ĐỒ ÁN MẪU CHUẨN: MÔN HỌC RƠ LE ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

Nhanh chóng phát hiện và cách ly phần tử hư hỏng khỏi hệ thống có thểngăn chặn và hạn chế những hậu quả nghiêm trọng của sự cố, trong đó phần lớn làdạng ngắn mạch: - Dòng điện tăng cao

A Phần lý thuyết:

CHƯƠNG I : NHIỆM VỤ VÀ CÁC YÊU CẦU CƠ BẢN

CỦA BẢO VỆ RƠ LE

1 Nhiệm vụ của bảo vệ Rơle:

Các thiết bị bảo vệ có nhiệm vụ phát hiện và loại trừ càng nhanh càng tốtnhững phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống, nhanh chóng phát hiện và cách ly phần tử

hư hỏng khỏi hệ thống, có thể ngăn chặn và hạn chế đến mức thấp nhất những hậuquả tai hại của sự cố Khi thiết kế và vận hành bất kỳ một hệ thống nào cần phải kểđến khả năng phát sinh hư hỏng và các tình trạng làm việc không bình thườngtrong hệ thống điện ấy Nguyên nhân gây ra hư hỏng, sự cố đối với phần tử trong

hệ thống điện:

- Do các hiện tượng thiên nhiên như biến đổi thời tiết, giông bão, động đất, lũlụt

- Do máy móc, thiết bị bị hao mòn, già cỗi

- Do các tai nạn ngẫu nhiên

- Do nhầm lẫn trong thao tác của nhân viên vận hành

Ngắn mạch là loại sự cố có thể xảy ra và nguy hiểm nhất trong hệ thốngđiện Nhanh chóng phát hiện và cách ly phần tử hư hỏng khỏi hệ thống có thểngăn chặn và hạn chế những hậu quả nghiêm trọng của sự cố, trong đó phần lớn làdạng ngắn mạch:

- Dòng điện tăng cao tại chỗ sự cố và trong các phần tử trên đường từ nguồn đếnđiểm ngắn mạch có thể gây ra tác động nhiệt và các lực cơ học làm phá huỷ cácphần tử bị ngắn mạch và các phần tử lân cận

- Hồ quang tại chỗ ngắn mạch nếu để lâu có thể đốt cháy thiết bị và gây hoảhoạn

- Ngắn mạch làm cho điện áp tại chỗ sự cố và khu vực lưới điện lân cận bị giảmthấp, ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của hộ dùng điện

- Nghiêm trọng nhất là gây mất ổn định và tan rã hệ thống điện

Hậu quả của ngắn mạch là:

- Thụt thấp điện áp ở một phần lớn của hệ thống điện.

- Phá huỷ các phần tử bị sự cố bằng tia lửa điện

- Phá huỷ các phần tử có dòng ngắn mạch chạy qua do tác động nhiệt và cơ

- Phá huỷ ổn định của hệ thống điện

Ngoài các loại hư hỏng, trong hệ thống điện còn có các tình trạng làm việckhông bình thường Một trong những tình trạng làm việc không bình thường đó làquá tải Dòng điện quá tải làm tăng nhiệt độ các phần dẫn điện quá giới hạn chophép làm cách điện của chúng bị già cỗi hoặc đôi khi bị phá huỷ

Để ngăn ngừa sự phát sinh sự cố và sự phát triển của chúng, ta có thể thựchiện các biện pháp để cắt nhanh phần tử bị hư hỏng ra khỏi mạng điện, để loại trừnhững 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 tử không hư hỏng trong hệthống 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 thốngđiện Thiết bị tự động được dùng phổ biến nhất để bảo vệ các hệ thống điện hiệntại là các Rơle Ngày nay, khái niệm Rơle thường dùng để chỉ một tổ hợp thiết bịhoặc một nhóm chức năng bảo vệ và tự động hoá hệ thống điện thoả mãn nhữngyêu cầu kỹ thuật đề ra đối với nhiệm vụ bảo vệ cho từng phần tử cụ thể cũng nhưtoàn hệ thống điện Thiết bị bảo vệ được thực hiện nhờ những Rơle được gọi làthiết bị bảo vệ Rơle

Như vậy nhiệm vụ chính của thiết bị bảo vệ Rơle là tự động cắt phần tử hưhỏng ra khỏi hệ thống điện Ngoài ra thiết bị bảo vệ Rơle còn ghi nhận và pháthiện những tình trạng làm việc không bình thường của các phần tử trong hệ thốngđiện, tuỳ mức độ mà bảo vệ Rơle có thể tác động đi báo tín hiệu hoặc đi cắt máycắt Những thiết bị bảo vệ Rơle phản ứng với tình trạng làm việc không bìnhthường thường thực hiện tác động sau một thời gian duy trì nhất định (không cầnphải có tính tác động nhanh như ở các thiết bị bảo vệ Rơle chống hư hỏng)

2 Yêu cầu cơ bản của bảo vệ rơle :

Để thực hiện được các chức năng và nhiệm vụ quan trọng như trên ,các thiết bị bảo vệ phải thỏa mãn các yêu cầu cơ bản sau đây : độ tin cậy, chọn lọc, tác động nhanh, độ nhạy và kinh tế

a.Độ tin cậy: là tính năng đảm bảo cho các thiết bị bảo vệ làm đúng chắc

chắn.người ta phân biệt:

- Độ tin cậy khi tác động : (dependability) mức độ chắc chắn rằng Rơle

hoặc hệ thống Rơle sẽ tác động đúng [IEEE C 37.2 – 1979 hiệp hội kỹ sư điện

và điện tử]

- Độ tin cậy không tác động : (security) mức độ chắc chắn rằng Rơle hoặc

hệ thống Rơle sẽ không làm việc sai [IEEE C 37.2 – 1979 hiệp hội kỹ sư điện và điện tử]

Nói cách khác độ tin cậy khi tác động là khả năng bảo vệ làm việc đúng khi

có sự cố xảy ra trong phạm vi đã được xác định trong nhiệm vụ bảo vệ ,còn 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 ngoại phạm vi bảo vệ đã được quy định

Trên thực tế độ tin cậy tác động có thể kiểm tra tương đối dễ dàng bằng cách tính toán hoặc 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 hết được

Để nâng cao độ tin cậy nên sử dụng các Rơle và hệ thống Rơle có kết cấu đơn giản, chắc chắn, đã được thử thách qua thực tế sử dụng cũng như tăng cường mức

dự phòng trong hệ thống bảo vệ Số liệu thống kê về vận hành cho thấy, hệ thống bảo vệ trong các hệ thống điện hiện đại xác suất làm việc tin cậy khoảng 95-99%

b.Tính chọn lọc: là khả năng bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử

bị sự cố ra khỏi hệ thống cấu hình của hệ thống điện càng phức tạp việc đảm bảo tính chọn lọc của bảo vệ càng khó khăn

Theo nguyên lý làm việc,các bảo vệ được phân ra : bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối và bảo vệ có độ chọn lọc tương đối.

- Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối : là những bảo vệ chỉ làm việc khi sự cố

xảy ra trong phạm vi hoàn toàn xác định , không làm nhiệm vụ dự phòng cho bảo vệ đặt ở các phần tử lân cận

- Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối : ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối

tượng được bảo vệ còn có thể thực hiện chức năng dự phòng cho bảo vệ đặt

ở các phần tử lân cận

Để thực hiện yêu cầu về chọn lọc đối với các bảo vệ có độ chọn lọc tương đối,phải có sự phối hợp giữa các 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 tới mức thấp nhất thời gian ngừng cung cấp điện

c.Tác động nhanh:

Hiển nhiên bảo vệ phát hiện và cách ly phần tử sự cố càng nhanh càng tốt Tuy nhiên khi kết hợp với yêu cầu chọn lọc để thỏa mãn yêu cầu tác động nhanh cần phải sử dụng những loại bảo vệ phức tạp và đắt tiền

Rơle bảo vệ được gọi là tác động nhanh nếu thời gian tác động không vượt quá 50ms (2,5 chu kỳ của dòng công nghiệp 50Hz) Rơle bảo vệ được gọi là tác động tức thời nếu không thông qua khâu trễ (tạo thời gian)trong tác động của rơle Thông thường hai khái niệm tác động nhanh và tác động tức thời dùng thay thế lẫnnhau để chỉ các Rơle bảo vệ có thời gian tác động không quá 50ms

Ngoài tác động của Rơle hay bảo vệ ,việc loại nhanh phần tử bị sự cố còn phụ thuộc vào tốc độ thao tác của máy cắt điện.các máy cắt điện có tốc độ cao hiện đại

có thời gian thao tác từ 20÷60ms (từ 1÷3 chu kỳ 50Hz) những máy cắt thông thường cũng có thời gian thao tác không quá 5 chu kỳ(khoảng 100ms ở 50Hz) Như vậy thời gian loại trừ sự cố (thời gian làm việc của bảo vệ cộng với thời gian thao tác máycắt) khoảng từ 2 đến 8 chu kỳ (khoảng 40÷160ms ở 50Hz)đối với bảo vệ tác động nhanh

Đối với lưới điện phân phối thường sử dụng các bảo vệ có độ chọn lọc tương đối và phải phối hợp thời gian tác động giữa các bảo vệ.Bảo vệ chính thông

thường có thời gian khoảng 0,2÷1,5sec , bảo vệ dự phòng khoảng 1,5÷2sec

d.Độ nhạy:

Độ nhạy đặc trưng cho khả năng “cảm nhận” sự cố của rơle hoặc hệ thống bảo

vệ,nó được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy ,tức tỉ số giữa trị 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 khởi động của nó càng lớn ,rơle càng dễ cảm nhận sự xuất hiện của sự cố hay rơle tác động càng nhạy

Độ nhạy thực tế của bảo vệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố,trong đó quan trọng nhấtphải kể đến : Chế độ làm việc của hệ thống (mức độ huy động nguồn),cấu hình lưới điện ,dạng ngắn mạch và vị trí điểm ngắn mạch ,nguyên lý làm việc của rơle,đặc tính của quá trình quá độ trong hệ thống điện v.v…

Tùy theo vai trò của bảo vệ mà yêu cầu về độ nhạy đối với nó cũng khác

nhau.các bảo vệ chính thường yêu cầu phải có hệ số độ nhạy trong khoảng 1,5÷2, còn bảo vệ dự phòng từ 1,2÷1,5

e.Tính kinh tế :

Các thiết bị bảo vệ được thiết kế và lắp đặt trong hệ thống điện,khác với các máy móc và thiết bị khác ,không phải để làm việc thường xuyên trong chế độ vận hành bình thường Nhiệm vụ của chúng là phải luôn luôn sẵn sàng chờ đón nhữngbất thường và sự cố có thể xảy ra bất cứ lúc nào và có những tác động chuẩn xác Đối với các tràn thiết bị cao áp và siêu cao áp, chi phí để mua sắm và lắp đặt thiết

bị bảo vệ thường chỉ chiếm một vài phần trăm giá trị công trình, vì vậy thông thường giá cả thiết bị bảo vệ không phải là yếu tố quyết định trong lựa chọn chủng loại hoặc nhà cung cấp cho thiết bị bảo vệ Lúc này bốn yếu tố kỹ thuật trênđóng vai trò quyết định, vì nếu không thỏa mãn các yêu cầu này sẽ dẫn đến hậu quả rất nghiêm trọng cho hệ thống điện

Đối với lưới trung,hạ áp vì số lượng phần tử cần được bảo vệ rất lớn, và yêu cầu bảo vệ đối với thiết bị không cao bằng các thiết bị cần bảo vệ ở các nhà máy

điện lớn hoặc lưới truyền tải cao áp và siêu cao áp do vậy cần cân nhắc đến tính kinh tế trong chọn thiết bị bảo vệ sao cho đảm bảo được các yêu cầu về kỹ thuật với chi phí thấp nhất.

CHƯƠNG II : NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CÁC BẢO VỆ ĐÃ HỌC 2.1 Bảo vệ quá dòng điện:

Quá dòng điện là hiện tượng khi dòng điện chạy qua phần tử của hệ thốngđiện vượt quá trị số dòng điện tải lâu dài cho phép Quá dòng điện có thể xảy rakhi ngắn mạch hoặc do quá tải

Bảo vệ quá dòng điện là bảo vệ tác động khi dòng điện đi qua phần tử đượcbảo vệ vượt quá một giá trị định trước (tức là giá trị cài đặt)

Theo phương pháp đảm bảo tính chọn lọc bảo vệ quá dòng điện được chia 2loại:

- Bảo vệ dòng điện cực đại: bảo đảm tính chọn lọc bằng cách chọn thời

gian làm việc theo nguyên tắc từng cấp, bảo vệ càng gần nguồn cung cấp thì thờigian tác động càng lớn

- Bảo vệ dòng điện cắt nhanh: bảo đảm tính chọn lọc bằng cách chọn dòng

khởi động theo giá trị dòng ngắn mạch ngoài lớn nhất

2.1.1Bảo vệ dòng điện cực đại: ( I > ; 51)

Bảo vệ dòng điện cực đại thường là loại bảo vệ chính đối với mạng mộtnguồn cung cấp Bảo vệ được đặt ở đầu mỗi đoạn đường dây (về phía nguồn), bảo

vệ càng gần nguồn cung cấp thì thời gian tác động càng lớn

a Dòng khởi động: tính theo dòng làm việc cực đại Ikđ > I lvmax = k qt I lv

Theo nguyên tắc tác động của bảo vệ Imax phải chọn lớn hơn dòng phụ tảicực đại qua chỗ đặt bảo vệ Trong thực tế dòng điện khởi động của bảo vệ còn phụthuộc vào nhiều điều kiện khác

Dòng khởi động của bảo vệ:

Trong đó: kat - hệ số an toàn, để đảm bảo cho bảo vệ không cắt nhầm khi có ngắnmạch ngoài do sai số khi tính dòng ngắn mạch (kat = 1,1 ÷ 1,2)

kmm - hệ số tự mở máy của các động cơ, có trị số phụ thuộc vào loạiđộng cơ, vị trí giữa chỗ đặt bảo vệ với các động cơ, sơ đồ mạng điện (kmm = 2 ÷ 3)

ktv - hệ số trở về của chức năng bảo vệ quá dòng, để đảm bảo sự làmviệc ổn định của bảo về khi có các nhiễu loạn ngắn (hiện tượng tự mở máy của cácđộng cơ sau khi TĐL đóng thành công) trong hệ thống mà bảo vệ không tác động(ktv = 0,85 ÷ 0,95).

- hế số sơ đồ đấu dây giữa BI và Rơle

b.Thời gian tác động

 Bảo vệ quá dòng có đặc tính thời gian độc lập:

- Đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn thời gian làm việc theo nguyên tắc từngcấp Bảo vệ gần nguồn có thời gian làm việc chậm nhất

Giá trị dòng điện khởi động của bảo vệ IKĐ trong trường hợp này được xácđịnh bởi:

Trong đó:

Ilvmax: dòng điện làm việc lớn nhất

kat: hệ số an toàn để đảm bảo cho bảo vệ không cắt nhầm khi cóngắn mạch ngoài do sai số khi tính dòng ngắn mạch (kể đến đường cong sai số10% của BI và 20% do tổng trở nguồn bị biến động)

kmm: hệ số mở máy, có thể lấy Kmm= (1.5 ÷ 2,5)

ktv: hệ số trở về của chức năng bảo vệ quá dòng, có thể lấy trongkhoảng (0,85 ÷ 0,95) Sở dĩ phải sử dụng hệ số Ktv ở đây xuất phát từ yêu cầuđảm bảo sự làm việc ổn định của bảo vệ khi có các nhiễu loạn ngắn (hiện tượng tự

mở máy của các động cơ sau khi TĐL đóng thành công) trong hệ thống mà bảo vệkhông được tác động

Phối hợp các bảo vệ theo thời gian:

Đây là phương pháp phổ biến nhất thường được đề cập trong các tài liệu bảo

vệ rơle hiện hành Nguyên tắc phối hợp này là nguyên tắc bậc thang, nghĩa là chọnthời gian của bảo vệ sao cho lớn hơn một khoảng thời gian an toàn Δt so với thời gian tác động lớn nhất của cấp bảo vệ liền kề trước nó ( tính từ phía phụ tải về nguồn)

Trong đó:

tn : thời gian đặt của cấp bảo vệ thứ n đang xét

t(n-1)max: thời gian tác động cực đại của các bảo vệ của cấp bảo vệ đứng trước nó (thứ n)

Δt : bậc chọn lọc về thời gian

 Bảo vệ quá dòng với đặc tính thời gian phụ thuộc :

Bảo vệ quá dòng có đặc tuyến thời gian độc lập trong nhiều trường hợp khóthực hiện được khả năng phối hợp với các bảo vệ liền kề mà vẫn đảm bảo đượctính tác động nhanh của bảo vệ Một trong những phương pháp khắc phục là người

ta sử dụng bảo vệ quá dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc Hiện nay các

phương thức tính toán chỉnh định rơle quá dòng số với đặc tính thời gian phụthuộc do đa dạng về chủng loại và tiêu chuẩn nên trên thực tế vẫn chưa được thốngnhất về mặt lý thuyết điều này gây khó khăn cho việc thẩm kế và kiểm định cácgiá trị đặt.

Hình 1: Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng trong

lưới điện hình tia cho trường hợp đặc tuyến phụ thuộc và đặc tính độc lập

Rơle quá dòng với đặc tuyến thời gian phụ thuộc được sử dụng cho cácđường dây có dòng sự cố biến thiên mạnh khi thay đổi vị trí ngắn mạch Trongtrường hợp này nếu sử dụng đặc tuyến độc lập thì nhiều khi không đảm bảo cácđiều kiện kỹ thuật: thời gian cắt sự cố, ổn định của hệ thống Hiện nay người ta

có xu hướng áp dụng chức năng bảo vệ quá dòng với đặc tuyến thời gian phụthuộc như một bảo vệ thông thường thay thế cho các rơle có đặc tuyến độc lập

; ;

Vùng tác động:

vùng tác động của rơ le bảo vệ quá dòng có thời gian là toàn bộ phần đườngdây tính từ vị trí đặt bảo vệ về phía tải Bảo vệ đặt gần nguồn có khả năng làm dựphòng cho bảo vệ đặt phía sau với thời gian cắt sự cố chậm hơn 1 cấp thời gian làΔt

Độ nhạy của bảo vệ dòng điện cực đại được đặc trưng bằng hệ số Kn:

Hệ số độ nhạy là tỷ số dòng qua bảo vệ khi có ngắn mạch trực tiếp ở cuốicùng của bảo vệ với dòng điện khởi động nó

Yêu cầu về độ nhạy là: - Đối với bảo vệ chính thì Kn ≥ 1,5

- Đối với bảo vệ dự phòng thì Kn ≥ 1,2

- Vùng tác động:

Vùng tác động của Rơle bảo vệ quá dòng có thời gian là toàn bộ phầnđường dây tính từ vị trí đặt bảo vệ về phía tải Bảo vệ đặt gần nguồn có khả nănglàm dự phòng cho bảo vệ đặt phía sau với thời gian cắt sự cố chậm hơn một cấpthời gian Δt

c Độ nhạy : tính theo dòng khởi động

Trong đó : INmin : dòng ngắn mạch min

Ikd : dòng khởi động

d.Đánh giá

- Bảo vệ đơn giản, chắc chắn, có độ tin cậy cao

- Đảm bảo tính chọn lọc bằng cách chọn thời gian theo nguyên tắc bậc thang

vì thế thời gian tác dộng đầu nguồn lớn Có thể khắc phục điều này bằng đặc tínhthời gian phụ thuộc Tuy nhiên tính toán sẽ phức tạp hơn

- Độ nhạy của bảo vệ bị hạn chế do dòng khởi động tính theo dòng làm việcmax ( có xét đến hệ số mở máy).

e.Phạm vi áp dụng

- Chỉ áp dụng cho lưới hình tia có một nguồn cung cấp.

- Dùng làm bảo vệ chính cho đường dây trung áp

- Dùng làm bảo vệ dự phòng cho các đường dây truyền tải, máy phát điện,máy biến áp

2.1.2.Bảo vệ dòng điện cắt nhanh: ( I>>; 50 )

Đối với bảo vệ quá dòng thông thường càng gần nguồn thời gian cắt ngắnmạch càng lớn, thực tế cho thấy ngắn mạch gần nguồn thường thì mức độ nguyhiểm càng cao hơn và cần loại trừ càng nhanh càng tốt Để bảo vệ các đường dâytrong trường hợp này người ta dùng bảo vệ quá dòng cắt nhanh (50)

Bảo vệ dòng điện cắt nhanh là loại bảo vệ đảm bảo tính chọn lọc bằng cáchchọn lọc dòng điện khởi động lớn hơn dòng ngắn mạch lớn nhất qua chỗ đặt bảo

vệ khi có ngắn mạch ở ngoài phần tử được bảo vệ (cuối cùng bảo vệ của phần tửđược bảo vệ), bảo vệ dòng cắt nhanh thường làm việc tức thời với thời gian rất bé

Bảo vệ cắt nhanh có khả năng làm việc chọn lọc trong lưới có cấu hình bất

kỳ với một nguồn hay nhiều nguồn cung cấp Ưu điểm của nó là có thể cách lynhanh sự cố với công suất ngắn mạch lớn ở gần nguồn Tuy nhiên vùng bảo vệkhông bao trùm được hoàn toàn đường dây cần bảo vệ, đây chính là nhược điểmlớn nhất của bảo vệ này

Để đảm bảo tính chọn lọc, giá trị đặt của bảo vệ quá dòng cắt nhanh phảiđược chọn sao cho lớn hơn dòng ngắn mạch cực đại (ở đây là dòng ngắn mạch bapha trực tiếp) đi qua chỗ đặt Rơle khi có ngắn mạch ở ngoài vùng bảo vệ

Đối với mạng điện hình tia một nguồn cung cấp thì giá trị dòng điện khởiđộng của bảo vệ cắt nhanh đặt tại thanh góp A là:

Trong đó: kat - hệ số an toàn, tính đến ảnh hưởng của sai số do tính ngắn mạch, docấu tạo của Rơle, thành phần không chu kỳ trong dòng ngắn mạch và của biếndòng Với Rơle cơ thì kat = 1,2 ÷ 1,3 còn với Rơle số thì kat = 1,15.

INngmax - dòng ngắn mạch ba pha trực tiếp lớn nhất qua bảo vệ khi ngắn mạchngoài vùng bảo vệ Ở đây là dòng ngắn mạch ba pha trực tiếp tại thanh góp B

Ưu điểm: Làm việc 0 giây đối với ngắn mạch gần thanh góp.

Nhược điểm: Chỉ bảo vệ được một phần đường dây 70 - 80%

Phạm vi bảo vệ không cố định phụ thuộc vào chế độ ngắn mạch và chế độ

làm việc hệ thống Chính vì vậy bảo vệ quá dòng cắt nhanh không thể là bảo vệchính của một phần tử nào đó mà chỉ có thể kết hợp với bảo vệ khác

2.2 Bảo vệ dòng điện có hướng:

- Nguyên tắc tác động:

Để tăng cường tính đảm bảo cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ, hiện nayngười ta thường thiết kế các mạng hình vòng và mạng có hai đầu cung cấp điện.Đối với loại mạng này thì bảo vệ dòng cực đại có thời gian làm việc chọn theonguyên tắc từng cấp, không đảm bảo cắt ngắn mạch một cách chọn lọc được

Bảo vệ dòng điện có hướng là loại bảo vệ làm việc theo trị số dòng điện tạichỗ nối Rơle và góc pha giữa dòng điện ấy với điện áp trên thanh góp có đặt BUcung cấp cho bảo vệ, bảo vệ sẽ tác động khi dòng điện vượt quá giá trị định trước

và góc pha của nó (góc hợp với U và I vào Rơle) phù hợp với trường hợp ngắn

mạch trên đường dây được bảo vệ Chính vì vậy bảo vệ dòng điện có hướng là bảo

vệ dòng cực đại cộng thêm bộ phận làm việc theo góc lệch pha giữa dòng điện vàđiện áp

Vì vậy thời gian làm việc của các bảo vệ này sẽ được giảm đi còn thời gian t2

và t4 có thể chọn bé tùy ý

Cách chọn thời gian làm việc của bảo vệ được thể hiện bằng hình vẽ sau :

Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dòng điện có hướng trong lưới điện có hai nguồn 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.

2.3 Bảo vệ khoảng cách:

- Nguyên tắc tác động:

Bảo vệ dòng cực đại có hướng và không hướng, việc chọn thời gian theonguyên tắc từng cấp đôi khi quá lớn Trong mạng vòng có số nguồn ≥ 2 hoặcmạng vòng có 1 nguồn nhưng có đường chéo không qua nguồn thì không đảm bảocắt chọn lọc phần tử hư hỏng Vì vậy ta phải tìm nguyên tắc bảo vệ khác vừa đảmbảo tác động nhanh, vừa chọn lọc và có độ nhạy đối với mạng phức tạp Một trongcác bảo vệ đó là bảo vệ khoảng cách

Bảo vệ khoảng cách là loại bảo vệ có bộ phận cơ bản là bộ phận đo khoảngcách làm nhiệm vụ xác định tổng trở từ chỗ đặt bảo vệ tới điểm ngắn mạch Thờigian làm việc của bảo vệ phụ thuộc vào quan hệ giữa điện áp vào Rơle, dòng vàoRơle và góc lệch pha giữa chúng Thời gian này tự động tăng lên khi khoảng cáchtăng từ chỗ hư hỏng đến chỗ đặt bảo vệ, bảo vệ gần chỗ hư hỏng nhất có thời gianlàm việc bé nhất vì thế bảo vệ khoảng cách về nguyên tắc đảm bảo cắt chọn lọcđoạn hư hỏng trong mạng có cấu hình bất kỳ với số nguồn cung cấp tuỳ ý và thờigian làm việc tương đối bé

+ Bộ phận định hướng công suất: để tránh bảo vệ tác động nhầm khi hướng côngsuất ngắn mạch từ đường dây được bảo vệ đi vào thanh góp của trạm, được thựchiện bằng các Rơle định hướng công suất riêng biệt hoặc kết hợp trong bộ phậnkhởi động và khoảng cách.

2.4 Bảo vệ dòng điện thứ tự không :

Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất lớn:

Những mạng có dòng chạm đất lớn là những mạng có trung tính nối đấttrực tiếp Những mạng này đòi hỏi bảo vệ phải tác động cắt máy cắt khi có ngắnmạch 1 pha

Sơ đồ nguyên lý của bảo vệ được trình bày như hình vẽ sau:

Với: Ikcb = (IAμ + IBμ + ICμ) : là thành phần dòng không cân bằng, sinh ra

do sự không đồng nhất của các BI

Sơ đồ chỉ làm việc khi xảy ra ngắn mạch 1 pha Còn khi ngắn mạch giữacác pha thì bảo vệ không tác động do thành phần 3 I0 bằng 0

- Áp dụng: trong các mạng có trung tính nối đất trực tiếp.

Bảo vệ dòng thứ tự không trong mạng có dòng chạm đất bé:

- Nhiệm vụ: Bảo vệ cho các mạng có trung tính cách đất, hoặc nối đất qua cuộn

dập hồ quang, thường áp dụng cho các đường dây cáp

- Sơ đồ nguyên lý:

Vì giá trị dòng chạm đất bé nên những bảo vệ nối pha rơ le toàn phầnkhông thể làm việc với những dòng chạm đất nhỏ như vậy Nên thực tế người taphải dùng các bộ lọc thành phần thú tự không như hình vẽ sau:

Ở điều kiện bình thường, ta có: IA + IB + IC = 0, từ thông trong lõi thép bằng

0 và mạch thứ cấp không có dòng điện nên I2 = 0, rơ le không làm viêc

Khi xảy ra chạm đất, có thành phần 3I0 chạy vào rơ le nên rơ le tác động

- Dòng khởi động:

Dòng khởi động được xác định theo điều kiện chọn lọc, bảo vệ không được tácđộng khi chạm đất ngoài hướng được bảo vệ

IR = 0 (trường hợp lý tưởng) Rơ le không tác động

Khi có ngắn mạch trong vùng bảo vệ N2 Ta có: IS1 IS2, nên IT1 IT2, nên IR

= IT1 – IT2 0 Nếu >IKĐ thì rơ le tác động

- Dòng khởi động:

Để bảo vệ so lệch làm việc đúng ta phải chỉnh định dòng khởi động của bảo

vệ lớn hơn dòng không cân bằng lớn nhất khi có ngắn mạch ngoài vùng bảo vệ.Tức là: I = k.I

kđn = 1 khi các BI khác nhau nhiều nhất, 1 bộ có sai số, 1 bộ không.

kkck: hệ số kể đến thành phần không chu kỳ của dòng ngắn mạchngoài

INMNmax: thành phần chu kì của dòng điện ngắn mạch ngoài lớn nhất

fimax = 0,1: sai số cực đại cho phép của BI làm việc trong tình trạng ổn định

- Vùng tác động:

Bảo vệ so lệch có vùng tác động được giới hạn bởi vị trí đặt của 2 tổ BI ở đầu và cuối đường dây được bảo vệ, là loại bảo vệ có tính chất tác động chọn lọc tuyệt đối, không có khả năng làm dự phòng cho các bảo vệ khác

B Phần tính toán:

Đường dây 1: Phụ tải có P1 = 5 MW; cosφ1 = 0,87

Đường dây 2: Phụ tải có P2 = 4 MW; cosφ2 = 0,85

CHƯƠNG I : CHỌN MÁY BIẾN DÒNG

Chọn tỷ số biến đổi máy biến dòng BI1, BI2 dùng cho bảo vệ đường dây D1,

D2 Dòng điẹn sơ cấp danh định của BI chọn theo quy chuẩn lấy theo giá trị lớn Dòng thứ cấp lấy bằng 1A

Tỷ số biến đổi của máy biến dòng BI:

- Chọn ISdd ≥ Ilvmax = Icb: dòng điện làm việc lớn nhất đi qua BI

- Chọn ITdd = 1ADòng điện làm việc trên đường dây 2 là:

Dòng điện làm việc trên đường dây 1 là:

Tỷ số của máy biến dòng điện: với ITdđ = 1A

Dòng điện sơ cấp danh định của BI1 là: I1 = 384,048 A

Tỷ số biến dòng:

Dòng điện sơ cấp danh định của BI2 là: I2 = 172,896 A

Tỷ số biến dòng:

2.1 Vị trí các điểm ngắn mạch:

Giả thiết trong quá trình tính toán ngắn mạch ta bỏ qua:

- Bão hoà từ

- Dung dẫn ký sinh trên đường dây, điện trở của máy biến áp và cả đường dây

- Ảnh hưởng của phụ tải

2.1.1 Các đại lượng cơ bản:

Tính trong hệ đơn vị tương đối, gần đúng ta chọn:

Công suất cơ bản: Scb = SđmB = 40MVAĐiện áp cơ bản: Ucb = Utb các cấp = 1,05Uđm i = (115; 23)

Chia đường dây D1, D2 lần lượt thành 4 đoạn bằng nhau Ta có:

Giá trị điện kháng thứ tự thuận:

Giá trị điện kháng thứ tự không:

2.2 Tính dòng ngắn mạch của mạng điện ở chế độ cực đại:

Để tính toán chế độ ngắn mạch không đối xứng ta sử dụng phương phápcác thành phần đối xứng Điện áp và dòng điện được chia thành ba thành phần:thành phần thứ tự thuận, thành phần thứ tự nghịch và thành phần thứ tự không

Ta có sơ đồ thay thế thứ tự thuận, nghịch và không:

Xét các điểm ngắn mạch:

Dòng ngắn mạch thứ tự thuận của mọi dạng ngắn mạch được tính theo côngthức:

với: XΔ(n) là điện kháng phụ của loại ngắn mạch n

Trị số dòng điện ngắn mạch tổng tại các pha được tính theo công thức:

Ta có bảng tóm tắt sau: