pt

I

SI

U

Ví dụ nếu BI có công suất là 10VA, nếu dòng điện danh định thứ cấp là 5A thì phụ tải phía thứ cấp là: Z5A = 10/52=0,4 , nếu dòng điện danh định phía thứ cấp là 1A thì phụ tải phía thứ cấp là : Z1A = 10/12=10 

Trong một số trường hợp để giảm sai số của biến dòng, người ta giảm điện áp ở đầu ra cuộn thứ cấp bằng cách nối tiếp hai cuộn biến dòng có cùng tỉ số lại với nhau như hình vẽ:

Hình vẽ 1-7: Nối tiếp hai máy biến dòng Khi đó phụ tải phía thứ cấp sẽ giảm xuống một nửa và được tính toán như sau:

2 2

ZIU

1.2

ZII

U

Z

T T T

T

pt   

1.4.5 Chế độ hở mạch thứ cấp của máy biến dòng điện

Từ sơ đồ thay thế của BI trên Hình vẽ 1-6 khi mạch thứ cấp của BI bị hở, nếu phía sơ cấp có dòng điện thì toàn bộ dòng điện sơ cấp ấy sẽ làm nhiệm vụ từ hoá, từ cảm Bm tăng lên đột ngột gây bão hoà cho mạch từ nên các đường cong biến thiên theo thời gian của độ từ cảm

B và từ thông F có dạng bằng đầu Khi dòng điện sơ cấp qua trị số không, sức điện động cảm ứng trong cuộn thứ cấp của máy biến dòng có dạng đỉnh nhọn với biên độ rất lớn (Hình vẽ 1-8) Đặc biệt trong chế độ sự cố, khi dòng điện sơ cấp đạt bội số lớn, sức điện động cảm ứng phía thứ cấp có thể đến hàng chục kilôvôn, rất nguy hiểm cho người và thiết bị bên thứ cấp

Vì vậy không được để hở mạch phía thứ cấp của BI trong khi phía sơ cấp có dòng điện

chạy qua Trong trường hợp cần thực hiện đổi nối phía thứ cấp khi có dòng điện chạy qua cuộn sơ cấp thì phải nối tắt các cực thứ cấp của BI trước khi tiến hành đổi nối Chế độ làm việc với cuộn thứ cấp bị nối ngắn mạch là chế độ làm việc bình thường của máy biến dòng

Hình vẽ 1-8: Đường cong từ hoá (a) và quan hệ của dòng điện sơ cấp iS, từ thông F,

từ cảm B và sức điện động thứ cấp eT theo thời gian (b)

1.4.6 Các sơ đồ nối máy biến dòng điện

1.4.6.1 Sơ đồ nối các BI theo hình sao đầy đủ

Trong sơ đồ này các biến dòng điện đặt trên cả ba pha, cuộn dây của rơle được nối vào

dòng điện ba pha toàn phần (Hình vẽ 1-9 - a) Dây trung tính (dây về) bảo đảm sự làm việc

đúng của sơ đồ khi ngắn mạch chạm đất Khi hệ thống làm việc bình thường và khi ngắn mạch không chạm đất dòng điện 3I0 0 và trong dây trung tính, về nguyên tắc, không có dòng điện Khi ngắn mạch chạm đất dòng điện chạy trên dây trung tính là:

c b a

Hình vẽ 1-9: Các nối BI và rơle theo sơ đồ hình sao

1.4.6.2 Sơ đồ nối các BI theo hình sao khuyết

Các biến dòng điện chỉ đặt trên hai pha, cuộn dây của rơle cũng nối vào dòng điện pha toàn phần (Hình vẽ 1-9-b) Khi không có thành phần dòng điện thứ tự không, dòng điện trên dây về bằng:

và dây về bảo đảm sự làm việc bình thường của các biến dòng điện trong tình trạng này Dây

về còn bảo đảm sự tác động đúng của bảo vệ khi ngắn mạch hai pha trong đó một pha không đặt biến dòng điện (pha B) và khi ngắn mạch nhiều pha chạm đất

Khi ngắn mạch một pha ở pha không đặt biến dòng điện (pha B ở Hình vẽ 1-9 - b), sơ

đồ hình sao khuyết sẽ không làm việc, vì vậy sơ đồ này chỉ dùng để chống ngắn mạch nhiều pha

1.4.6.3 Sơ đồ nối một rơle vào hiệu số dòng điện hai pha

Sơ đồ này còn được gọi là sơ đồ hình số 8 (Hình vẽ 1-10), dòng điện đi vào rơle là:

c a

I

I

Hình vẽ 1-10: Sơ đồ nồi một rơle vào hiệu dòng điện hai pha và sơ đồ véc tơ của dòng điện

thứ cấp qua rơle khi ngắn mạch 2 pha và ba pha Khi ngắn mạch ba pha dòng điện trong rơle I(3)R  3I(3)NT (Hình vẽ 1-10), trong đó

) 2 ( RAB

)

2

(

I3I

Như vậy ở hai trong ba trường hợp ngắn mạch hai pha, sơ đồ có độ nhạy 3 lần bé hơn khi ngắn mạch hai pha Đây là khuyết điểm của sơ đồ nối một rơle vào hiệu số dòng điện hai pha

1.4.6.4 Bộ lọc dòng điện thứ tự không

Các sơ đồ bộ lọc dòng điện thứ tự không được vẽ ở Hình vẽ 1-11 Để lọc dòng điện thứ

tự không có thể cộng trực tiếp dòng điện thứ cấp của ba pha ( Hình vẽ 1-11- b) hoặc cộng từ thông của ba pha dòng điện xoay chiều (Hình vẽ 1-11-c,d)

ở đầu ra của bộ lọc lớn ở chế độ làm việc bình thường do đặc tính của các BI trong bộ lọc có thể khác nhau

i o i

C B A c b a

R

n

I3n

IIIIII

Chú ý: Khi lắp biến dòng thứ tự không ở đầu cáp, dây nối đất vỏ cáp phải xuyên lõi

mạch từ để khử thành phần từ thông do dòng điện phân bố trong đất có thể chạy qua vỏ cáp

và dây nối đất gây nên

1.4.6.5 Bộ lọc dòng điện thứ tự nghịch (LI2)

Sơ đồ nguyên lý của bộ lọc dòng điện thứ tự nghịch (LI2) như Hình vẽ 1-12 Dòng điện thứ cấp của BI pha A là ITA chạy qua R1, dòng điện thứ cấp của BI pha C là ITC chạy qua R2

và X nối tiếp nhau Các dòng điện này gây nên các thành phần điện áp giáng tương ứng: UR1,

UR1 = UR2 và Umn = 0

Khi xuất hiện dòng thứ tự nghịch, điện áp ở đầu ra của bộ lọc Umn có trị số lớn (Hình vẽ 1-12-d)

Hình vẽ 1-12: Các sơ đồ bộ lọc dòng điện thứ tự nghịch LI2: a) Sơ đồ cấu trúc, b) mạch điện, c) Đồ thị véc tơ đối với thành phần thứ tự thuận, d) đồ thị véc tơ thành phần thứ tự nghịch

1.5 MÁY BIẾN ĐIỆN ÁP (BU, VT, PT)

1.5.1 Khái niệm về máy biến điện áp

Máy biến điện áp (BU, VT= Voltage Transformer hoặc PT= Potential Transformer) làm nhiệm vụ biến đổi điện áp cao phía sơ cấp xuống điện áp thứ cấp tiêu chuẩn 100V hoặc 110V

để dùng cho mục đích bảo vệ và đo lường, đồng thời cách ly các thiết bị ở mạch thứ cấp khỏi điện áp cao phía sơ cấp

Các máy biến điện áp cao áp, hạ áp và sơ đồ nguyên lý được trình bày như ở Hình vẽ 1-13

Hình vẽ 1-13: Máy biến điện áp cao áp, hạ áp và sơ đồ nguyên lý của máy biến điện áp Cách đánh dấu các đầu dây của các cuộn sơ cấp và thứ cấp của BU cũng hoàn toàn tương tự như đối với cách đánh dấu các đầu dây của BI Các đầu cuộn dây sơ cấp được ký hiệu S1 và S2, còn các đầu cuộn dây thứ cấp T1 và T2 Các đầu cùng tên (đôi khi là S1 và T1) đôi khi được đánh dấu (*) hoặc nếu trên hình vẽ không ghi ký hiệu thì được hiểu là đầu cùng tên (S1 và T1 hoặc S2 và T2) nằm cạnh nhau

1.5.2 Sai số của máy biến điện áp và yêu cầu về độ chính xác

Cũng tương tự như BI, các BU cũng có các sai số

1 Sai số về trị số điện áp được tính theo công thức:

%100.U

UUn

%

F

S

S T U U





Trong đó:

FU%: Sai số tính bằng %

nU: Tỷ số biến đổi của BU, nU=USdđ/ UTdđ

US, UT: Giá trị tương ứng của điện áp đo được trên cực của cuộn sơ cấp và thứ cấp

2 Sai số góc U: bằng góc lệch pha  giữa véc tơ điện áp sơ cấp và véc tơ điện áp thứ cấp

3 Các BU được phân loại theo cấp chính xác dùng cho bảo vệ được cho ở bảng dưới:

S1*

T1*

S2 T2

Tải

Bảng 1-4: Giới hạn sai số của BU dùng cho bảo vệ

1.5.3 Các sơ đồ nối máy biến điện áp

1.5.3.1 Sơ đồ nối các máy biến điện áp BU theo hình sao

Có thể dùng ba biến điện áp một pha hoặc một biến điện áp ba pha như hình vẽ

Hình vẽ 1-14: Sơ đồ nối các BU theo hình sao: a nối vào điện áp dây, b) nối vào điện áp pha,

c) điện áp ba pha và dây trung tính của HTĐ

Sơ đồ có thể cung cấp cho rơle các điện áp dây, các điện áp pha và các điện áp giữa các pha và điểm trung tính của hệ thống điện áp dây Trên Hình vẽ 1-14 điện áp đặt vào các rơle:

3

UU

Để thực hiện sơ đồ này cũng có thể dùng máy biến áp ba pha năm trụ

1.5.3.2 Sơ đồ nối các máy biến điện áp BU theo hình V

Sơ đồ nối máy biến điện BU theo hình V (sao khuyết) như Hình vẽ 1-15 Sơ đồ được tạo thành bởi hai biến điện áp một pha nối vào hai điện áp dây bất kỳ của mạng sơ cấp và được dùng rộng rãi trong các hệ thống điện áp dưới 35kV khi không cần phải nhận điện áp pha đối với đất

RL RL RL RL RL RL

Hình vẽ 1-15: Sơ đồ nối các BU theo hình V/V

1.5.3.3 Sơ đồ lọc điện áp thứ tự không (LU0)

Sơ đồ được tạo thành bởi ba biến điện áp một pha hoặc một biến điện áp ba pha năm trụ

có hai cuộn dây thứ cấp, một cuộn dây nối hình sao có trung tính nối đất, một cuộn nối hình tam giác hở Điện áp đặt vào rơle nối vào hai đầu tam giác hở Hình vẽ 1-16 –a



Hình vẽ 1-16: Các sơ đồ bộ lọc thứ tự không, a) cuộn tam giác hở, b) bộ lọc điện áp thứ tự

không ở trung tính máy phát điệnCũng có thể nhận nhận được điện áp U0 bằng cách nối đất điểm trung tính của hệ thống, thí

dụ của máy phát điện Hình vẽ 2-3- b qua một biến điện áp một pha Rơle được nối vào cuộn thứ cấp của biến điện áp Khi chạm đất sẽ có dịch chuyển điện áp

U0 của điểm trung tính và trên các cực của rơle có điện áp là UR 1 U0

u

n

1.5.3.4 Sơ đồ lọc điện áp thứ tự nghịch (LU2)

Sơ đồ nguyên lý của bộ lọc điện áp thứ tự nghịch (LU2) như Hình vẽ 1-17

c) Khi không có dòng thứ tự nghịch d) Khi có dòng thứ tự nghịch

Hình vẽ 1-17: Sơ đồ nguyên lý của bộ lọc điện áp thứ tự nghịchCác điện trở tác dụng R1, R2 và tụ C1, C2 được nối vào điện áp dây phía thứ cấp của máy biến điện áp Thông số của tụ điện và điện trở được chọn theo quan hệ:

1 1

.3

1.6 NGUỒN ĐIỆN THAO TÁC

Các nguồn điện thao tác dùng để cung cấp điện cho hệ thống rơle bảo vệ, điều khiển, và báo tín hiệu, để thao tác đóng và cắt máy cắt và dùng vào một số mục đích khác trong các nhà máy điện, trạm biến áp, trung tâm vận hành điều khiển HTĐ

Nguồn điện thao tác cần bảo đảm các yêu cầu sau:

Độc lập hoàn toàn với chế độ làm việc xoay chiều

Đủ năng lượng cung cấp cho hệ thống bảo vệ, điều khiển, tín hiệu, và làm việc chắc chắn trong quá trình làm việc

An toàn, tin cậy và kinh tế

Hiện nay thường dùng nguồn điện một chiều do ắc quy cung cấp và nguồn điện xoay chiều do biến dòng điện, biến điện áp và mạng điện áp thấp cung cấp

1.6.1 Nguồn điện thao tác một chiều

Thường dùng các bộ ắc quy có điện áp định mức tùy theo mô hình trạm, và điện áp định mức của các thiết bị bảo vệ Thông thường điện áp của các thiết bị từ 24, 48, 110 hoặc 220V Thiết bị bảo vệ cần phải làm việc chắc chắn khi điện áp của nguồn ắc quy dao động trong khoảng (0,8 - 1,1 )Uđm

Ưu điểm của các nguồn điện thao tác một chiều là sự độc lập hoàn toàn của chúng đối với điện áp và tình trạng làm việc của hệ thống được bảo vệ

Tuy nhiên chúng cũng có một số khuyết điểm lớn sau:

Độc hại (nhất là các ắc qui chì)

Cần đặt và chăm sóc ắc quy

Mạng thao tác của các phần tử liên hệ với nhau, khó phát hiện điểm chạm đất

Ví dụ: Sơ đồ nguyên lý một pha dùng rơle dòng điện có đặc tính thời gian phụ thuộc có giới hạn được trình bày trên Hình vẽ 1-18

2MC

+-

Hình vẽ 1-18: Sơ đồ dùng rơle dòng điện có đặc tính thời gian phụ thuộc có giới hạn làm việc

với dòng điện thao tác một chiều Khi bảo vệ khởi động rơle dòng điện 1 RIT khép tiếp điểm và đầu dương của nguồn điện thao tác một chiều đặt vào cuộn cắt CC của máy cắt 2MC Sau khi máy cắt mở, tiếp điểm

BT của bộ phận truyền động máy cắt mở ra, ngắt mạch dòng điện thao tác trước khi tiếp điểm của rơle RIT mở để tránh hư hỏng tiếp điểm của rơle do dòng điện qua cuộn cắt lớn Rơle trung gian 4 RG dùng để kiểm tra mạch cắt Khi có hư hỏng trong mạch này, tiếp điểm 4 RG đóng lại và cho tín hiệu Điện trở 5 làm giảm dòng điện qua cuộn cắt đến trị số bé hơn trị số dòng điện làm việc của nó

Trong mạch một chiều có khi chạm đất tại hai điểm (thí dụ tại N1 và N2 trên Hình vẽ 1-18 tiếp điểm của rơle bị nối tắt làm cho bảo vệ tác động nhầm Vì vậy cần phải đặt bảo vệ chống chạm đất một điểm tác động báo tín hiệu trong mạch một chiều

1.6.2 Nguồn điện thao tác xoay chiều

Xu hướng dùng nguồn điện thao tác xoay chiều được đặc biệt chú ý trong những năm gần đây Sau đây ta sẽ xét một số sơ đồ thường dùng

1.6.2.1 Sơ đồ khử nối tắt cuộn cắt của máy cắt

Cuộn cắt của máy cắt bình thường bị nối tắt bởi tiếp điểm thường đóng của rơle 1RIT như Hình vẽ 1-19 Khi bảo vệ tác động, rơle thay đổi trạng thái của các tiếp điểm và khử nối tắt cuộn cắt máy cắt Công suất của cuộn cắt khá lớn Vì vậy khi cắt biến dòng điện có thể bị quá tải và sai số sẽ tăng lên Tuy nhiên đối với bảo vệ điều này không ảnh hưởng gì, nếu không vì sai số tăng lên mà dòng điện qua rơle giảm xuống thấp hơn dòng điện trở về

Hình vẽ 1-19: Sơ đồ bảo vệ dòng điện dùng nguồn thao tác xoay chiều theo phương pháp khử

nối tắt cuộn cắt của máy cắt

1.6.2.2 Sơ đồ dùng biến dòng bão hoà trung gian

Khi khởi động rơle RIT đóng tiếp điểm thường mở đưa dòng điện thao tác từ biến dòng

bão hoà trung gian 3 BIBH vào cuộn cắt CC (Hình vẽ 1-20-a) Nhờ bão hoà nên 3BIBH bảo

đảm được dòng điện thứ cấp gần như không đổi, đủ cho bộ phận truyền động của máy cắt làm việc khi dòng điện sơ cấp vượt quá giá trị tối thiểu đã cho

Hình vẽ 1-20: Sơ đồ bảo vệ dòng điện nối vào dòng điện thao tác xoay chiều qua biến dòng

bão hoà trung gian Thực tế vận hành cho thấy trong sơ đồ này khi bội số dòng điện ngắn mạch tăng, do mạch thứ cấp của BIBH hở, hiện tượng hở mạch phía thứ cấp của biến dòng điện có thể rất nguy hiểm Để khắc phục khuyết điểm này người ta dùng sơ đồ với rơle RIT có tiếp điểm

chuyển tiếp (Hình vẽ 1-20-b) Trong sơ đồ này, bình thường cuộn thứ cấp của 3BIBH được

nối tắt bởi tiếp điểm thường đóng của rơle RIT

Hình vẽ 1-21: Sơ đồ bộ cung cấp liên hợp

1.6.2.4 Dùng những tụ điện đã được nạp sẵn

Nguồn của dòng điện thao tác là là bộ tụ điện 1 đã được nạp điện qua biến điện áp 2 và chỉnh lưu 3 (Hình vẽ 1-22) Năng lượng CU2/2 tích trên tụ điện phải lớn hơn năng lượng làm việc của cuộn cắt máy cắt Máy biến áp tăng 4 (từ 100V lên 400V) dùng để giảm bớt điện dung C của tụ điện Điện trở 5 dùng để hạn chế dòng điện nạp của tụ điện và dòng điện qua

nó khi chỉnh lưu 3 bị chọc thủng Tuy nhiên điện trở này lại làm tăng thời gian nạp của tụ điện, gây trở ngại lớn cho các thiết bị tự động đóng trở lại tác động nhanh

Rơle điện áp 6RU có tác dụng ngăn chặn dòng điện ngược qua chỉnh lưu khi điện áp phía sơ cấp sụt xuống

Ưu điểm của nguồn điện thao tác dùng tụ điện đã được tích điện trước là sự độc lập của nó đối với các dạng hư hỏng của phần tử được bảo vệ Tuy nhiên nguồn điện thao tác này chỉ có thể tác động trong thời gian ngắn nên không thể dùng để cung cấp cho các bộ phận của bảo vệ tác động có thời gian (như rơle thời gian chẳng hạn)

Hình vẽ 1-22: Sơ đồ nguồn cung cấp bằng bộ tụ nạp sẵn

1.7 KÊNH THÔNG TIN TRUYỀN TÍN HIỆU

1.7.1 Các loại kênh truyền tín hiệu

Để phục vụ cho việc truyền dữ liệu, thông tin liên lạc, điều khiển, bảo vệ và tự động hoá, hệ thống điện có thể dùng nhiều loại kênh truyền tín hiệu khác nhau

Dây dẫn phụ/cáp thông tin của ngành điện hoặc mạng bưu chính viễn thông

Kênh tải ba (PLC): Tải tín hiệu tần số cao bằng dây dẫn của đường dây tải điện

Kênh thông tin vô tuyến siêu cao tần (viba)

Cáp quang

Đối với hệ thống bảo vệ rơ le, kênh truyền tín hiệu được sử dụng trong các sơ đồ bảo vệ

so lệch hoặc trong các sơ đồ điều khiển liên động các bảo vệ lân cận nhau nhằm mục đích nâng cao độ tin cậy của các bảo vệ trong việc loại trừ sự cố, hoặc tác động nhầm

Ví dụ như trong sơ đồ bảo vệ so lệch (so lệch pha hoặc so lệch dòng điện), tín hiệu ở hai đầu phần tử được bảo vệ (góc pha của các dòng điện hoặc biên độ và góc pha của các dòng điện tuỳ theo phân loại bảo vệ) được truyền qua kênh dẫn để tiến hành so sánh tại vị trí đặt thiết bị bảo vệ rơ le

Hình vẽ 1-23: Liên hệ giữa các thiết bị làm việc với kênh truyền tín hiệu

Thường dùng ba loại tín hiệu điều khiển sau:

Tín hiệu cắt liên động: để cắt đồng thời các máy cắt ở các phía khác nhau của phần tử được bảo vệ hoặc máy cắt lân cận với máy cắt bị hư hỏng

Tín hiệu cho phép: Máy cắt chỉ có thể được cắt ra khi nhận được tín hiệu cho phép đồng thời với sự tác động của thiết bị bảo vệ rơ le làm nhiệm vụ bảo vệ chính chống lại các

sự cố đang xét

Tín hiệu khoá: Máy cắt chỉ có thể được cắt ra khi không có tín hiệu khoá đồng thời với

sự tác động của thiết bị bảo vệ rơ le làm nhiệm vụ bảo vệ chính chống lại loại sự cố đang xét

Liên hệ giữa các thiết bị làm việc với kênh truyền tín hiệu được minh hoạ trên Hình vẽ 1-23

Cho phép Khoá

Cắt liên động Cho phép Khoá

Sơ đồ bảo vệ

Dữ liệu

Thông tin

Đo xa Điều khiển xa Thoại

1.7.2 Yêu cầu đối với kênh truyền tín hiệu

Thời gian loại trừ sự cố bao gồm thời gian tác động của rơ le, thời gian truyền tín hiệu

và thời gian cắt của máy cắt Thời gian loại trừ sự cố được xác định từ điều kiện đảm bảo cho

sự ổn định của hệ thống, hạn chế hậu quả của ngắn mạch, nhanh chóng phục hồi việc cung cấp điện cho hộ tiêu thụ …Thông thường thời gian truyền tín hiệu cũng gần bằng thời gian làm việc của bảo vệ rơ le, đối với các lưới điện cao áp và siêu cao áp thời gian này vào khoảng (15 ÷ 40)ms tùy từng loại bảo vệ

Các kênh truyền thường bị ảnh hưởng của các nhiễu khác nhau tuỳ theo loại kênh truyền Các nhiễu này có thể làm cho bảo vệ tác động sai hoặc mất tín hiệu điều khiển Để đặc trưng cho tính năng truyền đối với từng loại tín hiệu điều khiển, thường dùng ba thông số sau

Độ an toàn  (1- PVC) 100%

Xác suất mất tín hiệu điều khiển PMC

Độ phụ thuộc  (1- PMC) 100%

1.7.3 Môi trường truyền tín hiệu và nhiễu

1.7.3.1 Dây dẫn phụ hoặc cáp thông tin

Dây dẫn phụ hoặc cáp thông tin điện lực thường được đặt cùng rãnh với cáp cao áp hoặc trong rãnh cáp riêng hay bằng dây trần trên cột Vì các dây dẫn phụ hoặc cáp thông tin được đặt song song với đường dây tải điện nên có sức điện động cảm ứng Điện áp cảm ứng tần số công nghiệp thường được tính toán sao cho các thiết bị thứ cấp có thể chịu đựng được

Để hạn chế điện áp cảm ứng dùng các van chống quá điện áp để nối tắt các dây dẫn phụ trong trường hợp điện áp tăng cao (khi xuất hiện quá trình quá độ), nhưng nó có thể làm cho bảo vệ không tác động trong trường hợp quá điện áp gây nên bởi sự cố chính mà bảo vệ phải tác động Các thiết bị thứ cấp phải chịu đựng nổi điện áp cảm ứng khi có sét đánh hoặc khi đóng cắt bên phía sơ cấp của hệ thống điện

Dây dẫn phụ và cáp thông tin dùng cho bảo vệ được sử dụng từ đầu thế kỷ 20, tuy nhiên phạm vi sử dụng bị hạn chế vì độ tin cậy thấp và giá chi phí tương đối cao Đối với các hệ thống điện tập trung, khoảng cách giữa các đầu phát và thu tín hiệu không lớn, có thể dùng dây phụ hoặc cáp thông tin riêng

Nếu dùng kênh truyền tin của hệ thống viễn thông thì khả năng quá điện áp ở phía thứ cấp có thể thấp hơn vì lộ trình của kênh thông tin khác với lộ trình đường dây tải điện, tuy nhiên các thiết bị phía thứ cấp cũng phải có khả năng chịu một mức độ quá điện áp nhất định Trong một số trường hợp sự cố chạm đất, thế ở điểm nối đất của nhà máy điện và trạm biến áp có thể khá cao, vì vậy cần phải dùng biến áp phân cách để đảm bảo an toàn cho người

và thiết bị của hệ thống bưu chính viễn thông Các biến áp phân cách phải chịu đựng được điện áp khá cao (đến 15kV)

Dây dẫn phụ và cáp thông tin làm việc với tín hiệu truyền dẫn từ một chiều đến 200Hz xoay chiều, với bán kính  11km, thích hợp với bảo vệ so lệch

Trong lưới 110kV thường không yêu cầu thời gian tác động của bảo vệ thật nhanh, các kênh thuê bao có thể dùng chung cho điện thoại, đo lường và bảo vệ do đó chi phí thuê bao tương đối thấp

Với lưới điện 220 ÷ 500kV, yêu cầu về thời gian của bảo vệ phải nhanh hơn và kênh truyền phải có độ tin cậy cao hơn nên phải thuê bao riêng các kênh truyền dùng cho bảo vệ

1.7.3.2 Các kênh tải ba (PLC)

Đối với những đường dây dài hoặc đi qua những địa hình phức tạp việc lắp đặt dây dẫn phụ gặp nhiều khó khăn và tốn kém Trong trường hợp này sử dụng dây dẫn của chính đường dây tải điện để truyền tín hiệu cao tần dùng cho bảo vệ và thông tin liên lạc Ưu điểm là dây dẫn chắc chắn hơn, tổn hao trong truyền tín hiệu sẽ thấp hơn, kênh truyền hoàn toàn nằm dưới quyền kiểm soát của công ty điện lực

Có thể sử dụng một hay hai pha của đường dây tải điện bằng cách đặt các bộ chắn ở hai đầu đường dây được bảo vệ Các bộ chắn này có tổng trở rất bé đối với dòng điện tần số công nghiệp nhưng rất lớn đối với tín hiệu cao tần dùng cho thông tin bảo vệ để các tín hiệu này không lan truyền ra ngoài phạm vi đường dây bảo vệ

Sơ đồ hai pha tuy có tốn kém hơn so với sơ đồ pha - đất, nhưng mức tổn hao khi truyền tín hiệu sẽ thấp hơn và không bị phụ thuộc vào điện trở đất cũng như nối đất vì vậy được dùng rộng rãi Tổn hao tín hiệu trên đường dây ít phụ thuộc vào mưa ẩm

Công suất đầu ra của thiết bị phát cao tần thường từ 2 ÷ 100W (+50dBm) tuỳ từng tương quan giữa tín hiệu – nhiễu

Mức tín hiệu truyền cao nhất hoặc thời gian truyền tín hiệu dài nhất tuỳ thuộc vào từng quốc gia để không ảnh hưởng đến hệ thống thông tin và truyền thông toàn quốc

Khi có sét đánh vào đường dây hoặc đường dây bị sự cố hay thao tác dóng cắt, có thể gây nhiễu mạnh đến kênh thông tin Mặc dù những nhiễu này chỉ xảy ra trong thời gian ngắn (khoảng vài ms) nhưng nó có thể làm cho thiết bị thu cao tần bị quá tải Các thiết bị thuộc hệ thống cắt liên động phải được chỉnh định để không xảy ra tác động nhầm

Cần chú ý trường hợp dùng nguyên lý truyền tín hiệu cho phép vì tín hiệu cho phép được truyền qua đoạn đường dây bị sự cố Mức độ tắt dần của tín hiệu cao tần truyền qua kenh dẫn phụ thuộc vào loại sự cố, tuy nhiên thường chọn trong giới hạn giữa 20 đến 30dB

1.7.3.3 Các kênh vô tuyến vi ba

Các kênh vi ba cho phép truyền tín hiệu trong một dải khá rộng và sử dụng các modem với năng lực truyền rất lớn Tín hiệu bảo vệ và điều khiển có thể truyền nối tiếp với độ dài đủ lớn và độ mã hoá phức tạp để đảm bảo độ tin cậy của truyền tin nhưng vẫn phải giã được tốc

độ truyền rất cao Trên thực tế, có thể dùng chung các thiết bị vô tuyến tiêu chuẩn trong thông tin vào mục đích truyền tín hiệu bảo vệ và điều khiển trong hệ thống điện

Thường các thiết bị vi ba làm việc với tần số từ 0,2 ÷ 10GHz vì các thiết bị vi ba làm việc có định hướng và dải tần số đã được định trước nên ít bị nhiễu, cho phép sử dụng đồng thời nhiều kênh thông tin và mở rộng dải tần số của tín hiệu truyền để dùng cho cả mục đích thông tin (thoại) lẫn truyền dữ liệu

Hệ thống truyền tín hiệu bằng kênh vô tuyến siêu cao tần (vi ba) được sử dụng rộng rãi

để liên hệ các trung tâm điều khiển với nhau Khi lộ trình của các kênh vi ba trùng hợp với lộ trình của đường dây tải điện, có thể sử dụng các kênh vi ba vào mục đích truyền tín hiệu bảo

vệ Trên thực tế các trạm vi ba không trùng hợp với các trạm đầu và cuối của đường dây tải điện nên khả năng sử dụng các kênh vi ba trực tiếp để truyền tín hiệu bảo vệ thấp hơn so với các kênh tải ba của hệ thống

Mức độ tắt dần của tín hiệu vi ba không phụ thuộc sự cố trên đường dây tải điện nhưng

bị ảnh hưởng của nhiễu vô tuyến, nhiễu này thường do bản thân các thiết bị vô tuyến gây nên Chiều cao của các cột ăng ten vi ba được hạn chế để ảnh hưởng của gió bão và thay đổi nhiệt không tác động nhiều đến sự làm việc của ăng ten